Блин достал меня этот вопрос...
Так кривую крутящего момента можно построить из кривой мощьности?
Я всегда думал что они не зависимы....
Блин ничего не пойму...
Вот статья:
Какую мощность развивает конь в упряжке? Как ни странно, средняя рабочая лошадь выдает при длительной работе только 0,8 л.с.; во всяком случае, именно такой показатель закладывали (и закладывают) обычно в инженерные и экономические расчеты по гужевому транспорту и пр. Считается также, что мужчина средних лет и физической подготовки развивает (опять же при длительной работе) около 0,1 л.с.; в ГУЛАГе такими сведениями располагал каждый грамотный надсмотрщик. Немного, но и человек, и лошадь способны напрячься и на протяжении нескольких секунд выдать гораздо большую мощность – в разы. Конь вытаскивает телегу, застрявшую в разбитой колее, тогда как моторчик внутреннего сгорания мощностью в 2 (две!) л.с. просто глохнет. Крутящего момента не хватило…
Золотое правило механики
Так что же такое крутящий момент и как он связан с мощностью двигателя? Вспомните из физики для средней школы: мощность определяется произведением силы на скорость (с какими-то коэффициентами в зависимости от единиц измерения) – для поступательного движения. Допустим, тянете вы груз с усилием в 12 кг и скоростью 1 м/сек.; тогда ваша мощность - 12 кгм/сек. То есть, 0,16 л.с.[1]; неплохо. Космический ракетный двигатель развивает тягу в 100 т при скорости 12 км/сек., значит, его мощность – 16 млн л.с.! Или же мощность определяется произведением крутящего момента [2] на обороты вала – для вращательного движения. Вот и все, остальное - арифметика. Если на валу мотора при 6000 мин-1 (в просторечии оборотов в мин.) замерен крутящий момент в 10 килограммометров, то его мощность равна 83,775 л.с. Или 61,6 кВт – в других единицах измерения[3]. Причем неважно, о каком именно двигателе идет речь – паровой машине, газовой турбине, поршневом д.в.с. или электромоторе; арифметике без разницы. Как площадь прямоугольника, которая определяется произведением его основания на высоту – независимо от того, широкий он, узкий и какого цвета.
Так что же нашему брату, автомобилистам, нужно – мощность двигателя или его крутящий момент ? Вот притча: вынесли вы на рынок картошку и хотите продать ее по 35 руб. за кг. Вроде как главное для вас – хорошая цена. Сбыли несколько кило – по 35, а больше не берут; дорого. Тут-то и выясняется, что вас заботит не столько цена за кг, сколько общая выручка (реализация) от продажи 2 центнеров картошки.
Так и с моторами: нередко автомобилисты заявляют, что для них главное – момент , тяга, а мощность – дело десятое. Ровно наоборот - как в старом анекдоте: дай нам, Господи, мощность, а крутящий момент мы уж как-нибудь сами… Пусть микролитражный моторчик развивает 10 л.с. при 6 тыс. оборотов. То есть, крутящий момент на его маховике – 1,2 кгм (11,7 Нм[4]). Вам нужно 100 Нм? Ради Бога: ставим понижающий редуктор (с передаточным числом 8,55), – и получите 100 Нм на выходном валу[5]. Причем мощность (без учета потерь в редукторе) – остается, естественно, неизменной. Хотите 1000 Нм? Пожалуйста, возьмите редуктор с передаточным числом 85,5; вопрос подбора зубчатых пар…
Но! Момент в 100 Нм на выходном валу редуктора получается только при 700 с небольшим оборотов, а не 6000 мин-1. Золотое правило механики: выигрывая в крутящем моменте (в силе), проигрываем в скорости (в частоте вращения). А 1000 Нм получаются и вовсе при 70 мин-1; слишком медленно. Оказывается, вы хотите и крутящий момент , и обороты? И рыбку съесть, и не поцарапаться. Вам нужно продать по 35 руб. не 2-3 кг картошки, а много. Так и говорите: для меня главное – выручка. Для меня главное – мощность двигателя.
Мощность!
И как же ее повысить? Удерживать приличный крутящий момент до высокой частоты вращения вала. Скажем, довести обороты того же моторчика до 12000 мин-1 – при неизменном моменте в 11,7 Нм. Значит, его мощность увеличится ровно вдвое – до 20 л.с. В общем, тут такое соотношение:
P = 1/716,2 M x n,
где P – мощность двигателя (в л.с.) при n мин-1, M – его крутящий момент (в кгм) при тех же оборотах. А 1/716,2 – просто коэффициент размерности.
На взгляд, ничего хитрого. К сожалению, повышать обороты поршневого двигателя очень непросто: силы инерции, нагрузки, трение. Ведь если частота вращения вала увеличивается от 6 до 12 тыс., то силы инерции, которые нагружают детали конструкции, возрастают вчетверо. Нелинейно - по квадрату оборотов. И когда 2,4-литровые “восьмерки” в Формуле 1 развивают максимальную мощность при 19500 мин-1, то силы инерции при такой частоте выше, чем при 6 тыс. оборотов, вовсе не в 3,25 раза. А в 3,25 х 3,25 = 10,5 раз! Внутреннее трение нарастает еще быстрее (от 6 до 19,5 тыс. раз в 35); к тому же ухудшается наполнение цилиндров топливовоздушной смесью – и крутящий момент неотвратимо уменьшается. Поэтому у каждого двигателя есть точка перегиба на кривой мощности по частоте вращения вала. У каждого своя; после точки перегиба мощность по оборотам уже не повышается, а наоборот – падает. Не говоря уже об опасности перекрутить мотор и разрушить его стремительно нарастающими силами инерции.
Есть и другой путь: увеличивать крутящий момент . Тут главный прием – наддув: прокачивайте через моторчик вдвое больше топливовоздушной смеси, и крутящий момент повысится, грубо говоря, в 2 раза – при тех же оборотах. Вопрос давления наддува - и всего делов. Правда, нарастают тепловые нагрузки, возникают другие “головняки”…
Теперь забудем по редукторы; вы нередко видите графики крутящего момента и мощности двигателей по оборотам – так называемая скоростная характеристика. Так вот, достаточно одной из кривых – либо момента , либо мощности; все равно. Другая восстанавливается из первой – арифметически. Их дают обе просто для удобства, - чтобы всякий раз не выполнять сложнейшие математические расчеты.
Эластичность двигателя
Взгляните еще раз на кривую крутящего момента : она дает важнейшую характеристику двигателя – его эластичность. Надо сказать, у автомобильных д.в.с. кривая неблагоприятная – то ли дело у газовой турбины, паровой машины или электромотора. Они выдают наибольший крутящий момент при низких оборотах – и даже при полной остановке вала. То есть, как лошадь: замедляют ход, напрягаются – и вытаскивают повозку. А попробуйте остановить вал ВАЗовской “четверки” или 12-цилиндрового двигателя Rolls-Royce – они тут же глохнут. График крутящего момента д.в.с. левее 1000 мин-1 обычно даже и не рисуют; он не способен работать на оборотах ниже “холостого хода”. Тогда как у э-мотора кривая круто поднимается к 0 оборотов – примерно по гиперболе; исключительная эластичность. При увеличении нагрузки (в гору и т.п.) э-мотор теряет обороты – и увеличивает крутящий момент ; сопротивляется до упора! А д.в.с. при падении частоты вращения ниже “пиковых” по крутящему моменту сопротивляется все слабее – и в конце концов глохнет. Две большие разницы, как говорят у нас в Одессе.
Отсюда, кстати, идея “гибридных” бензин-электрических силовых агрегатов: тяговый э-мотор принимает на себя нагрузку именно там, где д.в.с. беспомощен. На “низах”; а вообще-то автомобильный двигатель выдает наибольший крутящий момент где-то при промежуточных частотах вращения вала. Причем у “остро” настроенного мотора пик момента сдвинут к высоким оборотам, а при низких он тянет слабо. Тогда и говорят о выраженном “подхвате”; ничего тут хорошего нет.
Контрольный вопрос: так что же все-таки важнее – крутящий момент или мощность? Ответ: разумеется, нужен крутящий момент – в широком диапазоне оборотов! В том числе и при самой высокой частоте вращения вала, - то есть, мощность.
