扭矩和扭矩图

什么是扭矩 扭矩计算公式和单位

2008年01月07日 10:07 转载 作者：本站 用户评论（0）

关键字：

什么是扭矩

扭矩：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。

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，“贴背感”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。

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，此外我们还可以看见kgm、lb-ft这样的扭矩单位，由于G=mg，当g=9.8的时候，1kg＝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）。现在我们举个例子：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的驱动力，这就足以驱动汽车了。

第１期（总第５８期）　２００８年３月　黎　明　职　业　大　学　学　报　Ｊｏｕｒｎａｌ　ｏｆ　Ｌｉｍｉｎｇ　Ｖｏｃａｔｉｏｎａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　Ｎｏ．１　Ｍａｒ．２ＯＯ８　文章编号：１００８－－－８０７５（２００８）０ｌ—Ｏｏ４４—０３　・科技研究・　

杆件轴力图及扭矩图的简化画法　

陈育明　

（黎明职业大学机电工程系　福建泉州　３６２０００）　

摘要：以往杆件轴力图及扭矩图的绘制过程中，一般采取先用截面法求出杆件各段轴力及扭矩，　再根据所求的各段轴力或扭矩画出相应轴力图及扭矩图的绘制办法，提出一种新的简便画法即采用　“正上负下”规则绘制轴力图及扭矩图。通过这个规则，在进行杆件的轴力及扭矩分析时无需分别求　解各段轴力及扭矩即可直接画出轴力图及扭矩图，具有一定的便捷性和独到之处。　

关键词：杆件；轴力图；扭矩图；简化画法　中图分类号：ＴＢ１２４　文献标识码：Ａ　

在材料力学当中，对于变形固体进行分析时　往往需要对其进行内力分析。为了研究杆件在外　力作用下的各段内力大小，一般需要画出杆件的　内力图以判断危险截面的位置为强度设计、刚度　设计等提供设计依据…。我们知道杆件变形的　基本形式有拉压、剪切、扭转和弯曲。与此相对　应，在力学分析时往往要画出轴力图、扭矩图、　剪力图和弯矩图等内力图。在绘制内力图时一般　需要先采用截面法　将杆件的各段内力分别求　出，再画出相应的内力图。如果杆件受到的外力　较多，则需不断应用截面法的“切、留、代、　平”四个步骤不断罗列平衡方程分别求解，步　骤繁杂，而且对于初学者来说内力图的正负方向　容易出错。以往的教材中仅仅分析了剪力方程及　弯矩方程与剪力图曲线及弯矩图曲线之间的关系　并给出剪力图及弯矩图的简化画法¨　。针对这　种情况，本文作者总结出了轴力图及扭矩图的变　化情况与外力之间的关系，即“正上负下”规　则。根据“正上负下”规则，可直接画出轴力　图和扭矩图而无需采用截面法一步步求解杆件各　段内力，并且很好地解决了内力图正负方向确定　的问题，称为杆件轴力图及扭矩图的简化画法。　

江苏省技工院校

教 案 首 页

授课日期 4.27

班 级 机10中2班

课题：§7-1 圆轴扭转的力学模型§7-2 扭矩和扭矩图

教学目的要求：1、能够根据传动轴所传递的功率、转速计算外力偶矩

2、较熟练地应用截面法计算圆轴横截面上的扭矩及作扭矩图

教学重点、难点：重点：用截面法求内力

难点：用截面法求内力

授课方法： 讲授法，作图法

教学参考及教具（含电教设备）：工程力学教学参考书，绘图工具

授课执行情况及分析：

板书设计或授课提纲

§7-1 圆轴扭转的力学模型 §7-2 扭矩和扭矩图

一、 扭转的概念

二、 外力偶矩的计算

三、 扭矩

四、 扭矩图

【复习提问】

前面我们讲过杆件的几种变形形式？都从几个方面入手来学习？

【引入新课】

今天我们再来学习第三种变形形式扭转。

【讲授新课】

一、扭转的概念

[讲解]：受力特点：

变形特点：

二、外力偶矩的计算

[讲解]：公式：M=9550P/n

注意：确定外力偶矩M转向时，凡输入功率的主动外力偶矩的转向与轴的转向一致。凡输出功率的主动外力偶矩的转向与轴的转向相反。

三、扭矩

[图解]：

[讲解]表示符号：

单位：

正负号的判定：

计算：

[讲解]：[例7-1]、

归纳方法：

假设某截面上的扭矩均为正号，则该街面上的扭矩等于截面一侧（左或右）轴上的所有外力偶矩的代数和。

计算扭矩时外力偶矩的正负号规定：使右手拇指与截面外法线方向一致，若外力偶矩的转向与其他四指的转向相同，则取负号，反之取正号。这样正的外力偶矩产生正的扭矩，负的外力偶矩产生

让学生看图再加想象自己总结

功率和扭矩的关系

由于不同地方不同习惯的关系，产生了很多套单位制度，有英制、公制等。在与汽车相关的功率，扭矩，气压等方面，也存在不同的单位制，现在我们就来了解一下功率、扭矩和压强的关系以及它们的单位。

功率：

什么是功率？功率就是表示物体做功快慢的物理量，物理学里功率P＝功W/时间t，单位是瓦w，我们在媒体上常常看见的功率单位有kw、ps、hp、bhp、whp等，还有意大利以前用的cv，在这里边千瓦kw是国际标准单位，1kw＝1000w，用1秒做完1000焦耳的功，其功率就是1kw。

日常生活中，我们常常把功率俗称为马力，单位是匹，就像将扭矩称为扭力一样。

在汽车上边，最大的做功机器就是引擎，引擎的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。

然而功率kw要如何转换成大家常见的多少匹马力的呢？

由于英制与公制的不同，对马力的定义基本上就不一样。

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33,000lb-ft/min；

而公制的马力(ps)定义则为一匹马于一分钟内将75kg的物体拉动60米，相乘之后等于4500kgm/min。

经过单位换算，(1lb=0.454kg;1ft=0.3048m)竟然发现1hp=4566kgm/min，与公制的1ps=4500kgm/min有些许差异，而如果以瓦作单位(1w=1Nm/sec=9.8kgm/sec)来换算的话，可得1hp=746w;1ps=735w，两项不一样的结果，相差1.5%左右。

到底世界上为什么会有英制与公制的分别，就好像为什么有的汽车是右舵，有的却是左舵一样，是人类永远难以协调的差异点。若以大家比较熟悉的几个测试标准来看，德国的DIN与欧洲共同体的新标准EEC有日本的JIS是以公制的ps为马力单位，而SAE使用的是英制的hp为单位，但由于世界一体化经济的来临和为了避免复杂换算，越来越多的原厂数据已改提供毫无争议的国际标准单位千瓦kw作为引擎输出的功率数值。