تفاوت بین اسب بخار و گشتاور در صنعت خودروسازی

اسب بخار و گشتاور دو اصطلاح مهمی هستند که در صنعت خودرو استفاده می شود. که اغلب مورد سوء استفاده قرار می گیرند. این مقاله تاثیر این دو مفهوم را بر نحوه شتاب گیری خودرو مورد بحث قرار می دهد.

به گفته کارول شلبی: اسب بخار باعث فروش خودرو می شود; ترک این مسابقه را برد. بیایید ببینیم آیا این گفته واقعا درست است یا خیر.

مفروضات:

در این مقاله به بررسی برخی از فرضیه های زیر می پردازیم:

• اصطکاک سطح جاده در نظر گرفته نمی شود.
• از تأثیرات آیرودینامیکی تأثیرگذار بر روی اتومبیل خودداری کنید.
• ماشین در جاده صاف است.
• بدون تلفات انتقال
• سرعت ماشین همیشه ثابت است و با صفر متفاوت است.
• تعویض فورا انجام می شود.
• ماشین در هر شرایطی در حالت تخته گاز است.

طبیعی است که هیچ یک از فرضیه های فوق در شرایط واقعی رخ نمی دهد، اما این توضیح بسیاری از موارد را ساده می کند. قدرت با اسب بخار اندازه گیری می شود. در این مقاله می توان از قدرت و اسب بخار به جای یکدیگر استفاده کرد. گشتاور نیز بر حسب پوند فوت اندازه گیری می شود.

ترکی:

گشتاور در واقع نیرویی است که تمایل به چرخش ایجاد می کند. نیرویی که جسم را در فاصله ای غیر از صفر از مرکز یک جسم می چرخاند. در دنیای واقعی نیز معنای ساده ای دارد. وقتی آچار روی پیچ است و به انتهای آچار نیرو وارد می شود. پیچ شروع به چرخیدن می کند. اگر چنین نیرویی مستقیماً به جسم وارد شود، مطمئناً باعث چرخش پیچ نمی شود و احتمالاً منجر به حرکت یا آسیب آن می شود. سپس با ضرب مقدار نیرو در فاصله طولی نیرو تا مرکز جسم، لحظه به دست می آید.
تصویر زیر نشان می دهد که چگونه لاستیک با نیرو در جاده در ماشین عمل می کند.

کار کنید

کار اصطلاحی است که روی خودرو کاربرد خاصی ندارد. کار به عنوان انرژی منتقل شده از یک سیستم به سیستم دیگر تعریف می شود. درست مثل فردی که کالسکه را به جلو هل می دهد.

از نظر ریاضی حاصل ضرب نیروی فاصله کار نامیده می شود و واحد آن پوند فوت یا نیوتن متر است. جهت نیرو با جهت حرکت نیروی وارده برابر است. اگر کاری انجام نشود، هیچ کاری انجام نمی شود.

تفاوت بین اسب بخار و گشتاور در صنعت خودروسازی

تفاوت کار با ترک:

به یاد داشته باشید که ترکی و واحدهای کاری برابر هستند. اما تفاوت های بزرگی وجود دارد. گشتاور نیرویی است که باعث چرخش جسم می شود، به این معنی که تمایلی به حرکت جسم در جهت نیروی وارده ندارد.

کار در واقع اندازه گیری مقدار انرژی منتقل شده به یک سیستم است که می تواند، اما مجبور نیست، توسط نیروی تولید شده توسط گشتاور تولید شود.

روی یک شفت چرخان؛ کاری که در اینجا می توان انجام داد نتیجه قدرت ترک هاست. گشتاور نیرویی است که تمایل دارد یک جسم در حال چرخش را بچرخاند.

قدرت:

قدرت در واقع مقدار کار انجام شده در یک زمان معین است. در واقع توان سرعت انجام کار یا سرعت انتقال انرژی بین دستگاه ها است. برای محاسبه توان از فرمول زیر استفاده می شود:

فرمول فوق را می توان بر اساس نیرو و سرعت نیز نوشت:

قدرت چرخشی:

روی یک شفت چرخان؛ نیروی گشتاور کار را انجام می دهد. سرعت عمل بستگی به سرعت چرخش شفت دارد. بنابراین، مقدار قدرتی که باعث چرخش شفت می شود، با ضرب سرعت چرخش در گشتاور به دست می آید. فرمول قدرت برای شفت دوار به صورت زیر است:

منبع تغذیه چرخشی:

از آنجایی که واحد گشتاور، واحد پوند فوت سرعت چرخش در دقیقه و اسب بخار است، می‌توان فرمول زیر را برای قدرت دورانی بدست آورد:

فرمول قدرت بالا اغلب اشتباه تعبیر می شود. همانطور که در فرمول فوق مشاهده می کنید قدرت و گشتاور شبیه به یکدیگر یا به عبارتی با ضریب 5252 به هم مرتبط هستند.

این خطا از این واقعیت ناشی می شود که نمودارهای گشتاور و قدرت در سرعت 5252 دور در دقیقه تلاقی می کنند. هنگامی که موتور در محدوده 5252 دور در دقیقه کار می کند، گشتاور و قدرت به یک معنا هستند.

بسیاری از موتورهای دیزلی و برخی موتورهای بنزینی قادر به کار با این سرعت نیستند.

فرمول و نمودار بالا برای حالتی است که گشتاور بر اساس واحد گشتاور پوند فوت است.

استفاده از واحد متریک باعث می شود که سطح مقطع نمودار به جای 5252 دور در دقیقه 9549 دور در دقیقه باشد.

چرخ دنده:

چرخ دنده ها برای تغییر گشتاور و سرعت چرخش یک سیستم دوار استفاده می شود، اگرچه اغلب برای تغییر جهت انتقال نیز استفاده می شود.

در یک مجموعه ایده آل از چرخ دنده ها، مقدار توان خروجی با مقدار انرژی دریافتی در ورودی برابر است. این بدان معنی است که اگر نسبت انتقال 2: 1 باشد، شفت خروجی نیم دور کمتر از شفت ورودی چرخان است، در حالی که گشتاور روی شفت خروجی دو برابر است.

شکل زیر تاثیر داشتن چرخ دنده را نشان می دهد.

شاید جالب باشد بدانید که مفاهیم چرخ دنده بسیار شبیه به آنچه در ترانسفورماتورهای الکتریکی وجود دارد. گشتاور گشتاور و سرعت چرخش را تغییر می دهد، در حالی که ترانسفورماتورهای الکتریکی ولتاژ و جریان را تغییر می دهند.

در هر دو حالت توان خروجی همان است که در ورودی دریافت می شود. (البته با فرض عدم تلفات برق)

چرخ دنده های زنجیر برق

زنجیر برق خودرو از مجموعه دنده های مختلفی تشکیل شده است تا کنترل کند که چه مقدار از کل قدرت موتور به گشتاور و چه مقدار به طور خاص به سرعت چرخشی تبدیل می شود.

تمام موتورهای احتراق داخلی مقدار کمی گشتاور تولید می کنند و بنابراین سرعت کافی را به چرخ ها منتقل می کنند. با وجود تایرهای 27 اینچی در 6000 دور در دقیقه، سرعت 450 مایل در ساعت ایجاد خواهد شد. برای حرکت دادن بدنه لیموزین سنگین به بیش از صد پوند نیرو نیاز است.

بنابراین همه خودروها باید از یک مجموعه منبع تغذیه (زنجیره تامین برق) برای شکافتن مدار و افزایش گشتاور استفاده کنند. (یعنی برای رسیدن به سواری مورد نظر باید مسافت های مختلفی را در شرایط مختلف طی کنند)
بیشتر خودروها با دو دسته دنده بین موتور و چرخ ها حرکت می کنند. اولین مجموعه گیربکس (گیربکس) است که گشتاور را تا حدی افزایش می دهد.

(بسته به دنده انتخابی) معمولاً دنده اول نسبت 3: 1 دارد در حالی که دنده آخر دارای نسبت 0.8: 1 است. پس از نصب گیربکس به مجموعه گیربکس می رسیم که معمولاً بسته به نوع خودرو نسبت 2.5: 1 و 6: 1 است. (دیفرانسیل به آن می گویند)

دلیل اینکه گیربکس های خودرو دارای تعداد سرعت متفاوتی هستند این است که می توان دور موتور را در شتاب ها و سرعت های مختلف خودرو حفظ کرد. (به عبارت دیگر، سرعت های صفر تا 200 مایل در ساعت را با سرعت موتور مشخصی تجربه کنید)

در دنده یک خودرو شتاب زیادی می گیرد زیرا گشتاور زیادی به چرخ ها منتقل می شود. اما در عوض سرعت پایینی داریم در حالی که دور موتور می تواند به سطح قرمز بحرانی برسد.

در دنده دوم تا حدودی از شتاب کاسته می شود اما در عوض سرعت ما کمی بیشتر است. این فرآیند کاهش شتاب و افزایش سرعت در سرعت های بالاتر است.