Как усилить крутящий момент на валу

Рекомендованные сообщения

Создайте аккаунт или войдите в него для комментирования

Вы должны быть пользователем, чтобы оставить комментарий

Создать аккаунт

Зарегистрируйтесь для получения аккаунта. Это просто!

Войти

Уже зарегистрированы? Войдите здесь.

Сейчас на странице 0 пользователей

Нет пользователей, просматривающих эту страницу.

В некоторых математических моделях шагового двигателя предполагается, что при использовании микрошагового режима крутящий момент значительно ниже, чем при использовании полного шага или полушага. Обоснованием данного утверждения является прежде всего то, что при полном шаге на обмотки от начала до конца подается полное напряжение питания, что должно вызвать соответствующее изменение тока в обмотках, тогда как в микрошаговом режиме драйвер регулирует подачу тока таким образом, чтобы график его был близок к синусоиде. В результате энергия, поданная в обмотки в полном шаге, должна превышать энергию микрошага примерно на квадратный корень из 2, т.е. примерно 40%, что должно вызвать соответствующее увеличение крутящего момента двигателя. Однако, в противоположность чистой теории на практике многие отмечают, что микрошаговый режим — напротив, увеличивает крутящий момент, позволяет увеличить скорости и ускорения станка с ЧПУ. Скорее всего, дело в том, что математическая модель расчета момента ШД, основанная на учете чисто энергии обмоток — несовершенна, и не учитывает множества паразитных механических и электромагнитных процессов, происходящих при движении ротора шагового двигателя, в результате которых далеко не вся энергия, подаваемая в обмотки трансформируется в кинетическую энергию ротора. В результате вибраций и резонансных явлений большая часть энергии расходуется впустую.

Для точной проверки данного положения был поставлен эксперимент по влиянию микрошага на крутящий момент шагового двигателя. Было использовано следующее оборудование:

  1. Стенд для измерения момента, состоящий из тензодатчика, контроллера с индикацией момента, и электромагнитного тормоза. Разрешение контроллера — 0.001 Нм, для нивелирования погрешности будем выполнять несколько замеров. Электромагнитный тормоз — безинерционный, т.е. в любой момент времени выдает одинаковое усилие на валу.
  2. Шаговый двигатель ST57-100, ток 4.2 А, момент 2.1 Нм
  3. Драйвер Yako YKC2608M-H. Режимы деления шага для тестирования — 1/2(минимально возможное для драйвера) и 1/20.
  4. Источник питания S-350-48, выходное напряжение установлено в 45 В.
  5. Генератор прямоугольных импульсов

Методика тестирования: двигатель с нагрузкой 0.2 Нм разгоняется до скорости тестирования, затем момент на валу плавно увеличивается до срыва или пропуска шагов. В каждом режиме производилось по 7 замеров, дисперсия для каждой выборки не превышает 0.002, поэтому в таблицах приводятся только средние значения как вполне отражающие всю выборку.

Сперва двигатель был протестирован на 4 скоростных режимах — 30 об/мин, 100, 300 и 600,

Момент двигателя ST57-100 при вращении драйвером YKC2608M-H при напряжении 45 В, ток 3.14 А.

Микрошагскорость
30 об/мин
100 об/мин 300 об/мин 600 об/мин
1/2
1.661 0.803 1.633 1.225
1/20 1.638 1.635 1.633 1.224

Как видно из таблицы, микрошаг не оказывает никакого негативного влияния на крутящий момент, а в резонансной области мотора(около 100 об/мин) — наоборот, увеличивает его вдвое, или если быть точным, не дает ему упасть на эту величину.

Также можно видеть, что момент двигателя не дотягивает до паспортных 2.1 Нм идолго сохраняет свое значение с увеличением оборотов. Это следствие заниженного тока фазы — если обратить внимание заголовок таблицы, ток фазы выбран 3.14 вместо паспортного 4.2 А. Увеличим ток до 4.28 А и повторим тесты, проведя дополнительные замеры на более высокой скорости — 1050 об/мин . В конце концов, именно на высоких скоростях возникают проблемы с крутящим моментом(некруглое число выбрано для удобства установки частоты на генераторе импульсов).

Момент двигателя ST57-100 при вращении драйвером YKC2608M-H при напряжении 45 В, ток 4.28 А.

Микрошагскорость
30 об/мин
300 об/мин 600 об/мин 1050 об/мин
1/2
2.222 2,137 1.125
1/20 2.245 2.163 1.185 0.751 Leadshine EM705 1/20, 4.2 A —- 2.091 1.129 0.715

И опять замеры однозначно показывают, что если высокое деление шага и влияет на крутящий момент, то исключительно положительным образом. Причем влияние немного растет вместе со скоростью вращения. В последней строке указан "контрольный замер", сделанный на одном из лучших драйверов в своем классе — Leadshine EM705. На нем был выбран ток фазы 4.2 А, деление шага 1/20 и выполнена быстрая подстройка драйвера под двигатель с пом. переключателя SW4. Вопреки ожиданиям, этот прекрасный драйвер, выигрывая по эстетическим характеристикам движения(шум, вибрации, плавность) — несколько уступил по крутящему моменту драйверу от Yako. Возможно, в будущем мы проведем более подробные сравнительные исследования моментных и скоростных характеристик драйверов разных брендов.

Что значит крутящий момент двигателя? Сила вращения коленчатого вала автомобиля – качественный показатель работы двигателя. Характеристика получила термин «крутящий момент». КМ отличается от силы вращения, происходящей снаружи, внутренним воздействием на вал. От него зависит возможность увеличения скорости авто и тяговые характеристики мотора. Как увеличить крутящий момент двигателя – разберем подробнее.

Зависимость крутящего момента

Чтобы проще объяснить, что означает крутящий момент двигателя автомобиля, представим вращающийся выходной вал. Чтобы придать ему движение, требуется сила, способная провернуть вал с грузом. Величина КМ – непостоянная и напрямую зависит от возможности мотора. Кроме того, простого сгорания топлива недостаточно для организации движения. В процессе участвует коробка передач, трансмиссия, раздатка, ШРУСы, редуктор. Имеет значение и тип привода авто – задний или передний.

Два термина – крутящий момент и мощность двигателя – неразрывны и вытекают один из другого. Формуладля расчета каждого такова:

  • M=P/N, где N – обороты двигателя.

Н*М – ньютон-метры – величина, в которой измеряется крутящий момент двигателя. Формуламощности:

  • P=M×N. В официальных документах величина обозначена в киловаттах, разговорная единица – лошадиные силы.

Три фактора, на что влияет крутящий момент двигателя – это давление газов на поршень, объем цилиндров и сила сжатия газовоздушной смеси. Увеличение или уменьшение каждого из параметров, влечет за собой возрастание или падение скорости автомобиля.

Номинальное и максимальное значение крутящего момента

Водитель в процессе езды изменяет силу вращения вала ввиду увеличения темпа движения (добавление газа) или торможения. Однако, предел развития скорости все же существует – понятие о максимальном и номинальном КМ описывается в механике:

  • Номинальный КМ– работа двигателя в нормальном режиме без дополнительной нагрузки. В этом случае, автомобиль развивает скорость, на которую способна марка и зависимость мощности активно не проявляется.
  • Максимальное значение КМ – это наибольший показатель двигателя. Он растет пропорционально оборотам мотора. Однако, наступает момент, когда количество воздуха в цилиндрах оказывает сильнейшее сопротивление газовоздушной смеси и она недостаточно поступает в камеру сгорания. Как следствие – обороты вала снижаются и скорость падает. Возрастает мощность и тяговые возможности автомобиля. При такой работе, железный конь легко преодолевает подъемы, препятствия, тянет прицеп или аварийную машину. Несмотря на нагрузку, низкие обороты при высоком крутящем моменте помогают экономить топливо.

Кроме нагрузки, на уменьшение показателя максимального крутящего момента влияют механические потери (износ деталей), трение, сопротивление материалов, из которых изготовлены элементы двигателя и трансмиссии и прочее.

Отличие крутящего момента дизельного двигателя авто от бензинового

КМ бензинового и дизельного двигателя существенно различен. От чего зависит характеристика момента – подробнее:

  • Характеристика ДТ серьезно превышает АИ, так как сжатие газовоздушной смеси в цилиндре дизельного авто, а, следовательно, и энергия в два раза больше, чем у традиционного мотора.
  • Максимальные обороты дизельного агрегата – до 5000. Однако, КМ может быть выше и используется даже на холостом ходу. Отсюда высокая экономия топлива.
  • Испытания двигателей с одинаковой мощностью, показывают преимущество дизельного агрегата с выгодой до 30% н*мот номинального параметра–то, в чем измеряется крутящий момент двигателя.

Из перечисленного следует, что не только мощность имеет главное значение при выборе типа двигателя. Для высоких динамических характеристик важен крутящий момент.

Увеличение КМ

Для чего и как повысить крутящий момент двигателя? На первую часть вопроса ответить легко. Обычно недовольство КМвозникает у владельцев малолитражек – ходовые характеристики машины снижаются по любому поводу, будь то включенный кондиционер или гидроусилитель руля. С увеличением характеристики растут и возможности автомобиля. Это разгон и тяговые качества.

Логично предположить, что вторая часть вопроса – как поднять КМ – решается заменой или доработкой комплектующих двигателя. Некоторые способы выполняются самостоятельно, другие требуют профессионального вмешательства. Подробно:

  1. Замена распредвала, выпускных клапанов и фильтров на детали с большим КПД. Например, возможно использовать вал с коленами большего размера или откорректировать крутящий момент на колесе автомобиля. В последнем случае в коробку передач устанавливаются особые шестерни с высоким передаточным числом. Любители, возможно, не справятся с работой – установку комплектующих лучше отдать на откуп специалистам по автомобильному тюнингу.
  2. Увеличение объема поршневой системы. Это предполагает расточку цилиндров и замену диаметра поршня на больший. Результат увеличения значения крутящего момента гарантирован из-за возросшей мощности двигателя – закономерного эффекта. Минус способа – увеличение расхода топлива.
  3. Повышение степени сжатия газовоздушной смеси. Для этого требуется уменьшить объем камеры сгорания, чтобы получить избыток давления. Высокий показатель, естественно увеличит силу поршня, но при этом порог детонирования существенно снижается. Как итог – износ поршневой группы и опасность преждевременного возгорания топлива.
  4. Увеличение диаметра впускных клапанов. Принцип прост: чем больше топлива, тем выше образование выделяющегося тепла. Это то,что дает крутящий момент двигателя – возрастание энергии. Чтобы установить новые клапана большего диаметра снова требуется расточка деталей. Без опыта, смысла проводить работу, нет – можно легко повредить систему. А новые оригинальные комплектующие – дороги.
  5. Турбирование. Заключается в доработке головки блока цилиндра. Что дает крутящий момент двигателя в этом случае? После модификации увеличивается объем газовоздушной смеси, следовательно, после детонации мощность кратно возрастает. Соответственно увеличивается КМ. Недостаток способа – дорогостоящая работа, что не всегда оправдано для автомобилей бюджетных классов.
  6. Электронная настройка, прошивка блока или чип-тюнинг. Заключается в перепрограммировании контролера двигателя. Как узнать о коррекции КМ? Изменения времени открытия впускных клапанов делаются в большую сторону, следовательно, расход топлива увеличится. Кроме временного промежутка, меняется множество других параметров –система охлаждения, вентиляции, воздухозаборников и прочего. Достоинства способа в безопасности – всегда можно вернуть настройки по умолчанию.
  7. Замена тяжелых поршней на облегченные. Усилий на работу потребуется меньше, динамика двигателя возрастет, повысится скорость автомобиля. Минус – способ годится для бензиновых авто, где степень сжатия меньше и порог детонирования выше. Иначе быстрого износа легких деталей не избежать.

Итак, крутящий момент асинхронного двигателя и мощность – связанные понятия. Вся работа по изменению значения одного параметра влечет за собой коррекцию другого.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Что будем искать? Например,Как выбрать незамерзайку

Мы в социальных сетях