|
ความสัมพันธ์เรื่อง
ขนาดของยาง-อัตราเร่ง-แรงบิด-อัตราทดเฟืองท้าย และความเข้าใจที่มักจะสับสนและคลาดเคลื่อน???
4x4 E-Z, Technical
by Gmc,workshop
เป็นที่ทราบกันดีว่ารถยนต์จะทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพสูง เครื่องยนต์จะต้องมีกำลังและแรงบิด
(Torque) ที่เหมาะสม ต้องมีอัตราทดห้องเกียร์ และอัตราทดเฟืองท้ายที่สอดคล้องกับสมรรถนะของเครื่องยนต์
เครื่องยนต์แต่ละแบบก็จะมีสมรรถนะที่แตกต่างกัน ก่อนจะนำมาติดตั้งกับรถยนต์
จะต้องศึกษาสมรรถนะของ เครื่องยนต์ อันได้แก่แรงบิด (Torque)
และกำลัง (Power) ของเครื่องยนต์เสียก่อน ผมอยากจะเสนอสมการ
เพื่อความเข้าใจของความสัมพันธ์ของกำลังเครื่องยนต์ และแรงบิด
(Torque) ก่อนที่จะไปถึงเรื่องที่ยากกว่าต่อไป
.........................................P
= 2rr NT
หมายเหตุ : rr คือสัญลักษณ์ใช้แทนเครื่องหมายพายอาร์
โดย ...P
คือ กำลัง (Power) ของเครื่องยนต์ มีหน่วยเป็น Watt, HP
..........N คือ ความเร็วรอบของเครื่องยนต์
มีหน่วยเป็น RPM
...........T คือ แรงบิด (Torque)
มีหน่วยเป็น N.m, ft.lb
ไม่ยากเกินไปที่จะทำความเข้าใจ เพราะใน Catalogue ของรถยนต์ทุกคันจะต้องมีกราฟแสดงความสัมพันธ์
ระหว่างแรงบิด (Torque) และกำลัง (Power) กับความเร็วรอบของเครื่องยนต์อยู่แล้ว
ซึ่งต่อไปท่านจะไม่งง กับกราฟที่ว่านั้นอีก
จากสมการความสัมพันธ์ดังกล่าว ทำให้เราสามารถคำนวณหาค่าแรงบิด
(Torque) ได้เมื่อทราบกำลัง (Power) หรือทราบกำลัง (Power) ได้เมื่อทราบแรงบิด
(Torque) แต่เนื่องจากการหาแรงบิด (Torque) และกำลัง (Power)
เครื่องยนต์ ทำได้โดยการทดสอบบนอุปกรณ์ซึ่งเรียกว่า ไดนาโมมิเตอร์
(Dynamometer) เท่านั้น
เพราะฉะนั้น แรงบิด และกำลังเครื่องยนต์จะมีค่าสูงสุดที่จุดจุดหนึ่ง
โดยความเร็วรอบเครื่องยนต์ที่ให้กำลังสูงสุด อาจจะไม่ใช่จุดที่ให้แรงบิดสูงสุดก็ได้
ดังเช่น ตัวอย่างที่ 1 เป็นของรถ Jeep Wrangler จากกราฟ (ในที่นี้ขอ
กล่าวเฉพาะเครื่อง 4.0L เท่านั้น) เราสามารถอธิบายได้ว่า เครื่องยนต์ตัวนี้จะให้กำลังสุดที่
ประมาณ 185 HP ที่ รอบเครื่องยนต์ประมาณ 4,400 rpm และในทำนองเดียวกันเราจะได้แรงบิดสูงสุดที่ประมาณ
220 ft-lb. ที่รอบ ประมาณ 2,800 rpm.
จากความรู้ดังกล่าวข้างต้นทำให้เราทราบว่า แรงบิดสูงสุดที่เราจะได้จากเครื่องยนต์เครื่องนี้จะอยู่ที่รอบประมาณ
3,000 rpm. เท่านั้น การเร่งเครื่องยนต์จนรอบเครื่องสูงๆ หาใช่การเอาชนะอุปสรรคบ่อโคลน
หรือ เนินสูงชัน มากๆ ได้ ในทางกลับกันการใช้รอบสูงเกินไป ยังทำให้เกิดการสึกหรอและแรงบิดยังตกด้วยที่รอบสูงๆ
ซึ่งไม่มี ประโยชน์อะไรเลย
แต่หากเกิดการใช้สติและความสามารถในการควบคุมรอบเครื่องยนต์ให้ทำงานที่รอบเหมาะสมเท่านั้น
ฉะนั้นเรา ควรศึกษาเสียก่อนใช้รถว่ารถของเรานั้น ได้แรงบิดสูงสุดที่รอบเท่าไหร่
การใช้งานจึงจะมีประสิทธิภาพสูงสุด
ยางใหญ่-แรงบิด-อัตราทดเฟืองท้าย-ความเร็วรถ ความเข้าใจที่มักจะสับสนและคลาดเคลื่อน
จากความสัมพันธ์ทางทฤษฎีกลศาสตร์ยานยนต์ (Dynamic of Automotive)
ในเรื่องของการขับเคลื่อน (Traction) จะทำให้พวกเราหลายต่อหลายคนได้เข้าใจในเรื่องความสัมพันธ์ดังกล่าวได้ถูกต้องและชัดเจนยิ่งขึ้น
ดังนี้
แรงขับเคลื่อน
แรงที่เกิดขึ้นตรงจุดสัมผัสระหว่างล้อขับของรถยนต์กับถนนในแนวขนานกับพื้นถนนจะเรียกว่าเป็นแรงขับเคลื่อน
(Tractive effect) ความสามารถของล้อขับที่จะถ่ายทอดแรงนี้ไปได้โดยไม่เกิดการลื่นไถล
(หรือล้อหมุนฟรี) เรียกว่าความสามารถในการขับเคลื่อน (Traction)
ด้วยเหตุนี้แรงขับเคลื่อนที่จะสามารถนำไปใช้งานได้จะต้องมี ค่าไม่เกินความสามารถในการขับเคลื่อน
ในการคำนวณเราจะได้แรงบิดของเครื่องยนต์ดังนี้
..........................................
Te = Pe
...................................................
2rr N
(หมายเหตุ : rr คือสัญลักษณ์ใช้แทนเครื่องหมายพายอาร์)
แรงบิดที่ล้อขับ ....................Tw
= ig'id'nt Te = it nt Te
แรงขับเคลื่อนที่ล้อ................F
= Tw w = Te it nt w/r
...................................................
..r
เมื่อ .............Pe คือ กำลังที่เพลาของเครื่องยนต์
...................Te คือ แรงบิดเฉลี่ยของเครื่องยนต์
.................. ์ nt คือ ประสิทธิภาพการส่งกำลังทั้งหมด
....................ig คือ อัตราทดของชุดเฟืองทด
....................id คือ อัตราทดของชุดเฟืองท้าย
....................it คือ อัตราทดรวมของระบบส่งกำลัง
= ig ' id
....................r คือ รัศมีประสิทธิผลของล้อรถยนต์
....................N คือ ความเร็วรอบของเพลาข้อเหวี่ยง
และ..............w คือ ความเร็วเชิงมุมของเพลาข้อเหวี่ยง
= 2rrN (หมายเหตุ : rr คือสัญลักษณ์ใช้แทนเครื่องหมายพายอาร์)
ถ้าแรงขับเคลื่อน F มีค่ามากกว่าความต้านทานการเคลื่อนที่ R
แรงขับเคลื่อนส่วนที่มากกว่าความต้านทานนี้จะใช้ไป ในการเร่งความเร็ว
และการเร่งขึ้นทางชัน รวมทั้งใช้ในการลากจูงด้วย
กราฟแสดงกำลังของเครื่องยนต์และแรงบัดของ Grand Cherokee 4.4L
เครื่อง V8 ให้กำลังสูงสุดที่ 230 BHP ที่ประมาณ 5,000 rpm.
และแรงบัด 300 lb-ft ที่ประมาณ 2,800 rpm.
ความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วรอบของเครื่องยนต์กับความเร็วของรถยนต์
อัตราส่วนระหว่างความเร็วรอบของเครื่องยนต์กับความเร็วของรถยนต์
N/V นั้นขึ้นอยู่กับอัตราทดรวมของระบบ ส่งกำลัง รถยนต์ที่มี
4 เกียร์ จะมีอัตราส่วน N/V 4 ค่าด้วย ซึ่งจะพิจารณาได้ดังนี้
ความเร็วในการหมุนของล้อ = ความเร็วของรถยนต์
..........................2 rr
r N/it = Vx1000
.................................................60
N......................../VN/V
= 1000
N/.....................................
2 rr r 60 it
N......................../VN/V
= 2.56 it/r
(หมายเหตุ : rr คือสัญลักษณ์ใช้แทนเครื่องหมายพายอาร์)
เมื่อ N มีหน่วยเป็น รอบ/นาที
N...V มีหน่วยเป็น
กิโลเมตร/ชั่วโมง
และ r มีหน่วยเป็น เมตร
ตารางการเปลี่ยนหน่วยที่สำคัญ
| 1
BHP= |
0.75
Kw |
| 1
lb-ft = |
1.35
Nm |
N/..........................
กราฟแสดงกำลังของเครื่องยนต์ 3.9 V8 ของ LAND ROVER DISCOVERY
ได้กำลังสูงสุด 182 BHP ที่ 4,750 rpm. และแรงบัดสูงสุดที่ 232
lb.ft ที่ 3,100 rpm.
ตัวอย่างการคำนวณ
GMC,workshop
1 จากความสัมพันธ์ขนาดยาง-อัตราทดเฟืองท้าย-ความเร็วรถ-ความเร็วรอบเครื่องยนต์
จากความเร็วในการหมุนของล้อ = ความเร็วของรถยนต์
v=2*3.1416*r*n/It
|
case
|
R
|
N
|
It
|
V
|
note
|
|
1
|
0.37
|
2000
|
3.07
|
89
|
ยาง
std.อัตราทด std.2000 rpm. ได้ V=89km/hr |
|
2
|
0.4
|
2000
|
3.07
|
96
|
เปลี่ยนยางโตขึ้นเป็น
32" นอกนั้น std. ได้ V เพิ่ม=96km/hr |
|
3
|
0.37
|
2000
|
3.73
|
73
|
แต่ถ้าเพิ่มอัตราทดเมื่อไร
ความเร็วจะ Drop ทันที 18% |
|
4
|
0.4
|
2000
|
3.73
|
79
|
|
|
5
|
0.4
|
2450
|
3.73
|
97
|
ต้องเหยียบคันเร่งชดเชย
18% |
|
|
ตัวอย่างการคำนวณ
2 ความสัมพันธ์แรงบิดที่ล้อ-อัตรทดเฟืองท้าย
TW= It*nt*Te ..................................
|
It
|
Nt
|
Te
|
Tw
|
ดีขึ้น
|
note
|
|
3.07
|
0.85
|
200
|
521.9
|
0%
|
|
|
3.73
|
0.85
|
200
|
634.1
|
18%
|
เปลี่ยนอัตราทดเฟืองท้ายเป็น
3.73, แรงบิดที่ล้อดีขึ้น 18% |
|
4.11
|
0.85
|
200
|
698.7
|
25%
|
เปลี่ยนอัตราทดเฟืองท้ายเป็น
4.11, แรงบิดที่ล้อดีขึ้น 25% |
|
|
3 แรงขับเคลื่อนที่ล้อ-ขนาดของยาง
F= Tw*w/r
|
Case
|
Tw
|
w
|
r
|
F
|
note
|
|
1
|
0.5
|
2000
|
0.37
|
2703
|
|
|
2
|
0.5
|
2000
|
0.40
|
2500
|
เปลี่ยนยางใหญ่ขึ้น
2 เบอร์แรงขับเคลื่อนที่ล้อลดลง 8%
|
|
3
|
0.5
|
2170
|
0.40
|
2713
|
อยากให้เท่าเดิมต้องเหยียบคันเร่งเพิ่มอีก
8%
|
| |
|
|
|
|
|
|
