力及转矩测量
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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=0.13826kg m。
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度发动机扭矩概述扭矩是使物体发生转动的力。
力矩的理解引言力矩是物理学上一个非常重要的概念,它在多个领域中都有广泛的应用。
无论是工程学、力学、航天学还是生物学等领域,力矩都发挥着重要的作用。
本文将对力矩的概念、计算方法以及应用进行全面详细的阐述,帮助读者更深入地理解和运用力矩。
什么是力矩力矩(Moment),又称为转矩,是衡量力对物体旋转产生影响的物理量。
简单来说,力矩就是一个力在产生旋转时的倾向程度。
力矩的大小与作用力的大小、作用点与旋转轴的距离有关。
力矩可以通过以下公式来表示:τ=F×d×sin(θ)其中,τ表示力矩,F表示作用力的大小,d表示作用点到旋转轴的距离,θ表示作用力和旋转轴之间的夹角。
根据右手定则,当θ取正值时,力矩的方向是垂直于力和旋转轴的平面上的逆时针方向;当θ取负值时,力矩的方向是顺时针方向。
力矩的计算根据上述公式,我们可以通过以下步骤来计算力矩:1.确定作用力的大小2.确定作用点到旋转轴的距离3.确定作用力和旋转轴的夹角4.将上述数据代入公式中进行计算举个例子来说明力矩的计算方法。
假设一个长度为2m的杠杆,其中有一个力F作用在距离杆的一端1m的地方。
如果作用力的大小为10N,夹角θ为30度,那么我们可以通过以下公式计算力矩:τ=10×1×sin(30)将上述计算过程带入计算器中,我们可以得到力矩的数值。
力矩的性质力矩具有以下几个重要的性质:1.向量性:力矩是一个矢量,它具有大小和方向。
2.可叠加性:当存在多个作用力时,力矩可以进行叠加。
3.矢量叉乘关系:根据力矩的公式,我们可以看出力矩是通过作用力和作用点之间的叉乘关系得到的。
力矩的应用力矩在多个领域中都有着广泛的应用,下面分别介绍几个典型的应用案例。
杠杆原理杠杆原理是力学中一个基本的原理,其核心就是力矩的平衡条件。
根据杠杆原理,当力矩平衡时,有:∑τ=0这意味着对于一个平衡的杠杆系统,作用在杠杆上的力矩总和为零。
杠杆原理被广泛应用在物理实验、建筑工程等领域中,用于平衡力的分配和测量。
盘点电机扭矩的测量方法有哪些扭矩是电机试验中一个重要的参数,尤其是在电机效率评测中扭矩更是一个不可或缺的被测量,扭矩测量的准确性直接关系到电机效率的评测的正确性。
目前使用的扭矩测量方法按照测量原理可分为平衡力法、传递法和能量转换法。
一、平衡力法处于匀速工作状态的传动机械构件,其主轴和机体上一定同时存在一对扭矩T 和T,并且二者大小相等、方向相反。
通过测量机体上的T来测量主轴上T 的方法称为平衡力法。
设F 为力臂上的作用力,L 为力臂长度,则T=LF。
通过测量作用力F和力臂L即可得出T和T。
平衡力法的优点是不存在传递扭矩信号的问题,力臂上的作用力F容易测得;缺点是测量范围仅局限为匀速工作状态,无法完成动态扭矩的测量。
二、传递法传递法利用传递扭矩时弹性元件的物理参数会发生某种程度的变化。
利用这种变化与扭矩的对应关系来测量扭矩。
按照不同的物理参数,可将传递法进一步划分为磁弹性式、应变式、振弦式、光电式等,目前传递法在扭矩测量领域应用最为广泛。
图1 传递法分类1.光电式扭矩测量法将开孔数完全相同的两片圆盘形光栅固定在转轴上,并将光电元件和固定光源分别固定在光栅两侧,转轴无扭矩作用时两片光栅的明暗条纹错开,完全遮挡光路,无光线照到光敏元件上不输出电信号;有扭矩作用时两个圆盘形光栅的截面产生相对转角,明暗条纹部分重合,部分光线透过光栅照到光敏元件上,输出电信号。
扭矩值越大扭转角越大,照到光敏元件上的光线强度越大,输出电信号也就越大,通过测量输出的电信号能够测得外加扭矩的大小。
图2 光电式扭矩测量原理该方法的优点是响应速度快,能实现扭矩的实时监测;其缺点是结构复杂、静标困难、可靠性较差、抗干扰能力差,测量精度受温度变化的影响较大。
该方法不适用于刚启动和低。
转矩的定义及单位
使机械元件转动的力矩或力偶称为转动力矩,简称转矩。
机械元件在转矩作用下都会产生一定程度的扭转变形,故转矩有时又称为扭矩。
力矩是由一个不通过旋转中心的力对物体形成的作用,而力偶是一对大小相等、方向相反的平行力对物体的作用。
所以转矩等于力与力臂或力偶臂的乘积,在国际单位制(SI)中,转矩的计量单位为牛顿·米(N·m),工程技术中也曾用过公斤力·米等作为转矩的计量单位。
转矩是各种工作机械传动轴的基本载荷形式,与动力机械的工作能力、能源消耗、效率、运转寿命及安全性能等因素紧密联系,转矩的测量对传动轴载荷的确定与控制,传动系统工作零件的强度设计以及原动机容量的选择等都具有重要的意义。
转矩波动的原理与测试方法什么是转矩波动?它对电机运行有什么影响?如果有,影响大不大呢?它对我们生产生活有什么意义?我们又该如何测试转矩波动呢?接下来就让我们具体了解一下转矩波动。
一、什么是转矩波动转矩波动是各种工作机械传动轴的时候出现扭矩的波动,与动力机械的工作能力、能源消耗、效率、运转寿命及安全性能等因素紧密联系,转矩的测量对传动轴载荷的确定与控制、传动系统工作零件的强度设计以及原动机容量的选择等都具有重要的意义。
通俗地讲就是电机由于机械结构和本身转子惯量输出一定转矩的上下波动。
转矩波动主要受齿槽力矩、电磁波动力矩、电枢反应和机械工艺等因素的影响较大,也正是因为这些因素都是电机本身机械结构引起的,导致转矩波动测试也尤为困难,而且精度不高。
图 1 转矩波动趋势二、转矩波动的影响电机直接作用于负载,在运转过程中,其自身由于齿槽力矩、电磁效应和加工装配工艺等产生的转矩波动将直接传递到负载上,从而对系统速度平稳性及控制精度产生影响。
尤其在轻载和低转速状态下,波动力矩占电机输出力矩比例相对较大,这种影响更加不能忽略。
因而准确测量波动力矩就成为电机实际应用中需要解决的问题。
图 2 转矩波动测试三、转矩波动测试方式按照国标《GB/T30549-2014交流伺服电机通用技术条件》的测试依据来看共有以下测试方式:◆堵转法用磁粉制动器作为负载,测量电机在额定电流时,转子在360/(2p)(p为电机极对数)范围内均分10点上的堵转转矩,分别找出堵转转矩最大值和最小值,即可利用公式计算出转矩波动。
公式中:K -——转矩波动系数;——最大堵转转矩;——最小堵转转矩。
◆直接测试法用磁粉制动器作为负载,利用负载电机让被测电机工作在连续工作区中规定的最大转矩,控制电机运行在最低转速下,用转矩传感器记录电机在运行一周时的转矩,记录最大转矩和最小转矩,即可利用公式计算出转矩波动系数。
(公式同堵转法)图 3 测试部分由于转矩波动测试条件较为苛刻,现如今测试方式主要以堵转法为最优。
亚龙YL-196A 型与YL-196B 型永磁测功机 —转速、转矩、机械功率测量仪简介及其接线图一、 YL-196型测速、测矩、及测功机的结构特点1、YL-196A 型测速、测矩及测功机的结构特点测功机由亚龙公司特制,它为永磁直流测功机。
它的电枢与磁极(外壳)均可转动。
当电流流经电枢,电枢受电磁力作用旋转时,则磁极(外壳)也将受反作用力而反方向转动。
此时,测功机外壳上的档块将压向力传感器,此作用力乘以力臂即电动机受到的阻力矩(其数值等于摩擦力矩加试验电动机的电磁转矩)。
测功机产生的阻力转矩T L 与输出电流I G 间的关系为线性关系,其特性曲线如下图所示:附图11)由上图可见,当I G =0时,T L =T O ,T O 主要由轴承摩擦阻力、空气对电枢的阻力、电枢铁芯磁化构成的阻力以及电枢铁芯涡流在磁场中产生的阻力等。
其中空气阻力和涡流阻力,会随转速增加而有所增加。
2)在使用测功机时,要注意试验电动机的转向要使测功机外壳的挡块压向力传感器。
3)测功机的参数:额定功率 P N = 180 W 额定转速 n N = 1500 r/min 额定电压 U N = 110 V 额定电流 I N = 2.0 A4)由于测功机外壳可以转动,因此在搬运时,要将外壳用扎带扎紧,不使转动,以免撞坏力传感器。
5)由于测功机与其它试验电机是单配的,同一机组刻有相同的编号,使用时请注意“对号入座”,不要换错。
GT T 02、YL-196B 型测速、测矩及测功机的结构特点YL-196B 型测功机的特点是测功机与测速机是组合成一体的,它有两组输出;直流测功机输出电压为U G (U GN =110V ),直流测速机的输出电压为U n (n=1500r/min 时,U n =20V 左右)。
U n 经电位器RP 分压后为U fn (U fn =8~10V ),作为转速反馈电压。
二、 转速、转矩及机械功率测量仪的使用测量仪有YL-196A 与YL-196B 两种型号,它们的接图如下:1)YL-196A 型测量仪的面板图与接线图如下:附图2 YL-196A 型测功机接线图转速,转矩及机械功率以(红、绿、橙)的三位半数码显示,它们的符号及单位分别是n (r/min )、T (mN·m )及P (W )。