[ALL] Co to jest moment obrotowy ?

[Jasiu310571]

Pytanie cokolwiek śmieszne dla wielu.Ale proszę o zdefiniowanie - "własnymi słowami" lub "na chłopski rozum" co to jest moment obrotowy.I jak to zaobserwować w swoim aucie?

[kris2000ch]

Maksymalny moment obrotowy to niedoceniany przez kierowców parametr jednostki napędowej. Tymczasem jego wartość ma bezpośredni wpływ na możliwości przyspieszania i elastyczność samochodu.

Według definicji moment obrotowy silnika jest iloczynem wartości siły pochodzącej od ciśnienia gazów działających na tłok oraz długości wykorbienia wału korbowego. Jak wiadomo wykorbienie dla silnika o danej pojemności skokowej ma wartość stałą, więc wartość liczbowa momentu obrotowego jest zależna od wielkości siły działającej na tłok....

Wraz ze wzrostem prędkości silnika moment rośnie, ale tylko do pewnej granicy. Następnie, pomimo wzrostu obrotów, wartość momentu zmniejsza się. Ta ogólna zależność obowiązuje w silnikach z zapłonem iskrowym (benzynowych) i w silnikach wysokoprężnych. Jednak przebieg krzywej momentu obrotowego w obu rodzajach silników jest nieco inny co obrazują załączone wykresy. W silnikach z zapłonem iskrowym wraz ze wzrostem prędkości obrotowej wału korbowego wzrasta moment obrotowy i dość szybko osiąga swe maksimum. Wartość maksymalna utrzymywana jest w niewielkim przedziale obrotów. Następnie gdy obroty nadal wzrastają moment maleje a jego wartość minimalna osiągana jest przy obrotach maksymalnych silnika. W silnikach z zapłonem samoczynnym krzywa momentu obrotowego ma korzystniejszy kształt a uzyskiwane wartości momentu są dużo wyższe. Ponieważ silniki takie bardzo dobrze współpracują z turbosprężarkami można osiągnąć płaski przebieg krzywej momentu w znacznym zakresie obrotów. W turbodoładowanych silnikach Diesla maksymalny moment jest dostępny w zakresie od 1750 do 3500 obr/min, co znakomicie ułatwia prowadzenie samochodu.

Idealną dla trakcji byłaby sytuacja, w której wartość momentu w zależności od prędkości obrotowej silnika byłaby wartością stałą. W praktyce ważna jest wartość momentu maksymalnego oraz zakres prędkości obrotowych, w którym on występuje. Konstruktorzy silników spalinowych znają i wykorzystują narzędzia do kształtowania krzywej momentu obrotowego (kolektory dolotowe o zmiennej charakterystyce, doładowanie). Jednak pomimo prawie 100 lat doświadczeń nie udało się uzyskać takiego przebiegu krzywej momentu obrotowego, aby przy stałej mocy silnika nie była potrzebna skrzynia biegów.

W eksploatacji, ważne jest, aby stosunkowo wysoki moment obrotowy utrzymywał się w szerokim zakresie prędkości obrotowych silnika, co czyni silnik elastycznym, bowiem umożliwia płynną jazdę bez konieczności częstej zmiany biegów. Moment obrotowy silników spalinowych mierzy się w warunkach laboratoryjnych za pomocą specjalnych przyrządów zwanych hamulcami. Jego wartość podaje się w niutonometrach (Nm). Wartości momentu uzyskiwanego przez silniki samochodów osobowych zawierają się w szerokich granicach 47- 590 Nm i zależą od mocy, pojemności i wielu cech konstrukcyjnych silnika. Na przykład silnik Peugeota o pojemności 1,1 litra osiąga maksymalny moment obrotowy równy 94 Nm przy prędkości 3500 obr/min, silnik Forda Zetec SE o pojemności 1,6 litra osiąga moment 145 Nm przy 4000 obr/min. Zalety wysokoprężnych silników doładowanych obrazuje jednostka zbudowana przez Opla 1,3 CDTI, która ma znacznie większy moment 170 Nm przy znacznie niższej prędkości wału korbowego wynoszącej 1700 obr/min. Dlatego w czterozaworowych silnikach benzynowych, aby jeździć dynamicznie, trzeba mocno wciskać pedał gazu, gdyż auto przyśpiesza najefektywniej, kiedy moment osiąga wartość maksymalną. Wtedy również jednostkowe zużycie paliwa powinno osiągać minimum. Jak widać z przykładu nowoczesne turbodiesle startują wcześniej i zachowują swe dynamiczne właściwości w szerszym zakresie obrotów niż benzyniaki. Między innymi z tego powodu zdobywają one coraz silniejszą pozycję w napędzie samochodów osobowych.

W praktyce zdarza się tak, że samochody o porównywalnych masach własnych, napędzane silnikami o mniejszej mocy maksymalnej, uzyskują krótsze czasy wyprzedzania na IV i V biegu niż ich „mocniejsi” koledzy. Samochody takie mają bardzo dobrze dobrane przełożenia w układzie napędowym uwzględniające elastyczność momentu obrotowego. Najlepsze charakterystyki momentu obrotowego uzyskują doładowane silniki z zapłonem samoczynnym oraz doładowane mechanicznie silniki z zapłonem iskrowym.

Pozdro....[br]Dopisany: 20 Maj 2009, 21:01_________________________________________________cd....

Moment siły (moment obrotowy) — M0 siły F względem punktu O jest to iloczyn wektorowy promienia wodzącego r, o początku w punkcie O i końcu w punkcie przyłożenia siły oraz siły F:

Wektor momentu siły jest wektorem osiowym (pseudowektorem), zaczepiony jest w punkcie O, a jego kierunek jest prostopadły do kierunku płaszczyzny wyznaczonej przez wektor F i promień wodzący r.

Określa się także moment siły względem osi, jest on równy rzutowi wektora momentu siły na tę prostą. Współrzędne Mx, My i Mz wektora M0 nazywają się momentami siły względem odpowiednich osi x, y i z.

Zależności między siłą F, momentem siły τ (M), pędem p oraz momentem pędu LJednostką momentu siły jest Nm (niutonometr). Jednostka ta jest zdefiniowana analogicznie jak dżul, czyli jednostka energii. Aby nie tworzyć nieporozumień, nie nazywa się niutonometra dżulem.

W przypadku dźwigni dwustronnej o nierównych ramionach, pozostanie ona w równowadze, gdy wartości momentów sił przyłożone do obu ramion będą równe, a ściślej, gdy suma wektorów momentów będzie równa zeru: [wiki][/wiki]

W przypadku pokazanym na rysunku, gdy siły P1 i P2 są prostopadłe do wektorów r1 i r2

Archimedes użył słów: "Dajcie mi dostatecznie długą dźwignię i punkt podparcia, a poruszę Ziemię". Pragnął więc użyć dźwigni, na której końcu umieściłby naszą planetę, zaś na drugim, odpowiednio długim ramieniu, mógłby przyłożyć niewielką siłę. Pomijając fakt, że dźwignia taka musiałaby być niezwykle długa, to brakowało mu właśnie punktu podparcia.

Wzory [edytuj]

Moment obrotowy wału przenoszącego moc P przy prędkości kątowej ω wynosi

W wersji „technicznej”, dla wielkości podanych: moc P w kilowatach, prędkość obrotowa n w obrotach na minutę i moment M w niutonometrach, wartości liczbowe związane są przez wzór:

[br]Dopisany: 20 Maj 2009, 21:06_________________________________________________http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/09/Torque_animation.gif

dokładniej zobaczysz tu:

http://pl.wikipedia.org/wiki/Moment_si%C5%82y

[br]Dopisany: 20 Maj 2009, 21:07_________________________________________________Gdybyś próbował podnieść jeden kilogram masy przymocowany do podłogi, z siłą jednego kilograma (lub 10 czy 50…), przyłożyłbyś siłę i zwydatkował energię, ale żadna praca nie zostałaby wykonana. Gdybyś odczepił masę od podłogi i przyłożył ilość siły odpowiednią do podniesienia masy na wysokość 1 metra, 1 kilogramo-metr pracy zostałby wykonany. Gdyby zajęło Ci to jedną minutę, wykonałbyś pracę w tempie 1-o kilogramo-metra na minutę. Gdyby zadanie zajęłoby Ci jedną sekundę, wykonałbyś prace w tempie 60-u kilogramo-metrów na minutę i tak dalej…

Pewien czas temu, pan zwany Watt (ten sam pan, który wymyślił silnik parowy) zaobserwował, że typowy koń z jego czasów był w stanie unieść 550 funtów masy na odległość jednej stopy w czasie jednej sekundy. Dlatego też wykonywał on prace w tempie 550 funto-stóp na sekundę, lub jak kto woli, 33000 funto-stóp (przejdź do kalkulatora motoryzacyjnego) na minutę przez mniej więcej 8 godzin dziennie. Następnie Watt opublikował te rewelacje i uznał, że 33000 funto-stóp na minutę równa się mocy jednego konia mechanicznego. Wszyscy się z nim zgodzili i od tamtej pory do opisu mocy silnika używamy miary konia… mechanicznego.

Dla celów tej dyskusji musimy umieć mierzyć siłę pochodzącą z obracających się obiektów takich jak wał korbowy. Użyjemy do tego celu terminu definiującego siłę obrotową tzn. funto-stopy momentu obrotowego. Funto-stopa momentu obrotowego jest to siła skręcająca potrzebna do podtrzymania masy jednego funta na bezmasowym, poziomym ramieniu w odległości jednej stopy od punktu zaczepienia.

W tym momencie ważne jest, aby zrozumieć, że nikt na Ziemi nie mierzy mocy silników. To co jest mierzone na hamowni to moment obrotowy - wyrażany w Stanach Zjednoczonych w funto-stopach, a w Europie w Niutonometrach. Następnie obliczana jest moc poprzez zamianę siły obrotowej momentu obrotowego działającej w danym czasie, na jednostki mocy.

Wyobraźmy sobie teraz masę jednego funta, oddaloną o jedną stopę od punktu zaczepienia na ramieniu nie posiadającym masy. Gdy wykonamy obrót tej masy o jedno pełne koło przeciwko oporowi jednego funta, przesuniemy ją o 6,2832 stopy (Pi x okrąg o średnicy 2 stóp) i wykonamy pracę wynoszącą 6,2832 funto-stóp.

Pamiętasz Watta? Powiedział, że 33000 funto-stóp pracy na minutę równa się jednemu koniowi mechanicznemu. Gdy podzielimy to przez 6,2832 funto-stóp pracy, które wykonaliśmy podczas jednego pełnego obrotu dojdziemy do wniosku, że 1 funto-stopa momentu obrotowego przy 5252 obr. / min równa się 33000 funto-stóp pracy na minutę i równa się jednemu koniowi mechanicznemu. Gdybyś obracali tą masę z prędkością 2626 obr. / min równałoby się to 1/2 konia mechanicznego. Stąd właśnie wynika wzór na obliczanie Mocy z Momentu obrotowego:

moc* = (moment obrotowy** x obroty na minutę) / 5252

* moc wyrażona w koniach mechanicznych (HP)

** moment obrotowy wyrażony w funto-stopach (ft lbf)

moc* = (moment obrotowy** x obroty na minutę) / 9549

* moc wyrażona w kilowatach (KW)

** moment obrotowy wyrażony w niutonometrach (NM)

Wzory te nie podlegają dyskusji - tak po prostu jest.

Trochę praktyki

Co to jednak oznacza w praktyce? Po pierwsze, z perspektywy kierowcy, moment obrotowy ”rządzi”! Każdy jeden samochód, na każdym danym biegu przyśpiesza w tempie, które dokładnie pokrywa się z krzywą momentu obrotowego. Innymi słowy samochód przyspiesza najmocniej w momencie gdy moment obrotowy osiąga dokładnie najwyższą wartość. Poniżej i powyżej tej wartości przyśpieszenie jest mniejsze. Moment to jedyna rzecz, która czuje kierowca, a moc to dla niego jakaś efemeryczna wartość. 100 niutonometrów momentu będzie “ciągnęło” tak samo mocno przy 2000 obrotów jak i przy 4000 obr, podczas gdy moc będzie podwojona. Dlatego właśnie, moc nie jest szczególnie ważna z perspektywy odczuć kierowcy i równa jest momentowi obr. tylko przy 5252 obr. / min, gdzie krzywe mocy i momentu się przecinają.

W przeciwieństwie do krzywej momentu obrotowego i odpowiadającemu jej wciskaniu kierowcy w fotel, moc rośnie drastycznie ze wzrostem obrotów, zwłaszcza, gdy w tym samym czasie rośnie tez wartość momentu. Moc będzie rosła razem z obrotami silnika, nawet gdy moment zacznie juz opadać. Jednakże, jak już wspomniałem, moc nie ma nic wspólnego z tym co czuje kierowca.

Nie wierzysz?

W porządku. Rozpędź swoje auto do prędkości przy której osiąga ono maksymalną wartość momentu obrotowego na pierwszym biegu i gaz do dechy. Czujesz jak przyjemnie wciska w fotel? A teraz zrób to samo przy maksymalnej wartości mocy. Juz nie jest tak przyjemnie, prawda? Dobrze, możemy zatem kontynuować.

Ja w sprawie mocy

Jeżeli zatem moment obrotowy jest tak istotny, dlaczego dbamy o moc?

Ponieważ (zacytuję mojego przyjaciela):

Lepiej jest uzyskiwać moment obrotowy przy wysokich obrotach silnika, aniżeli przy niskich, gdyż można wtedy wykorzystać przełożenia skrzyni biegów.

Żeby zobrazować co mam na myśli pozwólcie, że posłużę się przykładem młyna wodnego, który ostatnio miałem okazję podziwiać. Miał on bardzo duże koło, które obracało się leniwie wokół wału, który był następnie podłączony do maszynerii wewnątrz. Wykonując obliczenia i rozmawiając z ludźmi obsługującymi młyn, udało mi sie obliczyć, że generował on 3525 niutonometrów momentu obrotowego. Policzyłem jego prędkość i ustaliłem, że obracał się on z prędkością 12 obr. / min. Gdybyśmy podłączyli młyn do, powiedzmy, kół samochodu, rozpędziłby on je do prędkości 12 obr. / min. w mgnieniu oka absolutnie nie zwalniając swojego biegu.

Z drugiej jednak strony, 12 obr. / min. równa się mniej więcej 1,5 km/h i aby auto osiągnęło większą prędkość należałoby zastosować przekładnię. Aby rozpędzić auto do 100 km/h skrzynia biegów musiałaby zostać zestopniowana w taki sposób, że na jej wyjściu zostałoby zaledwie 58 niutonometrów momentu obrotowego (z trzech tysięcy pięciuset!), co nie byłoby wystarczające, żeby rozpędzić auto nawet do 100 km/h. Spróbujmy zatem policzyć moc naszego młyna.

moc = (moment obrotowy x obroty na minutę) / 5252 = (2600 x 12)/5252 = 6 KM !

O cholera! Teraz już widzicie o co chodzi. Podczas gdy młyn produkuje olbrzymi moment obrotowy, jego moc jest wprost żałosna.

Wyścig!

Wróćmy z powrotem do świata samochodów. Przyjrzyjmy się 2 przykładom, które pokazują jak duży wpływ na osiągi ma moc, w przeciwieństwie do tego co podpowiada nam wciskanie w fotel.

Dobrym pomysłem jest porównanie Chevrolet Corvette LT1 do L98 wyprodukowanej w 1991. Dane są następujące:

Silnik moc max / rpm moment max / rpm

L98 250 / 4000 340 / 3200

LT1 300 / 5000 340 / 3600

Oba auta mają identyczne skrzynie i wagę, dlatego są bardzo dobrą bazą porównawczą.

Po pierwsze, oba auta wciskają w fotel dokładnie tak samo. Oba wydają się tak samo szybkie w oczach (i plecach) kierowcy, jednak Corvette LT1 będzie zdecydowanie szybsza od L98, chociaż nie będzie ona “ciągnęła” mocniej.

Podczas wyścigu, oba auta wystartowałyby mniej więcej tak samo. L98 mogłaby być nawet szybsza, gdyż maksymalna wartość momentu obrotowego występuje przy niższej prędkości obrotowej silnika. Gdy wskazówka obrotomierza znalazłaby się mniej więcej w połowie skali, Corvette LT1 zaczęłaby wygrywać. W czasie gdy Corvette L98 musi wrzucić 2-gi bieg, LT1 ma ciągle około 1000 obr. do wykorzystania na 1. biegu i dlatego zaczyna wychodzić na prowadzenie, które powiększa wraz ze wzrostem prędkości. Tak długo jak obroty silnika są utrzymywane wysoko, LT1 ma przewagę.

Jest wiele przykładów tego fenomenu. Przykładowo, Honda Integra GS-R jest szybsze od każdej zwykłej Integry nie dlatego, że ciągnie mocniej (bo nie ciągnie), ale z powodu faktu, że ciągnie dłużej. Nie wydaje się ona szybsza od zwykłej Hondy Integry, ale bez wątpienia taką jest.

Zamykanie szafy

Patrząc na prędkość maksymalną moc ma ciągle przewagę. Większa moc oznacza więcej momentu obrotowego przy wyższych obrotach. Pozwala to na użycie mocniejszego zestopniowania skrzyni biegów dla danej prędkości.

Przykładowo, jeżeli będziesz utrzymywał LT1 przy takich obrotach, przy jakich osiąga ona maksymalny moment obr. (3600) będzie ona ciągnęła najmocniej na danym biegu. Moment będzie wynosił wówczas ok. 340 funto-stóp (460 Niutonometrów) razy przełożenie skrzyni biegów.

Jednak, gdy zredukujesz bieg (dowiedz się więcej o prawidłowej zmianie biegów) tak, aby auto było na obrotach, przy jakich osiąga maksymalną moc przy tej samej prędkości auta, silnik przekaże więcej momentu obrotowego kołom pojazdu. Dlaczego? Ponieważ zmienisz przełożenie skrzyni biegów o blisko 39 % (5000 / 36000), podczas gdy moment obrotowy na silniku spadnie jedynie o 7 % (315 / 340). Przewaga będzie zatem wynosiła 29% na kołach pojazdu, przy danej prędkości samochodu.

Każda inna prędkość obrotowa silnika (różniąca się od prędkości, przy której osiąga on moc maksymalną) przy danej prędkości samochodu spowoduje zmniejszenie momentu obrotowego na kołach. Jest to prawda uniwersalna dotycząca wszystkich aut. Dlatego najwyższa prędkość maksymalna jest osiągana zawsze, gdy auta jest utrzymywane na obrotach, przy których osiąga ono maksymalną moc.

Co warto zapamiętać?

Powtarzaj za mną:

Lepiej jest uzyskiwać maksymalny moment obrotowy przy wysokich obrotach, aniżeli przy niskich, gdyż możesz wykorzystać przełożenia skrzyni biegów! ( moim zdaniem w dieslu jest inaczej hihihihih) pozdrawiam...

apropos - korzystaj z google