Фут-фунт
Обозначение: ft·lbСША, Великобритания
Что такое Фут-фунт (ft·lb)?
Формальное определение
Фут-фунт (обозначение: ft·lb или ft·lbf) — имперская единица крутящего момента, равная моменту, создаваемому силой в один фунт-силу на перпендикулярном расстоянии одного фута от оси вращения. В единицах СИ один фут-фунт равен приблизительно 1,35582 ньютон-метра (Н·м). Фут-фунт — доминирующая единица крутящего момента в повседневной механической работе в США.
Важно отличать фут-фунт как единицу крутящего момента от фут-фунта как единицы энергии. Хотя размерно они идентичны (сила × расстояние), крутящий момент и энергия — физически различные понятия.
Соотношение с другими единицами
Один фут-фунт равен 12 дюйм-фунтам, приблизительно 1,35582 Н·м, приблизительно 13,826 кгс·см и приблизительно 0,13826 кгс·м.
Этимология
Происхождение составных частей
«Фут» (foot) происходит от древнеанглийского «fōt», родственного латинскому «pes» и греческому «pous» (нога). «Фунт» (pound) — от латинского «libra pondo» (фунт по весу), откуда также происходит сокращение «lb» и знак фунта стерлингов (£).
Обозначения
Фут-фунт крутящего момента иногда записывается как lb·ft (фунт-фут) вместо ft·lb. Общество автомобильных инженеров (SAE) использует lb·ft в своих стандартах, тогда как ft·lb более распространён в повседневном использовании. Математической разницы нет.
Точное определение
Точный эквивалент в СИ
Один фут-фунт равен точно 1,3558179483314004 ньютон-метра. Это значение получено из точных определений фунт-силы (4,4482216152605 Н) и фута (0,3048 м).
Основные пересчёты
1 ft·lb = 1,3558 Н·м; 1 ft·lb = 12 in·lb (точно); 1 ft·lb = 135,58 Н·см; 1 ft·lb = 0,13826 кгс·м; 1 ft·lb ≈ 1355,8 Н·мм. Для быстрой оценки: 1 ft·lb ≈ 1,356 Н·м или 1 Н·м ≈ 0,7376 ft·lb.
Стандарты калибровки
Динамометрические ключи для измерения фут-фунтов калибруются по стандарту ASME B107.300 с допуском ±4% для щелчковых ключей. Калибровка обычно проводится при 20%, 60% и 100% номинальной ёмкости ключа.
История
Эпоха пара
Фут-фунт появился как инженерная единица во время промышленной революции. Джеймс Ватт активно использовал фут-фунты в расчётах мощности двигателей, определив лошадиную силу как 33 000 фут-фунтов работы в минуту.
Болтовые соединения
Систематическое задание моментов затяжки болтов началось в конце XIX века, когда высокопрочные болтовые соединения стали критически важны в мостостроении и производстве оборудования. ASTM и ASME разработали стандарты с указанием моментов в фут-фунтах.
Автомобильная эра
Автомобильная промышленность XX века стала крупнейшим потребителем спецификаций в фут-фунтах: болты головки блока цилиндров, шатунные болты, колёсные гайки — все получили спецификации в ft·lb.
Незавершённый переход на метрику
Несмотря на глобальное принятие метрических единиц (Н·м), США продолжают использовать фут-фунты. Закон о метрической конверсии 1975 года поощрял, но не обязывал к метрическому переходу.
Современное применение
Автомобильный ремонт
Фут-фунт — стандартная единица в американском автосервисе. Колёсные гайки: 80–100 ft·lb для легковых автомобилей, болты головки блока: 60–85 ft·lb, свечи зажигания: 15–25 ft·lb.
Строительство
В стальных конструкциях высокопрочные болты (марки A325 и A490) затягиваются по значениям в фут-фунтах в зависимости от диаметра.
Тяжёлое оборудование
Гидравлические динамометрические ключи для промышленных применений могут прикладывать моменты свыше 100 000 ft·lb.
Огнестрельное оружие
В оружейной промышленности используются дюйм-фунты и фут-фунты для винтов крепления прицелов и затворных гаек.
Применение в быту
Замена колёс
Самое частое столкновение обычного человека с фут-фунтами — замена колеса. Момент затяжки колёсных гаек для большинства легковых автомобилей составляет 80–100 ft·lb.
Мастерская и дом
Домашние мастера встречают спецификации в ft·lb при сборке конструкций с болтовыми соединениями.
Мощность двигателя
Американские покупатели автомобилей встречают фут-фунты при сравнении крутящего момента двигателей. Типичный седан — 180–250 ft·lb, пикап с дизелем — 800–1000 ft·lb.
Интересные факты
Двигатель W16 Bugatti Chiron развивает 1180 ft·lb (1600 Н·м) крутящего момента — этого достаточно, чтобы теоретически сломать большинство стандартных динамометрических ключей.
Компрессор бытового холодильника развивает всего 2–3 ft·lb момента при запуске — намного меньше, чем нужно для затяжки колёсной гайки, но достаточно для сжатия хладагента.
Двигатели F-1 ракеты «Сатурн-5» создавали на валах турбонасосов суммарный эквивалент момента около 11 000 000 ft·lb — высочайший момент, когда-либо произведённый вращающимся механизмом.
Перетяжка колёсной гайки со 100 до 150 ft·lb может необратимо деформировать тормозной диск, вызвав пульсацию при торможении.
Мировой рекорд крутящего момента, создаваемого человеком, принадлежит пауэрлифтерам при становой тяге: момент в тазобедренном суставе при подъёме 500 кг превышает 1300 ft·lb.
В NASCAR механики затягивают колёсную гайку до ~100 ft·lb менее чем за секунду пневматическим гайковёртом.
Таблица конвертаций
| Единица | Значение | |
|---|---|---|
| Ньютон-метр (N·m) | 1,35582 | ft·lb → N·m |
| Дюйм-фунт (in·lb) | 12 | ft·lb → in·lb |
| Ньютон-сантиметр (N·cm) | 135,582 | ft·lb → N·cm |
| Килограмм-сила-метр (kgf·m) | 0,13826 | ft·lb → kgf·m |
| Ньютон-миллиметр (N·mm) | 1 355,82 | ft·lb → N·mm |