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功率、扭矩和压力

2012-6-14 10:31| 发布者: 巨车网| 查看: 3255| 评论: 0

摘要:   由于不同地方不同习惯的关系,产生了很多套单位制度,有英制、公制等。在与汽车相关的功率,扭矩,气压等方面,也存在不同的单位制,现在我们就来了解一下功率、扭矩和压强的关系以及它们的单位。  功率:   ...
  由于不同地方不同习惯的关系,产生了很多套单位制度,有英制、公制等。在与汽车相关的功率,扭矩,气压等方面,也存在不同的单位制,现在我们就来了解一下功率、扭矩和压强的关系以及它们的单位。

  功率:
  常见功率单位:KW千瓦、PS马力、hp、bhp、whp、cv(意大利用)。

  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 (1马力等于多少KW的答案)

  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。

  换算关系:
  1hp=746w
  1ps=735w
  1cv=0.73549875kw
  1kw=1.359621617cv
  1bhp=0.73kw
  1hp=746w=1.032ps
  1ps=0.986hp=735w
  1kw=1.34bhp
 
  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。引擎释放出的扭矩先经过变速箱作“可调”的扭力放大(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。

  压力:
  我们知道,压强P=压力F/受力面积S,压强的国际单位是帕斯卡Pa,在汽车领域,很多人将轮胎、增压器、管道里的压强惯称为压力(注意,在物理学中是完全不同的概念)在轮胎里的气压人们通常用千克/平方厘米kg/cm^2表示,俗称多少公斤,在管道和增压器里,通常用巴bar这个压强单位。在中学物理的托里拆利实验中,我们知道一个标准大气压等于76mm汞柱,通过计算,一标准大气压=101325pa,又因为1pa=1N/1m^2,所以1Pa=0.1020408kg/m^2,而1kg/cm^2=0.98bar。

  小结:一标准大气压=1.0339285kg/cm^2=1.0132499bar。

  可见1bar、1kg/cm^2和一标准大气压是基本相同的。
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