Putere și cuplu, întindere

Aspecte teoretice

Toată lumea, desigur, a auzit despre puterea de cai. Aproape fiecare conversație despre mașini menționează această unitate de putere. Dar ce înseamnă căi putere în ceea ce privește puterea și de ce caracteristicile tehnice indică de asemenea un cuplu? Ce este mai important - "cai" sau "newtonometre"? Să încercăm să ne dăm seama. Conceptul de putere a fost introdus de James Watt. Același Watt, al cărui nume este acum măsurat de putere, cum ar fi becurile. A trăit între anii 1736 și 1819.







Dacă credeți povestea, deschiderea lui Watt a împins ponei, cu care lucra James în minele de cărbune. El a observat că un cal în medie poate ridica 150 kg de cărbune de la o adâncime de 30 m pentru 1 min. sau 15 kg cu 300 m pentru 1 min. sau 1500 kg cu 3 m pentru 1 min.


În majoritatea țărilor europene, puterea este definită ca 75 kgf m / s, adică o forță suficientă pentru a ridica o încărcătură de 75 kg la o înălțime de 1 m în 1 secundă. În științele exacte și ingineria foarte rar utilizează "cai putere" din cauza definiției sale ambigue. Unitatea standard pentru măsurarea puterii este watt. În onoarea lui James Watts. O cai putere este de 736 wați (735,49875). Aproximativ, dacă luați un cal cu o capacitate de 1 litru. a. și o rotiți ca un dinam, astfel încât să puteți acționa generatorul, apoi 1 litru. a. va produce 736 wați, care sunt egale cu aceleași 75 kgf m / s. Există o formulă pentru traducerea waților în "cai" și invers. Pentru a nu deranja calculele matematice complexe, există o cale mai ușoară - suficiente kilowați (1kW = 1000W) pentru a se multiplica cu 1,36 și pentru a obține aceeași putere, dar deja în cai putere.


În SUA și Japonia folosesc standardele lor pentru a determina puterea motorului, dar de mult timp au fost aproape complet unificate cu altele. Atât în ​​America, cât și în Japonia există două tipuri de indicatori:

bph - Gross (Brutto sau Gross)

Motorul nu este echipat cu toate unitățile suplimentare necesare pentru funcționarea autovehiculului - motorul se îndreaptă spre stand fără echipament suplimentar, cum ar fi un generator și o pompă a sistemului de răcire. Se dovedește capacitatea "curată", care poate fi mai mare decât puterea netă cu 10-20%. Ca regulă, această putere este notată bhp.

hp - Netto (net sau net)

Motorul testat este echipat cu toate auxiliare necesare funcționării agregatelor-generator, aer condiționat, GUR-ohm etc.

1 kW = 1,36 CP
1 CP = 0.736 kW
1 hp = 75 kgm / s


Puterea motorului este energia produsă de motor. Energia este transformată în cuplu la arborele genunchi al motorului, la schimbarea cutiei de viteze și a reductorului osiei motoare (dacă există) și atinge roțile. Astfel, cuplul este ceea ce împinge mașina în față, iar puterea este ceea ce produce acest cuplu. În acest caz, este necesar să se distingă clar puterea pe arborele cotit și puterea pe roți, în majoritatea cazurilor suntem interesați de puterea reală adică. cel care vine de la motor la roți. Mai jos va fi descris cum se poate imagina și număra totul.


Pentru a înțelege ce cuplu este, puteți folosi un exemplu simplu. Luăm un băț și una din capete este strânsă într-un viciu. Dacă apăsați pe celălalt capăt al stickului, acesta va fi afectat de cuplul (Mkr). Ea este egală cu forța aplicată pârghiei, înmulțită cu lungimea brațului forței. Astfel, 1 Nm (metrul lui Newton) este forța cu care 0.1 kg este presat pe capătul brațului cu o lungime de 1 m.


În cifre se arată astfel: dacă o greutate de 10 kilograme este atârnată pe un braț cu un singur metru, va apărea un cuplu de 10 kg / m. În sistemul de măsurare convențional SI, acest indicator este înmulțit cu valoarea accelerației la cădere liberă (9,81 m / s2), adică va fi egal cu 98,1 N / m (metru Newton). Din aceasta rezultă că puteți obține mai mult cuplu în două moduri - prin mărirea lungimii pârghiei sau a greutății încărcăturii.


În motorul cu combustie internă nu există bastoane și greutăți, în schimb există un mecanism de manivelă. Cuplul se obține aici datorită arderii amestecului combustibil, care în același timp extinde și împinge pistonul. Pistonul, la rândul său, trage pârghia prin tija de legătură. Deși lungimea brațului nu este indicată în descrierea caracteristicilor motoarelor, este posibil să se judece amploarea cursei pistonului (de două ori raza manivelei). Ca rezultat, avem forta presiunii pistonului aplicata pe roata motoare (arborele cotit) peste umar. Cantitatea fizică, momentul forței (cuplul), este produsul forței pe umăr la care este aplicată. Și exact, cuplul de pe roată, împărțit de raza roții, ne dă valoarea forței de tracțiune. Forța de împingere (minus forțele opuse de frecare) este aceeași forță care, acționând asupra corpului (autovehiculului), îi oferă o accelerație.


Un calcul aproximativ al cuplului motorului este după cum urmează. Când pistonul împinge biela cu o forță de 200 kg pe umărul de 5 cm (cursa pistonului este de 10 cm), pe arborele cotit apare un cuplu de 10 kg / m sau 98,1 N / m.

Putere și cuplu, întindere

Mcr = F x R
1m. 5 cm = 20 sau 0,2 m
200 kg x 0,20 m = 10 kg / m
9,81 m / s2 x 10 kg / m = 98,1 Nm

În acest caz, există mai multe modalități de creștere a cuplului:

- Măriți raza manivelei
Cuplul va crește. În același timp, capacitatea motorului va crește, deoarece cursa pistonului va crește. Prin urmare, este imposibil să se mărească raza pârghiei până la infinit, deoarece mărimea motorului va trebui, de asemenea, să fie mărită în lățime și înălțime. Forțele de inerție cresc, de asemenea, necesitând întărirea designului sau reducerea turațiilor maxime.


- Măriți presiunea astfel încât pistonul să se apese pe maneta cu forță mai mare. Pentru aceasta, amestecul de combustibil-aer din camera de combustie trebuie să fie ars mai eficient și într-o cantitate mai mare. Există mai multe moduri: cea mai evidentă este creșterea volumului de lucru, adică diametrul cilindrilor și numărul lor (4, 6, 8, 12 cilindri), mărind din nou dimensiunea motorului.


A doua modalitate este de a îmbunătăți gradul de umplere a amestecului aer-combustibil cilindrilor (intrare schimbare și o ieșire), optimizarea procesului de ardere (unghiul de aprindere, injecție de combustibil), pentru a crește presiunea cilindrului inițial (compresie). Puteți face mai radical și puteți instala un compresor mecanic (turbină, compresor).

Formula pentru calcularea puterii în funcție de cuplu și turația motorului:

P = Mcr x N. 9549, unde:

P - putere în kW (kilowați-oră)
Mcr - cuplul în Nm (Newton metri)
N - turația motorului
9549 este coeficientul, care nu s-ar deranja cu cosinele alfa și va întoarce rotațiile în rpm.

De exemplu, dacă motorul produce un cuplu de 357 Nm la 4400 rpm, puterea sa în kilowați:

357 x 4400. 9549 = 164,5 (kW) sau 164,5 x 1,36 = 223,72 cai putere

Pe baza formulei de mai sus, puteți calcula și cuplul de la putere.







Mkr = P × 9549. N

Mkr = 164,5 x 9549. 4400; Mkr = 357Нм

Instrucțiunile indică de obicei puterea efectivă a motorului. Dar roțile nu ating această putere, pierderile în consumatorii de transmisie, distribuție și paraziți cum ar fi aerul condiționat, generatorul, servodirecția etc. - toate iau de la motor, puterea care le-a fost dată.


Simplificată, forța de tracțiune aplicată roților se calculează după cum urmează:

FT = Mcr x I x H. R. unde

FT - forța de tracțiune (aplicată pe roți, în metri de Newton)
Mkr-cuplul motorului (în metri de Newton),
I este numărul de transmitere al transmisiei,
H - eficiența transmisiei (la poziția longitudinală a motorului h = 0,88-0,92, la transversal - h = 0,91-0,95);
R este raza de rulare a roții.


Se poate observa din formula că cu cât este mai mare cuplul motorului și raportul de transmisie și cu cât este mai mică pierderea de transmisie (adică cu cât este mai mare eficiența acestuia) și cu cât este mai mică raza roții motoare, cu atât este mai mare forța de tracțiune aplicată roților. Raza roților, raportul de transmisie și eficiența transmisiei mașinilor-colegii de clasă sunt foarte asemănătoare, prin urmare nu influențează forța de tracțiune în aceeași măsură ca și cuplul motorului.


Raportul este numărul de rotații ale motorului pe fiecare roată. Se consideră astfel: punțile de transfer (conduse / conduse) X transferul perechii principale (spur / clopot) = ceea ce avem nevoie: 1 (la o rotație a roții).

Momente practice

Dacă măsuram puterea și cuplul motorului cu o accelerație complet deschisă, obținem o curbă pentru dependența puterii și / sau a cuplului la numărul de rotații. Aceasta este așa-numita caracteristică externă a vitezei motorului pentru poziția de accelerație selectată. Astfel de caracteristici parțiale pot fi construite cât de multe se dorește, pentru diferite poziții ale accelerației.

Putere și cuplu, întindere

Caracteristica externă de mare viteză a motorului arată ce resurse de putere are, astfel încât puterea și cuplul corespunzătoare se numesc de unică folosință. În continuare, vom fi interesați de puterea necesară, adică puterea necesară pentru ca motorul să funcționeze în condiții reale. Acest parametru, în întregime dependent de forțele de rezistență la mișcare, adică. care depinde de viteza de deplasare, de masa vehiculului, de rezistența la rulare etc. Deci, calculați forțele care îndepărtează de la motor puterea disponibilă.


În primul rând, aceasta este forța de rezistență a aerului, deoarece crește proporțional cu pătratul vitezei. Masina are un parametru în funcție de forma sa - coeficientul de rezistență aerodinamică, de exemplu pentru Mitsubishi Eclipse G2 este de 0,29.


Acest coeficient este inclus în formula pentru calculul forței rezistenței la aer:

Pw = CxXSxPx (V2). 2

Cx - coeficient de rezistență aerodinamică
S este zona frontală a vehiculului.
P este densitatea aerului, care pentru calculele standard este luată egală cu 0,125 kg cm2
V este viteza de deplasare în m / s,
V2 - viteza în pătrat


O altă forță, acționând în mod constant și ca rezistență, este forța rezistenței la rulare a roților. Se calculează simplu ca produsul din greutatea totală a mașinii prin coeficientul de rezistență la rulare. Acest coeficient, strict vorbind, variază în funcție de tipul și starea anvelopei, presiunea din ea, viteza de rulare, sarcina, starea drumului, temperatura mediului în timpul încercării. Se mărește atunci când presiunea din anvelopă scade, iar în acest caz este mai sensibilă la valoarea de viteză și poate crește substanțial chiar și la viteze de 90-100 km / h, fără a menționa cele mari. Dimpotrivă, anvelopa, oarecum "pompată", este mai ușor de rulat la viteze destul de ridicate.


Pentru calcule simple, care nu necesită precizie mare, se presupune că coeficientul este constant egal cu 0,015. Coeficientul poate varia semnificativ, de exemplu, pe o carieră pietruită până la 0,03, pe un drum neagră până la 0,05-0,15, și pe o suprafață nisiposă de 0,2-0,3 și chiar mai mult.


De exemplu, pentru o mașină Mitsubishi Eclipse G2 cu o masă de 1330 kg, forța de rezistență la rulare, atunci când conduceți pe asfalt neted, va fi:

Pf = 1330 x 0,015; Pf = 19,95 kg

În creștere de drum - există o altă forță - rezistență să crească, ceea ce este ușor de calculat - se înmulțește greutatea totală a mașinii de sinusul unghiului de urcare. Pe drumuri unghiuri reale de coborâre sau de urcare, de obicei se referă la mici, pentru care regula este adevărată: sinus cu un unghi egal cu unghiul la tangenta și măsurată în fracțiuni unghiul de ridicare radiana.T.e.dlya este de 5%, indicat pe un semn rutier, sinus sau tangent este 0,05. Pentru un unghi de 3% - respectiv 0,03. Și așa mai departe.


Astfel, mașina descrisă mai sus, în creștere de 5 ° va pierde:
1330 x 0,05 = 66,5 kg


Cunoscând puterea, este posibil, dacă este necesar, pentru a determina valoarea cerută de putere, - în care puterea consumată în depășirea rezistenței la rulare și de recuperare, calculat ca produs al forțelor corespunzătoare asupra vitezei și, prin urmare, ele sunt proporționale cu viteză. În caz contrar, puterea necesară pentru a depăși rezistența aerului se comportă în raport cu viteza, dacă forța de rezistență este proporțională cu pătratul vitezei, atunci puterea este deja un cub. Ie presupuneți un motor cu o capacitate de 20 CP. va dezvolta o viteză de 100 km / h. Pentru a dubla această viteză, este necesar să măriți puterea de 8 ori, menținând în același timp toate celelalte condiții ale problemei. până la 160 CP Deoarece în practică cu un astfel de motor masina inevitabil devine mai grele, atunci ne confruntăm cu motoare chiar mai puternice.


În cazul în care într-un fel reduce nevoia de tracțiune, de exemplu, atunci când mersul pe tailwind sau downhill, atunci aceste măsuri vor da un rezultat bun, dar eficiența medie a unor astfel de bonusuri va fi în jur de 50%. Astfel, cea mai eficientă modalitate de a reduce cantitatea de tracțiune necesară este de a facilita mașina, adică, cu cât este mai mare raportul dintre ls per kilogram de greutate auto, cu atât mai repede va merge mașina.


Calculați tracțiunea pe roți pentru modelul Mitsubishi Eclipse G2 GST, evaluat la 220 CP. la 6500 rot / min, cuplul maxim de 357 Nm la 4400 rot / min, cu jante de 17 inch (205/50 / R17), diametrul exterior al roții: 637mm, interne 2,54h17 = 432mm. Raportul de transmisie din cutie (W5M31-2) în treapta a 5-a va fi 5.208.

Calculați cuplul pe roți, cu o putere de 220 CP. la 6500 rpm:

Arborele arborelui cotit de 6500 rpm.
Se rotește roata: 6500: 5.208 = 1248 rpm

Cuplul disponibil, cunoscând puterea disponibilă, poate fi calculat și prin formula:

M = 716,2 x Ns roșu. Unde

N este numărul de rotații ale roții motoare pe minut și
Nrasp. - puterea disponibilă în hp

M = 716,2 x 220. 1248; M = 126,25 kgm

Puterea disponibilă pe roți:
Diametrul roții este de 637 mm, atunci raza este de 0,32 m
P = 126,25. 0,32 = 394,53 kgm

Cuplul maxim corespunde situației când presiunea medie efectivă în cilindru este mai mare, - acesta depinde de calitatea epurării cilindrilor, umplerea acestuia cu o încărcătură proaspătă dintr-un amestec de randamentul de combustie, pierderile termice. Puterea crește cu o creștere a vitezei nu este infinit, are, de asemenea, un punct maxim, dar impulsul relevant, nu pe cele care au puncte de mare: puterea și cuplul (respectiv PS și kgm), legate prin formula:


P = Mcr x n / 716,2. unde

P - puterea motorului (hp) la n min-1,
M - cuplul său (kgm) la aceeași viteză.


Apoi viteza masinii cu viteza rotii 1248 rpm va fi: 1248x2 = 2496 m / min sau 149,7 km / h

Chiar și cu un motor cu putere redusă, vom putea deplasa și transporta încărcătura prin selectarea raportului de transmisie din cutia de viteze la viteză mică. Dar apoi vrem să mergem mai repede și pentru asta trebuie să avem un cuplu suficient în întreaga gamă de viteză, care se realizează prin selectarea treptelor de viteză pe toate treptele de viteză din cutia de viteze și cu rezerva motorului. Cuplul este forța înmulțită de umărul aplicării sale, care poate "oferi" motorului masina pentru a depăși o anumită rezistență la mișcare.

Treceți pe arborele cotit al motorului cuplul maxim nu este posibil la toate vitezele. Diferite motoare maximă de vârf de cuplu este atins la moduri diferite - una în care nu mai la viteze mici (în intervalul 1,800 - 3,000 rot / min), în timp ce altele - la mai mare (în intervalul 3000-4500 rot / min). Acest lucru se explică prin faptul că, în funcție de designul traseului de admisie și de fazele distribuției gazului, umplerea efectivă a cilindrilor cu amestecul de combustibil-aer are loc numai la anumite rotații. Pentru a distribui cuplul uniform asupra revoluțiilor, se folosesc tehnologii precum MIVEC, VTEC, GDI etc.

Cu toate că cu cât este mai mare viteza la care este atinsă cuplul maxim, cu atât este mai mare puterea motorului. În același timp, cumpărătorii apreciază foarte mult că momentul este atins la turații reduse, iar producătorii încearcă foarte mult să construiască astfel de motoare. Pe un motor care are un cuplu suficient de mare la turații reduse, este mai convenabil să conduci. Nu conduceți o cursă, și anume să călătoriți. Puterea maximă a motorului determină în primul rând viteza maximă a mașinii. Și cuplul - viteza de realizare a acestui motor de putere maximă.

Regula de aur a mecanicii - câștigătoare în cuplu, se pierde în viteza de rotație.

Exemplele de mai sus se aplică numai motoarelor cu ardere internă. La motoarele electrice sau, să zicem, abur toate cu precizie în sens contrar: mai puțin moment de răsucire, cu atât mai multă putere. Prin urmare, în epoca noastră sunt cunoscute hibride, centrale electrice pe bază de benzină: în cazul în care motorul cu combustie internă este neputincios, motorul electric începe să funcționeze și invers.

Calculul datelor de mai sus, putem concluziona că, pentru a crește viteza maximă trebuie să reducă într-un fel nevoia de putere, acest lucru ne poate ajuta ca un vânt echitabil și topografie rutier, și anume În cazul în care mașina se va deplasa sub pantă, va fi capabilă să dezvolte o viteză mai mare. Din nefericire, trecerea vântului și coborârea dă o creștere mai mică decât cea care duce la același atac de vânt și urcare. Toate acestea sunt valabile și pentru greutatea vehiculului. Astfel, compararea forțelor de tracțiune ale roții motoare, disponibilă și puterea necesară - ne oferă posibilitatea de a evalua capacitățile dinamice ale mașinii.

Ultima editare: 20.03.17 la 7:08







Articole similare

Trimiteți-le prietenilor: