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什么是扭矩及扭矩是如何計算的

摘要:介紹什么是動態扭矩和靜態扭矩,扭矩測量基礎知識。

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最遠的一側。向最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。

扭矩測量示例

1:以最大扭矩打開門。

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。

扭矩如何計算?

轉矩矢量的大小 \ tauτ 給定力產生的扭矩 F?F ?F

τ=F?Rsin (θ

哪里 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,如圖2所示。

轉矩矢量方向

2:使用右手法則找到的轉矩矢量的方向。

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。


         
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