扭矩与功率公式

扭矩与功率公式
扭矩与功率公式

扭矩与功率公式
功率：
什么是功率?功率就是表示物体做功快慢的物理量,物理学里功率P＝功W/时间t,单位是瓦w,我们在媒体上常常看见的功率单位有kw、ps、hp、bhp、whp等,还有意大利以前用的cv,在这里边千瓦kw是国际标准单位,1kw＝1000w,用1秒做完1000焦耳的功,其功率就是1kw.日常生活中,我们常常把功率俗称为马力,单位是匹,就像将扭矩称为扭力一样.在汽车上边,最大的做功机器就是引擎,引擎的功率是由扭矩计算出来的,而计算的公式相当简单：功率(w)＝2π×扭矩(Nm)×转速(rpm)/60,简化计算后成为：功率(kw)=扭矩(Nm) ×转速(rpm)/9549.然而功率kw要如何转换成大家常见的多少匹马力的呢?由于英制与公制的不同,对马力的定义基本上就不一样.英制的马力(hp)定义为：一匹马于一分钟内将200磅(lb)重的物体拉动165英呎(ft),相乘之后等于33,000lb-ft/min；而公制的马力(ps)定义则为一匹马于一分钟内将75kg的物体拉动60米,相乘之后等于4500kgm/min.经过单位换算,(1lb=0.454kg;1ft=0.3048m)竟然发现1hp=4566kgm/min,与公制的1ps=4500kgm/min有些许差异,而如果以瓦作单位(1w=1Nm/sec=9.8kgm/sec)来换算的话,可得1hp=746w;1ps=735w,两项不一样的结果,相差1.5%左右.到底世界上为什么会有英制与公制的分别,就好像为什么有的汽车是右舵,有的却是左舵一样,是人类永远难以协调的差异点.若以大家比较熟悉的几个测试标准来看,德国的DIN与欧洲共同体的新标准EEC有日本的JIS是以公制的ps为马力单位,而SAE使用的是英制的hp为单位,但由于世界一体化经济的来临和为了避免复杂换算,越来越多的原厂数据已改提供毫无争议的国际标准单位千瓦kw作为引擎输出的功率数值.
小结：1hp=0.746kw 1ps=0.735kw 1hp＝1.014966ps
与hp计算毛马力不同,whp和bhp则是用不同方法测得的以hp为基础的功率单位,就是wheel horse power（车轮马力）和brake horse power（制动马力）,whp是dyno（俗称跑步机,测功率用的）测出的车轮输出功率,bhp则是引擎加上发电机,水泵等附件从engine shaft测量出来的功率数值,用bhp作单位,bhp和hp的差别很小.
扭矩：
扭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,此外我们还可以看见kgm、lb-ft这样的扭矩单位,由于G=mg,当g=9.8的时候,1kg＝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.在人们日常表达里,扭矩常常被称为扭力（在物理学中这是2个不同的概念）.现在我们举个例子：8代Civic 1.8的扭矩为173.5Nm@4300rpm,表示引擎在4300转/分时的输出扭矩为173.5Nm,那173.5N的力量怎么能使1吨多的汽车跑起来呢?其实引擎发出的扭矩要经过放大（代价就是同时将转速降低）这就要靠变速箱、终传和轮胎了.引擎释放出的扭力先经过变速箱作“可调”的扭矩放大（或在超比挡时缩小）再传到终传（尾牙）里作进一步的放大（同时转速进一步降低）,最后通过轮胎将驱动力释放出来.如某车的1挡齿比（齿轮的齿数比,本质就是齿轮的半径比）是3,尾牙为4,轮胎半径为0.3米,原扭矩是200Nm的话,最后在轮轴的扭力就变成200×3×4＝2400Nm（设传动效率为100%）在除以轮胎半径0.3米后,轮胎与地面摩擦的部分就有2400Nm/0.3m＝8000N的驱动力,这就足以驱动汽车了.
若论及机械效率,每经过一个齿轮传输,都会产生一次动力损耗,手动变速箱的机械效率约在95%左右,自排变速箱较惨,约剩88%左右,而传动轴的万向节效率约为98%.整体而言,汽车的驱动力可由下列公式计算：
扭矩×变速箱齿比×最终齿轮比×机械效率
驱动力= ————————————————————
轮胎半径（单位：米）
小结：1kgm＝9.8Nm 1lb-ft＝0.13826kgm 1lb-ft＝1.355Nm
一般来说,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
补充一点：为什么引擎的功率能由扭矩计算出来呢?
我们知道,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,在弧度制中一个派代表180度