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.
Оно крутится
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.