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轉矩和功率在運動學中的作用于關系

2021-04-20 03:07:43

  什么是扭矩?

  扭矩是可以導致物體繞軸旋轉的力的量度。正如力是導致物體在線性運動中加速的原因一樣,轉矩是導致物體獲得角加速度的原因。

  扭矩是矢量。轉矩矢量的方向取決于軸上力的方向。

  任何曾經打開過門的人都會對扭矩有一個直觀的了解。當一個人打開門時,他們將門推到離鉸鏈遠的一側。向靠近鉸鏈的一側推動需要更大的力。盡管在兩種情況下所做的工作都是相同的(在較小的距離上會施加較大的力),但人們通常更喜歡施加較小的力,因此通常是門把手的位置。

  扭矩可以是靜態的或動態的。

  靜態力矩是一種不產生角加速度的。有人推著關閉的門正在向門施加靜態扭矩,因為盡管施加了力,但門并未繞其鉸鏈旋轉。有人以恒定速度踩踏自行車也會施加靜態扭矩,因為它們沒有加速。

  從起跑線加速的賽車中的驅動軸承載著動態扭矩,因為在賽車沿軌道加速的情況下,它必須產生車輪的角加速度。

  描述扭矩時使用的術語可能會造成混淆。工程師有時將“力矩”或“扭力”與“扭矩”互換使用。力作用的半徑有時稱為力矩臂。


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  扭矩如何計算?

  轉矩矢量的大小給定力產生的扭矩是

  τ=F?Rsin(θ)

  R是力矩臂的長度,θ是力矢量和力矩臂之間的角度。對于圖1所示的門,力為直角90°到力矩臂,因此正弦項變為1且τ=F?r。

  按照慣例,使用右手抓握規則可以找到扭矩矢量的方向。如果手沿旋轉軸卷曲,而手指指向力的方向,則轉矩矢量指向拇指的方向。

  如何測量扭矩?

  扭矩的單位是牛頓米(N.m)。

  在標稱單位中,通常使用千克?力。這是令人困惑的,因為通俗地說,千克?力有時被用作質量單位,有時被用作力。這里的意思是千克?力,這是由于地球重力作用在一千克物體上的力。這些單位的大小通常與1千克?力≈9.8牛頓米(N.m)。

  在非旋轉系統中測量靜態扭矩通常很容易,并且可以通過測量力來完成。給定力矩臂的長度,可以直接找到扭矩。在旋轉系統中測量扭矩要困難得多。一種方法是通過測量傳動軸金屬內的應變來工作,該應變傳遞扭矩并無線發送此信息。

  軸承摩擦力矩測量儀廠家介紹轉矩在旋轉運動學中的作用?

  在旋轉運動學中,轉矩取代了線性運動學中的力。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。是旋轉慣量,是旋轉系統的屬性,取決于系統的質量分布。較大的力,物體很難獲得角加速度。我們在關于轉動慣量的文章中得出了這個表達式。

  什么是旋轉平衡?

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

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

  我們如何增加或減少扭矩?

  通常需要增加或減小電動機產生的轉矩以適合不同的應用?;叵胍幌?,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生的扭矩。扭矩的增加與轉速的成比例的降低有關。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。

  為了在由內燃機驅動的車輛中獲得良好的性能,必須使用可調齒輪。這些發動機僅在狹窄的高轉速范圍內產生扭矩??烧{節的傳動裝置允許在發動機的任何給定轉速下將足夠的扭矩傳遞到車輪。

  自行車需要齒輪,這是因為人們無法以足夠的節奏踩踏踏板,而直接驅動車輪時除外。

  在由電動機驅動的車輛中,通常不需要可調齒輪。在這兩種情況下,低速時都可獲得高轉矩,并且在較大的速度范圍內相對恒定。


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