58车 > 百科 > 专业名词 > 专业名词 >

扭矩

扭矩

返回目录↑1、简介

扭矩扭矩传感器

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,“推背感”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。

返回目录↑2、概述

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。

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,爬职力愈强,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。

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)。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。

扭矩东风本田crv扭矩图

返回目录↑3、物理原理

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,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
扭矩在活塞发动机中,活塞做往复运动,曲轴做旋转运动,他们之间由连杆相连。在做工冲程我们可以发现,其实可以把连杆和曲轴的连接轴中心到曲轴旋转中心的距离看做是力臂,这样以来就很容易理解扭矩是怎样产生的了,跟我们平时拧螺母是一个原理。气缸做工向下运动就是力,力经过连杆施加到曲轴上,驱动曲轴旋转,也就成了我们所说的扭矩

返回目录↑4、发动机扭矩 

概述

 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。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)。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。

物理原理

 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牛顿。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。

扭矩发动机扭矩


 

返回目录↑5、公式计算

整体而言,汽车的驱动力可由下列公式计算: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)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

返回目录↑6、汽车驱动理论

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/sec2之后,单位可换算成国人熟悉的公斤-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。

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15.0kg-m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=36.6公斤的力量(事实上公斤并不是力量的单位,而是重量的单位,须乘以重力加速度9.8m/sec2才是力的标准单位是牛顿)。

36公斤的力量怎么推动一公吨的车重呢?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20kg-m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60kg-m。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470公斤。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:

             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(N-m)×转速(rpm)/60,简化计算后成为:功率(kW)=扭矩(N-m)×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。
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33,000ft-lb/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4500kg-m/min。经过单位换算,(1lb=0.454kg;1ft=30.48cm)竟然发现1hp=4566kg-m/min,与公制的1PS=4500kg-m有些许差异,而如果以功率W(1W=1Nm/sec=1/9.8kgm/sec)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(kg-m)×引擎转速(rpm)/727公制马力PS=扭力(kg-m)×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=93公斤。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23公斤,可见相差5匹马力,根本也没差多少。

大马力决定真性能
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N-m),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?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Work=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N-m/sec,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/9545。

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。

返回目录↑7、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。

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,在国产微型车中,它的最大扭矩也是相当小的,较高的能达到110-120不过由于其排量只有0.8L;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范围,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范围中(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300/1950。布加迪威航16.4也以1250/2200的恐怖扭矩位列跑车扭矩第一位。

计算方法

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)

返回目录↑8、扭矩的计算方法

扭矩=9550×电机功率÷电机功率输入转数×速比×使用系数

专业名词类其他百科