Разница между крутящим моментом и мощностью …

Разница между крутящим моментом и мощностью — вопрос, который задают многие любопытные. И это понятно, поскольку эти две данные являются одними из наиболее изученных в технических паспортах наших автомобилей. Поэтому было бы интересно остановиться на этом, даже если это не обязательно будет самым очевидным …

Прежде всего, уточним, что пара выражает себя в Ньютон. Метр и сила в Лошадиные силы (когда мы говорим о машине, потому что наука и математика используют Ватт)

Неужели разница?

На самом деле разделить эти две переменные будет непросто, поскольку они связаны друг с другом. Это все равно, что спрашивать, в чем разница между хлебом и мукой. В этом нет особого смысла, потому что мука — это часть хлеба. Было бы лучше сравнивать ингредиенты друг с другом (например, воду против муки в крайнем случае), чем сравнивать ингредиент с готовым продуктом.

Попробуем объяснить все это, но при этом дать понять, что любая помощь с вашей стороны (через комментарии внизу страницы) будет приветствоваться. Чем больше будет разных способов его объяснения, тем больше интернет-пользователей будет приходить к пониманию связи между этими двумя концепциями.

Мощность — это результат соединения пары (немного тяжелая формулировка, я хорошо знаю…) скорости вращения.

Математически это дает следующее:

( π X  Крутящий момент в Нм X Режим ) / 1000 / 30 = Мощность в кВт (что переводится в лошадиные силы, если мы позже захотим иметь «более автомобильную концепцию»).

Здесь мы начинаем понимать, что сравнивать их почти нонсенс.

Изучение кривой крутящего момента / мощности

Нет ничего лучше, чем электродвигатель, чтобы полностью понять связь между крутящим моментом и мощностью, или, скорее, как существует взаимосвязь между крутящим моментом и скоростью вращения.

Посмотрите, насколько логична кривая крутящего момента электродвигателя, которую гораздо легче понять, чем кривую теплового двигателя. Здесь мы видим, что мы обеспечиваем постоянный и максимальный крутящий момент в начале оборотов, что увеличивает кривую мощности. По логике вещей, чем больше я прикладываю силы к вращающейся оси, тем быстрее она будет вращаться (и, следовательно, увеличить мощность). С другой стороны, когда крутящий момент уменьшается (когда я все меньше и меньше нажимаю на вращающуюся ось, продолжая нажимать в любом случае), кривая мощности начинает уменьшаться (хотя скорость вращения продолжает уменьшаться). Увеличиваться). По сути, крутящий момент — это «сила ускорения», а мощность — сумма, которая объединяет эту силу и скорость вращения движущейся части (угловую скорость).

У пары все это получается?

Некоторые люди сравнивают двигатели только с их крутящим моментом или почти. На самом деле это заблуждение …

Например, если я сравниваю бензиновый двигатель, развивающий 350 Нм при 6000 об / мин, с дизелем, который развивает 400 Нм при 3000 об / мин, мы можем подумать, что именно дизель будет иметь большую силу ускорения. Ну нет, а мы вернемся к старту, главное — мощность! Для сравнения двигателей следует использовать только мощность (в идеале с кривыми… Потому что высокая пиковая мощность — это еще не все!).

В самом деле, в то время как крутящий момент указывает только на максимальный крутящий момент, мощность включает в себя крутящий момент и частоту вращения двигателя, поэтому у нас есть вся информация (только крутящий момент является лишь частичным показателем).

Если вернуться к своему примеру, то можно сказать, что дизель может гордиться, выдав 400 Нм при 3000 об / мин. Но не следует забывать, что при 6000 оборотах в минуту он определенно не сможет выдать более 100 Нм (давайте опустим тот факт, что масло не может достигать 6000 т), тогда как бензин все еще может выдавать 350 Нм на этой скорости. В этом примере мы сравниваем дизельный двигатель мощностью 200 л.с. с бензиновым двигателем 400 л.с. (цифры, полученные на основе указанных крутящих моментов), от одинарного до двойного.

Мы всегда помним, что чем быстрее объект поворачивается (или движется вперед), тем труднее заставить его даже набрать скорость. Таким образом, двигатель, развивающий значительный крутящий момент на высоких оборотах, показывает, что у него есть еще больше мощности и ресурсов!

Объяснение на примере

У меня была небольшая идея попытаться во всем этом разобраться, надеясь, что это не так уж и плохо. Вы когда-нибудь пытались остановить маломощный электродвигатель пальцами (маленький вентилятор, электродвигатель в комплекте Mecano, когда вы были маленьким, и т. Д.).

Он может вращаться быстро (скажем, 240 об / мин или 4 оборота в секунду), мы можем легко его остановить, не сильно повредив (он немного хлестает, если есть лопасти пропеллера). Это связано с тем, что его крутящий момент не очень важен, а, следовательно, и его мощность в ваттах (это относится к небольшим электродвигателям для игрушек и других небольших аксессуаров).

С другой стороны, если на той же скорости (240 об / мин) я не могу его остановить, это означает, что его крутящий момент будет больше, что также приведет к большей конечной мощности (оба математически связаны, это похоже на сообщающиеся сосуды). Но скорость осталась прежней. Итак, увеличивая крутящий момент двигателя, я увеличиваю его мощность, поскольку примерно

Пара

X

Скорость вращения

= Могущество. (произвольно упрощенная формула, чтобы помочь понять: Пи и некоторые переменные, видимые в верхней формуле, удалены)

Таким образом, для той же заданной мощности (скажем, 5 Вт, но кого это волнует) я могу получить либо:

• Двигатель, который вращается медленно (например, 1 оборот в секунду) с высоким крутящим моментом, который будет немного сложнее остановить пальцами (он не работает быстро, но его высокий крутящий момент дает ему значительную силу)
• Или двигатель, работающий со скоростью 4 об / мин, но с меньшим крутящим моментом. Здесь низкий крутящий момент компенсируется более высокой скоростью, что придает ему большую инерцию. Но останавливаться пальцами будет легче, несмотря на более высокую скорость.

В конце концов, два двигателя имеют одинаковую мощность, но не работают одинаково (мощность поступает по-разному, но пример не очень показателен для этого, поскольку он ограничен заданной скоростью. В автомобиле скорость меняется все время, что дает начало знаменитым кривым мощности и крутящего момента). Один поворачивается медленно, а другой быстро… Это небольшая разница между дизелем и бензином.

И именно поэтому грузовики работают на дизельном топливе, потому что крутящий момент у дизеля высокий, в ущерб его скорости вращения (максимальная скорость двигателя намного ниже). Действительно, необходимо иметь возможность двигаться вперед, несмотря на очень тяжелый прицеп, без необходимости ругать двигатель, как в случае с бензином (нужно было бы подниматься по вышкам и играть со сцеплением как сумасшедшие) . Дизель передает максимальный крутящий момент на низких оборотах, что упрощает буксировку и позволяет взлетать с неподвижного автомобиля.

Взаимосвязь между мощностью, крутящим моментом и частотой вращения двигателя

Вот технический вклад, которым поделился пользователь в разделе комментариев. Мне кажется разумным вставить его прямо в статью.

Чтобы не усложнять задачу с физическими величинами:

Мощность — это произведение крутящего момента на коленчатом валу на частоту вращения коленчатого вала в радианах / сек.

(помните, что на 2 оборот коленчатого вала на 6.28 ° приходится 1 * пи радиана = 360 радиана.

Donc P = M * W

P -> мощность в [Вт]

M -> крутящий момент в [Нм] (Ньютон-метр)

W (омега) — угловая скорость в радианах / сек W = 2 * Pi * F

При Pi = 3.14159 и F = частота вращения коленчатого вала в т / с.

Практический пример

Крутящий момент двигателя M: 210 Нм

Скорость двигателя: 3000 об / мин -> частота = 3000/60 = 50 об / мин

W = 2 * pi * F = 2 * 3.14159 * 50 т / сек = 314 радиан / сек

Конечное Au: P = M * W = 210 Нм * 314 рад / с = 65940 Вт = 65,94 кВт

Преобразование в CV (лошадиные силы) 1 л.с. = 736 Вт

В CV мы получаем 65940 Вт / 736 Вт = 89.6 CV.

(Напоминаем, что 1 лошадиная сила — это средняя мощность лошади, которая работает непрерывно без остановки (в механике это называется номинальной мощностью).

Таким образом, когда мы говорим об автомобиле с мощностью 150 л.с., необходимо увеличить частоту вращения двигателя до 6000 об / мин с крутящим моментом, который остается ограниченным или даже немного сниженным до 175 Нм.

Благодаря коробке передач, которая представляет собой преобразователь крутящего момента, и дифференциалу мы имеем увеличение крутящего момента примерно в 5 раз.

Например, на 1-й передаче крутящий момент двигателя на коленчатом валу 210 Нм даст 210 Нм * 5 = 1050 Нм на ободе спицевого колеса 30 см, это даст тяговое усилие 1050 Нм / 0.3 м = 3500 Нм.

В физике F = m * a = 1 кг * 9.81 м / с2 = 9.81 Н (a = ускорение Земли 9.81 м / с2 1G)

Таким образом, 1 Н соответствует 1 кг / 9.81 м / с2 = 0.102 кг силы.

3500 Н * 0.102 = сила 357 кг, которая толкает автомобиль на крутой склон.

Я надеюсь, что эти несколько объяснений укрепят ваши знания о концепциях мощности и механического крутящего момента.