汽车领域中扭矩究竟是怎么计算的

汽车领域中扭矩究竟是怎么计算的

扭矩是汽车工程中的一个核心概念，它不仅影响着车辆的加速性能，还与发动机的设计密切相关。本文将深入探讨扭矩的多种计算方法，从基本的物理原理出发，结合汽车工程的实际应用，帮助读者全面理解这一重要参数。

扭矩的基本计算方法

扭矩的计算方法有多种。首先常见的公式是驱动力计算公式：

驱动力 = 扭矩 × 变速箱齿比 × 主减速器速比 × 机械效率 ÷ 轮胎半径

对于旋转物体的扭矩，其计算公式为：

T = 9550P/n

其中：

• P 是功率，单位是 kW
• n 是转速，单位是转/分（r/min）
• T 是扭矩，单位为 Nm

扭矩与物理原理

扭矩还等于力×力臂。在发动机中，燃料燃烧做功产生压力，驱使曲轴旋转。要计算扭矩，需要先知道曲轴旋转半径 r 和作用力大小。

在物理中，力矩（力×力臂）在旋转状态下表现为扭矩，即力×旋转半径 r。求力的话，因为功率 P = W（功）÷ 时间 t，而 W（功）= F（力）× 距离 s，所以：

P（功率）= F（力）× 距离 s / 时间 t

这里 s / 时间 t 代表速度，指的是曲轴旋转的线速度。因此：

P（功率）= F（力）× V（线速度）

再由曲轴线速度 V = ω（角速度）× r（曲轴旋转半径），得出：

F（力）= P（功率）/ ω（角速度）× r（曲轴旋转半径）

从而得出扭矩 T：

T = P（功率）/ ω（角速度）

纯物理问题中的扭矩计算

在纯物理问题计算中，忽略摩擦力时，力矩 = 力 × 半径。扭矩的公式符号为“M”，单位为牛顿米 (Nm)。计算方法是将杠杆长度“r”乘以垂直作用力“F”。

电机中计算扭矩的最简单公式是杠杆长度与垂直于杠杆施加的力 F 的矢量积：

M = r × F

气缸设计对扭矩的影响

在一定排量情况下：

• 小缸径长行程的气缸更注重扭矩发挥，转速不高，适用于重载车辆
• 大缸径短行程的气缸更注重动力输出，速度通常更高，适用于快速行驶车辆

功率与扭矩的关系

功率与扭矩速度成正比。具体来说：

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，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

因此，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。

汽车驱动力计算公式

整体而言，汽车的驱动力可由下列公式计算：

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）

单位换算

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

总结

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。