轉(zhuǎn)矩和功率在運動學(xué)中的作用于關(guān)系

文章出處：網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載人氣：發(fā)表時間：2020-09-09 10:12:06

轉(zhuǎn)矩在旋轉(zhuǎn)運動學(xué)中起什么作用？

在旋轉(zhuǎn)運動學(xué)中，轉(zhuǎn)矩取代了線性運動學(xué)中的力。直接等效于牛頓的2??運動定律（F=m a），

τ=Ia。

這里，α是角加速度。是旋轉(zhuǎn)慣量，是旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的屬性，取決于系統(tǒng)的質(zhì)量分布。較大的力，物體很難獲得角加速度。我們在關(guān)于轉(zhuǎn)動慣量的文章中得出了這個表達式。

什么是旋轉(zhuǎn)平衡？

旋轉(zhuǎn)平衡的概念等效于旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)的牛頓1??定律。除非受到外部扭矩作用，否則不旋轉(zhuǎn)的對象將保持不旋轉(zhuǎn)狀態(tài)。類似地，以恒定角速度旋轉(zhuǎn)的物體保持旋轉(zhuǎn)，除非受到外部扭矩作用。

旋轉(zhuǎn)平衡的概念在涉及多個扭矩作用于可旋轉(zhuǎn)物體的問題中特別有用。在這種情況下，重要的是凈轉(zhuǎn)矩。如果可旋轉(zhuǎn)物體上的凈扭矩為零，則它將處于旋轉(zhuǎn)平衡狀態(tài)，并且無法獲得角加速度。

示例1：

考慮一下圖1所示的車輪，它受到兩個力的作用。力的大小F2車輪必須處于旋轉(zhuǎn)平衡狀態(tài)？

車輪扭矩作用

圖1：車輪受到兩個扭矩作用。

扭矩與功率和能量有何關(guān)系？

扭矩，功率和能量之間存在很大的混淆。例如，發(fā)動機的扭矩有時被錯誤地描述為“轉(zhuǎn)彎功率”。

扭矩和能量具有相同的尺寸（即，它們可以用相同的基本單位表示），但是它們并不是對同一事物的度量。它們的不同之處在于，轉(zhuǎn)矩是僅針對可旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)定義的矢量。

但是，如果已知轉(zhuǎn)速，則可以從轉(zhuǎn)矩中計算出功率。實際上，通常不直接測量發(fā)動機的馬力，而是根據(jù)測量的扭矩和轉(zhuǎn)速來計算。關(guān)系是：

P=(F•D)/T

=(F•2πr)/t

=2πτω

=τω

與馬力一起，車輛發(fā)動機產(chǎn)生的峰值扭矩是重要且普遍引用的規(guī)格。實際上，峰值扭矩與總體上描述車輛加速的速度及其拉力的能力有關(guān)。另一方面，馬力（相對于重量）與車輛的最大速度更為相關(guān)。

重要的是要認識到，盡管最大扭矩和馬力是有用的一般規(guī)格，但在進行涉及車輛整體運動的計算時，它們的用途有限。這是因為實際上兩者均根據(jù)轉(zhuǎn)速而變化。一般關(guān)系可以是非線性的，并且對于不同類型的電動機也可以不同，如圖2所示。

扭矩測量數(shù)據(jù)

圖2：不同來源的可用轉(zhuǎn)矩與轉(zhuǎn)速的關(guān)系。

我們?nèi)绾卧黾踊驕p少扭矩？

通常需要增加或減小電動機產(chǎn)生的轉(zhuǎn)矩以適合不同的應(yīng)用。回想一下，杠桿的長度會增加或減小作用在物體上的力，但會以一定的距離推動杠桿。類似地，可以通過使用齒輪傳動裝置來增加或減小由電動機產(chǎn)生的扭矩。扭矩的增加與轉(zhuǎn)速的成比例的降低有關(guān)。兩個齒輪齒的嚙合可以看作等同于一對杠桿的相互作用，如圖3所示。

齒輪杠桿