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扭矩

扭矩是使物體發(fā)生轉(zhuǎn)動的力。發(fā)動機的扭矩就是指發(fā)動機從曲軸端輸出的力矩。在功率固定的條件下它與發(fā)動機轉(zhuǎn)速成反比關(guān)系,轉(zhuǎn)速越快扭矩越小,反之越大,它反映了汽車在一定范圍內(nèi)的負(fù)載能力。

1 扭矩的名詞解釋

扭矩在物理學(xué)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,此外還可以看見kgm、lb-ft這樣的扭矩單位,由于G=mg,當(dāng)g=9.8的時候,1kg的重量為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?nèi)粘1磉_(dá)里,扭矩常常被稱為扭力(在物理學(xué)中這是2個不同的概念)。例如:8代Civic 1.8的扭矩為173.5Nm@4300rpm,表示引擎在4300轉(zhuǎn)/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(fā)出的扭矩要經(jīng)過放大(代價就是同時將轉(zhuǎn)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(jīng)過變速箱作“可調(diào)”的扭矩放大(或在超比擋時縮小)再傳到終傳(尾牙)里作進(jìn)一步的放大(同時轉(zhuǎn)速進(jìn)一步降低),最后通過輪胎將驅(qū)動力釋放出來。如某車的1擋齒比(齒輪的齒數(shù)比,本質(zhì)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(shè)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,即800公斤力的驅(qū)動力,這就足以驅(qū)動汽車了。

2 發(fā)動機扭矩的詳解

●概述

扭矩是使物體發(fā)生轉(zhuǎn)動的力。發(fā)動機的扭矩就是指發(fā)動機從曲軸端輸出的力矩。在功率固定的條件下它與發(fā)動機轉(zhuǎn)速成反比關(guān)系,轉(zhuǎn)速越快扭矩越小,反之越大,它反映了汽車在一定范圍內(nèi)的負(fù)載能力。

在某些場合能真正反映出汽車的“本色”,例如啟動時或在山區(qū)行駛時,扭矩越高汽車運行的反應(yīng)便越好。以同類型發(fā)動機轎車做比較,扭矩輸出愈大承載量愈大,加速性能愈好,爬坡力愈強,換擋次數(shù)愈少,對汽車的磨損也會相對減少。尤其在轎車零速啟動時,更顯示出扭矩高者提升速度快的優(yōu)越性。

●表示方法

發(fā)動機的扭矩的表示方法是牛米(N.m)。同功率一樣,一般在說明發(fā)動機最大輸出扭矩的同時也標(biāo)出每分鐘轉(zhuǎn)速(r/min)。最大扭矩一般出現(xiàn)在發(fā)動機的中、低轉(zhuǎn)速的范圍,隨著轉(zhuǎn)速的提高,扭矩反而會下降。

●物理原理

扭矩和功率一樣,是汽車發(fā)動機的主要指數(shù)之一,它反映在汽車性能上,包括加速度、爬坡能力等。它的準(zhǔn)確定義是:活塞在汽缸里的往復(fù)運動,往復(fù)一次就會做一定的功,它的國際標(biāo)準(zhǔn)單位是焦耳(J)。在每個單位距離所做的功就是扭矩了。通俗點講,扭矩是衡量一個汽車發(fā)動機好壞的重要標(biāo)準(zhǔn),一輛車扭矩的大小與發(fā)動機的功率成正比。

舉個通俗的例子,打一個不太恰當(dāng)?shù)谋扔?,像人的身體在運動時一樣,功率就像是身體的耐久度,而扭矩是身體的爆發(fā)力。對于家用轎車而言,扭矩越大加速性越好;對于越野車,扭矩越大其爬坡度越大;對于貨車而言,扭矩越大車?yán)闹亓吭酱?。車子的扭矩越大就越好,在行駛的時候也是這樣,在排量相同的情況下,扭矩越大說明發(fā)動機越好。在開車的時候就會感覺車子隨心所欲,想加速就可加速,“貼背感”很好。扭矩是評價一款車性能的主要參數(shù)之一?,F(xiàn)在評價一款車有一個重要數(shù)據(jù),就是該車在0-100公里/小時的加速時間。而這個加速時間就取決于汽車發(fā)動機的扭矩。

一般來講,扭矩的最高指數(shù)在發(fā)動機轉(zhuǎn)速相對比較低的情況下能夠達(dá)到,就說明這款車的發(fā)動機工藝較好,力量也好。有些汽車在5000/分的轉(zhuǎn)速左右才達(dá)到該車扭矩的最高指數(shù)這說明“力量”就不是此車所長??梢赃@樣說,我們追求的駕駛樂趣主要來自扭矩,也就是所謂的“推背感”如果某臺車的發(fā)動機最大扭矩出現(xiàn)在我們經(jīng)常使用的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi),那么這樣的車絕對可以帶給你非凡的駕駛樂趣。對于家用轎車來說,完美的發(fā)動機最大扭矩應(yīng)該在很低轉(zhuǎn)速出現(xiàn),而最大功率在相對比較高的轉(zhuǎn)速出現(xiàn)。

3 發(fā)動機扭矩的公式計算

整體而言,汽車的驅(qū)動力可由下列公式計算:

公式

驅(qū)動力=扭矩×變速箱齒比×最終齒輪比×機械效率÷輪胎半徑(單位:米)

小結(jié):1kgm=9.8Nm1lb-ft=0.13826kgm1lb-ft=1.355Nm

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(fā)揮,轉(zhuǎn)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(zhuǎn)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(zhuǎn)速。

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(zhuǎn)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。

4 屈服強度相關(guān)因素

影響屈服強度的內(nèi)在因素有:結(jié)合鍵、組織、結(jié)構(gòu)、原子本性。   

如將金屬的屈服強度與陶瓷、高分子材料比較可看出結(jié)合鍵的影響是根本性的。從組織結(jié)構(gòu)的影響來看,可以有四種強化機制影響金屬材料的屈服強度,這就是:

●固溶強化;

●形變強化;

●沉淀強化和彌散強化;

●晶界和亞晶強化。沉淀強化和細(xì)晶強化是工業(yè)合金中提高材料屈服強度的最常用的手段。在這幾種強化機制中,前三種機制在提高材料強度的同時,也降低了塑性,只有細(xì)化晶粒和亞晶,既能提高強度又能增加塑性。

影響屈服強度的外在因素有:溫度、應(yīng)變速率、應(yīng)力狀態(tài)。

隨著溫度的降低與應(yīng)變速率的增高,材料的屈服強度升高,尤其是體心立方金屬對溫度和應(yīng)變速率特別敏感,這導(dǎo)致了鋼的低溫脆化。應(yīng)力狀態(tài)的影響也很重要。雖然屈服強度是反映材料的內(nèi)在性能的一個本質(zhì)指標(biāo),但應(yīng)力狀態(tài)不同,屈服強度值也不同。我們通常所說的材料的屈服強度一般是指在單向拉伸時的屈服強度。

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