扭矩

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發(fā)布時(shí)間：2013/9/17 11:53:14
作者：量值溯源

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

一、定義

　　扭矩（Torque，也稱(chēng)為轉矩）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(jiàn)kgm、lb-ft這樣的扭矩單位，由于G=mg，當g=9.8的時(shí)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。

二、原理

　　扭矩和功率一樣，是汽車(chē)發(fā)動(dòng)機的主要指數之一，它反映在汽車(chē)性能上，包括加速度、爬坡能力等。它的準確定義是：活塞在汽缸里的往復運動(dòng)，往復一次就會(huì )做一定的功，它的國際標準單位是焦耳（J）。在每個(gè)單位距離所做的功就是扭矩了。通俗點(diǎn)講，扭矩是衡量一個(gè)汽車(chē)發(fā)動(dòng)機好壞的重要標準，一輛車(chē)扭矩的大小與發(fā)動(dòng)機的功率成正比。

　　在某些場(chǎng)合能真正反映出汽車(chē)的“本色”，例如啟動(dòng)時(shí)或在山區行駛時(shí)，扭矩越高汽車(chē)運行的反應便越好。以同類(lèi)型發(fā)動(dòng)機轎車(chē)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，換擋次數愈少，對汽車(chē)的磨損也會(huì )相對減少。尤其在轎車(chē)零速啟動(dòng)時(shí)，更顯示出扭矩高者提升速度快的優(yōu)越性。

三、計算

　　驅動(dòng)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：1kgm=9.8Nm，1lb-ft=0.13826kgm，1lb-ft=1.355Nm。

　　在排量一定的情況下，缸徑小，行程長(cháng)的汽缸較注重扭矩的發(fā)揮，轉速都不會(huì )太高，適用于需要大載荷的車(chē)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(chē)輛。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)：功率正比于扭矩×轉速。

　　為什么引擎的功率能由扭矩計算出來(lái)？

　　功率P=功W÷時(shí)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(xiàn)速度，而在引擎里，曲軸的線(xiàn)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(lái)

　　角速度的單位是弧度/秒，在弧度制中一個(gè)π代表180度。

四、測量

　　在運轉中，軸之間功率的傳遞是在一定轉速下通過(guò)軸上所受的扭矩來(lái)傳遞的（有些情況下軸是處于靜止狀態(tài)下受扭的）。

　　傳統測量扭矩的方法一般是將傳遞的扭矩和轉速同時(shí)測量，此兩項參數的乘積即為該軸傳遞的功率。而扭矩測量?jì)x表按其工作原理可分為三大類(lèi)：

　　第一類(lèi)是根據牛頓第三定律作用力與反作用力相等的原理設計的，該方法有一定的局限性，只能測靜態(tài)力矩，采用這種方案的扭矩測量案例有：扭力扳手、靜態(tài)扭矩實(shí)驗測量裝置等；

　　第二類(lèi)是利用扭力軸受扭要產(chǎn)生一定扭轉角或應變的原理設計的，并可通過(guò)直接測量扭轉角或應變的大小來(lái)確定扭矩的大小，已有的測轉角測扭矩的方案有：電磁式測轉交測扭矩、光電式測轉角測扭矩、激光式測轉角測扭矩、電容式測轉角測扭矩等；

　　第三類(lèi)是測應變測扭矩，該方案首先測量旋轉軸表面的應力應變值，再將測量值代入相應的力學(xué)公式這算，最終獲得旋轉軸上承受的扭矩大小。例如：聲表面波傳感器、逆磁致伸縮材料傳感器、壓電式扭矩傳感器等。

　　對于電機扭矩的測量，一般采用機械式扭矩儀的測量方法，此方法存在如下缺陷：

　　1. 需要專(zhuān)用的聯(lián)接工裝，電機不同或扭矩傳感器不同都可能導致需要重新制作聯(lián)接工裝；

　　2. 安裝不當會(huì )加大扭矩測量誤差甚至損壞扭矩傳感器；

　　3. 扭矩傳感器的扭矩和轉速測量范圍較窄，過(guò)大的扭矩，過(guò)高的轉速可能導致扭矩傳感器損壞，而過(guò)小的扭矩和過(guò)低的轉速又會(huì )導致測量不準確；

　　4. 某些風(fēng)機、水泵與電機采取固定連接，由于電機和風(fēng)機、水泵的轉軸不能分離，無(wú)法安裝傳統扭矩傳感器。

　　針對目前電機扭矩測量的這些缺陷，湖南銀河電氣有限公司推出一款新型的電機系統軸功率測量?jì)x器——TN4000電子式扭矩儀。該扭矩儀改變了傳統的扭矩測量方法，通過(guò)測量電機輸入點(diǎn)參量及轉速等相關(guān)參數計算出電機的輸出軸功率，再根據電機軸功率和轉速計算出電機的扭矩。TN4000電子式扭矩儀具有如下特點(diǎn)：

　　1、使用便捷

　　用戶(hù)無(wú)需花費大量資金來(lái)購買(mǎi)各種不同型號的扭矩傳感器及聯(lián)軸器以滿(mǎn)足不同型號電機的試驗需要，也無(wú)需花費大量時(shí)間和人力來(lái)安裝、耦合扭矩傳感器。

　　2、寬范圍測量

　　TN4000電子式扭矩儀采用寬測量范圍的SP系列變頻功率傳感器測量電機電參量、采用寬范圍的DM系列頻率測試子站測量轉速，一臺電子式扭矩儀可實(shí)現0.005%~100%額定軸功率的準確測量，對于大多數電機系統的檢試驗實(shí)驗室，只需按照最大電機功率配置一臺電子式扭矩儀即可實(shí)現所有型號電機的扭矩測試。

　　3、多參量測量

　　測量電機輸出扭矩、轉速的同時(shí)，還可通過(guò)DM系列分布式電量測量子站、SP系列變頻功率傳感器測量電機的電壓、電流、頻率、功率、諧波等輸入電參量，通過(guò)DM4022轉速測量子站及DM4032溫度測量子站測量電機轉速、運行溫度等其它參量，采用同一套裝置可同時(shí)實(shí)現電機和電機系統的試驗。