什麼是扭矩?

扭矩是使物體發生轉動的力。發動機的扭矩就是指發動機從曲軸端輸出的力矩。在功率固定的條件下它與發動機轉速成反比關系,轉速越快扭矩越小,反之越大,它反映瞭汽車在一定范圍內的負載能力。

1.扭矩的名詞解釋

扭矩在物理學中就是力矩的大小,等於力和力臂的乘積,國際單位是牛米Nm,此外還可以看見kgm、lb-ft這樣的扭矩單位,由於G=mg,當g=9.8的時候,1kg的重量為9.8N,所以1kgm=9.8Nm,而磅尺lb-ft則是英制的扭矩單位,1lb=0.4536kg;1ft=0.3048m,可以算出1lb-ft=0.13826kgm。在人們日常表達裡,扭矩常常被稱為扭力(在物理學中這是2個不同的概念)。例如:8代Civic 1.8的扭矩為173.5Nm@4300rpm,表示引擎在4300轉/分時的輸出扭矩為173.5Nm,那173.5N的力量怎麼能使1噸多的汽車跑起來呢?其實引擎發出的扭矩要經過放大(代價就是同時將轉速降低)這就要靠變速箱、終傳和輪胎瞭。引擎釋放出的扭力先經過變速箱作“可調”的扭矩放大(或在超比擋時縮小)再傳到終傳(尾牙)裡作進一步的放大(同時轉速進一步降低),最後通過輪胎將驅動力釋放出來。如某車的1擋齒比(齒輪的齒數比,本質就是齒輪的半徑比)是3,尾牙為4,輪胎半徑為0.3米,原扭矩是200Nm的話,最後在輪軸的扭力就變成200×3×4=2400Nm(設傳動效率為100百分比)在除以輪胎半徑0.3米後,輪胎與地面摩擦的部分就有2400Nm/0.3m=8000N,即800公斤力的驅動力,這就足以驅動汽車瞭。

2.發動機扭矩的詳解

●概述

扭矩是使物體發生轉動的力。發動機的扭矩就是指發動機從曲軸端輸出的力矩。在功率固定的條件下它與發動機轉速成反比關系,轉速越快扭矩越小,反之越大,它反映瞭汽車在一定范圍內的負載能力。

在某些場合能真正反映出汽車的“本色”,例如啟動時或在山區行駛時,扭矩越高汽車運行的反應便越好。以同類型發動機轎車做比較,扭矩輸出愈大承載量愈大,加速性能愈好,爬坡力愈強,換擋次數愈少,對汽車的磨損也會相對減少。尤其在轎車零速啟動時,更顯示出扭矩高者提升速度快的優越性。

●表示方法

發動機的扭矩的表示方法是牛米(N.m)。同功率一樣,一般在說明發動機最大輸出扭矩的同時也標出每分鐘轉速(r/min)。最大扭矩一般出現在發動機的中、低轉速的范圍,隨著轉速的提高,扭矩反而會下降。

●物理原理

扭矩和功率一樣,是汽車發動機的主要指數之一,它反映在汽車性能上,包括加速度、爬坡能力等。它的準確定義是:活塞在汽缸裡的往復運動,往復一次就會做一定的功,它的國際標準單位是焦耳(J)。在每個單位距離所做的功就是扭矩瞭。通俗點講,扭矩是衡量一個汽車發動機好壞的重要標準,一輛車扭矩的大小與發動機的功率成正比。

舉個通俗的例子,打一個不太恰當的比喻,像人的身體在運動時一樣,功率就像是身體的耐久度,而扭矩是身體的爆發力。對於傢用轎車而言,扭矩越大加速性越好;對於越野車,扭矩越大其爬坡度越大;對於貨車而言,扭矩越大車拉的重量越大。車子的扭矩越大就越好,在行駛的時候也是這樣,在排量相同的情況下,扭矩越大說明發動機越好。在開車的時候就會感覺車子隨心所欲,想加速就可加速,“貼背感”很好。扭矩是評價一款車性能的主要參數之一。現在評價一款車有一個重要數據,就是該車在0-100公裡/小時的加速時間。而這個加速時間就取決於汽車發動機的扭矩。

一般來講,扭矩的最高指數在發動機轉速相對比較低的情況下能夠達到,就說明這款車的發動機工藝較好,力量也好。有些汽車在5000/分的轉速左右才達到該車扭矩的最高指數這說明“力量”就不是此車所長。可以這樣說,我們追求的駕駛樂趣主要來自扭矩,也就是所謂的“推背感”如果某臺車的發動機最大扭矩出現在我們經常使用的轉速范圍內,那麼這樣的車絕對可以帶給你非凡的駕駛樂趣。對於傢用轎車來說,完美的發動機最大扭矩應該在很低轉速出現,而最大功率在相對比較高的轉速出現。

3.發動機扭矩的公式計算

整體而言,汽車的驅動力可由下列公式計算:

公式

驅動力=扭矩×變速箱齒比×最終齒輪比×機械效率÷輪胎半徑(單位:米)

小結:1kgm=9.8Nm1lb-ft=0.13826kgm1lb-ft=1.355Nm

在排量一定的情況下,缸徑小,行程長的汽缸較註重扭矩的發揮,轉速都不會太高,適用於需要大載荷的車輛。而缸徑大,行程短的汽缸較註重功率的輸出,轉速通常較高,適用於快跑的車輛。簡單來說:功率正比於扭矩×轉速。

計算

為什麼引擎的功率能由扭矩計算出來?

功率P=功W÷時間t功W=力F×距離s所以,P=F×s/t=F×速度v

這裡的v是線速度,而在引擎裡,曲軸的線速度=曲軸的角速度ω×曲軸半徑r,代入上式得:功率P=力F×半徑r×角速度ω;而力F×半徑r=扭矩

得出:功率P=扭矩×角速度ω所以引擎的功率能從扭矩和轉速中算出來

角速度的單位是弧度/秒,在弧度制中一個π代表180度。

4.屈服強度相關因素

影響屈服強度的內在因素有:結合鍵、組織、結構、原子本性。   

如將金屬的屈服強度與陶瓷、高分子材料比較可看出結合鍵的影響是根本性的。從組織結構的影響來看,可以有四種強化機制影響金屬材料的屈服強度,這就是:

●固溶強化;

●形變強化;

●沉淀強化和彌散強化;

●晶界和亞晶強化。沉淀強化和細晶強化是工業合金中提高材料屈服強度的最常用的手段。在這幾種強化機制中,前三種機制在提高材料強度的同時,也降低瞭塑性,隻有細化晶粒和亞晶,既能提高強度又能增加塑性。

影響屈服強度的外在因素有:溫度、應變速率、應力狀態。

隨著溫度的降低與應變速率的增高,材料的屈服強度升高,尤其是體心立方金屬對溫度和應變速率特別敏感,這導致瞭鋼的低溫脆化。應力狀態的影響也很重要。雖然屈服強度是反映材料的內在性能的一個本質指標,但應力狀態不同,屈服強度值也不同。我們通常所說的材料的屈服強度一般是指在單向拉伸時的屈服強度。

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