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汽车扭矩原理分析和计算公式


扭矩原理介绍和公式分析 汽车扭矩 本文是理论结合实际, 一直没有文章可以作这么完全地介绍, 看完之后的确是 醍醐灌顶. 顶一个.

09-02-18 01:24

发表于:《南京哈飞汽车之友论坛》

分类:未分类

扭矩: 扭矩是使物体发生转动的力。发动机的扭矩就是指发动机从曲 轴端输出的力矩。 在功

率固定的条件下它与发动机转速成反比关系,转速 越快扭矩越小,反之越大,它反映了汽车在一定范围内的负载能力。 扭矩和功率一样, 是汽车发动机的主要指数之一,它反映在汽车性能 上,包括加速度、爬坡能力以及悬挂等。 它的准确定义是: 活塞在汽缸里的往复运动, 往复一次做有一定的功, 它的单位是牛顿。在每个单位距离所做的功就是扭矩了。是这样的,扭矩 是衡量一个汽车发动机好坏的重要标准, 一辆车扭矩的大小与发动机的功 率成正比。举个通俗的例子,比如,像人的身体在运动时一样,功率就像 是身体的耐久度,而扭矩是身体的爆发力。对于家用轿车而言,扭矩越大 加速性越好;对于越野车,扭矩越大其爬坡度越大;对于货车而言,扭矩 越大车拉的重量越大。在排量相同的情况下,扭矩越大说明发动机越好。 在开车的时候就会感觉车子随心所欲, 想加速就可加速, “贴背感”很好。 现在评价一款车有一个重要数据,就是该车在 0-100 公里/小时的加速 时间。而这个加速时间就取决于汽车发动机的扭矩。 一般来讲,扭矩的最高指数在汽车 2000-4000/分的转速下能够达 到,就说明这款车的发动机工艺较好,力量也好。有些汽车在 5000/分 的转速左右才达到该车扭矩的最高指数,这说明“力量”就不是此车所 长。 扭矩在物理学中就是力矩的大小,等于力和力臂的乘积,国际单位是 牛米 Nm,此外我们还可以看见 kgm、lb-ft 这样的扭矩单位,由于 G=mg, 当 g=9.8 的时候,1kg=9.8N,所以 1kgm=9.8Nm,而磅尺 lb-ft 则是英 制的扭矩单位,1lb=0.4536kg;1ft=0.3048m,可以算出 1lb-ft= 0.13826kgm。在人们日常表达里,扭矩常常被称为扭力(在物理学中这是 2 个不同的概念)。现在我们举个例子:8 代 Civic 1.8 的扭矩为 173.5Nm@4300rpm,表示引擎在 4300 转/分时的输出扭矩为 173.5Nm,那 173.5N 的力量怎么能使 1 吨多的汽车跑起来呢?其实引擎发出的扭矩要 经过放大(代价就是同时将转速降低)这就要靠变速箱、终传和轮胎了。 引擎释放出的扭力先经过变速箱作“可调”的扭矩放大 (或在超比挡时缩 小)再传到终传(尾牙)里作进一步的放大(同时转速进一步降低),最

后通过轮胎将驱动力释放出来。如某车的 1 挡齿比(齿轮的齿数比,本质 就是齿轮的半径比)是 3,尾牙为 4,轮胎半径为 0.3 米,原扭矩是 200Nm 的话, 最后在轮轴的扭力就变成 200×3×4=2400Nm (设传动效率为 100%) 在除以轮胎半径 0.3 米后,轮胎与地面摩擦的部分就有 2400Nm/0.3m= 8000N 的驱动力,这就足以驱动汽车了。 若论及机械效率,每经过一个齿轮传输,都会产生一次动力损耗,手 动变速箱的机械效率约在 95%左右,自排变速箱较惨,约剩 88%左右,而 传动轴的万向节效率约为 98%。整体而言,汽车的驱动力可由下列公式计 算: 扭矩×变速箱齿比×最终齿轮比×机械效率 驱动力= ———————————————————— 轮胎半径(单位:米) 小结:1kgm=9.8Nm 1lb-ft=0.13826kgm 1lb-ft=1.355Nm 一般来说,在排量一定的情况下,缸径小,行程长的汽缸较注重扭矩的发 挥,转速都不会太高,适用于需要大载荷的车辆。而缸径大,行程短的汽 缸较注重功率的输出,转速通常较高,适用于快跑的车辆。简单来说:功 率正比于 扭矩×转速 补充一点:为什么引擎的功率能由扭矩计算出来呢? 我们知道,功率 P=功 W÷时间 t 功 W=力 F×距离 s 所以,P=F×s/t =F×速度 v 这里的 v 是线速度,而在引擎里,曲轴的线速度=曲轴的角速度 ω ×曲 轴半径 r,代入上式得:功率 P=力 F×半径 r×角速度 ω ; 而 力 F× 半径 r=扭矩 得出:功率 P=扭矩×角速度 ω 所以引擎的功率能从扭矩和转速中算出 来 角速度的单位是弧度/秒,在弧度制中一个派代表 180 度、“扭矩” 和“功率”是表征发动机动力性能的重要指标。 发动机通过飞轮对外输出的扭矩称为有效扭矩,用 Te 表示,单位为 N.m。有效扭矩与外界施加于发动机曲轴上的阻力矩相平衡。发动机通过 飞轮对外输出的功率称为有效率,用 Pe 表示,单位为 kW。它等于有效转 矩与曲轴角速度的乘积。 发动机的有效功率可以用台架试验方法测定, 即用测功器测定有效转 矩和曲轴角速度,然后运用以下的公式便可计算出发动机的有效功率。 Pe=Te.(2∏.n/60)/1000=Te.n/9550(kW) 其中:Te——有效转矩,N.m n——发动机转速,r/min 有效扭矩的最大值称为最大转矩,有效功率的最大值称为最大功率。

报刊上在介绍某一车型时, 其技术参数中的扭矩和功率通常就是最大 扭矩和最大功率。 而发动机铭牌上标明的功率及相应转速则称为额定功率 和额定转速, 额定功率一般要小于最大功率,按照汽车发动机可靠性试验 方法的规定,汽车发动机应能在额定工况下能连续运行 300—1000h。 关于扭矩和功率的含义,通俗一点讲,扭矩好比百米赛跑选手在起跑 点蹲撑,蓄势待发,准备冲向前那一刹那的冲劲;而功率就是维持这股劲 可以越跑越快,一直跑到终点的能力。增大发动机的排量,就能提高 Te 和 Pe。为了增大发动机排量,可增加气缸数(如 3 缸变 4 缸),或者增加 单位气缸的容积(如增大气缸内径)。

角速度乘以转矩就是功率 P=T× W P (kW):功率 ω (1/s):角速度,也叫“弧速度”,前面那个 1,是弧度 1,对应角度为 180/π=57.3°。 n (r/min):工程转速 T (Nm):扭矩 弧速度与转速的关系: ω=2π*n/60=π×n/30 T=1000P/ω=1000*30/π/n=9550P/n,那个 1000 是将 kW 化为 W。
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在工程师的口中,言角度即言弧度,1 rad = 57.3° , 1°= .01745 rad。


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