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什么是扭矩力?

2025-06-30 10:42 发布

在物理学中,扭矩就是力矩的大小,等于力和力臂的乘积,国际单位是牛米Nm:

此外,我们还可以看到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。在日常生活中,扭矩常常被称为扭力(在物理学中这是两个不同的概念)。

扭矩在汽车领域有着重要的作用。举个例子,8代Civic1.8的扭矩为173.5Nm@4300rpm,表示引擎在4300转/分时的输出扭矩为173.5Nm。这个扭矩会经过变速箱、最终齿轮和轮胎的放大,最终通过轮胎驱动汽车。假设某车的1挡齿比为3,尾牙为4,轮胎半径为0.3米,原扭矩为200Nm的话,最后在轮轴的扭力就变成200×3×4=2400Nm。

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,足以驱动汽车。而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,自动变速箱较惨,约剩88%左右,而传动轴的万向节效率约为98%。整体而言,汽车的驱动力可由以下公式计算:

驱动力 = (扭矩 × 变速箱齿比 × 最终齿轮比 × 机械效率) / 轮胎半径

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。

扭矩和功率是表征发动机动力性能的重要指标。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)。

汽车所要求的发动机动力性指标Te和Pe是在一定转速下得到的。不同汽车的使用要求不一样,车速也不一样(如载货汽车和轿车使用的车速就不一样),所对应的发动机转速不一样,因此不同用途的发动机,即便在有效功率相等的情况下,它们所对应的转速也是不一样的。

功率相等的发动机并不能符合所有车型的要求,还必须在考虑功率和扭矩的同时看其所对应的转速,这样才能全面看出发动机的动力性能指标Te和Pe是否符合要求。而Te和Pe这两项动力性指标并不能直接用来评价不同排量发动机的优劣或强化程度,而是要看单位气缸工作容积所发出的功率和扭矩。

提高升功率的途径主要有4个:增加充气量、改善混合气质量和燃烧质量、提高发动机机械效率和适当提高转速。但是提高发动机转速除应考虑机械强度外,转速增加,每循环的充气量减少、机械损失增大、燃烧过程难以组织,即转速提高,会使Pe下降,因此,增加转速也要适度。

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