С-Петербург, улица Тосина 3
+7 (812) 917-84-85
+7 (921) 316-27-00

В чем измеряется крутящий момент


Единицы измерения крутящего момента двигателей

В технических характеристиках двигателей и конструкций, оснащенных двигателями, постоянно фигурирует загадочный показатель нм, как единица измерения крутящего момента. Если с мощностью в лошадиных силах все понятно даже на интуитивном уровне, лошадь – она и есть лошадь, то здесь могут возникнуть некоторые затруднения.

Архимедов рычаг

Широко известный ученый Архимед как-то изрек знаменитую фразу: «Дайте мне рычаг, и я переверну Землю». Можно сказать, что именно эта фраза и послужила началом рождения показателя единицы измерения крутящего момента. Как известно, планета Земля несколько тяжеловата для того, чтобы человек, даже такой уважаемый и известный, как Архимед, мог ее перевернуть. Ключ – это использование рычага, позволяющего на порядки увеличивать силу воздействия на объект. Рычаг представляет собой фактически любой предмет, способный свободно вращаться вокруг точки опоры. Если точка опоры находится ровно в середине рычага, при приложении одинаковых усилий с каждого конца рычага вся конструкция будет стоять на месте. Ситуация изменится лишь при смещении точки опоры в одну из сторон. Лучше всего это видно на приведенном ниже рисунке.

Как видно, рычаг крутится вокруг точки опоры, совершая неполный оборот. Соотношение прикладываемой силы к длинному плечу рычага и получаемого усилия на коротком плече составляет основу единиц измерения крутящего момента. Соотношение это очень простое: усилия, помноженные на длину соответствующего плеча рычага, должны быть равны. Закон сохранения энергии работает всегда. Этот принцип действия можно распространить и на пару шестеренок разного диаметра, и вообще на любые взаимодействующие при помощи вращения агрегаты механизмов разных диаметров, представляющие собой, по сути, плечи условных рычагов.

Крутящий момент

Теперь можно взять вращающийся вал двигателя. Радиус вала двигателя – это условный рычаг, а при его вращении возникает сила, направленная перпендикулярно к оси вращения. Схематично это показано на следующем рисунке.

Здесь R – это радиус вала, а F – вектор силы, образуемой при вращении вала. Как и при обычном рычаге, их произведение (R*F) и будет моментом силы, или крутящим моментом. Поскольку, в соответствии с международной системой единиц, сила измеряется в ньютонах, а расстояние – в метрах, единицей измерения крутящего момента является ньютон-метр, или сокращенно – нм.

Однако имеются и другие обозначения. Иногда для измерения силы используют не ньютоны, а килограммы (кгс), тогда эту величину можно пересчитать в «классику» при помощи коэффициента. 1 кгс на метр равен 9,81 нм. В странах, не использующих метрическую систему, в качестве единицы измерения крутящего момента электродвигателя применяют фунтофут. Звучит непривычно, но тем не менее. 1 фунтофут равен 1,36 нм. Существует зависимость между мощностью, частотой оборотов и создаваемым крутящим моментом. Она очень простая. Мощность равна произведению частоты оборотов на крутящий момент, деленную на коэффициент. Коэффициент зависит от единиц измерения крутящего момента и других указанных величин.

Если речь идет о лошадиных силах, кгс на метр и оборотах в минуту, этот коэффициент равен 716,2, для нм и киловатт – 9549. В открытом доступе имеются соответствующие калькуляторы. В технических характеристиках обычно указывают крутящий момент, измеренный непосредственно на валу двигателя.

fb.ru

Единицы измерения момента силы

Программа КИП и А

Момент силы, крутящий момент, вращательный (вращающий момент) - векторная физическая величина, равная векторному произведению радиус-вектора, проведённого от оси вращения к точке приложения силы, на вектор этой силы. Характеризует вращательное действие силы на твёрдое тело.   Момент силы измеряется в ньютон-метрах. 1 Н·м — момент силы, который производит сила 1 Н на рычаг длиной 1 м.

  В метрологии и в приборах КИП и А, шкалы могут быть также проградуированы в других единицах.

Система СИ и внесистемные единицы

  • 1 Ньютон на метр [Н·м][N·m] = 1 Н·м
  • 1 Ньютон на сантиметр [Н·см][N·cm] = 0.01 Н·м
  • 1 Дина на метр [дин·м][dyn·m] = 0.00001 Н·м
  • 1 Дина на сантиметр [дин·см][dyn·cm] = 0.0000001 Н·м
  • 1 Килограмм силы на метр [кгс·м][kgf·m] = 9.80665 Н·м
  • 1 Килограмм силы на сантиметр [кгс·см][kgf·cm] = 0.0980665 Н·м
  • 1 Грамм силы на метр [гс·м][gf·m] = 0.00980665 Н·м
  • 1 Грамм силы на сантиметр [гс·см][gf·cm] = 0.0000980665 Н·м

США и Британия

В виду того, что в некоторых англоязычных странах вес и длина измеряются в национальных единицах, то и момент силы может измеряться в отличных от системы СИ единицах.

  • 1 Длинная (британская) тонна-сила на фут [tf·ft] = 3037.03220426234 Н·м
  • 1 Короткая (американская) тонна-сила на фут [tf·ft] = 2711.6358966628 Н·м
  • 1 Фунт-сила на фут [lbf·ft] = 1.35581794833 Н·м
  • 1 Фунт-сила на дюйм [lbf·in] = 0.11298482903 Н·м
  • 1 Унция-сила на дюйм [ozf·in] = 0.00706155181 Н·м

www.axwap.com

Крутящий момент - это... Что такое Крутящий момент?

Момент силы (синонимы: крутящий момент; вращательный момент; вращающий момент) — физическая величина, характеризующая вращательное действие силы на твёрдое тело.

Момент силы приложенный к гаечному ключу

Отношение между векторами силы, момента силы и импульса во вращающейся системе

Момент силы

В физике момент силы можно понимать как «вращающая сила». В системе СИ единицами измерения для момента силы является ньютон-метр, хотя сантиньютон-метр (cN•m), футо-фунт (ft•lbf), дюйм-фунт (lbf•in) и дюйм-унция (ozf•in) также часто используются для выражения момента силы. Символ момента силы τ (тау). Момент силы иногда называют моментом пары сил, это понятие возникло в трудах Архимеда над рычагами. Вращающиеся аналоги силы, массы и ускорения есть момент силы, момент инерции и угловое ускорение соответственно. Сила, приложенная к рычагу, умноженная на расстояние до оси рычага, есть момент силы. Например, сила в 3 ньютона, приложенная к рычагу, расстояние до оси которого 2 метра, это то же самое, что 1 ньютон, приложенный к рычагу, расстояние до оси которого 6 метров. Более точно, момент силы частицы определяется как векторное произведение:

где  — сила, действующая на частицу, а  — радиус-вектор частицы!

Предыстория

Строго говоря, вектор, обозначающий момент сил, введен искуственно, так как является удобным при вычислении работы по криволинейному участку относительно неподвижной оси и удобен при вычислении общего момента сил всей системы, так как может суммироваться. Для того, чтобы понять откуда появилось обозначение момента сил и как до него додумались, стоит рассмотреть действие силы на рычаг, относительно неподвижной оси.

Работа, совершаемая при действии силы на рычаг , совершающего вращательное движение вокруг неподвижной оси, может быть рассчитана исходя из следующих соображений.

Пусть под действием этой силы конец рычага смещается на бесконечно малый отрезок , которому соответствует бесконечно малый угол . Обозначим через вектор, который направлен вдоль бесконечно малого отрезка и равен ему по модулю. Угол между вектором силы и вектором равен , а угол и вектором силы .

Следовательно, бесконечно малая работа , совершаемая силой на бесконечно малом участке равна скалярному произведению вектора и вектора силы, то есть .

Теперь попытаемся выразить модуль вектора через радиус вектор , а проекцию вектора силы на вектор , через угол .

В первом случае, используя теорему Пифагора, можно записать следующее равенство , где в случае малого угла справедливо и следовательно

Для проекции вектора силы на вектор , видно, что угол , так как для бесконечно малого перемещения рычага , можно считать, что траектория перемещения перпендикулярна рычагу , а так как , получаем, что .

Теперь запишем бесконечно малую работу через новые равенства или .

Теперь видно, что произведение есть ни что иное как модуль векторного произведения векторов и , то есть , которое и было принято обозначить за момент силы или модуля вектора момента силы .

И теперь полная работа записывается очень просто или .

Единицы

Момент силы имеет размерность сила на расстояние, и в системе СИ единицей момента силы является «ньютон-метр». Джоуль, единица СИ для энергии и работы, тоже определяется как 1Н*м, но эта единица не используется для момента силы. Когда энергия представляется как результат «сила на расстояние», энергия скалярная, тогда как момент силы — это «сила, векторно умноженная на расстояние» и таким образом она (псевдо) векторная величина. Конечно, совпадение размерности этих величин не простое совпадение; момент силы 1Н*м, приложенный через целый оборот, требует энергии как раз 2*π джоулей. Математически

,

где Е — энергия, τ — вращающий момент, θ — угол в радианах.

Специальные случаи

Формула момента рычага

Момент рычага

Очень интересен особый случай, представляемый как определение момента силы в поле:

τ = МОМЕНТ РЫЧАГА * СИЛУ

Проблема такого представления в том, что оно не дает направления момента силы, а только его величину, поэтому трудно рассматривать в.м. в 3-хмерном случае. Если сила перпендикулярна вектору r, момент рычага будет равен расстоянию до центра и момент силы будет максимален

= РАССТОЯНИЕ ДО ЦЕНТРА * СИЛУ

Сила под углом

Если сила F направлена под углом θ к рычагу r, то τ = r*F*sinθ, где θ это угол между рычагом и приложенной силой

Статическое равновесие

Для того чтобы объект находился в равновесии, должна равняться нулю не только сумма всех сил, но и сумма всех моментов силы вокруг любой точки. Для 2-хмерного случая с горизонтальными и вертикальными силами: сумма сил в двух измерениях ΣH=0, ΣV=0 и момент силы в третьем измерении Στ=0.

Момент силы как функция от времени

Момент силы — производная по времени от момент импульса,

,

где L — момент импульса. Момент импульса твердого тела может быть описан через произведение момента инерции и угловой скорости.

,

То есть если I постоянная, то

,

где α — угловое ускорение, измеряемое в радианах в секунду за секунду.

Отношение между моментом силы и мощностью

Если сила совершает действие на каком-либо расстоянии, то она совершает механическую работу. Также если момент силы совершает действие через угловое расстояние, он совершает работу.

= МОМЕНТ СИЛЫ * УГЛОВАЯ СКОРОСТЬ

В системе СИ мощность измеряется в Ваттах, момент силы в ньютон-метрах, а УГЛОВАЯ СКОРОСТЬ в радианах в секунду.

Отношение между моментом силы и работой

= МОМЕНТ СИЛЫ * УГОЛ

В системе СИ работа измеряется в Джоулях, момент силы в Ньютон * метр, а УГОЛ в в радианах.

Обычно известна угловая скорость в радианах в секунду и время действия МОМЕНТА .

Тогда совершенная МОМЕНТОМ силы РАБОТА рассчитывается как:

= МОМЕНТ СИЛЫ * *

Момент силы относительно точки

Если имеется материальная точка , к которой приложена сила , то момент силы относительно точки равен векторному произведению радиус-вектора , соединяющий точки O и OF, на вектор силы :

.

Момент силы относительно оси

Моментом силы относительно оси называется момент проекции силы на плоскость, перпендикулярную оси относительно точки пересечения оси с этой плоскостью.

Единицы измерения

Момент силы измеряется в ньютон-метрах. 1 Н•м — момент силы, который производит сила 1 Н на рычаг длиной 1 м.

Измерение момента

На сегодняшний день измерение момента силы осуществляется с помощью тензометрических, оптических и индуктивных датчиков нагрузки. В России при решении задач измерения момента в основном используется оборудование зарубежных производителей (HBM (Германия), Kyowa (Япония), Dacell (Корея) и ряда других).

См. также

  • Момент инерции
  • Момент импульса
  • Теорема Вариньона

Wikimedia Foundation. 2010.

dic.academic.ru

Что такое крутящий момент двигателя автомобиля

Мощность и крутящий момент — два ключевых параметра, по которым выбирают скоростные двигатели. Кого-то интересует как можно большее количество лошадиных сил в сердце автомобиля. Кому-то более важен максимальный крутящий момент.

По какому из этих характеристик подбирают автомобили профессионалы? Зависит ли одно от другого? Что, если крутящий момент небольшой, а мощность довольно высокая? Не все опытные автомобилисты смогут исчерпывающе ответить на все эти вопросы. А мы — попытаемся.

Двигатель нельзя определить лучшим по моменту, лошадиным силам или оборотам в отдельности. Все эти характеристики важны по-своему. Поэтому хороший мотор оценивается только в комплексе этих параметров.

От чего зависит мощность двигателя?

«Сколько у тебя лошадок?» — один из самых часто задаваемых вопросов в кругу автолюбителей. Традиционно сложилось так, что чем больше так называемых лошадиных сил в двигателе, тем быстрее и мощнее считается авто. Но мало кто знает, что величина, именуемая лошадиными силами, не является официальной и даже не входит в международную систему измерения (помните со школы систему СИ?).

Появилась эта единица измерения еще в эпоху промышленной революции. Одной лошадиной силе равнялась мощность, способная поднять 75 кг на 1 м за 1 с. Обусловлено это тем, что в то время гораздо более важной была не скорость автомобиля, а скорость добычи угля.

В наше же время всем известная «л. с.» считается «нелегальной». Международная метрологическая организация требует изъять ее как можно быстрее. А официальная законодательная директива с 2010 года позволяет использовать ее только как вспомогательную единицу измерения.

Тем не менее ее до сих пор не заменили на официальные киловатты. Причин этому несколько:

  • 1.Банальное, но правдивое выражение «привычка — вторая натура»;
  • 2.Маркетинг автомобильных компаний;
  • 3.Избежание путаницы.

В чем состоит маркетинг автокомпаний? В том, что если хоть одна из них перейдет на официальную единицу измерения кВт, то лишится ощутимого процента покупателей из-за банальной путаницы. Ведь, если взять, к примеру, популярный кроссовер Kia Sportage, то его мощность в лошадиных силах равна 136 и 184 в двух вариантах. В киловаттах же — 100 и 135 соответственно. Понимаете? Как они могут перейти на международную единицу измерения, если у конкурентов будет цифра 184, а у них всего-то 135? Не зря в Америке говорят: «Мощность помогает продавать машины».

Как измеряется крутящий момент?

Возникает момент при торможении коленчатого вала одним из способов:

  • •гидротормозом;
  • •генератором;
  • •иным способом, который может заставить «тянуть» машину.

Да-да, именно так его и измеряют: тормозят двигатель или колеса. При этом в характеристике указывается максимальный момент, который только может развить мотор, при полном нажатии педали тормоза. В начале этот показатель невелик, затем он растет до пика и падает.

Что такое крутящий момент?

У большинства современных водителей, к сожалению, нет полного представления о том, что такое крутящий момент. Измеряется он в ньютон метрах (н∙м) и является величиной, которая напрямую взаимосвязана с мощностью. Все, что известно автолюбителям о крутящем моменте — это то, что он должен быть как можно выше. Но тогда чем он отличается от мощности?

Запомните: мощность, крутящий момент, обороты двигателя — взаимозависимые величины. Существует ряд формул, по которым, зная два из этих параметров можно рассчитать третий.

Говоря техническим языком, мощность — величина, представляющая, какое количество работы способен выполнить мотор за определенное количество времени. Крутящий момент показывает потенциал двигателя для совершения этой самой работы. Иными словами, чем больше крутящий момент, тем большее сопротивление способен преодолеть мотор.

Представим ситуацию: вы за рулем автомобиля с мощностью 100 л. с. Впереди едет грузовик и вам нужно как можно быстрее его обогнать и вернуться на нужную полосу движения. Для этого вашему автомобилю придется задействовать всю свою мощность. В этом случае крутящий момент как раз является так называемым предводителем лошадиных сил, которых собирает их все в единый табун.

Хотите объяснение еще проще? Проведем аналогию с человеком: его силу можно измерить в ньютон метрах, а выносливость — в лошадиных силах. Именно поэтому настоящими тяжелоатлетами считаются «тихоходные» дизельные двигатели, которые медленно, но решительно перевозят на своих «спинах» тяжелые грузы. Бензиновые, в свою очередь, быстрее, но большие нагрузки не для них.

Итог

Что ж, надеемся, вы получили ответы на свои вопросы. Теперь-то вы наверняка знаете, какой двигатель больше всего подошел бы для вас? И все последующие разы, садясь за руль, спрашивая характеристики авто или отвечая на вопросы коллеги-автолюбителя, будете более осведомлены в деталях технических параметров машины. Удачи на дорогах!

autoexpert.today


Смотрите также

 

"Питер - АТ"
ИНН 780703320484
ОГРНИП 313784720500453

Новости