Момент вращения и крутящий момент: График мощности и крутящего момента

Содержание

График мощности и крутящего момента

График мощности и крутящего момента — о чем он говорит?


Пример графика мощности и крутящего момента, полученный со стенда для испытания двигателей PowerTest.


Начнем с определений:


МОЩНОСТЬ (POWER, HORSEPOWER)  — это работа, проделанная за единицу времени. Речь идет в данном случае о механической мощности, которая при вращении вала вокруг своей оси описывается выражением:


Где

  • ω — угловая скорость вращения вала
  • M — крутящий момент
  • π — число ~ 3.1416
  • n — частота вращения, измеряемая в оборотах в единицу времени (в данном случае  одна минута).


Важно отметить что  мощность в этой формуле получается в ваттах, для получения результата   в  лошадиных силах мощность в кВт необходимо умножить на коэффициент 0,735499.


КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ (TORQUE) — это произведение  силы в Н, которая приложена к валу не напрямую, а через рычаг (плечо)  длиной 1 м, прикрепленный к валу (точка измерения крутящего момента), отсюда и единица измерения Н*м. При такой нагрузке происходит деформация вала ,только не изгиб, который был бы при нулевой длине плеча, а скручивание, при котором отдельные сечения вала не повторяют друг друга, а оказываются повернутыми друг относительно друга  на определённые углы, тем большие, чем больше   приложенная сила, или чем больше рычаг при одной и той же силе. По этой причине момент называют крутящим. Не следует ожидать, что вы увидите эту закрутку стального вала диаметром, например, 20 мм, нанеся перед нагрузкой на поверхность вала линии, параллельные его оси. Величина закрутки будет в реальности настолько мала, что её непросто измерить даже с помощью специальных приборов, измерителей крутящего момента.


ОБОРОТЫ (RPM — Revolutions Per Minute) — здесь все еще проще, это число оборотов, которое совершает ВАЛ за одну минуту. Измеряется в об/мин.


Часто кажется, что люди не вполне понимают разницу между МОЩНОСТЬЮ и МОМЕНТОМ, тем более, последние связаны друг с другом через еще один ключевой параметр, как на стенде испытаний двигателя, так и в условиях реальной эксплуатации.  Это угловая скорость вращения вала.


Например к нам часто приходят запросы «Нам нужно измерить параметры двигателя мощностью 200л.с.» или «какой гидротормоз вы посоветуете на 140 кВт?»


Ответить на этот вопрос можно, но это не гарантирует что заказчик получит желаемый результат. Потому что в вопросе отсутствует информация о скоростных режимах испытываемого на стенде двигателя.


И вопрос обычно задается так, как будто мощность и крутящий момент понятия  если не взаимоисключающие, то по меньшей мере не связанные друг с другом.


На самом деле, все наоборот, и необходимо принимать во внимание данные факты:

  • МОЩНОСТЬ (скорость выполнения РАБОТЫ) зависит от МОМЕНТА и СКОРОСТИ  ВАЛА(ОБОРОТОВ В МИНУТУ).
  • МОМЕНТ и ОБОРОТЫ В МИНУТУ — ИЗМЕРЕННЫЕ параметры, однозначно определяющие мощность двигателя.
  • Мощность рассчитывается из крутящего момента и оборотов, по следующей формуле:
  • МОЩНОСТЬ в Л. с. = КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ х ОБОРОТЫ ÷ 5252

Почему это важно?


При выборе нагружающего устройства это критически важно, так как одну и ту же мощность  двигатель может выдавать на стенде как при 1500 об/мин (дизельный двигатель), так  и на 20 000 об/мин (двигатель гоночного мотоцикла). Для каждого типа двигателя необходимо подбирать соответствующее нагружающее устройство. А иногда даже не одно, а тандем из двух, первое из которых работает при низких оборотах, а второе при высоких. Если речь идет об испытаниях вновь создаваемых двигателей с широким скоростным диапазоном  вращения вала.


Дизельный двигатель и двигатель гоночного мотоцикла.


Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) превращает энергию, выделившуюся при сгорании топлива в работу движения поршня, тот в свою очередь передает ее на коленчатый вал, который может создавать определенный КРУТЯЩИЙ МОМЕНТ при заданных оборотах. Величина крутящего момента, который может создать двигатель, обычно существенно зависит от оборотов.  


Для разных двигателей эти параметры будут разными в зависимости от геометрических параметров КШМ (кривошипно-шатунного механизма), типа топлива, массы деталей, формы распределительных валов, системы впрыска топлива и управления зажиганием и т.д.


Для маленьких и мощных двигателей необходимо использовать высокооборотистые гидротормоза и индуктивные тормоза


Ниже представлены графики различных гидротормозов для испытания двигателей.


Кривая нагружения для высокооборотистого гидротормоза.


А для больших дизельных двигателей используются гидротормоза, выдающие максимальное тормозное усилие и мощность на низких оборотах


Кривая нагружения гидротормоза для испытания мощных дизельных двигателей.

Что это означает на практике?


Если отойти от теории, то график мощности и крутящего момента — это основные характеристики двигателя. Когда вы въезжаете на своем автомобиле в горку и пытаетесь поддерживать одну и ту же скорость, вам приходится сильнее нажимать на педаль газа. Многим при этом кажется, что мощность останется та же, т.к. скорость не меняется. Но это не так!


При движении в горку двигатель выдает большую мощность при тех же оборотах.

(при неизменной передаче). Это легко проверить, взглянув на текущий расход топлива.


Также это объясняет, зачем двигателю нужна коробка передач, ведь для эффективного разгона  и преодоления подъёмов нам необходимо поддерживать обороты в диапазоне максимальной мощности двигателя.


А вот электромобили обходятся без нее. Кривая крутящего момента и мощности у электродвигателя намного более линейна, и  к тому же электродвигатель выдает куда большую мощность на низких оборотах.



Зачем измерять мощность и крутящий момент?


Во-первых это необходимая процедура при разработке и сертификации любого нового двигателя.


Во-вторых эти данные помогут  при дальнейшей настройке и доработке двигателя, чтобы добиться наилучших эксплуатационных характеристик.


В третьих кривая мощности и крутящего момента, если её сравнить с паспортной — это прямой показатель технического состояния любого двигателя.


Графики мощности дизельного двигателя до ремонта и после ремонта, полученные с испытательного стенда на базе гидротормоза, который можно приобрести в нашей компании.

Как рассчитать крутящий момент электродвигателя

  • Полезное
  • Справочная информация
  • Крутящий момент электродвигателя – расчет, формула, таблица

Крутящий момент электродвигателя – это сила вращения его вала. Именно момент вращения определяет мощность Вашего двигателя. Измеряется в ньютонах на метр Н*м или в килограмм-силах на метр кгс*м.

Виды крутящих моментов:

  • Номинальный – значение момента при стандартном режиме работы и стандартной номинальной нагрузке на двигатель.
  • Пусковой – это табличное значение. Сила вращения, которую в состоянии развивать электродвигатель при пуске. При подборе электродвигателя убедитесь, что данный параметр выше, чем статический момент Вашего оборудования — насоса, либо вентилятора и т.д. В противном случае электродвигатель не сможет запуститься, что чревато перегревом и перегоранием обмотки.
  • Максимальный – предельное значение, по достижении которого нагрузка уравновесит двигатель и остановит его.

В данной таблице собраны крутящие моменты наиболее распространенных в Украине электродвигателей АИР, а также требуемый при пуске – пусковой, максимально допустимый для данного типа электродвигателя – максимальный крутящий момент и момент инерции двигателей АИР (усилие важное при подборе электромагнитного тормоза, например)

Мощности асинхронных электродвигателей:

















































































































ДвигателькВт/обМном, НмМпуск, НмМмакс, НмМинн, Нм
АИР56А20,18/27300,6301,3851,3851,133
АИР56В20,25/27000,8841,9451,9451,592
АИР56А40,12/13500,8491,8681,8681,528
АИР56В40,18/13501,2732,8012,8012,292
АИР63А20,37/27301,2942,8482,8482,330
АИР63В20,55/27301,9244,2334,2333,463
АИР63А40,25/13201,8093,9793,9793,256
АИР63В40,37/13202,6775,8895,8894,818
АИР63А60,18/8601,9994,3974,3973,198
АИР63В60,25/8602,7766,1086,1084,442
АИР71А20,75/28202,5406,6046,8584,064
АИР71В21,1/28003,7528,2549,0046,003
АИР71А40,55/13603,8628,8839,2696,952
АИР71В40,75/13505,30613,26413,79412,733
АИР71А60,37/9003,9268,2458,6376,282
АИР71В60,55/9205,70910,84812,5609,135
АИР71В80,25/6803,5115,6186,6714,915
АИР80А21,5/28804,97410,94312,9328,953
АИР80В22,2/28607,34615,42719,10013,223
АИР80А41,1/14207,39816,27517,75512,576
АИР80В41,5/141010,16022,35124,38317,271
АИР80А60,75/9207,78516,34917,12812,457
АИР80В61,1/92011,41825,12126,26320,553
АИР80А80,37/6805,19610,39311,9527,275
АИР80В80,55/6807,72415,44916,22110,814
АИР90L23/286010,01723,04026,04517,030
АИР90L42,2/143014,69229,38535,26229,385
АИР90L61,5/94015,23930,47935,05128,955
АИР90LА80,75/70010,23215,34820,46415,348
АИР90LВ81,1/71014,79622,19432,55122,194
АИР100S24/285013,40426,80732,16821,446
АИР100L25,5/285018,43038,70344,23229,488
АИР100S43/141020,31940,63844,70232,511
АИР100L44/141027,09256,89465,02143,348
АИР100L62,2/94022,35142,46749,17235,762
АИР100L81,5/71020,17632,28240,35230,264
АИР112М27,5/290024,69849,39754,33639,517
АИР112М45,5/143036,73173,46291,82758,769
АИР112МА63/95030,15860,31666,34748,253
АИР112МВ64/95040,21180,42188,46364,337
АИР112МА82,2/70030,01454,02666,03142,020
АИР112МВ83/70040,92973,67190,04357,300
АИР132М211/291036,10057,75979,41943,320
АИР132S47,5/144049,74099,479124,34979,583
АИР132М411/145072,448173,876210,100159,386
АИР132S65,5/96054,714109,427120,37087,542
АИР132М67,5/95075,395150,789165,868120,632
АИР132S84/70054,57198,229120,05776,400
АИР132М85,5/70075,036135,064165,079105,050
АИР160S215/294048,72497,449155,9182,046
АИР160М218,5/294060,094120,187192,2992,884
АИР180S222/294071,463150,071250,1194,288
АИР180М230/294097,449214,388341,0716,821
АИР200М237/2950119,780275,493383,29516,769
АИР200L245/2940146,173380,051584,69419,003
АИР225М255/2955177,750408,824710,99835,550
АИР250S275/2965241,568628,078966,27384,549
АИР250М290/2960290,372784,0031161,486116,149
АИР280S2110/2960354,899887,2471171,166212,939
АИР280М2132/2964425,3041233,3811488,563297,713
АИР315S2160/2977513,2681231,8441693,786590,259
АИР315М2200/2978641,3701603,4252116,521962,055
АИР355SMA2250/2980801,1741281,8792403,5232163,171
АИР160S415/146098,116186,421284,5387,457
АИР160М418,5/1460121,010229,920350,93011,375
АИР180S422/1460143,904302,199402,93215,110
АИР180М230/1460196,233470,959588,69927,276
АИР200М437/1460242,021532,445847,07246,952
АИР200L445/1460294,349647,568941,91866,229
АИР225М455/1475356,102997,0851317,576145,289
АИР250S475/1470487,2451218,1121559,184301,605
АИР250М490/1470584,6941461,7351871,020467,755
АИР280S4110/1470714,6262072,4152429,728578,847
АИР280М4132/1485848,8891697,7782886,2221612,889
АИР315S4160/14871027,5722568,9313802,0172363,416
АИР315М4200/14841287,0623217,6554247,3053603,774
АИР355SMA4250/14881604,5033690,3564492,6088985,215
АИР355SMВ4315/14882021,6735054,1835862,85312534,375
АИР355SMС4355/14882278,3945012,4666151,66315493,078
АИР160S611/970108,299205,768314,06712,021
АИР160М615/970147,680339,665443,04120,675
АИР180М618,5/970182,139400,706546,41829,324
АИР200М622/975215,487517,169711,10850,209
АИР200L630/975293,846617,077881,538102,846
АИР225М637/980360,561721,1221081,684186,050
АИР250S645/986435,852784,5331307,556440,210
АИР250М655/986532,7081012,1451811,207633,922
АИР280S675/985727,1571454,3152326,9041090,736
АИР280М690/985872,5891745,1782792,2841657,919
АИР315S6110/9871064,3361809,3722873,7084044,478
АИР315М6132/9891274,6212166,8553696,4005735,794
АИР355МА6160/9931538,7712923,6663539,17411848,540
АИР355МВ6200/9931923,4643654,5824423,96817118,832
АИР355MLA6250/9932404,3304568,2285529,96025485,901
AИР355MLB6315/9923032,5106065,0207278,02440029,133
АИР160S87,5/73098,116156,986235,47913,246
АИР160М811/7301007,3291712,4592417,589181,319
АИР180М815/730196,233333,596529,82941,994
АИР200М818,5/728242,685509,639606,71467,952
АИР200L822/725289,793579,586724,48388,966
АИР225М830/735389,796701,6331052,449214,388
АИР250S837/738478,794861,8291196,985481,188
АИР250М845/735584,6941052,4491520,204695,786
АИР280S855/735714,6261357,7892143,8781071,939
АИР280М875/735974,4901754,0822728,5711851,531
АИР315S890/7401161,4861509,9322671,4194413,649
АИР315М8110/7421415,7682265,2293964,1516370,957
АИР355SMA8132/7431696,6352714,6163902,26112215,774
AИР355SMB8160/7432056,5283496,0974935,66618097,443
AИР355MLA8200/7432570,6594627,1876940,78126991,925
AИР355MLB8250/7434498,6547647,71210796,77058032,638

Расчет крутящего момента – формула

Габариты электродвигателей АИР:

Примечание: при расчете стоит учесть коэффициент проскальзывания асинхронного двигателя. Номинальное количество оборотов двигателя не совпадает с реальным. Точное количество оборотов вы сможете найти, зная маркировку, в таблице выше.

Где, Р — мощность электродвигателя в киловаттах (кВт). N — количество оборотов вала в минуту.