什么是力矩(汽车倒档和一档哪个动力好)
专栏
2024-04-13 11:12
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目录什么是力矩,汽车倒档和一档哪个动力好?
有些车子倒挡比1挡还慢,但是有些比1挡快一点,倒挡使用起来的感受是接近前进的一档,但是不会像一档那样存在顿挫感,加油了有点二档的感觉,基本上可以理解成前进挡的一档把,动力比较接近,速度也差不多。
为了安全,倒车需要慢,但是这是四轮汽车遮阳考虑,农用三轮车的倒挡,有些非常快,因为三轮车没有车厢这些挡住视野,可以做得快一点。
也见过一些拖拉机,喜欢用倒挡上坡,这种情况是倒挡比一档要慢,动力要强的那种。
讲白了,档位速度快慢,实际上是传动比决定了的,拿桑塔纳来说,一档传动比是3.455,而倒挡传动比是3.167,所以倒挡会比1挡块一点点。
汽车的大部分时间都在往前跑,所以前进时候才会有各种速度要求,需要多个档位来协调变速,而倒车使用的时间少,一般都是一些调整车子方向和位置的场合才会用到,所以慢点无所谓。而且倒车的情况都是需要微调距离的,快也没用,就是要慢。
倒车时候,人是面向前面坐着的,视野比较窄,如果倒挡速度高,很容易出事故的。
比如Civic Lx Sedan,手动变速箱那种,前进一档的传动比是3.143:1,而倒档的传动比是3.308:1,发动机转速相同而且离合器啮合情况下,前进一档的车速会比倒档慢。
又比如BMW 328i xDrive Sedan,前进一档的传动比为4.71:1,而倒档传动比是3.30:1。在发动机转速相同且离合器啮合情况下,前进一档的车速也会比倒档慢。
倒车的时候,相当于后轮转向和后轮驱动,这是一个非自我稳定的系统,如果有一点点偏向后而不做调整,就会偏得越来越大,也就是倒车不太好控制,速度如果快乐,很不安全。
有些做表演用的车子,倒挡可以跟前进挡速度一样,说明技术上不存在说明难度,只是变速箱可能要稍微麻烦点,因为没有太多场合用到快速的倒挡,从批量生产成本考虑,就设计一个低速的倒挡,就可以满足要求了,没有必要折腾。
一些武器上到是需要考虑这个问题,比如坦克,前进档位和后退档位是一样多的,毕竟打仗的时候需要前进后退都要考虑,如果掉头可能就误了战机了,民用车子如果这样设计,只能说是傻大冒了吧。
扭矩与弯矩的区别是什么?
弯矩和扭矩都是力矩的一种,都是描述内力的,区别就是方向不同。
双手扳筷子就是产生弯矩,拧毛巾就是产生扭矩。
方向:弯矩是在轴线所在平面内,扭矩是在垂直于轴线的平面内。
具体:对于刚体(不考虑变形),一个截面上的内力可以合并为一个合力和一个合力偶。杆件截面分布的应力可以分解为切应力和正应力。
切应力合并的合力、合力偶就是剪力和扭矩。
类似的,正应力的作用效果就合并为轴力和弯矩
这个知识点在材料力学(简单的弹性力学)中,就是把外在的效果:拉压、剪切、受弯、受扭还原成切应力和剪应力来分析变形。
最大扭距和最大功率是是什么意思?
功率和扭距是汽车最高的两个指标
1,功率的物理定义是物体在单位时间内所做的功的多少。对于内燃机而言,我们可以把它理解为燃料在单位时间内所产生能量的多少。因此,功率仅仅是一个描述做工快慢的物理量,功率越高,单位时间内产生的能量就越多,往往汽车的最高速度也越高。
2,扭矩在发动机上的定义是指曲轴端输出的力矩,力矩的大小决定汽车的加速度。因此,扭矩是衡量发动机加速能力的物理量。
3,功率和扭矩的关系: 功率=n×扭矩×转速,从它们的转化公式可以看出,n是一个常数,那么扭矩和转速是成反比例关系。这也很好地解释了为什么当扭矩到达峰值时,继续拉高转速它会骤然下降。
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杠杆有什么作用?
好久没写问答了,今天偶然看到这个问题,翻看一下,竟然没有科学领域的作者留下专业的回答。不知道是不是他们都觉得这个问题太简单了,毕竟只是一个初中物理的内容,然而在我眼里这个问题虽然简单,但是普适的。我们经验中的所有机械、大到宇宙、小到量子都符合杠杆原理。下面就来详细说说。
什么是杠杆?这有什么好说的吗?给我一个支点,就能撬起整个地球,阿基米德的这句话尽人皆知。最简单的杠杆就是跟不容易发生形变的横梁再加上一个坚固的支点,它的特点是,垂直作用于杆两端的作用力与该端到支点距离的乘积相等(或者是力与力到作用点的垂直距离的积),用数学表示就是F1×L1=F2×L2。
杠杆的用途我们日常生活中处处都有杠杆的影子,毫不夸张地说,有机械的地方就有杠杆的存在。比如撬棍、起钉子的八路,扳手、螺丝刀、瓶起子、跷跷板、杆秤等等,这些是杠杆原型的直接应用。还有一些杠杆的变形、比如滑轮组、从井里提水的辘轳、自行车的链条传动系统、汽车发动机的曲轴都是杠杆的应用。
其实所有的旋转也要用到杠杆原理,比如车轮、门轴等等。可能有小伙伴会奇怪,车轮旋转哪里用到杠杆原理了能,支点在哪?其实车轮是有一个虚拟支点的,那就是车轮圆心处。真实的车轴不可能是一根没有粗细的线,必然是一根有直径的圆棒,车轴的中心与车轮的圆心重合。车轴边缘与车轮边缘就形成了一个杠杆。所以为了减少车轴的摩擦力,就会在车轴和车轮之间装上轴承。
这里小结一下,所有的传动机构都是杠杆原理或者是杠杆原理的推广应用。因为这些都是常见的杠杆机械,大家也容易理解和分析,这里就不多解释了。我们来看一下其它的杠杆变形。
杠杆与宇宙前面我们把杠杆用数学公式表示出来了,即,F1×L1=F2×L2,这是初中物理的杠杆表达式,到了高中物理我们就知道力与力臂的乘积叫做力矩,这个力矩,对天体运行的影响巨大。以我们的月球为例,我们现在都知道,月球总是以固定的那面对着地球,其原因就是自转周期与公转周期相等。这在天文学上叫做潮汐锁定。
潮汐锁定(或同步自转、受俘自转),其根本原因就是地球和月球都不是一个标准的球体,当月球围绕地球公转并且自转时,如果自周期与公转周期不相等,则月球受到地球引力对自转轴产生的力矩就不为零。结果就是这个力矩让月球越转越慢,直到自转与公转同步。
其实同样的事情也发生在地球和宇宙中所有的天体上,地球同样在越转(自转)越慢。
杠杆与量子力学我这里的杠杆不再是传统意义上的杠杆,而是数学抽象的那个杠杆,即有一对物理量的乘积恒等,在量子力学中就是量子纠缠的动量。我们可以让两个电子发生相互作用,它们就会沿着直线分开,不论任何时候,我们测量其中一个电子的动量(质量与速度的乘积)都会知道另外一个电子的动量与测量值大小相等方向相反。
这样的物理量在量子力学中还有很多。你可能会问,为什么在宏观和微观中都会出现这种物理量的现象呢?这是因为物理定律的对称性导致的。关于对称性我们不多说了,跑题了。
结束语如果我们把杠杆的概念展开,事实上杠杆原理几乎能解决我们日常生活中遇到的所有问题,从钟表(仪器)中的摆线齿轮、再到用尺规作图,背后其实都是杠杆原理。这个看似简单的原理其实蕴含着深刻的空间、时间、运动的规律。
有小伙伴可能会说,老郭你就不要故弄玄虚了,把这么一个简单原理弄那么复杂干什么?事实上并不是我要把它弄复杂,而是大道至简,物理学的是朴素的,但它能解决的问题可不简单。
汽车发动机速度降低?
发动机转速降低扭矩可能不变,车速降低输出功率可能提高
扭矩
转速
马力
变速箱
这五点是解释降档加速与低速加速更快的基础,很多人不理解为什么汽车低车速时的加速感会更强(推背感),一般理解应该是车速越快加速越快才对。同时也有些人不理解为什么超车时需要降档,解释这些问题首先需要了解发动机的各项参数的概念。
发动机参数的概念1:扭矩
燃油动力汽车装备的是“往复活塞式内燃式热机”,其运行原理是通过燃油与空气的混合,在发动机燃烧室(气缸)内部进行燃烧,燃烧的本质是一种在高温环境中发生的剧烈的化学反应。分子剧烈的无规则运动是推动活塞往复运转的基础,这里的重点是“往复循环”,参考下图燃爆一次的循环动作吧。
燃烧推动活塞往下运动,活塞带动连杆、连杆推动曲轴转动、曲轴通过转动的飞轮将“转矩”(动力)输出给变速箱。这一次动作输出的“转矩”就是所谓的扭矩了,白话的说明为一次输出的力量或能量数值的大小,就像挥出一圈等击出多少公斤的概念相同。那么什么决定了扭矩大小呢?答案自然是进气量与喷油量的大小,只有燃烧更多的燃油才能产生更大的能量。
2:转速
问题来了:低车速时车辆的能输出大扭矩吗?标准答案一定是可以,因为车速不代表转速高低,发动机以很高的转速也可以指实现很低的车速,这是变速箱的作用(文末解释)。那么在转速可以升高而不影响车速时,发动机的进气量则必然能够大幅提升,因为油门控制的不是喷油量而是节气门,油门踩的越深节气门翻板开度越大则进气量越大。
内燃机的空气燃料比是固定的(14.7:1),也就是说进入发动机的空气少则喷油量小,此时活塞往复一次转化的扭矩就会低。反之大油门大进气量就会有更大的喷油量,发动机单次输出扭矩大就能实现高性能了。这是转速与扭矩的关系,简而言之:转速越高扭矩才能越大,那么什么是转速呢?
3:马力
转速的概念:每分钟曲轴旋转的次数。曲轴旋转一次是扭矩,曲轴一分钟内旋转输出的“扭矩总和”叫做功率。通俗的解释为一分钟内输出能量的综合,比如扭矩等于一拳200公斤,一分钟内挥拳1000次则等于共计输出的“功率”高达200000公斤;以发动机参数单位计算,发动机扭矩为400N·m,曲轴一分钟内旋转(转速)3000次,输出的总扭矩就应该是120万N·m,但这一数据还不能直接转化为功率。
功率的计算公式:扭矩×转速÷9549=功率。也就是说3000转时的输出功率实际为125kw,功率数值乘以1.36等于米制马力,也就是说3000转时能够输出170马力。1马力的概念是驱动75公斤物体以一米一秒的速度运动,在物体重量不变的前提下输出马力越高则车辆加速效率越高(加速越快),同时车辆的极速也会越高。
这就像一拳“400N·m”的力道可能打不倒对方,但是一分钟内暴击3000次则必胜;或者说人以“400N·m”的扭矩推车一次只能使车辆移动1米,一分钟内以相同的力量连续推动1000次则能移动1000米,一分钟推动3000次则同一时间范围内可以移动数千米;说白了就是单位时间内“相同推力”叠加的次数决定了功率马力的大小,也决定了加速的快慢以移动速度。
总结降档超车与低速加速快的原因:变速箱的不同档位(齿轮比)可以实现不同的放大方式,比如1挡由发动机驱动的齿轮很小,而从动齿轮(动力输出到车轮的齿轮)直径很大。此时发动机曲轴带动小齿轮转一圈,从动大齿轮才会刚刚挪动,车轮也就挪动了一点点;此时想要为车辆加速则需要让发动机以很高的转速带动小齿轮高转,但即使发动机速度很快而从轮齿轮与车轮转速仍旧不高。
但是发动机曲轴实实在在的在一分钟内旋转了数千次:高转速提高了发动机输出扭矩,同时也提高了功率马力。所以此时车速虽然不快但是加速很快,如不用以快加速则输出的大马力就能拉动很重物体慢慢移动(起步)了;这就是急加速或牵引重物时需要以低档位高转速驾驶的原因,同时也是高速驾驶时需要降低档位(传动比)拉升发动机转速,提升单位时间内做功叠加次数的目的。
变速箱的高档位是用以放大车速并降低发动机转速的设计,因为内燃机长时间高转速会出现严重磨损,以及过大的噪音与耗油量。车辆在高速行驶中的行驶阻力并不非常大,发动机低转速输出小马力可以维持巡航驾驶;所以此时的齿轮比为发动机曲轴驱动的齿轮直径很大,从动齿轮直径很小,发动机转一圈可以带动小齿轮(与车轮)转很多圈,也就是发动机低转速实现高车速的理想巡航模式了。
说明:高档位巡航时由于发动机的转速基数很小,一分钟内输出的马力也很小。而急加速需要的是输出马力远超行驶阻力才能实现,但低转巡航的输出马力超阻力并不多,所以加速会感觉很缓慢。想要急加速就要降低前进挡(放大单位时间内曲轴转动的次数),是高转速叠加大马力实现大幅超越行驶阻力才能在巡航驾驶中二次急加速,这就是需要降档超车的真正原因,就聊这么多了。
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汽车的发动机扭矩是如何计算出来的?
我是“旋转的方向盘”,欢迎关注!
发动机扭矩计算离不了高中的物理公式所以建议提前做好心里准备。我们知道扭矩是发动机性能参数的重要指标之一,它是发动机做功转化的旋转力矩从而输出到变速机构,可以说它在很大程度上决定了一款发动机性能基础的相对优劣性。虽然依据公式并根据发动机的运转特性我们可以粗略估算发动机某一时刻的瞬时扭矩但瞬时扭矩并不代表就是此发动机的真实扭矩,只能作为一个理想状态的理论参考。
实际情况中发动机的输出扭矩并不是通过复杂的计算而得到,因为四冲程发动机每一个完整循环只有一个冲程做功其余三个冲程都是消耗能量的。因此,在每个冲程下活塞的压力是不同的,哪怕即便有飞轮的存在发动机的运行也并不是理想的“匀速且规律”,当然其扭矩输出也不是恒定不变的。所以,都是通过发动机台架进行定时测试得到一个平均值。
扭矩的理论计算方法扭矩:扭矩就是圆周运动时的力矩,可以简单理解为作用力迫使物体产生旋转的一种特殊力矩。对应发动机曲轴就是燃料燃烧做功产生的压力驱使曲轴产生旋转,最终将旋转的力矩传递出去。
物理中:力矩=力×力臂(直线)
而在旋转状态下:扭矩(特殊的力矩)=力×旋转半径r,因此要想知道发动机的扭矩那曲轴旋转半径r必须是已知的(可以测量),我们需要知道作用力的大小即可。求力!
1.P功率=W功÷时间t,功率就是单位时间做功多少,同样适用于发动机。
2.W功=F力×距离s,作用力×使物体产生位置的距离就代表作用力做了多少功。
3.把公式2中的W功套入公式1中得:
P功率=F力×距离s/时间t,而s距离/时间t就代表其速度的大小,当然这里的速度指的是曲轴旋转的线速度,所以P功率=F力×V线速度。
4.由曲轴线速度V=曲轴角速度ω×曲轴旋转半径r
5.由3结论和4公式得出:F力=P功率/V线速度=P功率/角速度ω×曲轴旋转半径r,再套入公式1中得出扭矩T=P功率/角速度ω,由于角速度是可以测量的所以某一功率下的扭矩就有一个理论计算值。
拓展知识:角速度ω代表的是曲轴旋转角速度(准确的说是曲拐和轴瓦连接中心点),而发动机的转速也用曲轴旋转频率表示的所以它们之间是可以相互转换的。
角速度:单位是弧度/秒,单位时间走的弧度就是角速度;转速:单位为转/分,单位时间旋转几圈就是转速。一个圆周是360度就是旋转一圈也就是2π,所以一弧度就是360/2π≈57度。
角速度是弧度/秒而转速是转/分,所以角速度要想转换成转速就是角速度ω×60/2π=角速度ω×30/π≈角速度ω×0.955。同理转速转换为角速度就是转速n×2π/60。
由上文5公式T扭矩=P功率/角速度ω得出我们常见的公式:P功率=T扭矩×角速度ω=T扭矩×转速n×π/30,P=T×n×π/30,由于发动机功率我们以千瓦为单位因此:
1000P(1KW)=T×n×π/30得到P≈T×n/9549
发动机测功机测试扭矩不需要这么多公式一款发动机的主要性能参数达到什么样的标准其实在设计之初就已经定下了,之后的所有研发和匹配都是以这个设定标准为依据。所以一款新发动机的研发可以长达十年或者更多,车企也不可能随随便便抛弃一款研发多年的发动机。说这的意思就是,当发动机已量产上台架测试的时候这些参数其实已经确定包含其扭矩输出值,台架测试的目的是记录参数和厂家提供数据进行对比来保证发动机的数据的准确性和运行可靠性。又或者是厂家针对研发阶段发动机性能输出是否如设计所需的验证。台架测试发动机扭矩会有专用的扭矩传感测试感应原件,感应原件会对发动机在设定时间下以不同负荷运转从而对扭矩进行测定,绘制扭矩输出图。
测试扭矩的办法有很多,像光电、电磁、震动以及激光多普勒、无线电波等等。虽然它们也都各自有优缺点但是其根本原理还是依据转轴由于转矩作用产生位移变化从而导致接收器信号的变化,从而根据既定算法计算出扭矩输出值。像光电测试办法就是通过并列在转轴上的两个多孔盘(孔的位置和大小、数量一样)由于转矩变化会影响光强度传播从而导致光电感应器接受信号强度的变化而输出不同信号,电脑接受信号后会调取既定数据库信息从而匹配扭矩的大小。
已知发动机主要参数然后估算扭矩前文推导出的公式:功率=扭矩×转速/9550
如果知道某款发动机的功率曲线图就很容易大概估算出其发动机的扭矩值,套入以上公式即可算出大概,因为这个不管是涡轮增压还是自然吸气也不管发动机怎么调教它的功率、扭矩和转速之间的关系永远遵循这个公式。
比如:上图发动机在1000转的时候其输出功率为10.5KW,我们估算下其在1000转时的扭矩是否正确,套入公式T=10.5*9550/1000约等于102N/米,而随着转速的变化功率和扭矩也是动态变化。
320扭矩是什么水平?
320的扭距。
相对来说已经算是强劲的动力系统了。
确切的说已经是高级轿车上使用的动力系统。
比如:奥迪A6上使用的都没有你说道的动力强劲
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什么是力矩,汽车倒档和一档哪个动力好?
有些车子倒挡比1挡还慢,但是有些比1挡快一点,倒挡使用起来的感受是接近前进的一档,但是不会像一档那样存在顿挫感,加油了有点二档的感觉,基本上可以理解成前进挡的一档把,动力比较接近,速度也差不多。
为了安全,倒车需要慢,但是这是四轮汽车遮阳考虑,农用三轮车的倒挡,有些非常快,因为三轮车没有车厢这些挡住视野,可以做得快一点。
也见过一些拖拉机,喜欢用倒挡上坡,这种情况是倒挡比一档要慢,动力要强的那种。
讲白了,档位速度快慢,实际上是传动比决定了的,拿桑塔纳来说,一档传动比是3.455,而倒挡传动比是3.167,所以倒挡会比1挡块一点点。
汽车的大部分时间都在往前跑,所以前进时候才会有各种速度要求,需要多个档位来协调变速,而倒车使用的时间少,一般都是一些调整车子方向和位置的场合才会用到,所以慢点无所谓。而且倒车的情况都是需要微调距离的,快也没用,就是要慢。
倒车时候,人是面向前面坐着的,视野比较窄,如果倒挡速度高,很容易出事故的。
比如Civic Lx Sedan,手动变速箱那种,前进一档的传动比是3.143:1,而倒档的传动比是3.308:1,发动机转速相同而且离合器啮合情况下,前进一档的车速会比倒档慢。
又比如BMW 328i xDrive Sedan,前进一档的传动比为4.71:1,而倒档传动比是3.30:1。在发动机转速相同且离合器啮合情况下,前进一档的车速也会比倒档慢。
倒车的时候,相当于后轮转向和后轮驱动,这是一个非自我稳定的系统,如果有一点点偏向后而不做调整,就会偏得越来越大,也就是倒车不太好控制,速度如果快乐,很不安全。
有些做表演用的车子,倒挡可以跟前进挡速度一样,说明技术上不存在说明难度,只是变速箱可能要稍微麻烦点,因为没有太多场合用到快速的倒挡,从批量生产成本考虑,就设计一个低速的倒挡,就可以满足要求了,没有必要折腾。
一些武器上到是需要考虑这个问题,比如坦克,前进档位和后退档位是一样多的,毕竟打仗的时候需要前进后退都要考虑,如果掉头可能就误了战机了,民用车子如果这样设计,只能说是傻大冒了吧。
扭矩与弯矩的区别是什么?
弯矩和扭矩都是力矩的一种,都是描述内力的,区别就是方向不同。
双手扳筷子就是产生弯矩,拧毛巾就是产生扭矩。
方向:弯矩是在轴线所在平面内,扭矩是在垂直于轴线的平面内。
具体:对于刚体(不考虑变形),一个截面上的内力可以合并为一个合力和一个合力偶。杆件截面分布的应力可以分解为切应力和正应力。
切应力合并的合力、合力偶就是剪力和扭矩。
类似的,正应力的作用效果就合并为轴力和弯矩
这个知识点在材料力学(简单的弹性力学)中,就是把外在的效果:拉压、剪切、受弯、受扭还原成切应力和剪应力来分析变形。
最大扭距和最大功率是是什么意思?
功率和扭距是汽车最高的两个指标
1,功率的物理定义是物体在单位时间内所做的功的多少。对于内燃机而言,我们可以把它理解为燃料在单位时间内所产生能量的多少。因此,功率仅仅是一个描述做工快慢的物理量,功率越高,单位时间内产生的能量就越多,往往汽车的最高速度也越高。
2,扭矩在发动机上的定义是指曲轴端输出的力矩,力矩的大小决定汽车的加速度。因此,扭矩是衡量发动机加速能力的物理量。
3,功率和扭矩的关系: 功率=n×扭矩×转速,从它们的转化公式可以看出,n是一个常数,那么扭矩和转速是成反比例关系。这也很好地解释了为什么当扭矩到达峰值时,继续拉高转速它会骤然下降。
车友会群主,老司机,回答汽车问题为主,一般利用晚上时间亲自码字解答,觉得有用的话,关注并点赞,谢啦
杠杆有什么作用?
好久没写问答了,今天偶然看到这个问题,翻看一下,竟然没有科学领域的作者留下专业的回答。不知道是不是他们都觉得这个问题太简单了,毕竟只是一个初中物理的内容,然而在我眼里这个问题虽然简单,但是普适的。我们经验中的所有机械、大到宇宙、小到量子都符合杠杆原理。下面就来详细说说。
什么是杠杆?
这有什么好说的吗?给我一个支点,就能撬起整个地球,阿基米德的这句话尽人皆知。最简单的杠杆就是跟不容易发生形变的横梁再加上一个坚固的支点,它的特点是,垂直作用于杆两端的作用力与该端到支点距离的乘积相等(或者是力与力到作用点的垂直距离的积),用数学表示就是F1×L1=F2×L2。
杠杆的用途
我们日常生活中处处都有杠杆的影子,毫不夸张地说,有机械的地方就有杠杆的存在。比如撬棍、起钉子的八路,扳手、螺丝刀、瓶起子、跷跷板、杆秤等等,这些是杠杆原型的直接应用。还有一些杠杆的变形、比如滑轮组、从井里提水的辘轳、自行车的链条传动系统、汽车发动机的曲轴都是杠杆的应用。
其实所有的旋转也要用到杠杆原理,比如车轮、门轴等等。可能有小伙伴会奇怪,车轮旋转哪里用到杠杆原理了能,支点在哪?其实车轮是有一个虚拟支点的,那就是车轮圆心处。真实的车轴不可能是一根没有粗细的线,必然是一根有直径的圆棒,车轴的中心与车轮的圆心重合。车轴边缘与车轮边缘就形成了一个杠杆。所以为了减少车轴的摩擦力,就会在车轴和车轮之间装上轴承。
这里小结一下,所有的传动机构都是杠杆原理或者是杠杆原理的推广应用。因为这些都是常见的杠杆机械,大家也容易理解和分析,这里就不多解释了。我们来看一下其它的杠杆变形。
杠杆与宇宙
前面我们把杠杆用数学公式表示出来了,即,F1×L1=F2×L2,这是初中物理的杠杆表达式,到了高中物理我们就知道力与力臂的乘积叫做力矩,这个力矩,对天体运行的影响巨大。以我们的月球为例,我们现在都知道,月球总是以固定的那面对着地球,其原因就是自转周期与公转周期相等。这在天文学上叫做潮汐锁定。
潮汐锁定(或同步自转、受俘自转),其根本原因就是地球和月球都不是一个标准的球体,当月球围绕地球公转并且自转时,如果自周期与公转周期不相等,则月球受到地球引力对自转轴产生的力矩就不为零。结果就是这个力矩让月球越转越慢,直到自转与公转同步。
其实同样的事情也发生在地球和宇宙中所有的天体上,地球同样在越转(自转)越慢。
杠杆与量子力学
我这里的杠杆不再是传统意义上的杠杆,而是数学抽象的那个杠杆,即有一对物理量的乘积恒等,在量子力学中就是量子纠缠的动量。我们可以让两个电子发生相互作用,它们就会沿着直线分开,不论任何时候,我们测量其中一个电子的动量(质量与速度的乘积)都会知道另外一个电子的动量与测量值大小相等方向相反。
这样的物理量在量子力学中还有很多。你可能会问,为什么在宏观和微观中都会出现这种物理量的现象呢?这是因为物理定律的对称性导致的。关于对称性我们不多说了,跑题了。
结束语
如果我们把杠杆的概念展开,事实上杠杆原理几乎能解决我们日常生活中遇到的所有问题,从钟表(仪器)中的摆线齿轮、再到用尺规作图,背后其实都是杠杆原理。这个看似简单的原理其实蕴含着深刻的空间、时间、运动的规律。
有小伙伴可能会说,老郭你就不要故弄玄虚了,把这么一个简单原理弄那么复杂干什么?事实上并不是我要把它弄复杂,而是大道至简,物理学的是朴素的,但它能解决的问题可不简单。
汽车发动机速度降低?
发动机转速降低扭矩可能不变,车速降低输出功率可能提高
扭矩
转速
马力
变速箱
这五点是解释降档加速与低速加速更快的基础,很多人不理解为什么汽车低车速时的加速感会更强(推背感),一般理解应该是车速越快加速越快才对。同时也有些人不理解为什么超车时需要降档,解释这些问题首先需要了解发动机的各项参数的概念。
发动机参数的概念
1:扭矩
燃油动力汽车装备的是“往复活塞式内燃式热机”,其运行原理是通过燃油与空气的混合,在发动机燃烧室(气缸)内部进行燃烧,燃烧的本质是一种在高温环境中发生的剧烈的化学反应。分子剧烈的无规则运动是推动活塞往复运转的基础,这里的重点是“往复循环”,参考下图燃爆一次的循环动作吧。
燃烧推动活塞往下运动,活塞带动连杆、连杆推动曲轴转动、曲轴通过转动的飞轮将“转矩”(动力)输出给变速箱。这一次动作输出的“转矩”就是所谓的扭矩了,白话的说明为一次输出的力量或能量数值的大小,就像挥出一圈等击出多少公斤的概念相同。那么什么决定了扭矩大小呢?答案自然是进气量与喷油量的大小,只有燃烧更多的燃油才能产生更大的能量。
2:转速
问题来了:低车速时车辆的能输出大扭矩吗?标准答案一定是可以,因为车速不代表转速高低,发动机以很高的转速也可以指实现很低的车速,这是变速箱的作用(文末解释)。那么在转速可以升高而不影响车速时,发动机的进气量则必然能够大幅提升,因为油门控制的不是喷油量而是节气门,油门踩的越深节气门翻板开度越大则进气量越大。
内燃机的空气燃料比是固定的(14.7:1),也就是说进入发动机的空气少则喷油量小,此时活塞往复一次转化的扭矩就会低。反之大油门大进气量就会有更大的喷油量,发动机单次输出扭矩大就能实现高性能了。这是转速与扭矩的关系,简而言之:转速越高扭矩才能越大,那么什么是转速呢?
3:马力
转速的概念:每分钟曲轴旋转的次数。曲轴旋转一次是扭矩,曲轴一分钟内旋转输出的“扭矩总和”叫做功率。通俗的解释为一分钟内输出能量的综合,比如扭矩等于一拳200公斤,一分钟内挥拳1000次则等于共计输出的“功率”高达200000公斤;以发动机参数单位计算,发动机扭矩为400N·m,曲轴一分钟内旋转(转速)3000次,输出的总扭矩就应该是120万N·m,但这一数据还不能直接转化为功率。
功率的计算公式:扭矩×转速÷9549=功率。也就是说3000转时的输出功率实际为125kw,功率数值乘以1.36等于米制马力,也就是说3000转时能够输出170马力。1马力的概念是驱动75公斤物体以一米一秒的速度运动,在物体重量不变的前提下输出马力越高则车辆加速效率越高(加速越快),同时车辆的极速也会越高。
这就像一拳“400N·m”的力道可能打不倒对方,但是一分钟内暴击3000次则必胜;或者说人以“400N·m”的扭矩推车一次只能使车辆移动1米,一分钟内以相同的力量连续推动1000次则能移动1000米,一分钟推动3000次则同一时间范围内可以移动数千米;说白了就是单位时间内“相同推力”叠加的次数决定了功率马力的大小,也决定了加速的快慢以移动速度。
总结
降档超车与低速加速快的原因:变速箱的不同档位(齿轮比)可以实现不同的放大方式,比如1挡由发动机驱动的齿轮很小,而从动齿轮(动力输出到车轮的齿轮)直径很大。此时发动机曲轴带动小齿轮转一圈,从动大齿轮才会刚刚挪动,车轮也就挪动了一点点;此时想要为车辆加速则需要让发动机以很高的转速带动小齿轮高转,但即使发动机速度很快而从轮齿轮与车轮转速仍旧不高。
但是发动机曲轴实实在在的在一分钟内旋转了数千次:高转速提高了发动机输出扭矩,同时也提高了功率马力。所以此时车速虽然不快但是加速很快,如不用以快加速则输出的大马力就能拉动很重物体慢慢移动(起步)了;这就是急加速或牵引重物时需要以低档位高转速驾驶的原因,同时也是高速驾驶时需要降低档位(传动比)拉升发动机转速,提升单位时间内做功叠加次数的目的。
变速箱的高档位是用以放大车速并降低发动机转速的设计,因为内燃机长时间高转速会出现严重磨损,以及过大的噪音与耗油量。车辆在高速行驶中的行驶阻力并不非常大,发动机低转速输出小马力可以维持巡航驾驶;所以此时的齿轮比为发动机曲轴驱动的齿轮直径很大,从动齿轮直径很小,发动机转一圈可以带动小齿轮(与车轮)转很多圈,也就是发动机低转速实现高车速的理想巡航模式了。
说明:高档位巡航时由于发动机的转速基数很小,一分钟内输出的马力也很小。而急加速需要的是输出马力远超行驶阻力才能实现,但低转巡航的输出马力超阻力并不多,所以加速会感觉很缓慢。想要急加速就要降低前进挡(放大单位时间内曲轴转动的次数),是高转速叠加大马力实现大幅超越行驶阻力才能在巡航驾驶中二次急加速,这就是需要降档超车的真正原因,就聊这么多了。
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汽车的发动机扭矩是如何计算出来的?
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发动机扭矩计算离不了高中的物理公式所以建议提前做好心里准备。我们知道扭矩是发动机性能参数的重要指标之一,它是发动机做功转化的旋转力矩从而输出到变速机构,可以说它在很大程度上决定了一款发动机性能基础的相对优劣性。虽然依据公式并根据发动机的运转特性我们可以粗略估算发动机某一时刻的瞬时扭矩但瞬时扭矩并不代表就是此发动机的真实扭矩,只能作为一个理想状态的理论参考。
实际情况中发动机的输出扭矩并不是通过复杂的计算而得到,因为四冲程发动机每一个完整循环只有一个冲程做功其余三个冲程都是消耗能量的。因此,在每个冲程下活塞的压力是不同的,哪怕即便有飞轮的存在发动机的运行也并不是理想的“匀速且规律”,当然其扭矩输出也不是恒定不变的。所以,都是通过发动机台架进行定时测试得到一个平均值。
扭矩的理论计算方法
扭矩:扭矩就是圆周运动时的力矩,可以简单理解为作用力迫使物体产生旋转的一种特殊力矩。对应发动机曲轴就是燃料燃烧做功产生的压力驱使曲轴产生旋转,最终将旋转的力矩传递出去。
物理中:力矩=力×力臂(直线)
而在旋转状态下:扭矩(特殊的力矩)=力×旋转半径r,因此要想知道发动机的扭矩那曲轴旋转半径r必须是已知的(可以测量),我们需要知道作用力的大小即可。求力!
1.P功率=W功÷时间t,功率就是单位时间做功多少,同样适用于发动机。
2.W功=F力×距离s,作用力×使物体产生位置的距离就代表作用力做了多少功。
3.把公式2中的W功套入公式1中得:
P功率=F力×距离s/时间t,而s距离/时间t就代表其速度的大小,当然这里的速度指的是曲轴旋转的线速度,所以P功率=F力×V线速度。
4.由曲轴线速度V=曲轴角速度ω×曲轴旋转半径r
5.由3结论和4公式得出:F力=P功率/V线速度=P功率/角速度ω×曲轴旋转半径r,再套入公式1中得出扭矩T=P功率/角速度ω,由于角速度是可以测量的所以某一功率下的扭矩就有一个理论计算值。
拓展知识:角速度ω代表的是曲轴旋转角速度(准确的说是曲拐和轴瓦连接中心点),而发动机的转速也用曲轴旋转频率表示的所以它们之间是可以相互转换的。
角速度:单位是弧度/秒,单位时间走的弧度就是角速度;转速:单位为转/分,单位时间旋转几圈就是转速。一个圆周是360度就是旋转一圈也就是2π,所以一弧度就是360/2π≈57度。
角速度是弧度/秒而转速是转/分,所以角速度要想转换成转速就是角速度ω×60/2π=角速度ω×30/π≈角速度ω×0.955。同理转速转换为角速度就是转速n×2π/60。
由上文5公式T扭矩=P功率/角速度ω得出我们常见的公式:P功率=T扭矩×角速度ω=T扭矩×转速n×π/30,P=T×n×π/30,由于发动机功率我们以千瓦为单位因此:
1000P(1KW)=T×n×π/30得到P≈T×n/9549
发动机测功机测试扭矩不需要这么多公式
一款发动机的主要性能参数达到什么样的标准其实在设计之初就已经定下了,之后的所有研发和匹配都是以这个设定标准为依据。所以一款新发动机的研发可以长达十年或者更多,车企也不可能随随便便抛弃一款研发多年的发动机。说这的意思就是,当发动机已量产上台架测试的时候这些参数其实已经确定包含其扭矩输出值,台架测试的目的是记录参数和厂家提供数据进行对比来保证发动机的数据的准确性和运行可靠性。又或者是厂家针对研发阶段发动机性能输出是否如设计所需的验证。台架测试发动机扭矩会有专用的扭矩传感测试感应原件,感应原件会对发动机在设定时间下以不同负荷运转从而对扭矩进行测定,绘制扭矩输出图。
测试扭矩的办法有很多,像光电、电磁、震动以及激光多普勒、无线电波等等。虽然它们也都各自有优缺点但是其根本原理还是依据转轴由于转矩作用产生位移变化从而导致接收器信号的变化,从而根据既定算法计算出扭矩输出值。像光电测试办法就是通过并列在转轴上的两个多孔盘(孔的位置和大小、数量一样)由于转矩变化会影响光强度传播从而导致光电感应器接受信号强度的变化而输出不同信号,电脑接受信号后会调取既定数据库信息从而匹配扭矩的大小。
已知发动机主要参数然后估算扭矩
前文推导出的公式:功率=扭矩×转速/9550
如果知道某款发动机的功率曲线图就很容易大概估算出其发动机的扭矩值,套入以上公式即可算出大概,因为这个不管是涡轮增压还是自然吸气也不管发动机怎么调教它的功率、扭矩和转速之间的关系永远遵循这个公式。
比如:上图发动机在1000转的时候其输出功率为10.5KW,我们估算下其在1000转时的扭矩是否正确,套入公式T=10.5*9550/1000约等于102N/米,而随着转速的变化功率和扭矩也是动态变化。
320扭矩是什么水平?
320的扭距。
相对来说已经算是强劲的动力系统了。
确切的说已经是高级轿车上使用的动力系统。
比如:奥迪A6上使用的都没有你说道的动力强劲
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