什么是扭矩，什么是扭矩傳感器

作者：消防檢測設(shè)備
發(fā)布時(shí)間：2020-08-16 07:06:33
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扭矩：扭矩是使物體發(fā)生轉(zhuǎn)動的力。發(fā)動機(jī)的扭矩就是指發(fā)動機(jī)從曲軸端輸出的力矩。在功率固定的條件下它與發(fā)動機(jī)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。

而扭矩傳感器就是通過測量手段吧扭力信號進(jìn)行處理，整形，放大，并且變送輸出的電信號，這就是扭矩傳感器或叫扭矩變送器。

什么是扭矩，什么是扭矩傳感器

扭矩和功率一樣，是汽車發(fā)動機(jī)的主要指數(shù)之一，它反映在汽車性能上，包括加速度、爬坡能力以及懸掛等。它的準(zhǔn)確定義是：活塞在汽缸里的往復(fù)運(yùn)動，往復(fù)一次做有一定的功，它的單位是牛頓。在每個(gè)單位距離所做的功就是扭矩了。是這樣的，扭矩是衡量一個(gè)汽車發(fā)動機(jī)好壞的重要標(biāo)準(zhǔn)，一輛車扭矩的大小與發(fā)動機(jī)的功率成正比。舉個(gè)通俗的例子，比如，像人的身體在運(yùn)動時(shí)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?。在排量相同的情況下，扭矩越大說明發(fā)動機(jī)越好。在開車的時(shí)候就會感覺車子隨心所欲，想加速就可加速，“貼背感”很好。現(xiàn)在評價(jià)一款車有一個(gè)重要數(shù)據(jù)，就是該車在0－100公里／小時(shí)的加速時(shí)間。而這個(gè)加速時(shí)間就取決于汽車發(fā)動機(jī)的扭矩。一般來講，扭矩的最高指數(shù)在汽車2000－4000／分的轉(zhuǎn)速下能夠達(dá)到，就說明這款車的發(fā)動機(jī)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。

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，此外我們還可以看見kgm、lb-ft這樣的扭矩單位，由于G=mg，當(dāng)g=9.8的時(shí)候，1kg＝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(gè)不同的概念）?，F(xiàn)在我們舉個(gè)例子：8代Civic1.8的扭矩為173.5Nm@4300rpm，表示引擎在4300轉(zhuǎn)/分時(shí)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(shí)引擎發(fā)出的扭矩要經(jīng)過放大（代價(jià)就是同時(shí)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(shí)縮?。┰賯鞯浇K傳（尾牙）里作進(jìn)一步的放大（同時(shí)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的驅(qū)動力，這就足以驅(qū)動汽車了。

若論及機(jī)械效率，每經(jīng)過一個(gè)齒輪傳輸，都會產(chǎn)生一次動力損耗，手動變速箱的機(jī)械效率約在95%左右，自排變速箱較慘，約剩88%左右，而傳動軸的萬向節(jié)效率約為98%。整體而言，汽車的驅(qū)動力可由下列公式計(jì)算：

扭矩×變速箱齒比×最終齒輪比×機(jī)械效率

驅(qū)動力= ————————————————————

輪胎半徑（單位：米）

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

一般來說，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

補(bǔ)充一點(diǎn)：為什么引擎的功率能由扭矩計(jì)算出來呢？

我們知道，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(gè)派代表180度、“扭矩”和“功率”是表征發(fā)動機(jī)動力性能的重要指標(biāo)。

發(fā)動機(jī)通過飛輪對外輸出的扭矩稱為有效扭矩，用Te表示，單位為N·m。有效扭矩與外界施加于發(fā)動機(jī)曲軸上的阻力矩相平衡。發(fā)動機(jī)通過飛輪對外輸出的功率稱為有效率，用Pe表示，單位為kW。它等于有效轉(zhuǎn)矩與曲軸角速度的乘積。

發(fā)動機(jī)的有效功率可以用臺架試驗(yàn)方法測定，即用測功器測定有效轉(zhuǎn)矩和曲軸角速度，然后運(yùn)用以下的公式便可計(jì)算出發(fā)動機(jī)的有效功率。

Pe＝Te·(2∏·n／60)／1000＝Te·n／9550(kW)

其中：Te——有效轉(zhuǎn)矩，N·m n——發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速，r／min

有效扭矩的最大值稱為最大轉(zhuǎn)矩，有效功率的最大值稱為最大功率。

報(bào)刊上在介紹某一車型時(shí)，其技術(shù)參數(shù)中的扭矩和功率通常就是最大扭矩和最大功率。而發(fā)動機(jī)銘牌上標(biāo)明的功率及相應(yīng)轉(zhuǎn)速則稱為額定功率和額定轉(zhuǎn)速，額定功率一般要小于最大功率，按照汽車發(fā)動機(jī)可靠性試驗(yàn)方法的規(guī)定，汽車發(fā)動機(jī)應(yīng)能在額定工況下能連續(xù)運(yùn)行300—1000h。

關(guān)于扭矩和功率的含義，通俗一點(diǎn)講，扭矩好比百米賽跑選手在起跑點(diǎn)蹲撐，蓄勢待發(fā)，準(zhǔn)備沖向前那一剎那的沖勁；而功率就是維持這股勁可以越跑越快，一直跑到終點(diǎn)的能力。增大發(fā)動機(jī)的排量，就能提高Te和Pe。為了增大發(fā)動機(jī)排量，可增加氣缸數(shù)(如3缸變4缸)，或者增加單位氣缸的容積(如增大氣缸內(nèi)徑)。

二、正確理解發(fā)動機(jī)的“扭矩”和“功率”關(guān)系

簡單的說：發(fā)動機(jī)的扭矩象征其氣缸一口氣所能吸進(jìn)的油氣量，這個(gè)吸氣量是會隨油門開度的加大和發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速的逐漸升高而增加的，但是它不會一直變大上去，到了某一轉(zhuǎn)速它就會達(dá)到顛峰，這就是平時(shí)人們所說的最大扭矩。發(fā)動機(jī)的轉(zhuǎn)速再上升，它就會逐漸下降，這是汽油發(fā)動機(jī)等內(nèi)燃機(jī)在扭矩上的特色，也是最不理想的地方。功率等于扭矩乘以轉(zhuǎn)速，它象征在單位時(shí)間里發(fā)動機(jī)可吸進(jìn)的油氣量。所以，當(dāng)發(fā)動機(jī)轉(zhuǎn)速逐漸上升到最大扭矩點(diǎn)時(shí)，每口氣吸進(jìn)的油氣量和單位時(shí)間里的吸氣次數(shù)都在增加，因此功率一直上升；當(dāng)轉(zhuǎn)速超過最大扭矩點(diǎn)后，盡管每口氣吸進(jìn)的油氣量減少，但由于降幅不大且吸氣次數(shù)在增加，所以一直增加到最大功率點(diǎn)為止；當(dāng)轉(zhuǎn)速超過最大功率點(diǎn)后，每口氣吸進(jìn)的油氣量減少幅度要大于吸氣次數(shù)的增加幅度，所以功率開始減少。

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