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扭矩

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  • 发布时间:2013/9/17 11:53:14
  • 作者:银河电气

  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。

一、定义

  扭矩(Torque,也称为转矩)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=0.13826kgm。

二、原理

  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、爬坡能力等。它的准确定义是:活塞在汽缸里的往复运动,往复一次就会做一定的功,它的国际标准单位是焦耳(J)。在每个单位距离所做的功就是扭矩了。通俗点讲,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。

  在某些场合能真正反映出汽车的“本色”,例如启动时或在山区行驶时,扭矩越高汽车运行的反应便越好。以同类型发动机轿车做比较,扭矩输出愈大承载量愈大,加速性能愈好,爬坡力愈强,换挡次数愈少,对汽车的磨损也会相对减少。尤其在轿车零速启动时,更显示出扭矩高者提升速度快的优越性。

三、计算

  驱动力=扭矩×变速箱齿比×最终齿轮比×机械效率÷轮胎半径(单位:米)。

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

  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。

  为什么引擎的功率能由扭矩计算出来?

  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。

四、测量

  在运转中,轴之间功率的传递是在一定转速下通过轴上所受的扭矩来传递的(有些情况下轴是处于静止状态下受扭的)。

  传统测量扭矩的方法一般是将传递的扭矩和转速同时测量,此两项参数的乘积即为该轴传递的功率。而扭矩测量仪表按其工作原理可分为三大类:

  第一类是根据牛顿第三定律作用力与反作用力相等的原理设计的,该方法有一定的局限性,只能测静态力矩,采用这种方案的扭矩测量案例有:扭力扳手、静态扭矩实验测量装置等;

  第二类是利用扭力轴受扭要产生一定扭转角或应变的原理设计的,并可通过直接测量扭转角或应变的大小来确定扭矩的大小,已有的测转角测扭矩的方案有:电磁式测转交测扭矩、光电式测转角测扭矩、激光式测转角测扭矩、电容式测转角测扭矩等;

  第三类是测应变测扭矩,该方案首先测量旋转轴表面的应力应变值,再将测量值代入相应的力学公式这算,最终获得旋转轴上承受的扭矩大小。例如:声表面波传感器、逆磁致伸缩材料传感器、压电式扭矩传感器等。

  对于电机扭矩的测量,一般采用机械式扭矩仪的测量方法,此方法存在如下缺陷:

  1. 需要专用的联接工装,电机不同或扭矩传感器不同都可能导致需要重新制作联接工装;

  2. 安装不当会加大扭矩测量误差甚至损坏扭矩传感器;

  3. 扭矩传感器的扭矩和转速测量范围较窄,过大的扭矩,过高的转速可能导致扭矩传感器损坏,而过小的扭矩和过低的转速又会导致测量不准确;

  4. 某些风机、水泵与电机采取固定连接,由于电机和风机、水泵的转轴不能分离,无法安装传统扭矩传感器。

  针对目前电机扭矩测量的这些缺陷,湖南银河电气有限公司推出一款新型的电机系统轴功率测量仪器——TN4000电子式扭矩仪。该扭矩仪改变了传统的扭矩测量方法,通过测量电机输入点参量及转速等相关参数计算出电机的输出轴功率,再根据电机轴功率和转速计算出电机的扭矩。TN4000电子式扭矩仪具有如下特点:

  1、使用便捷

  用户无需花费大量资金来购买各种不同型号的扭矩传感器及联轴器以满足不同型号电机的试验需要,也无需花费大量时间和人力来安装、耦合扭矩传感器。

  2、宽范围测量

  TN4000电子式扭矩仪采用宽测量范围的SP系列变频功率传感器测量电机电参量、采用宽范围的DM系列频率测试子站测量转速,一台电子式扭矩仪可实现0.005%~100%额定轴功率的准确测量,对于大多数电机系统的检试验实验室,只需按照最大电机功率配置一台电子式扭矩仪即可实现所有型号电机的扭矩测试。

  3、多参量测量

  测量电机输出扭矩、转速的同时,还可通过DM系列分布式电量测量子站SP系列变频功率传感器量电机的电压、电流、频率、功率、谐波等输入电参量,通过DM4022转速测量子站DM4032温度测量子站测量电机转速、运行温度等其它参量,采用同一套装置可同时实现电机和电机系统的试验。

TN4000电子式扭矩仪

TN4000电子式扭矩仪

五、应用

  TN4000电子式扭矩仪主要应用场合包含:不能或不易安装传统扭矩传感器的电机或电机系统试验、风机、水泵型式试验和出厂试验、风机、水泵等电机系统实时运行能效监测。其典型应用原理框图示意如下所示:

TN4000电子式扭矩仪应用原理

TN4000电子式扭矩仪应用原理框图

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  作者:量值溯源

  单位:湖南银河电气有限公司(http://www.vfe.cc/)


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