Максимальный крутящий момент это: Мощность и крутящий момент — что это?

Максимальный крутящий момент — это… Что такое Максимальный крутящий момент?

Максимальный крутящий момент

Максимальный крутящий момент

Это соотношение между числами оборотов максимальной мощности и оборотов максимального крутящего момента (об/мин Pmax/об/мин Mmax). Оно должно быть таковым, чтобы по отношению к оборотам максимальной мощности, обороты максимального крутящего момента были как можно ниже. Это позволит снижать и увеличивать скорость только за счет работы педалью газа, не прибегая к переключению передач, а также ехать на повышенных передачах с малой скоростью. Практически оценить эластичность мотора можно путем проверки способности автомобиля разгоняться от 60 до 100 км/ч на четвёртой передаче. Чем меньше времени займет этот разгон, тем эластичнее двигатель.
Из двух двигателей одинакового объема и мощности, предпочтителен тот, у которого выше эластичность.

При прочих равных условиях такой мотор будет меньше изнашиваться, работать с меньшим шумом и меньше расходовать топливо, а также упростит манипуляции рычагом коробки передач.

См. также

Wikimedia Foundation. 2010.

• Максимальный брейк
• Максименко, Максимилиан Степанович

Смотреть что такое «Максимальный крутящий момент» в других словарях:

• максимальный крутящий момент — (на валу привода) [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN maximum torqueMT …   Справочник технического переводчика

• максимальный крутящий момент — 3.15 максимальный крутящий момент: Наибольшее значение крутящего момента, зафиксированное при снятии регуляторной характеристики двигателя в комплектации, соответствующей определению эксплуатационной мощности.

  Источник …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• максимальный крутящий момент на валу — 3.4.4 максимальный крутящий момент на валу (maximum spindle torque): Максимальное значение крутящего момента, при котором вращение шпинделя прекращается. Источник …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• Крутящий момент — Средний крутящий момент, развиваемый дизелем на конце вала отбора мощности Источник: ГОСТ 10448 80: Двигатели судовые, тепловозные и промышленные. Приемка. Методы испытаний …   Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

• максимальный непрерывный крутящий момент — (на валу привода) [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN maximum continuous torque …   Справочник технического переводчика

• Ford F-Series

  — Ford F Series …   Википедия

• Mitsubishi Pajero — Mitsubishi Pajero …   Википедия

• Ford Focus — О Ford Focus, продаваемом на рынке Северной Америки, смотри Ford Focus (Северная Америка) Для улучшения этой статьи об автомобилях желательно?: Найти и оформить в виде сносок ссылки на авт …   Википедия

• Mini Clubman — Mini Clubman …   Википедия

• Chevrolet Malibu — Эту статью следует викифицировать. Пожалуйста, оформите её согласно правилам оформления статей …   Википедия

Крутящий момент и мощность двигателя

Вне зависимости от производителя и модели автомобиля, в его технических характеристиках производители, как правило, указывают целый ряд показателей.

Большая часть из них понятны даже начинающему водителю – объём двигателя, мощность, разгон до «сотни», расход топлива и т. д.

Из этой статьи вы узнаете:

Но рядом с мощностью нередко присутствует и ещё один параметр, суть которого понятна далеко не всем. Этот параметр – крутящий момент. Что это за характеристика и каким образом она влияет на поведение автомобиля на дороге?

Что такое крутящий момент

Грубо говоря, крутящий момент – это некая величина, которая демонстрирует тяговые возможности двигателя, «силу», с которой двигатель может вращать коленвал.

В школьном курсе физики этот показатель определяется как произведение силы на «рычаг», к которому эта самая сила приложена. Сила измеряется в Ньютонах, величина «рычага» — в метрах, получается единица измерения крутящего момента – Ньютон/метр.

Эта «сила» непостоянна, она зависит от оборотов двигателя. Максимальный крутящий момент может быть достигнут только при определённых оборотах (как правило, возле цифры в Нм в скобках пишут, при каких оборотах этот показатель достигается).

Разумеется, величина момента связана мощностью двигателя, но зависимость эта не прямолинейна, поскольку момент зависит так же и от качества наполнения цилиндров двигателя топливной смесью. Поэтому для каждого двигателя производитель всегда даёт две характеристики – мощность при определённых оборотах, а так же крутящий момент при определённых оборотах.

Что такое мощность двигателя

Что касается мощности двигателя, измеряемой в известных всем лошадиных силах (хотя для официальных документов используются другие единицы измерения — киловатты (кВт)), то она показывает количество работы, выполняемой двигателем в единицу времени, в то время как крутящий момент показывает «силу», с которой эта самая работа выполняется.

Один известный американец сказал: «Продажу автомобилей обеспечивает мощность, а гонки выигрывает крутящий момент», тем самым объясняя, что большие цифры мощности двигателя ещё не гарантируют того, что автомобиль может ездить быстрее других, зато гарантируют интерес со стороны покупателей.

В качестве простого примера можно взять два двигателя одного из мировых брендов Volkswagen: двухлитровый дизель 2.0 TDI, развивающий 140 сил и 320 Нм момента (уже при 1700 об/мин) и такой же двухлитровый, но бензиновый 2.0 FSI, мощностью 150 л.с., но имеющий момент 200 Нм (при 3200 об/мин).

Несмотря на одинаковый объём и большую мощность бензинового мотора, дизельный двигатель (TDI) способен ехать заметно быстрее, потому что имеет гораздо больший крутящий момент при меньших оборотах, что сказывается при разгоне.

Данный пример характеризует в целом тот факт, что дизельные двигатели – гораздо более «тяговитые», обладают более высоким крутящим моментом, который достигается при более низких оборотах, благодаря чему они уже давно нашли применение на грузовиках и в последнее время всё больше находят применение на легковых автомобилях.

Однако у дизеля есть и «оборотная сторона медали» — для него необходимо более «грязное» топливо, имеющее больше вредных выбросов, а так же специализированное обслуживание, которое может стоить дороже, чем у бензинового. Кроме того, дизель всегда считался утилитарным «тракторным» двигателем, и он никогда не сможет подарить тот самый бензиновый «драйв», который так ценят любители спортивных машин.

Мощность и Момент — Автокадабра

Попробуем понять что такое момент и мощность, чем они отличаются, как они связаны, в чем измеряются. Выведем формулу соотношения мощности и момента. Сравним дизель с бензиновым двигателем. Выясним что в Nascar нужен момент, а в Formula 1 мощность. Рассмотрим графики характеристик идеального и нескольких реальных двигателей. Но для начала вспомним что из себя представляют по определению момент и мощность.

По науке

Для совершения работы нужно приложить силу. Например, для перемещения объекта на какое-то расстояние необходимо приложить силу, тем самым совершив работу по перемещению этого объекта. Сила это производная от работы по расстоянию. (В общем случае — производная это скорость изменения функции)

Работу можно выполнить за разное время, можно быстро, а можно медленно. Для характеристики времени выполнения работы вводят понятие мощности. Другими словами мощность характеризует скорость совершения работы. Чем быстрее выполняется работа, тем больше мощности нужно затрачивать. Мощность это производная от работы по времени.

Итак, когда сила применяется для линейного перемещения тела на расстояние это называют работой. Но, например, для вращения вала тоже нужно прикладывать силу, но линейного перемещения при этом не происходит. Такое перемещение называют угловым (поворот вала), а такую работу называют (вращающим или крутящим) моментом. То есть сила, приложенная к валу и вращающая его совершает работу. Момент это работа по вращению вала.

Применительно к ДВС

В ДВС воздушно-топливная смесь сгорающая в камере сгорания давит на пошнень с определенной силой и поршень вращает коленвал, создавая на нем крутящий момент. При этом коленвал вращается с определенной (угловой) скоростью. Развиваемая при этом мощность двигателя будет произведением момента на число оборотов (за единицу времени). Для увеличения мощности нужно увеличивать момент или увеличивать скорость вращения коленвала. Для увеличения момента нужно прикладывать больше силы к поршню, то есть сжигать больше топлива, но ведь мы итак работаем на оптимальном составе воздушно-топливной смеси и ее обогащение не даст улучшения. Но мы можем поджигать смесь чаще, увеличивая количество оборотов. Выходит что пик мощности всегда будет на высоких оборотах, пока он не упрется в конструктивные ограничения (зависание клапанов, слишком большие инерционные потери и т. д.). Повышение максимальных оборотов это один из способов достижения высокой мощности двигателя.

Что же лучше момент или мощность?

С одной стороны крутит именно момент. Так почему же, например, трактор, имея ошеломительный момент на колесах, совсем не валит? Дело в том, что момент можно легко изменять. Мы каждый день это делаем переключая передачи трансмиссии (у некоторых они переключаются сами), передавая при этом разный момент на колеса при неизменном моменте на валу двигателя. А что при этом происходит с мощностью? В силу того что мощность это произведение момента на угловую скорость, то мощность остается неизменной, ведь угловая скорость падает прямо пропорционально росту крутящего момента.

В итоге получается, чтобы совершить работу по перемещению автомобиля массой m из точки А в точку Б нужен достаточный момент (для преодоления сил трения и сопротивления качению), чтобы делать это быстро нужна мощность.

В чем измеряют

Хотя обычно принято мощность считать в ваттах, автомобилисты исторически используют [лошадиную силу], которая примерно равна 735 ваттам. То есть мощность двигателя в 100 л. с. соответствует 73,5 КВт, а двигатель заряженного авто с мощностью свыше 1000 л.с. соответствует почти одному МегаВатту.

Как соотносятся

Итак, формула для мощности: P = M • w, где P — мощность [Вт], M — момент [Н•м], w — угловая скорость [рад/с]. Приведя угловую скорость к оборотам в минуту получаем: RPM = 60 * w. Помня что лошадиная сила это 735 Вт, получаем соотношение для мощности в лошадиных силах:
Pл.с. = M • RPM / 7018
Отметим, что на 7018 оборотах в минуту мощность и момент численно совпадают. Зная мощность можно определить момент и наоборот.

Графики характеристик

Для измерения характеристик двигателя используют динамометрический стенд. Хотя вернее будет сказать что он замеряет момент, а мощность высчитывают по приведенной выше формуле. В идеале двигатель должен иметь постоянный во всем диапазоне момент и, соответственно, линейно растущую мощность.

В реальных же условиях на малых оборотах наполняемость цилиндров не большая из-за малого разряжения, а на больших оборотах сказываются другие проблемы. Посмотрим на характеристики двигателя Renault K7M (Logan).

Видно, что характеристика момента линейна лишь в небольшом диапазоне рабочих оборотов (этот диапазон называют полкой момента). Для увеличения полки момента используют различные решения. Для улучшения наполнения цилиндров применяют до пяти клапанов на цилиндр. На высоких оборотах кулачки распредвала настолько быстро открывают клапана, что пружины клапанов не успевают вернуть клапан в закрытое положение, говорят что клапана зависают. Для решения этой проблемы уменьшают массу клапанов, толкателей и пружин. Или, например, отказываются от пружин для закрытия клапанов (десмодромный механизм). В двигателях формулы 1 используют пневмопривод. Также на высоких оборотах клапана открываются на меньшее время, но при этом через двигатель приходится прогонять больший объем смеси. При этом оказывается полезным изменение фаз газораспределения и увеличение угла перекрытия впускных и выпускных клапанов для лучшей продувки цилиндров. Для этого служат системы типа VTEC, VVTI, Vanos и т.п. У каждого производителя они называются по-разному, но выполняют одну суть — смещают положение распредвалов относительно коленвала и относительно друг друга, позволяя изменять фазы газораспределения на нужных оборотах. Касательно нашего вопроса это позволяет увеличить момент на верхах, расширив полку момента.

Бензин или Дизель?

Бензин, как известно, имеет большую температуру горения и выделяет при этом больше энергии. Кроме того, дизельный двигатель имеет более ограниченный диапазон оборотов, стало быть большой мощности с дизеля не снять. Поэтому дизель оптимизирован под момент (длинные шатуны и большой ход поршня). А чтобы он хоть как-то ехал на него обычно устанавливают турбину, ведь дизель не имеет проблем с детонацией при увеличении степени сжатия. Приведу в пример характеристики двигателя Opel Z13DTH (Astra-H, Corsa-D) — это турбо-дизель с объемом 1.3 литра.

Двигатель имеет довольно малую мощность в 90 л.с. (на 4000 об/мин), но зато момент в 200 Нм. Тут будет уверенный подхват с низов, но малая максимальная скорость автомобиля (172 км/ч для Astra при 1250 кг массы). Малая мощность характеризуется резким падением момента на максимальных оборотах и, собственно, невысокими максимальными оборотами.

Nascar или Formula1?

Сравнение двигателей Nascar и Formula1 это сравнение момента и мощности. Сравним наскаровский V8 и формульный V8 (с 2006 до 2013 года) двигатели. Оба атмосферные, бензиновые. Объем двигателей различается более чем в два раза — 5.8 литров у Nascar против 2.4 литров у Formula1. Крутящий момент: Nascar — 706 (@7500) Н•м, Formula1 — 290 (@17000) Н•м. Однако максимальная мощность различается не столь существенно: 825 (@9000) и 755 (@19250) л.с. соответственно. За счет чего же формульный двигатель при более чем в два раза меньшем объеме выжимает сравнимую мощность? За счет максимальных оборотов. Формульный двигатель очень оборотистый — рабочие обороты доходят до 20000 оборотов в минуту, что позволяет ему имея малый момент иметь сравнительно большую мощность.

Максимальная мощность и максимальный момент

Что же означает максимальная мощность и когда она доступна.
Все наверняка знают какую максимальную мощность, которую выдает их двигатель. И при сравнении разных авто количество кобыл под капотом является если не основным, то весьма существенным фактором. Возьмем, к примеру, бензиновый двухлитровый двигатель от Mazda Skyactiv. Мотор имеет мощность 155 л.с., правда на 6000 оборотах в минуту.

А как часто вы раскручиваете мотор до таких оборотов? Каков при этом будет расход топлива? Взяв «городской» диапазон оборотов 3-4 тыс. об/мин, с этого мотора можно снять мощность от 75 до 110 л.с., что в полтора раза ниже максимальной. Зато в этот диапазон оборотов входит максимум момента. Получается, что максимальный момент в городском цикле реализуется гораздо чаще, чем максимальная мощность. Последняя понадобится если мы решим участвовать в гонках, ну или хотя-бы выедем на автобан без скоростных ограничений. Кстати, красная зона у этого мотора начинается с 6500 об/мин и характеризуется падением мощности и значительным провалом в моменте. Не говоря о вреде таких оборотов для двигателя, можно однозначно сказать что езда на таких оборотах крайне неэффективна.

Резюмируя

В итоге имеем, что мощность это производная от момента. Двигатель развивает момент, а мощность характеризует скорость вращения вала при выдаваемом моменте. Мощность показывает максимальную скорость, которую сможет развить автомобиль. Момент же показывает «тяговитость», т.е. характеризует способность двигателя «тянуть» автомобиль, и чтобы понять насколько быстро двигатель тянет машину, вводят понятие мощности.

Мощность и момент на колесах (часть 2)

Использованные материалы:
Характеристики ДВС Renault K7M
Сравнение Nascar и Formula 1
Mazda Skyactiv
Двигатель Opel Z13DTH

Мощность и крутящий момент: что значат эти понятия?

Мощность автомобиля – понятие, знакомое каждому автовладельцу. Говоря о нем, часто упоминают словосочетание «лошадиные силы». Именно в них измеряется мощность, то есть сила мотора. А запас этой силы зависит от количества оборотов. Современные двигатели выдают показатель оборотов от 5000 до 6500, а что касается среднего показателя, то это порядка 2000-3000 оборотов в минуту – это более реальные цифры для поездок в условиях города. Таким образом, если двигатель автомобиля имеет мощность порядка 100 лошадиных сил в предельном режиме, то при езде по городу на средних оборотах эту цифру надо поделить надвое.

А что если вы едете по городу, и  перед вами появляется грузовик, который нужно обогнать? В этом случае без полной мощности мотора не справиться. Однако не спешите, двигателю нужно дать время на раскрутку. Сначала тахометр покажет 4000 об/мин, что будет соответствовать 70 л.с., затем 5000 об/мин – 990 л.с. И вот по достижению максимального показателя, например, 6000 об/мин, то к вашим услугам окажутся все 100 «лошадок».

Теперь стоит ввести понятие крутящего момента – именно он отвечает за то, чтобы вам стали доступны все «лошадки» под капотом авто. Табун соберется настолько быстро, чем выше будет показатель крутящего момента. Таким образом, от этого напрямую зависит и время, затрачиваемое на ускорения автомобиля.

Обязательно нужно учесть и обороты, на которых двигатель развивает максимальный крутящий момент. Если этот показатель составляет 4000 об/мин, то разгон будет стартовать где-то с 2000–3000 об/мин (показатель для нормальной езды), с которых и нужно будет раскручивать двигатель. На разгон потребуется затратить время, а оно порой очень дорого.

Если же максимальный крутящий момент двигатель авто выдает уже при 2000 об/мин, то и время на раскрутку тратить не нужно. Все, что потребуется от водителя – это хорошенько надавить на газ и позволить машине быстро набрать ход. Какой вывод можно сделать? А такой, что чем более на низких оборотах двигатель будет выдавать максимальный крутящий момент, тем лучше – тем быстрее будет разгоняться автомобиль. Такие модели называют «тяговитыми». Например, о них могут говорить, что они могут развивать максимальные 200 Hм всего пpи 1750 об/мин. И это отличный малый показатель количества оборотов, при которых развивается крутящий момент.

Еще один нюанс – показатель крутящего момента зависит от литража автомобиля. Самым менее тяговитым будет двигатель малолитражных авто, таких как 1,5-литровый движок ВАЗ 2108. За рулем такой машины водителю приходится переключаться на более низкие передачи и таким образом поддерживать высокие обороты, иначе мотор не будет тянуть. В такой ситуации нужно увеличить объем двигателя, тогда можно будет получить «момент на низах».

Каков максимальный крутящий момент асинхронного двигателя

В статье Уравнение крутящего момента асинхронного двигателя мы видели развиваемый крутящий момент и его уравнение. Здесь обсуждается условие максимального крутящего момента асинхронного двигателя. Крутящий момент, создаваемый асинхронным двигателем, в основном зависит от следующих трех факторов. Это сила тока ротора; магнитный поток взаимодействует между ротором двигателя и коэффициентом мощности ротора.Значение крутящего момента при работающем двигателе определяется уравнением, показанным ниже:

Полный импеданс RC-цепи всегда находится между 0º и 90º . Импеданс — это сопротивление, предлагаемое элементом электронной схемы протеканию тока. Если предполагается, что импеданс обмотки статора пренебрежимо мал. Таким образом, для заданного напряжения питания V ₁ , E ₂₀ остается постоянным.

Развиваемый крутящий момент будет максимальным, когда правая часть уравнения (4) будет максимальной.Это условие возможно, когда значение знаменателя, показанного ниже, равно нулю.

Лет,

Следовательно, развиваемый крутящий момент является максимальным, когда сопротивление ротора на фазу равно реактивному сопротивлению ротора на фазу в рабочих условиях. Помещая значение sX ₂₀ = R ₂ в уравнение (1), мы получаем уравнение для максимального крутящего момента .

Приведенное выше уравнение показывает, что максимальный крутящий момент не зависит от сопротивления ротора.

Если s _M — значение скольжения, соответствующее максимальному крутящему моменту, то из уравнения (5)

Следовательно, скорость ротора при максимальном крутящем моменте определяется уравнением, показанным ниже.

Следующий вывод о максимальном крутящем моменте можно сделать из уравнения (7), приведенного ниже.

• Не зависит от сопротивления цепи ротора.
• Крутящий момент в максимальном состоянии изменяется обратно пропорционально реактивному сопротивлению ротора в состоянии покоя.Следовательно, для максимального крутящего момента X ₂₀ и, следовательно, индуктивность ротора должна быть как можно меньшей.
• Изменяя сопротивление в цепи ротора, можно получить максимальный крутящий момент при любом желаемом скольжении или скорости. Это зависит от сопротивления ротора при скольжении (s _M = R ₂ / X ₂₀ ).

Для развития максимального крутящего момента в состоянии покоя сопротивление ротора должно быть высоким и должно быть равно X ₂₀ .Но для достижения максимального крутящего момента в рабочем режиме сопротивление ротора должно быть низким.

Состояние максимального крутящего момента асинхронного двигателя и выражение

В последней статье мы видели уравнение крутящего момента асинхронного двигателя, то есть величина крутящего момента, создаваемого на роторе, зависит от тока ротора, сопротивления ротора, реактивного сопротивления ротора и скольжения.

Из характеристик скольжения асинхронного двигателя можно заметить, что крутящий момент двигателя прямо пропорционален скольжению до тех пор, пока двигатель не достигнет максимального крутящего момента T _max i.е., при полной нагрузке. Как только величина нагрузки на двигатель достигает своего максимального крутящего момента, мы можем увидеть обратную зависимость (обратную пропорциональность) между крутящим моментом и скольжением для любого дальнейшего увеличения нагрузки.

На рисунке ниже показано влияние изменения нагрузки на асинхронный двигатель.

Давайте посмотрим условие и выражение для получения максимального крутящего момента в асинхронном двигателе.

Максимальный крутящий момент асинхронного двигателя:

Выражение для крутящего момента, создаваемого в асинхронном двигателе в рабочем состоянии, дается как,

В асинхронном двигателе, чтобы получить условие максимального крутящего момента, дифференцируя уравнение крутящего момента по отношению к скольжению (поскольку скольжение является переменной величиной по отношению к крутящему моменту) и приравнивая его к нулю.

Следовательно,

Где

• R ₂ = Сопротивление ротора
• X ₂ = Реактивное сопротивление ротора
• s = Скольжение двигателя

Следовательно, создаваемый крутящий момент является максимальным, когда сопротивление ротора равно времени скольжения реактивное сопротивление ротора, или мы можем сказать, что в рабочем состоянии создаваемый крутящий момент будет максимальным, когда сопротивление ротора равно реактивному сопротивлению ротора.

Из вышеуказанного условия, проскальзывание _м ‘, при котором крутящий момент является максимальным, определяется выражением

Выражение для максимального крутящего момента:

Выражение для максимального крутящего момента можно получить, подставив R

₂ = s X ₂ в уравнение крутящего момента.

Уравнение крутящего момента:

Подставляя R

₂ = s X ₂ в приведенное выше уравнение,

Из выражения T

_max можно заметить, что:

1. Нет связи между максимальным крутящим моментом и сопротивлением ротора (независимо от сопротивления ротора).
2. Но здесь реактивное сопротивление ротора определяется сопротивлением ротора. Следовательно, максимальный крутящий момент также зависит от сопротивления ротора.
3. Максимальный крутящий момент обратно пропорционален реактивному сопротивлению ротора i.е., от реактивного сопротивления ротора до крутящего момента.
4. Она прямо пропорциональна квадрату ЭДС, индуцированной неподвижным ротором.

Формула крутящего момента

для асинхронного двигателя

Формула крутящего момента при полной нагрузке для асинхронного двигателя выглядит следующим образом:

Пусковой крутящий момент двигателя — это крутящий момент, который создается им при запуске. Он обозначается T _st и соответствует s = 1. Таким образом, подставив s = 1 в вышеприведенное выражение, мы получаем выражение для пускового момента.Поэтому формула пускового момента для асинхронного двигателя выглядит следующим образом:

Максимальный крутящий момент при запуске

Условие максимального крутящего момента:

s = ₂ / X ₂ или ₂ = sX ₂ ,

R ₂ = X ₂ (поскольку в начале s = 1 )

Таким образом, чтобы получить максимальный крутящий момент при пуске, значение сопротивления ротора должно быть равно реактивному сопротивлению ротора в состоянии покоя.

Однако нормальное сопротивление ротора довольно мало по сравнению с реактивным сопротивлением, в противном случае потери в роторе будут высокими, а КПД двигателя будет низким.

Следовательно, для получения максимума (более высокого) при запуске в цепь ротора добавляется некоторое внешнее сопротивление, что возможно только в случае асинхронных двигателей с контактным кольцом. Когда двигатель набирает скорость, это внешнее сопротивление уменьшается до нуля, и контактные кольца замыкаются накоротко.

Чтобы получить более высокий пусковой крутящий момент в случае асинхронного двигателя с короткозамкнутым ротором, на роторе установлена ​​другая клетка, и двигатель называется двигателем с двухклеточным ротором.

Формула максимального крутящего момента для асинхронного двигателя

Максимальный крутящий момент обозначен T _м и имеет место при s = _R / X ₂ . Значение скольжения, соответствующее максимальному крутящему моменту, обозначено s _m . Таким образом, подставив s = R ₂ / X ₂ в выражение крутящего момента при полной нагрузке, мы получим выражение максимального крутящего момента. Поэтому формула максимального крутящего момента для асинхронного двигателя выглядит следующим образом:



Приведенное выше выражение показывает, что максимальный крутящий момент T _м не зависит от значения сопротивления ротора R ₂ .

Хотя T _m не зависит от R ₂ , значение скольжения s _m , при котором происходит T _m , прямо пропорционально сопротивлению ротора R ₂ .

Причем максимальный крутящий момент T _м обратно пропорционален реактивному сопротивлению ротора в состоянии покоя X ₂ . Поэтому для достижения более высокого значения максимального крутящего момента реактивное сопротивление утечки ротора должно быть минимальным.

Это достигается размещением проводников ротора очень близко к внешней периферии ротора и уменьшением воздушного зазора между статором и ротором до минимально возможного значения.

Максимальный крутящий момент T _м , полученный при s _м , также называется крутящим моментом отрыва или крутящим моментом срыва. Если крутящий момент нагрузки превышает крутящий момент отрыва, асинхронный двигатель будет вытолкнут в нестабильную область и в конце концов остановится.

Влияние изменения напряжения питания на крутящий момент

В выражении крутящего момента полной нагрузки, как написано выше, E ₂ , ЭДС, индуцированная ротором, пропорциональна E ₁ i.е. напряжение питания статора.

Следовательно, T α sE ₁ ²

Таким образом, крутящий момент на любой скорости пропорционален квадрату напряжения питания статора . Следовательно, когда напряжение питания изменяется, он также изменяет крутящий момент T нагрузки в рабочем состоянии.

Если напряжение питания снижается, крутящий момент резко уменьшается, и для поддержания того же крутящего момента увеличивается скольжение или уменьшается скорость. Следовательно, двигатель потребляет дополнительный ток из питающей сети.

Спасибо, что прочитали о формуле крутящего момента асинхронного двигателя .

Трехфазный асинхронный двигатель | Все сообщения

© http://www.yourelectricalguide.com/ формула крутящего момента асинхронного двигателя.

Load Torque — обзор

11.4.1 Нагрузка с постоянным крутящим моментом

Нагрузка с постоянным крутящим моментом подразумевает, что крутящий момент, необходимый для поддержания нагрузки, одинаков на всех скоростях. Хорошим примером является подъемник барабанного типа, в котором требуемый крутящий момент зависит от нагрузки на крюк, но не от скорости подъема.Пример показан на рис. 11.7.

Рис. 11.7. Таль с приводом от двигателя — нагрузка с постоянным крутящим моментом.

Диаметр барабана составляет 0,5 м, поэтому, если максимальная нагрузка (включая трос) составляет, скажем, 1000 кг, натяжение троса (мг) будет 9810 Н, а крутящий момент, приложенный нагрузкой на барабан, будет задан. на Усилие × радиус = 9810 × 0,25 ≈ 2500 Нм. Когда скорость постоянна (т. Е. Нагрузка не ускоряется), крутящий момент, создаваемый двигателем на барабане, должен быть равен и противоположен крутящему моменту, создаваемому на барабане нагрузкой.(Слово «противоположный» в последнем предложении часто опускается, при этом подразумевается, что установившийся двигатель и момент нагрузки обязательно должны действовать противоположно.)

Предположим, что скорость подъема должна контролироваться при любом значении вплоть до максимального. 0,5 м / с, и мы хотим, чтобы это соответствовало максимальной скорости двигателя около 1500 об / мин, что является разумной скоростью для широкого диапазона двигателей. Скорость подъема 0,5 м / с соответствует скорости барабана 19 об / мин, поэтому подходящее передаточное число будет, скажем, 80: 1, что дает максимальную скорость двигателя 1520 об / мин.

Нагрузочный момент со стороны двигателя редуктора будет уменьшен в 80 раз, с 2500 Нм до 31 Нм на двигателе. Мы также должны учитывать трение в коробке передач, эквивалентное, возможно, 20% крутящего момента полной нагрузки, поэтому максимальный крутящий момент двигателя, необходимый для подъема, будет составлять 37 Нм, и этот крутящий момент должен быть доступен на всех скоростях вплоть до 1520 об / мин. / мин.

Теперь мы можем нарисовать установившуюся кривую крутящего момента-скорости нагрузки, видимой двигателем, как показано на рис.11.8.

Рис. 11.8. Требования к крутящему моменту для двигателя в подъемном устройстве (рис. 11.7).

Мощность двигателя в установившемся режиме получается как произведение крутящего момента (Нм) и угловой скорости (рад / с). Таким образом, максимальная продолжительная мощность двигателя для подъема равна

(11,1) Pmax = 37 × 1520 × 2π60 = 5,9 кВт

На этом этапе всегда полезно проверить, что мы получим примерно такой же ответ для мощности. с учетом работы, проделанной за секунду при нагрузке. Сила ( F ) на груз составляет 9810 Н, скорость ( v ) равна 0. 5 м / с, поэтому мощность (Fv) составляет 4,9 кВт. Это на 20% меньше, чем мы получили выше, потому что здесь мы проигнорировали потерю мощности в коробке передач.

На данный момент мы установили, что нам нужен двигатель, способный непрерывно выдавать 5,9 кВт при 1520 об / мин, чтобы поднимать самый тяжелый груз с максимальной необходимой скоростью. Однако мы еще не рассмотрели вопрос о том, как груз ускоряется из состояния покоя и доводится до максимальной скорости. Во время фазы ускорения двигатель должен создавать крутящий момент, превышающий крутящий момент нагрузки, иначе нагрузка снизится, как только будет снят тормоз.Чем больше разница между крутящим моментом двигателя и крутящим моментом нагрузки, тем выше ускорение. Предположим, мы хотим, чтобы самый тяжелый груз достиг полной скорости из состояния покоя, скажем, за 1 секунду, и предположим, что мы решили, что ускорение должно быть постоянным. Мы можем рассчитать необходимый ускоряющий момент из уравнения движения, т.е.

(11. 2) TorqueNm = Inertiakgm2 × Angularaccelerationradsec2.

Обычно мы считаем, что лучше всего работать в терминах переменных, видимых двигателем, и поэтому нам сначала нужно найти эффективную полную инерцию, видимую на валу двигателя, затем рассчитать ускорение двигателя и, наконец, использовать уравнение.(11.2) для получения ускоряющего момента.

Эффективная инерция складывается из инерции самого двигателя, указанной инерции барабана и редуктора и указанной инерции груза на крюке. Термин «приведенная инерция» означает кажущуюся инерцию, если смотреть на редуктор со стороны двигателя. Если коробка передач имеет передаточное число n : 1 (где n больше 1), инерция J на ​​низкой скорости оказывается инерцией J / n ² на высокой скорости. боковая сторона.В этом примере нагрузка на самом деле движется по прямой линии, поэтому нам нужно спросить, какова эффективная инерция груза, «видимая» на барабане. Геометрия здесь проста, и нетрудно увидеть, что с точки зрения инерции, наблюдаемой барабаном, груз кажется прикрепленным к поверхности барабана. Затем инерция нагрузки на барабане получается с помощью формулы для инерции массы m, расположенной на радиусе r , то есть Дж = mr ² , что дает эффективную инерцию нагрузки на барабане как 1000 кг × ( 0.25 м) ² = 62,5 кгм ² .

Эффективная инерция нагрузки со стороны двигателя составляет 1 / (80) ² × 62,5 ≈ 0,01 кгм ² . К этому следует добавить в первую очередь инерцию двигателя, которую мы можем получить, проконсультировавшись с каталогом производителя для двигателя 5,9 кВт, 1520 об / мин. Это будет просто для постоянного тока. мотор, но переменный ток каталоги двигателей, как правило, дают номинальные значения только для рабочих частот, и здесь необходимо выбрать двигатель с правильным крутящим моментом и возможную кривую крутящего момента и скорости для рассматриваемого типа привода.Для простоты предположим, что мы нашли двигатель точно требуемой мощности с инерцией ротора 0,02 кгм ² . Приведенная инерция барабана и коробки передач должна быть добавлена, и мы снова должны вычислить или найти. Предположим, это дает дополнительные 0,02 кгм ² . Таким образом, общая эффективная инерция составляет 0,05 кгм ² , из которых 40% приходится на сам двигатель.

Ускорение получить просто, поскольку мы знаем, что скорость двигателя должна повыситься с нуля до 1520 об / мин за 1 с.Угловое ускорение определяется увеличением скорости, деленным на затраченное время, то есть

1520 × 2π60 ÷ 1 = 160рад / сек2

Теперь мы можем рассчитать ускоряющий момент по формуле. (11.2) как

T = 0,05 × 160 = 8 Нм

Следовательно, чтобы соответствовать требованиям как установившегося, так и динамического крутящего момента, привод, способный обеспечивать крутящий момент 45 Нм (= 37 + 8) на всех скоростях до 1520 об / мин не требуется, как указано на рис. 11.8.

В случае подъемника ожидаемый режим работы может быть неизвестен, но вполне вероятно, что двигатель будет проводить большую часть своего времени подъема, а не ускорения. Следовательно, хотя пиковый крутящий момент 45 Нм должен быть доступен на всех скоростях, это не будет постоянным требованием и, вероятно, будет в пределах кратковременной перегрузочной способности привода, который постоянно рассчитан на 5,9 кВт.

Мы также должны учитывать, что произойдет, если необходимо опустить полностью загруженный крюк. Мы учли трение в 20% от момента нагрузки (31 Нм), поэтому во время спуска можно ожидать, что трение создаст тормозной момент, эквивалентный 6,2 Нм. Но чтобы крюк не соскочил с места, нам понадобится общий крутящий момент 31 Нм, поэтому для сдерживания нагрузки двигатель должен будет развивать крутящий момент 24.8 Нм. Мы, естественно, называем это тормозным моментом, потому что это необходимо, чтобы нагрузка на крюк не ускользнула, но на самом деле крутящий момент остается в том же направлении, что и при подъеме. Однако скорость отрицательна, и в терминах «четырехквадрантной» диаграммы (например, рис. 3.12) мы переместились из квадранта 1 в квадрант 4, и, таким образом, поток мощности меняется на противоположный, и двигатель регенерирует, потеря потенциала энергия нисходящей нагрузки преобразуется обратно в электрическую форму (и потери). Следовательно, если мы хотим удовлетворить эту ситуацию, мы должны выбрать привод, способный к непрерывной регенерации: такой привод также будет иметь возможность работать в квадранте 3, чтобы создавать отрицательный крутящий момент для опускания пустого крюка, если его вес был недостаточным. спуститься.

В этом примере в крутящем моменте преобладает требование установившегося режима, а инерционный ускоряющий крутящий момент сравнительно невелик. Конечно, если бы мы указали, что нагрузка должна быть ускорена за одну пятую секунды, а не за 1 секунду, нам потребуется ускоряющий крутящий момент 40 Нм, а не 8 Нм, и что касается требований к крутящему моменту, то ускоряющий крутящий момент будет быть более или менее таким же, как установившийся рабочий момент.В этом случае необходимо проконсультироваться с производителем привода, чтобы определить номинальные параметры привода, которые будут зависеть от частоты последовательности пуска / останова.

Вопрос о том, как оценить двигатель при прерывистой нагрузке, будет рассмотрен более подробно позже, но стоит отметить, что если инерция значительна, накопленная кинетическая энергия вращения (12 Джω2) может стать очень значительной, особенно когда привод требуется для остановки груза. Любая накопленная энергия должна либо рассеиваться в двигателе и самом приводе, либо возвращаться в источник питания.Все двигатели по своей природе способны к регенерации, поэтому устройство, при котором кинетическая энергия рекуперируется и сбрасывается в виде тепла в резисторе внутри корпуса привода, является более дешевым вариантом, но практически осуществимо только в том случае, если потребляемая энергия невелика. Если накопленная кинетическая энергия велика, привод должен иметь возможность возвращать энергию источнику питания, а это неизбежно увеличивает стоимость преобразователя.

В случае нашего подъемника накопленная кинетическая энергия составляет всего

12 × 0.051520 × 2π602 = 633Дж

или около 1% энергии, необходимой для нагрева кружки воды для чашки кофе. Такая скромная энергия может быть легко поглощена резистором, но, учитывая, что в этом случае мы обеспечиваем рекуперативный привод, эта энергия также будет возвращена источнику питания.

Выходной крутящий момент — обзор

В этом разделе будут рассмотрены сравнительные характеристики различных стратегий управления и установлены взаимосвязи между ними.

8.4.6.2 Взаимосвязи частот прерывания.

Подобно взаимосвязи крутящего момента, мы можем каталогизировать взаимосвязь частоты прерывания. Это показано в Таблице 8.3. Также можно составить следующее выражение для соотношений между частотами разрывов:

Таблица 8.3. Сравнение нормированных частот прерывания

Стратегия управления	Нормализованная частота прерывания
MTPAC / MEC	1
MPFC	ξ2

(8.142) (ωnmax⁡) MTPAC / MEC≤ (ωnmax⁡) MPFC≤ (ωnmax⁡) MRCTC

Замечание 8.29 Одна тенденция, которая очевидна из Таблица 8.3 , заключается в том, что стратегии MPFC и MRCTC имеют более низкий компромисс. выходной крутящий момент для более высокой частоты прерывания .

Замечание 8.30 Изучив Таблицы 8.2 и 8. 3 , можно увидеть, что существует интересная взаимосвязь между MTPAC и MRCTC. Для MTPAC ясно T _n ω _nmx = 1. То же выражение для стратегии MRCTC:

(8.143) Tnmax⁡ωnmax⁡ = (2ξξ2 + 1) (ξ2 + 12ξ) = 1

(8.144) ∴ (Tnmax⁡ωnmax⁡) MTPAC = (Tnmaxωnmax⁡) MRCTC.

Следовательно, эти две стратегии управления производят одинаковую максимальную выходную мощность в условиях номинальной угловой скорости и выходного крутящего момента. Можно показать, что эта взаимосвязь уникальна между этими двумя CAC-стратегиями .

Соотношение крутящего момента и частоты отключения показано на рис. 8.14. Этот рисунок также иллюстрирует компромисс между усилением и пропускной способностью, который происходит с различными стратегиями управления.

РИСУНОК 8.14. Сравнение характеристик крутящего момента и скорости для различных стратегий управления постоянным углом для SYNCREL (при условии ξ = 10).

Замечание 8. 31 Обратите внимание, что для MPFC T _n ≈0,58 о.е. и ω _max ≈ 2.3. Это означает, что T _nmax ω _nmax ≈0.58 × 2,3 = 1,334, , что больше, чем такое же значение для MTPAC или MRCTC. Следовательно, MPFC может производить больше мощности, чем MTPAC или MRCTC при v _n = 1 и i _n = 1.

Замечание 8.32 Выше частоты разрыва при сохранении угла константа при конкретном значении для стратегии управления, можно показать, что крутящий момент падает α1 / ω ² _n .

8.4.6.3 Скорость изменения взаимосвязей крутящего момента.

Соответствующая скорость изменения уравнений крутящего момента для каждой из стратегий CAC может быть получена путем перестановки (8.105), чтобы получить

(8.145) p’Tn = ± 2Tn (vn2-ωn2Tn) для MTPAC

(8. 146) p ‘Tn = ± 2Tn (ξ2 + 12ξvn2 − ωn2Tn) для MRCTC

(8.147) p’Tn = ± 2Tn (ξ2 + 1ξ (ξ + 1) vn2 − ωn2Tn) для MPFC

Выражение для скорости изменения крутящий момент для стратегии CCD AC был дан в (8.140).

Имея эти выражения, есть несколько различных графиков, которые можно использовать для сравнения.Например, график напряжения, необходимого на машине для достижения определенного значения p ′ T _n при определенном уровне крутящего момента. В качестве альтернативы можно зафиксировать напряжение и построить график зависимости скорости изменения крутящего момента от нормализованного крутящего момента.

Замечание 8.33 Интерпретация различных стратегий на только что предложенных графиках не так проста, как может показаться. Например, для MTPAC и MRCTC, если мы построим график для диапазона крутящего момента от 0 до 1 о.е., то это означает, что MRCTC будет работать с гораздо большими крутящими моментами, чем нормальный номинальный крутящий момент для этой стратегии (что означает, что токи будут больше, чем номинальные токи) .

График напряжения, необходимого для каждой стратегии для получения нормализованной скорости изменения крутящего момента p ′ T _n = 5 / 2π с ω _n = 1 и ξ = 10 показан на рис. 8.15.

РИСУНОК 8.15. Напряжение, необходимое для стратегий управления, когда p ′ T _n = 5 / 2π и ω _n = 1, ξ = 10.

Как видно, MRCTC требует наименьшего напряжения для достичь требуемого p ′ T _n во всем диапазоне крутящего момента, за которым следует MPFC.Однако при очень низких моментах нагрузки все стратегии CAC требовали увеличения напряжения для поддержания p ′ T _n . Это происходит из-за меньшей обратной ЭДС на оси d станка, которая обычно способствует увеличению тока оси d. Поскольку текущие углы должны быть постоянными, скорость изменения крутящего момента определяется скоростью, с которой ток может изменяться по оси d машины.

Когда T _n = 0, необходимое напряжение стремится к бесконечности.Поскольку ток в машине теперь равен нулю, магнитный поток в машине отсутствует. Следовательно, при приложении напряжения магнитный поток изменяется со скоростью, но мгновенно поток все еще равен нулю. Причину бесконечного напряжения немного сложнее объяснить эвристически. Ключом к такому поведению является соотношение между токами в машине (токи связаны соотношением tan θ = i ^r _qn / i ^r _dn ).Это означает, что крутящий момент связан в квадратичном смысле с любым из токов, и поэтому производная крутящего момента должна быть равна нулю при нулевом токе (как и производная общей квадратичной функции в нуле). Крутящий момент эффективно реагирует на вторую производную тока.

Замечание 8.34 Читатель заметит, что стратегия управления постоянным потоком (CFC), ранее упомянутая в примечании 8. 27, также представлена ​​на этой диаграмме. Обратите внимание на очень низкую производительность этой стратегии по отношению ко всем остальным .

Стратегия управления CCDAC, похоже, не очень хорошо работает в условиях, показанных на рис. 8.15, за исключением очень низких крутящих моментов, когда очевидно, что для данной скорости изменения крутящего момента потребуется меньшее напряжение. ¹⁵

Как упоминалось ранее, другой способ посмотреть на скорость изменения крутящего момента — это зафиксировать напряжение и частоту по величине и изменить уровень крутящего момента. Результат этого анализа показан на рис. 8.16 и 8.17.

РИСУНОК 8.16. Скорость изменения крутящего момента при v _n = 1, ω _n = 1, ξ = 10.

РИСУНОК 8.17. Скорость изменения крутящего момента при v _n = 1, ω _n = 0,3, ξ = 10.

Основные наблюдения из рис. 8.16:

1.

Очень низкие крутящие моменты все стратегии имеют очень низкие скорости изменения крутящего момента.

2.

Для высоких угловых скоростей стратегии CAC обычно имеют более высокие скорости изменения крутящего момента.

3.

Стратегия MRCTC имеет самый быстрый dT _n / d (ω ₀ t ), как и ожидалось из предыдущего анализа.

4.

Стратегия CFC снова показывает очень низкую производительность.

5.

В этом состоянии CCDAC работает плохо, потому что эта стратегия поддерживает довольно постоянный высокий уровень потока в машине. Поэтому большая часть доступного напряжения поглощается для противодействия обратной ЭДС, создаваемой этим высоким магнитным потоком. С другой стороны, стратегии CAC имеют уровень магнитного потока, который зависит от уровня крутящего момента в машине.

6.

При T _n = 1 MTPAC имеет ноль p ′ T _n , поскольку нет напряжения для изменения тока.

Рисунок 8.17 похож на график на рис. 8.16, за исключением того, что угловая скорость ниже. Наиболее значительным изменением является то, что CCDAC теперь имеет значительно лучшую производительность, чем все другие стратегии CAC. Фактически, напряжение, необходимое для определенной скорости изменения крутящего момента, практически не зависит от уровня крутящего момента.Стратегия CFC также улучшила производительность в этих условиях, но опять же ее производительность только средняя и ниже, чем у многих из стратегий CAC.

Общие выводы, которые можно сделать, следующие:

1.

На высоких скоростях MRCTC дает превосходную производительность p ′ T _n для большинства уровней крутящего момента по сравнению с другими стратегиями.

2.

На средней и низкой скорости стратегия CCDAC дает превосходные характеристики с точки зрения p ′ T _n .

3.

Чтобы оптимизировать скорость изменения характеристик крутящего момента, необходимо переключаться между стратегией CCDAC и MRCTC в зависимости от скорости и уровня крутящего момента, на которых работает машина [10].

Электрические машины — Кривая скорости крутящего момента асинхронного двигателя

Уравнение крутящего момента Тевенина было использовано выше для построения кривой крутящего момента асинхронной машины. Поскольку крутящий момент задается только как функция скольжения, можно использовать это уравнение, чтобы найти скольжение, при котором крутящий момент является максимальным.Однако математически более простой и интуитивно понятный Ответ можно найти, рассматривая поток мощности в эквиваленте Тевенина на рис. 2. Анализируя полную эквивалентную схему, было замечено, что

\ [ \ tau = \ frac {P_ {gap}} {\ omega_s} \]

Следовательно, поскольку синхронная скорость постоянна, максимальный крутящий момент возникает на такое же скольжение, как и максимальная мощность воздушного зазора. 2R_2} {s \ omega_s} \]

— это фактически потеря меди в роторе, деленная на скорость скольжения.Если проскальзывание увеличивается, потери должны увеличиваться для поддержания крутящего момента.

На приведенной ниже диаграмме показаны кривые крутящего момента и скорости для 6-полюсного двигателя 230 В, 60 Гц, Y-соединения с различными значениями \ (R_2 \). Следующие параметры схемы являются постоянными: \ (R_1 = 0.50 \ Omega \), \ (X_1 = 0.75 \ Omega \), \ (X_2 = 0.50 \ Omega \), \ (X_m = 100 \ Omega \), \ (f = 60 Гц \), \ (p = 6 \), \ (V_ {LL} = 230 В \)

Рис. 5. Изменение кривых крутящего момента / скорости в зависимости от сопротивления ротора

Максимально допустимый крутящий момент | Журнал Gear Solutions Ваш ресурс для индустрии зубчатых передач

Участвуя в соревнованиях по спорту, есть сильное желание максимизировать физическую мощность своего тела.Бежит ли он быстрее или прыгает выше, мы все стремимся раздвинуть границы того, как мы были созданы. Иногда в результате этих действий получаются впечатляющие образы, например, когда мы прыгаем высоко в воздух и ловим мяч в конечной зоне, забивая выигрыш в игре. В других случаях они приводят к впечатляющим неудачам, например, когда мы приземляемся от этой потрясающей ловушки и наша бедренная кость трескается под давлением. Инженеры обычно расширяют физические возможности передачи так же, как спортсмены делают со своим телом.

Для того, чтобы правильно подобрать шестерню для конкретного применения, расчетный срок службы имеет решающее значение. Если передача должна работать в течение короткого цикла, например, одного часа, то приложенный крутящий момент может быть значительно выше, чем если бы та же передача должна проработать шесть месяцев или более. Обычный расчетный стандарт для зубчатых колес — 2600 часов. Этот тест представляет собой оборудование, которое эксплуатируется восемь часов в день, пять дней в неделю, в течение одного полного года, с коэффициентом безопасности 1,25. Установив эти временные рамки, можно запланировать ежегодное профилактическое обслуживание механизма для проверки на износ и другие проблемы.

Поскольку допустимый крутящий момент обратно пропорционален рабочей скорости зубчатой ​​передачи, максимально допустимый крутящий момент будет изменяться в зависимости от скорости ведомой шестерни. Когда шестерня не вращается, максимально допустимый крутящий момент равен статическому крутящему моменту. Когда шестерня начинает вращаться, допустимый динамический крутящий момент уменьшается, как показано на рисунке 1.

Рисунок 1: Когда шестерня начинает вращаться, динамический крутящий момент уменьшается.

Как скорость важна для значения максимально допустимого крутящего момента, так и само определение максимально допустимого крутящего момента.Большинство инженеров учитывают только максимально допустимый крутящий момент из-за прочности на изгиб. Это максимальный приложенный крутящий момент, который вызовет мгновенный отказ шестерни. Еще один крутящий момент, который следует учитывать, — это максимально допустимый крутящий момент из-за повреждения поверхности. Режим отказа, также известный как отказ подшипника, определяется как допустимый приложенный крутящий момент, который сводит к минимуму поверхностный износ, что позволяет зубчатому колесу работать так, как задумано, в течение желаемого срока службы. Эти две значения крутящего момента независимы и могут значительно различаться.

Рассмотрим следующую ситуацию:

Если мы выберем цилиндрическую шестерню из углеродистой стали с модулем 2, 20 зубьев и шириной поверхности 20 мм, работающую при 100 об / мин, симметрично поддерживаемую подшипниками, должным образом смазанную, приводимую в действие равномерной нагрузкой и желаемым сроком службы 107 циклов, тогда максимально допустимый крутящий момент из-за прочности на изгиб 46 Нм. Однако максимально допустимый крутящий момент из-за повреждения поверхности составляет всего 2,83 Нм. У этой шестерни поверхностный крутящий момент составляет всего 6 процентов от крутящего момента прочности на изгиб.

Если мы выберем цилиндрическую шестерню из углеродистой стали с модулем 2, 40 зубьев и шириной поверхности 20 мм, работающую при 100 об / мин, симметрично поддерживаемую подшипниками, должным образом смазанную, приводимую в действие равномерной нагрузкой и желаемым сроком службы 107 циклов, тогда максимально допустимый крутящий момент из-за прочности на изгиб составляет 118 Нм. Однако максимально допустимый крутящий момент из-за повреждения поверхности составляет всего 12,5 Нм. У этой шестерни показатель крутящего момента на поверхности немного лучше и составляет 10,5% от момента прочности на изгиб.

Чтобы улучшить долговечность поверхности, поверхности зубов обычно подвергаются термообработке.В зависимости от основного материала метод термообработки может быть лазерной закалкой, науглероживанием или индукционной закалкой. Каждый из этих процессов увеличивает прочность поверхности боковой поверхности зуба, но также снижает прочность на изгиб.

Используя те же шестерни, описанные выше, и индукционную закалку участков зубьев, мы можем значительно улучшить максимально допустимый крутящий момент из-за поверхностного разрушения. Для примера с 20 зубьями допустимый крутящий момент для прочности на изгиб падает с 46 Нм до 38.3 Нм, максимально допустимый крутящий момент из-за износостойкости поверхности увеличивается с 2,83 Нм до 16,6 Нм. У этой шестерни снижение прочности на изгиб на 17 процентов приводит к шестикратному увеличению прочности поверхности. Для примера с 40 зубьями допустимый крутящий момент прочности на изгиб падает со 118 Нм до 98,3 Нм, а максимально допустимый крутящий момент из-за прочности поверхности увеличивается с 12,5 Нм до 72,1 Нм.

Как отмечалось ранее в этой статье, если желаемый срок службы короче, тогда максимально допустимые значения крутящего момента будут выше, а если рабочие скорости увеличатся, то эти значения будут ниже.Максимально допустимый крутящий момент никогда не является одним статическим значением. Разработчик должен всегда учитывать все условия эксплуатации, чтобы правильно рассчитать максимальные значения крутящего момента. Спортсмены, как и шестерни, могут страдать от нарушений прочности на изгиб, что приводит к переломам костей, и они могут страдать от поверхностных повреждений, что приводит к замене бедра и колена. При правильной эксплуатации срок службы спортсменов и снаряжения может превышать их расчетный срок службы.

.