汽车扭矩原理分析和计算公式

扭矩原理介绍和公式分析

汽车扭矩

本文是理论结合实际, 一直没有文章可以作这么完全地介绍, 看完之后的确是醍醐灌顶. 顶一个.

09-02-18 01:24 发表于：《南京哈飞汽车之友论坛》 分类：未分类

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。

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，自排变速箱较惨，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

驱动力= ————————————————————

轮胎半径（单位：米）

小结：1kgm ＝9.8Nm 1lb-ft＝0.13826kgm 1lb-ft＝1.355Nm

一般来说，在排量一定的情况下，缸径小，行程长的汽缸较注重扭矩的发挥，转速都不会太高，适用于需要大载荷的车辆。而缸径大，行程短的汽缸较注重功率的输出，转速通常较高，适用于快跑的车辆。简单来说：功率正比于 扭矩×转速

补充一点：为什么引擎的功率能由扭矩计算出来呢？

我们知道，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，在弧度制中一个派代表180度、“扭矩”和“功率”是表征发动机动力性能的重要指标。

发动机通过飞轮对外输出的扭矩称为有效扭矩，用Te 表示，单位为N ．m 。有效扭矩与外界施加于发动机曲轴上的阻力矩相平衡。发动机通过飞轮对外输出的功率称为有效率，用Pe 表示，单位为kW 。它等于有效转矩与曲轴角速度的乘积。

发动机的有效功率可以用台架试验方法测定，即用测功器测定有效转矩和曲轴角速度，然后运用以下的公式便可计算出发动机的有效功率。 Pe＝Te ．(2∏．n ／60) ／1000＝Te ．n ／9550(kW)

其中：Te ——有效转矩，N ．m n——发动机转速，r ／min

有效扭矩的最大值称为最大转矩，有效功率的最大值称为最大功率。

报刊上在介绍某一车型时，其技术参数中的扭矩和功率通常就是最大扭矩和最大功率。而发动机铭牌上标明的功率及相应转速则称为额定功率和额定转速，额定功率一般要小于最大功率，按照汽车发动机可靠性试验方法的规定，汽车发动机应能在额定工况下能连续运行300—1000h 。 关于扭矩和功率的含义，通俗一点讲，扭矩好比百米赛跑选手在起跑点蹲撑，蓄势待发，准备冲向前那一刹那的冲劲；而功率就是维持这股劲可以越跑越快，一直跑到终点的能力。增大发动机的排量，就能提高Te 和Pe 。为了增大发动机排量，可增加气缸数(如3缸变4缸) ，或者增加单位气缸的容积(如增大气缸内径) 。

角速度乘以转矩就是功率

P=T×W

P (kW)：功率

ω (1/s)：角速度，也叫“弧速度”，前面那个1，是弧度1，对应角度为180/π=57.3°。 n (r/min)：工程转速

T (Nm)：扭矩

弧速度与转速的关系：

ω=2π*n/60=π×n/30

T=1000P/ω=1000*30/π/n=9550P/n，那个1000是将kW 化为W 。

在工程师的口中，言角度即言弧度，1 rad = 57.3°， 1° = .01745 rad。