扭矩

扭矩是使物体发生转动的一种特殊的力矩。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。外部的扭矩叫转矩或者叫外力偶矩,内部的叫内力偶矩或者叫扭矩。
扭矩(Torque,也称为转矩)在物理学中就是特殊的力矩,等于力和力臂的乘积,国际单位是牛米Nm,此外还可以看见kgm、lb-ft这样的扭矩单位,由于G=mg,当g=9.8的时候,1kg的重力为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)。例如: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,最后在轮轴的扭矩就变成200×3×4=2400Nm,再除以轮胎半径0.3米后,轮胎与地面摩擦的部分就有2400Nm/0.3m=8000N,即800公斤力的驱动力,这就足以驱动汽车了。
中文名
扭矩
外文名
Torque
国际单位
N·m
数    值
扭力乘以力臂
物理意义
使物体发生转动的力矩
其他单位
kg.m、lb-ft

基本定义

扭矩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的重量为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)。例如: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,即800公斤力的驱动力,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,汽车的驱动力可由下列公式计算:扭矩×变速箱齿比×最终齿轮比×机械效率/轮胎半径。

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,汽车的驱动力可由下列公式计算:扭矩×变速箱齿比×最终齿轮比×机械效率/轮胎半径

补充一点:

为什么引擎的功率能由扭矩计算出来呢?

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

扭矩而 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π代表180度

发动机扭矩

在某些场合能真正反映出汽车的“本色”,例如启动时或在山区行驶时,扭矩越高汽车运行的反应便越好。以同类型发动机轿车做比较,扭矩输出愈大承载量愈大,加速性能愈好,爬坡力愈强,换挡次数愈少,对汽车的磨损也会相对减少。尤其在轿车零速启动时,更显示出扭矩高者提升速度快的优越性。

表示方法

发动机的扭矩的表示方法是牛米(N.m)。同功率一样,一般在说明发动机最大输出扭矩的同时也标出每分钟转速(r/min)。

物理原理

扭矩扭矩和功率一样,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、爬坡能力等。它的准确定义是:活塞在汽缸里的往复运动,往复一次就会做一定的功,它的国际标准单位是焦耳(J)。在每个单位距离所做的功就是扭矩了。通俗点讲,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,打一个不太恰当的比喻,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。车子的扭矩越大就越好,在行驶的时候也是这样,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。扭矩是评价一款车性能的主要参数之一。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,扭矩的最高指数在发动机转速相对比较低的情况下能够达到,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。可以这样说,我们追求的驾驶乐趣主要来自扭矩,也就是所谓的“推背感”如果某台车的发动机最大扭矩出现在我们经常使用的转速范围内,那么这样的车绝对可以带给你非凡的驾驶乐趣。对于家用轿车来说,完美的发动机最大扭矩应该在很低转速出现,而最大功率在相对比较高的转速出现。

公式计算

整体而言,汽车的驱动力可由下列公式计算:

基本公式

驱动力=扭矩×变速箱齿比×最终齿轮比×机械效率÷轮胎半径(单位:米)

扭矩小结:1kgm=9.8Nm1lb-ft=0.13826kgm1lb-ft=1.355Nm

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。

计算方式

为什么引擎的功率能由扭矩计算出来?

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π代表180度

驱动理论

概念

车辆的前进一定是靠引擎所发挥的扭力,所谓的扭力在物理学上称为扭矩。

扭矩的观念从小学时候的杠杆原理就说明过了,定义是垂直方向的力乘上与旋转中心的距离,公制单位为牛顿·米(N·m),除以重力加速度9.8m/s之后,单位可换算成国人熟悉的千克·米(kg·m)。英制单位则为磅·呎(lb·ft),在美国车的型录上较为常见,若要转换成公制,只要将lb-ft的数字除以7.22即可。

扭矩汽车驱动力的计算方式

将扭矩除以车轮半径即可由引擎马力-扭力输出曲线图可发现,在每一个转速下都有一个相对的扭矩数值,这些数值要如何转换成实际推动汽车的力量呢?答案很简单,就是除以一个长度,便可获得力的数据。举例而言,一部1.6升的引擎大约可发挥15.0kgm的最大扭力,此时若直接连上185/60R14尺寸的轮胎,半径约为41公分,则经由车轮所发挥的推进力量为15/0.41=36.6kg的力量(事实上千克并不是力量的单位,而是重量的单位,须乘以重力加速度9.8m/s才是力的标准单位是牛顿)。

36kg的力量怎么推动一吨的车重呢?而且动辄数千转的引擎转速更不可能恰好成为轮胎转速,利用不同大小的齿轮相连搭配,可以将旋转的速度降低,同时将扭矩放大。由于齿轮的圆周比就是半径比,因此从小齿轮传递动力至大齿轮时,转动的速度降低的比率以及扭矩放大的倍数,都恰好等于两齿轮的齿数比例,这个比例就是所谓的齿轮比。

举例说明

以小齿轮带动大齿轮,假设小齿轮的齿数为15齿,大齿轮的齿数为45齿。

当小齿轮以3000rpm的转速旋转,而扭矩为20kgm时,传递至大齿轮的转速便降低了1/3,变成1000rpm;但是扭矩反而放大三倍,成为60kgm。这就是引擎扭矩经由变速箱可降低转速并放大扭矩的基本原理。

在汽车上,引擎输出至轮胎为止共经过两次扭矩的放大,第一次由变速箱的档位作用而产生,第二次则导因于最终齿轮比(或称最终传动比)。扭矩的总放大倍率就是变速箱齿比与最终齿轮比的相乘倍数。举例来说,手排六代喜美的一档齿轮比为3.250,最终齿轮比为4.058,而引擎的最大扭矩为14.6kgm/5500rpm,于是我们可以算出第一档的最大扭矩经过放大后为14.6×3.250×4.058=192.55kgm,比原引擎放大了13倍。此时再除以轮胎半径约0.41m,即可获得推力约为470kg。然而上述的数值并不是实际的推力,毕竟机械传输的过程中必定有磨耗损失,因此必须将机械效率的因素考虑在内。

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,手排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,而传动轴的万向接头效率约为98%,各位自己乘乘看就知道实际的推力还剩多少。整体而言,汽车的驱动力可由下列公式计算:

驱动力=扭矩×变速箱齿比×最终齿轮比×机械效率/轮胎半径(单位为公尺)

马力其实也不是一种力,而是一种功率(Power)的单位,定义为单位时间内所能做功的大小。功率是由扭矩计算出来的,而计算的公式相当简单:功率(W)=2π×扭矩(Nm)×转速(rpm)/60,简化计算后成为:功率(kW)=扭矩(Nm)×转速(rpm)/9549,详细的推导请参看方块文章。然而功率kw要如何转换成大家常见的马力呢。

扭矩英制或公制?

1PS=735w;1hp=746w

马力定义

英制的马力(hp)定义为:一匹马于一分钟内将200磅(lb)重的物体拉动165英呎(ft),相乘之后等于33,000ftlb/min;而公制的马力(PS)定义则为一匹马于一分钟内将75公斤的物体拉动60公尺,相乘之后等于4500kgm/min。经过单位换算,(1lb=0.454kg;1ft=30.48cm)竟然发现1hp=4566kgm/min,

与公制的1PS=4500kgm有些许差异,而如果以功率W(1w=1Nm/s=1/9.8 kgm/s)来换算的话,可得1hp=746w;1PS=735w两项不一样的结果。

1PS与1hp之间的差异仅1.5%,每一百匹马力差1.5匹,差异并不大。一般房车的马力多半仅在200匹马力以下,两者由于定义的差异也仅3匹马力左右,把SAE标准的数据多个1.5%吧!不过SAE、JIS、DIN、EEC各种测试标准之间亦有些许差异,单位之间不能真正划上等号,然而在差别不怎么多的情况之下,是PS或hp,都差不多可以视为相等。

公式换算

将上述获得的马力与功率换算方式代入功率与扭矩的换算公式,并且将扭矩的单位换算为大家熟悉的kg-m之后,可得下列结果:

英制马力hp=扭力(kgm)×引擎转速(rpm)/727

公制马力PS=扭力(kgm)×引擎转速(rpm)/716

从马力hp=扭力×转速/727看,如果能增加引擎转速,扭力不变的情况下,便能增加马力。例如若能将转速从6000rpm增加到8000rpm,等于增加了33%,但因为凸轮轴的限制使得8000rpm时的扭力下降了10%,则仍能使马力增加19.7%,这说明了时下改装计算机的为何能在解除断油后大幅增加马力。

如果在同样的转速下,增加20匹马力,代表能增加多少推力呢?以最大扭力点发挥于5000rpm的情况下,将公式稍微变换一下,可发现增加的扭力=20hp×727/5000rpm=2.9kgm。再将这个结果代入汽车驱动力的公式,同样以喜美的一档计算,2.9×3.250×4.058/0.41=93kg。对于一吨重的车身而言,影响似乎也不怎么大;再者如果相差5匹马力的话,推力更仅增加23kg,可见相差5匹马力,根本也没差多少,

大马力决定真性能

扭矩传感器到底大马力的车子跑得快,还是大扭力的车子跑得快?

从公式可以知道大马力的原因是高转速的时候仍保有高扭力数值,也就是说要有大马力,不只是低转速的扭力要好,连高转速的扭力都得继续维持,这表示扭力与马力的争论根本是多余的,只要能做到高马力,除了表示各转速区域的扭力都很大之外,更代表材料技术的优越性,将活塞、进排气阀门的材质与重量予以强化与轻量化,才能将引擎转速提高。

扭矩与功率的换算公式推导

假设一圆的半径为r(单位为m),扭矩为T(单位为Nm),则圆周上切线方向的力F=T/r,由于功率的定义为「每秒钟所作的功」,对于圆周运动而言,每旋转一圈所作的功为:F×圆周总长2πr将F=T/r代入计算,每一圈所作的功W=F×2πr=(T/r)×2πr=2πT

再乘上引擎转速rpm就是每分钟所作的功,但功率P的单位是Nm/s,所以需除以60,转换成每秒所作的功。代入公式:P=T2πrpm/60,将常数整理后,则可得P(kw)=Trpm/9554。

一台车的动力由发动机传输到车轮,需要经过多组齿轮因此有所损耗,如果德制马力测的是传递到车轮上的动力,那么同样发动机用在不同车型上的动力输出应该不同。试拿bmw330和bmw530做比较,其功率均是225hp/5900rpm;结论,要么bmw在数据上造假,要么它测的是发动机输出净值。

最大扭矩

概述

最大扭矩一般出现在发动机的中、低转速的范围,随着转速的提高,扭矩反而会下降。扭矩的单位是牛顿·米(N·m)或公斤·米(kg·m)。

发动机的最大扭矩与发动机的进气系统、供油系统和点火系统的设计有关,在某一转速下,这些系统的性能匹配达到最佳,就可以达到最大扭矩。另外,发动机的功率、扭矩和转速是相关联的,具体关系为:功率=K×扭矩×转速,其中K是转换系数。选择发动机时也要权衡一下怎样合理使用、不浪费现有功能。比如,北京冬夏都有必要开空调,在选择发动机功率时就要考虑到不能太小;只是在城市环路上下班交通用车,就没有必要挑过大马力的发动机。尽量做到经济、合理选配发动机。

扭矩传感器最大扭矩数值说明

一些车型的的最大扭矩的数值及说明:

奥拓的最大扭矩只有60.5,是在发动机为3000-4000转的范围,由于其排量只有0.8L,在国产微型车中,奥拓的最大扭矩也是相当小的,其他微车较高的能达到110-120;中高排量车的范围特别大,从110-700多,一般国产中档车多为200-350,其中迈巴赫exelero在轿车扭矩中登顶,达到1020/2500转。跑车则普遍较高,400、500是很常见的,现代酷派FX2.0的最大扭矩只能达到102/6000,越野车中,国产的一般在180-300之间(当然国产的排量也比较小),进口则高一些,欧美的一般为400/4800,路虎神行者2004只有240/3000,其卫士也只有400/1950。布加迪威航16.4以1250/2200 的恐怖扭矩位列跑车扭矩第一位。

计算方法

扭矩扳手定义:φ-------截面间相对转角;

γ -------切应变;

τ --------切应力;

T----------扭矩;

r-----------半径;

l-----------材料长度。

切应变与相对转角的关系为:γ =φr/l

切应变与切应力满足剪切胡克定律: τ=Gγ (G为材料的切变模量)

扭矩与切应力之间的关系为:T=[积分号]τdA×r (×为点乘)

扭矩值用以衡量扭矩的大小,国际单位是牛米,N*m

扭矩值的计算:T=F*d F是作用在受力物体上的力,d是力的作用点到物体旋转中心的距离。

螺丝扭矩

螺纹紧固件的紧固扭矩

螺纹直径MM

性 能 等 级

4.6

4.8

5.6

6.8

8.8

9.8

10.9

相 当 材 料

低碳钢或高碳钢

低碳钢或低碳合金钢

低碳合金钢

扭 矩 值 N.M

5

2.0

2.7

2.6

4.1

5.5

6.1

7.7

6

3.5

4.6

4.3

6.9

9.3

10.4

13.2

8

3.4

11.2

10.5

16.9

22.5

25.3

31.6

10

16.7

22.3

20.9

33.4

44.5

50.1

62.2

12

29.1

38.8

36.4

58.3

77.7

87.4

109.3

14

46.4

61.8

58.0

92.7

123.6

139.1

173.9

16

72.3

96.5

90.4

144.7

192.9

217.0

271.3

18

99.5

132.7

124.4

199.1

265.4

298.6

373.2

20

141.1

188.2

176.4

282.2

376.3

423.4

529.2

22

192.0

256.0

240.0

384.0

511.9

575.9

719.9

24

244.0

325.3

305.0

488.0

650.6

732.0

915.0

27

356.9

475.9

446.1

713.8

951.8

1070.8

1338.4

30

484.7

646.3

605.9

969.4

1292.5

1454.1

1817.6

32

659.6

879.4

824.5

1319.2

1753.9

1978.7

2473.4

36

847.1

1129.4

1058.8

1694.1

2258.8

2541.2

3176.5

42

1044.6

1389.3

1303.1

2079

2773.7

3113.7

3889.6

汽车螺纹紧固件拧紧扭距国家标准

QC/T

螺纹直径

螺 距

拧 紧 扭 距 标 准 值( N.m )

( m m )

( m m )

4.6级

5.6级

8.8级

10.9级

6

1

4.0

4.5

9~11

12~14

8

1.25

8.0

10.6

21~25

29~35

8

1

8.5

11.0

22~27

32~39

10

1.5

19.7

26.0

41~51

58~71

10

1.25

20.8

28.0

45~55

53~77

10

1

21.8

29.0

46~56

65~79

12

1.75

37.3

45.0

73~89

105~128

12

1.5

38.5

47.0

75~92

106~130

12

1.25

39.6

50.0

78~96

113~138

14

2

61.2

81.0

122~149

160~195

14

1.5

74.6

90.0

126~154

178~218

16

2

95.0

124.0

182~222

247~290

16

1.5

105.0

132.0

199~243

265~311

18

2.5

142.9

190.0

243~285

380~437

18

1.5

157.6

200.0

287~336

397~457

20

2.5

188.0

231.0

389~456

486~548

20

1.5

203.7

246.6

396~465

540~596

扭矩产品

一、东日扭力扳手。首先要确定是紧固用的话,按规定的扭矩紧固螺栓,选择QL(紧固用标准型号);检查用就是检查已紧固的螺栓的扭矩选DB-S/CDB-S(检查用标准型号)。

二、扭力螺丝刀。扭力螺丝刀也分紧固用(按规定的扭矩紧固螺钉)和检查用(检查已紧固螺钉的扭矩)。紧固用选RTD/LTD/AMRD/AMLD(空转式,防止过扭矩);检查用选FTD-S/FTD(表盘式)。

三、扭矩计。扭矩计分微小扭矩测定用和开盖扭矩测定用。

推荐商机