Какова теория, лежащая в основе частоты вращения и крутящего момента?

Так почему же, если вы полностью остановитесь, ваши обороты будут оставаться в диапазоне от 500 до 1500?

Здесь я предполагаю, что вы говорите об автоматической коробке передач (АКПП). Основная часть АКПП, которая позволяет этому происходить, — это гидротрансформатор (ГТ). Заголовок статьи в Википедии очень точно это описывает:

В современном понимании гидротрансформатор — это, как правило, разновидность гидромуфты (которая также способна увеличивать крутящий момент), используемая для передачи вращательного движения от первичного двигателя, такого как двигатель внутреннего сгорания или электродвигатель, к вращающейся ведомой нагрузке. Гидротрансформатор обычно заменяет механическую муфту в автомобиле с автоматической коробкой передач, позволяя отделить нагрузку от источника энергии. Обычно он располагается между эластичной муфтой двигателя и коробкой передач.

Ключевой характеристикой гидротрансформатора является его способность увеличивать крутящий момент при существенной разнице между входной и выходной скоростью вращения, что эквивалентно работе понижающей передачи. Некоторые из этих устройств также оснащены механизмом временной блокировки, который жёстко соединяет двигатель с трансмиссией, когда их скорости почти равны, чтобы избежать проскальзывания и, как следствие, потери эффективности.

Этот ответ, который я написал описывает принцип работы TC, поэтому он может быть полезен.

А как происходит ускорение?

Поскольку вы использовали метку двигателя, я начну с передней части автомобиля.

• Двигатель — транспортному средству необходим источник энергии для движения и питания различных вспомогательных систем (генератора, насоса гидроусилителя руля, тормозов и т. д.) по всему автомобилю. При проектировании транспортного средства инженеры разрабатывают двигатель, который не только помещается в отведённом для него пространстве, но и вырабатывает крутящий момент/лошадиные силы, необходимые для его нужд.

  
  



• Трансмиссия — трансмиссия позволяет автомобилю максимально эффективно использовать крутящий момент/лошадиные силы двигателя за счёт преимущества в крутящем моменте и снижения частоты вращения двигателя на высоких оборотах. (ПРИМЕЧАНИЕ: я включаю гидротрансформатор/сцепление в состав трансмиссии.)

  
  



• Дифференциал — позволяет изменять направление вращения, создаваемого двигателем (через трансмиссию), а также служит для понижения передачи/увеличения крутящего момента.

  
  



• Шины — это то место, где резина соприкасается с дорогой... буквально. Шины также снижают крутящий момент в зависимости от их общего диаметра. Чем выше шина, тем больше крутящего момента требуется для поворота колеса с шиной. Снова обратимся к статье в Википедии:

  
  

Крутящий момент, момент силы или вращающий момент (см. терминологию ниже) — это тенденция силы вращать объект вокруг оси[1], точки опоры или шарнира. Точно так же, как сила — это толчок или притяжение, крутящий момент можно представить как поворот объекта...

Грубо говоря, крутящий момент — это мера силы, с которой объект, например болт или маховик, вращается. Например, если потянуть или толкнуть рукоятку гаечного ключа, соединённого с гайкой или болтом, возникнет крутящий момент (сила вращения), который ослабит или затянет гайку или болт.

• Шины (продолжение) — если посмотреть на шины сбоку и провести линию от центра шины до земли (радиус шины), то получится длина стержня. Чем длиннее этот стержень (чем больше радиус шины), тем легче повернуть шину, двигая её напрямую (перекатывая шину вручную). И наоборот, если вы поворачиваете стержень от центральной точки, как это делают ведущие оси, то чем длиннее стержень, тем сложнее повернуть ось. Умножение крутящего момента дифференциала помогает компенсировать снижение крутящего момента шины.

Двигатель создаёт крутящий момент, необходимый для приведения автомобиля в движение. Когда автомобиль стоит на остановке, двигатель спокойно работает на холостом ходу. Это возможно, потому что гидротрансформатор или сцепление позволяют ему не быть связанным с остальной частью трансмиссии. Когда вы готовитесь тронуться с места, вы нажимаете на педаль газа, и обороты двигателя увеличиваются. Если у вас автоматическая коробка передач, гидротрансформатор допускает проскальзывание между двигателем и коробкой передач, при этом передавая крутящий момент и одновременно увеличивая его. TC будет допускать проскальзывание до тех пор, пока не достигнет скорости сваливания. Выдержка с веб-сайта Banks Power:

Даже при небольшой нагрузке автомобиль с автоматической коробкой передач начнёт движение, как только вы уберете ногу с педали тормоза. Предельная частота вращения проявляется при любой нагрузке. Когда мы говорим о предельной частоте вращения, мы имеем в виду число оборотов двигателя. Если автомобиль не движется к тому моменту, когда крыльчатка достигает предельной частоты вращения, он либо начнёт движение, либо число оборотов двигателя перестанет увеличиваться. Другими словами, частота вращения на холостом ходу — это число оборотов двигателя в минуту, при котором гидротрансформатор передает мощность двигателя на трансмиссию.

Двигатель автомобиля рассчитан на определённый диапазон крутящего момента/мощности, чтобы вместе с трансмиссией он мог работать в этом диапазоне крутящего момента и обеспечивать движение автомобиля. Если вы попытаетесь создать слишком большую нагрузку (например, тронуться с места на автомобиле со стандартной коробкой передач) при недостаточном количестве оборотов двигателя, двигатель заглохнет (ПРИМЕЧАНИЕ: заглох двигателя не имеет ничего общего с отказом трансмиссии), и автомобиль не сдвинется с места. Пробуксовка сцепления в этой ситуации аналогична проскальзыванию гидротрансформатора. Таким образом, двигатель выходит на заданный диапазон крутящего момента/мощности, и автомобиль может начать движение. Как только автомобиль начинает движение и двигатель работает на частоте выше частоты вращения гидротрансформатора, он приводит в движение трансмиссию с той же частотой вращения, что и при движении (до блокировки гидротрансформатора происходит небольшое проскальзывание... но это уже совсем другая история).

Между двигателем и трансмиссией находится один из двух механизмов.

Первый вариант — сцепление/механическая коробка передач. Сцепление соединяет и разъединяет двигатель с коробкой передач. Сцепление фактически является прямым приводом, поэтому, если вы остановитесь, не выжав сцепление, двигатель заглохнет. Разгон с места выглядит следующим образом: двигатель работает на холостом ходу, сцепление выключено, водитель немного увеличивает обороты и медленно выжимает сцепление. Когда сцепление полностью выжато, автомобиль начинает двигаться, и можно добиться полного ускорения.

Второй вариант — гидротрансформатор/автоматическая коробка передач. Самое простое определение гидротрансформатора — это гидромуфта. Такая муфта может выдерживать проскальзывание от 1000 до 2000 оборотов в минуту. Такое проскальзывание позволяет стоять на остановке с двигателем, работающим на холостом ходу при 500–1500 оборотах в минуту. При трогании с места двигатель работает на холостом ходу. При нажатии на педаль газа обороты увеличиваются, и в какой-то момент гидротрансформатор перестаёт работать, что означает достижение предела проскальзывания. В этот момент двигатель передаёт мощность на колёса, чтобы автомобиль начал движение.