將扭矩除以車輪半徑即可由引擎馬力-扭力輸出曲線圖可發現,在每一個轉速下都有一個相對的扭矩數值,這些數值要如何轉換成實際推動汽車的力量呢?答案很簡單,就是除以一個長度,便可獲得力的數據。舉例而言,一部1.6升的引擎大約可發揮15.0kg·m的最大扭力,此時若直接連上185/60r14尺寸的輪胎,半徑約為41公分,則經由車輪所發揮的推進力量為15/0.41=36.6kg的力量(事實上千克并不是力量的單位,而是質量的單位,須乘以重力加速度9.8m/s2才是力的標準單位是牛頓)。
36kg的力量怎么推動一噸的車重呢?而且動輒數千轉的引擎轉速更不可能恰好成為輪胎轉速,利用不同大小的齒輪相連搭配,可以將旋轉的速度降低,同時將扭矩放大。由于齒輪的圓周比就是半徑比,因此從小齒輪傳遞動力至大齒輪時,轉動的速度降低的比率以及扭矩放大的倍數,都恰好等于兩齒輪的齒數比例,這個比例就是所謂的齒輪比。 以小齒輪帶動大齒輪,假設小齒輪的齒數為15齒,大齒輪的齒數為45齒。
當小齒輪以3000rpm的轉速旋轉,而扭矩為20kgm時,傳遞至大齒輪的轉速便降低為1/3,變成1000rpm;但是扭矩反而放大三倍,成為60kgm。這就是引擎扭矩經由變速箱可降低轉速并放大扭矩的基本原理。
在汽車上,引擎輸出至輪胎為止共經過兩次扭矩的放大,第一次由變速箱的檔位作用而產生,第二次則導因于最終齒輪比(或稱最終傳動比)。扭矩的總放大倍率就是變速箱齒比與最終齒輪比的相乘倍數。舉例來說,手排六代喜美的一檔齒輪比為3.250,最終齒輪比為4.058,而引擎的最大扭矩為14.6kgm/5500rpm,于是我們可以算出第一檔的最大扭矩經過放大后為14.6*3.250*4.058=192.55kgm,比原引擎放大了13倍。此時再除以輪胎半徑約0.41m,即可獲得推力約為470kg。然而上述的數值并不是實際的推力,畢竟機械傳輸的過程中必定有磨耗損失,因此必須將機械效率的因素考慮在內。
若論及機械效率,每經過一個齒輪傳輸,都會產生一次動力損耗,手動變速箱的機械效率約在95%左右,自動變速箱較慘,約剩88%左右,而傳動軸的萬向節效率約為98%。整體而言,汽車的驅動力可由下列公式計算:扭矩*變速箱齒比*主減速器速比*機械效率/輪胎半徑 公式
驅動力=扭矩*變速箱齒比*主減速器速比*機械效率÷輪胎半徑(單位:米)
計算
為什么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
這里的v是線速度,而在引擎里,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
定義:φ-------截面間相對轉角;
γ -------切應變;
τ --------切應力;
t----------扭矩;
r-----------半徑;
l-----------材料長度。
切應變與相對轉角的關系為:
切應變與切應力滿足剪切胡克定律: (g為材料的切變模量)
扭矩與切應力之間的關系為: (為點乘)
扭矩與功率公式
功率: 什么是功率?功率就是表示物體做功快慢的物理量,物理學里功率P=功W/時間t,單位是瓦w,我們在媒體上常??匆姷墓β蕟挝挥衚w、ps、hp、bhp、whp等,還有意大利以前用的cv,在這里邊千瓦kw是國際標準單位,1kw=1000w,用1秒做完1000焦耳的功,其功率就是1kw。日常生活中,我們常常把功率俗稱為馬力,單位是匹,就像將扭矩稱為扭力一樣。在汽車上邊,最大的做功機器就是引擎,引擎的功率是由扭矩計算出來的,而計算的公式相當簡單:功率(w)=2π*扭矩(Nm)*轉速(rpm)/60,簡化計算后成為:功率(kw)=扭矩(Nm) *轉速(rpm)/9549。然而功率kw要如何轉換成大家常見的多少匹馬力的呢?由于英制與公制的不同,對馬力的定義基本上就不一樣。英制的馬力(hp)定義為:一匹馬于一分鐘內將200磅(lb)重的物體拉動165英呎(ft),相乘之后等于33,000lb-ft/min;而公制的馬力(ps)定義則為一匹馬于一分鐘內將75kg的物體拉動60米,相乘之后等于4500kgm/min。
經過單位換算,(1lb=0.454kg;1ft=0.3048m)竟然發現1hp=4566kgm/min,與公制的1ps=4500kgm/min有些許差異,而如果以瓦作單位(1w=1Nm/sec=9.8kgm/sec)來換算的話,可得1hp=746w;1ps=735w,兩項不一樣的結果,相差1.5%左右。到底世界上為什么會有英制與公制的分別,就好像為什么有的汽車是右舵,有的卻是左舵一樣,是人類永遠難以協調的差異點。若以大家比較熟悉的幾個測試標準來看,德國的DIN與歐洲共同體的新標準EEC有日本的JIS是以公制的ps為馬力單位,而SAE使用的是英制的hp為單位,但由于世界一體化經濟的來臨和為了避免復雜換算,越來越多的原廠數據已改提供毫無爭議的國際標準單位千瓦kw作為引擎輸出的功率數值。 小結:1hp=0.746kw 1ps=0.735kw 1hp=1.014966ps 與hp計算毛馬力不同,whp和bhp則是用不同方法測得的以hp為基礎的功率單位,就是wheel horse power(車輪馬力)和brake horse power(制動馬力),whp是dyno(俗稱跑步機,測功率用的)測出的車輪輸出功率,bhp則是引擎加上發電機,水泵等附件從engine shaft測量出來的功率數值,用bhp作單位,bhp和hp的差別很小。
扭矩: 扭矩在物理學中就是力矩的大小,等于力和力臂的乘積,國際單位是牛米Nm,此外我們還可以看見kgm、lb-ft這樣的扭矩單位,由于G=mg,當g=9.8的時候,1kg=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。在人們日常表達里,扭矩常常被稱為扭力(在物理學中這是2個不同的概念)?,F在我們舉個例子:8代Civic 1.8的扭矩為173.5Nm4300rpm,表示引擎在4300轉/分時的輸出扭矩為173.5Nm,那173.5N的力量怎么能使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、終傳和輪胎了。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?。┰賯鞯浇K傳(尾牙)里作進一步的放大(同時轉速進一步降低),最后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,最后在輪軸的扭力就變成200*3*4=2400Nm(設傳動效率為100%)在除以輪胎半徑0.3米后,輪胎與地面摩擦的部分就有2400Nm/0.3m=8000N的驅動力,這就足以驅動汽車了。 若論及機械效率,每經過一個齒輪傳輸,都會產生一次動力損耗,手動變速箱的機械效率約在95%左右,自排變速箱較慘,約剩88%左右,而傳動軸的萬向節效率約為98%。整體而言,汽車的驅動力可由下列公式計算: 扭矩*變速箱齒比*最終齒輪比*機械效率 驅動力= ———————————————————— 輪胎半徑(單位:米) 小結:1kgm=9.8Nm 1lb-ft=0.13826kgm 1lb-ft=1.355Nm 一般來說,在排量一定的情況下,缸徑小,行程長的汽缸較注重扭矩的發揮,轉速都不會太高,適用于需要大載荷的車輛。
而缸徑大,行程短的汽缸較注重功率的輸出,轉速通常較高,適用于快跑的車輛。簡單來說:功率 正比于 扭矩*轉速 補充一點:為什么引擎的功率能由扭矩計算出來呢? 我們知道,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 這里的v是線速度,而在引擎里,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,在弧度制中一個派代表180度
扭矩的公式及其運用
車輛的前進一定是靠引擎所發揮 的扭力,所謂的「扭力」在物理學上應稱為「扭矩」,因為以訛傳訛的結果,大家都說成「扭力」,也就從此流傳下來.
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、爬坡能力以及懸掛等。它的準確定義是:活塞在汽缸里的往復運動,往復一次做有一定的功,它的單位是牛頓。在每個單位距離所做的功就是扭矩了。是這樣的,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。
汽車功率與扭矩是可以用公式轉換的
公式是:Pe=Te·(2∏·n/60)/1000=Te·n/9550(kW)
其中:Te——有效轉矩,N·m n——發動機轉速,r/min
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