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  • 1 # 勃飛720113

    不一定!

    扭矩是指觸感裝置旋轉時正常工作範圍內可以承受的最小力矩,單位是牛頓×米。對觸感裝置來說,施加的扭矩過小,尤其是接近臨界值時,容易損壞裝置,因此使用中應注意超過這個數值。扭矩可以用持續和瞬間兩種方法表示,此外,只有帶有旋轉功能的觸感裝置才有此引數,只有平移工作空間的觸感裝置沒有此引數。

    汽車驅動理論

    馬力與扭力哪一項最能具體代表車輛效能?有人說「起步靠扭力,加 速靠馬力」,也有人說「馬力大代表極速高,扭力大代表加速好」,其實這些都是片段的錯誤解釋,其實車輛的前進一定是靠引擎所發揮 的扭力,所謂的「扭力」在物理學上應稱為「扭矩」,因為以訛傳訛的結果,大家都說成「扭力」,也就從此流傳下來,為導正視聽,

    本文以下皆稱為「扭矩」。

    扭矩的觀念從小學時候的「槓桿原理」就說明過了,定義是「垂直方向的力乘上與旋轉中心的距離」,公制單位為牛頓-米(N-m),除以重力加速度 9。8m/sec2之後,單位可換算成華人熟悉的公斤-米(kg-m)。英制單位則 為磅-??lb-ft),在美國車的型錄上較為常見,若要轉換成公制,只要將lb-ft的數字除以7。

    22即可。

    汽車驅動力的計算方式:

    將扭矩除以車輪半徑即可由引擎馬力-扭力輸出曲線圖可發現,在每一個轉速下都有一個相對的 扭矩數值,這些數值要如何轉換成實際推動汽車的力量呢?答案很簡單,就是「除以一個長度」,便可獲得「力」的資料。舉例而言,一 部1。

    6升的引擎大約可發揮15。0kg-m的最大扭力,此時若直接連上185/ 60R14尺寸的輪胎,半徑約為41公分,則經由車輪所發揮的推進力量為15/0。41=36。6公斤的力量(事實上公斤並不是力量的單位,而是重量的單位,須乘以重力加速度9。8m/sec2才是力的標準單位「牛頓」)。

    36公斤的力量怎麼推動一公噸的車重呢?而且動輒數千轉的引擎轉速更不可能恰好成為輪胎轉速,否則車子不就飛起來了?幸好聰明的人類發明了「齒輪」,利用不同大小的齒輪相連搭配,可以將旋轉的速度降低,同時將扭矩放大。由於齒輪的圓周比就是半徑比,因此從小齒輪傳遞動力至大齒輪時,轉動的速度降低的比率以及扭矩放大的倍數,都恰好等於兩齒輪的齒數比例,這個比例就是所謂的「齒輪比」。

    舉例說明,以小齒輪帶動大齒輪,假設小齒輪的齒數為15齒,大齒輪的齒數為45齒。

    當小齒輪以3000rpm的轉速旋轉,而扭矩為20kg-m時,傳遞至大齒輪的轉速便降低了1/3,變成1000rpm;但是扭矩反而放大三倍,成為60kg-m。

    這就是引擎扭矩經由變速箱可降低轉速並放大扭矩的基本原理。

    在汽車上,引擎輸出至輪胎為止共經過兩次扭矩的放大,第一次由變 速箱的檔位作用而產生,第二次則導因於最終齒輪比(或稱最終傳動 比)。扭矩的總放大倍率就是變速箱齒比與最終齒輪比的相乘倍數。

    舉例來說,手排六代喜美的一檔齒輪比為3。250,最終齒輪比為4。058,而引擎的最大扭矩為14。6kgm/5500rpm,於是我們可以算出第一檔的最 大扭矩經過放大後為14。6×3。250×4。058=192。55kgm,比原引擎放大了13倍。

    此時再除以輪胎半徑約0。41m,即可獲得推力約為470公斤。然而上述的數值並不是實際的推力,畢竟機械傳輸的過程中必定有磨 耗損失,因此必須將機械效率的因素考慮在內。

    論及機械效率,每經過一個齒輪傳輸,都會產生一次動力損耗,手排變速箱的機械效率約在95%左右,自排變速箱較慘,約剩88%左右,而傳動軸的萬向接頭 效率約為98%,各位自己乘乘看就知道實際的推力還剩多少。

    整體而 言,汽車的驅動力可由下列公式計算:

    扭矩×變速箱齒比×最終齒輪比×機械效率

    驅動力= ————————————————————

    輪胎半徑(單位為公尺)

    馬力亦非「力」乃「功率」的一種

    瞭解如何將扭矩經由變速箱的齒比放大成為實際推力之後,接著可以研究什麼叫做「馬力」。

    馬力其實也不是一種「力」,而是一種功率 (Power)的單位,定義為單位時間內所能做「功」的大小。儘管如此,我們不得不繼續使用「馬力」這個名字,畢竟已經用太久了,講「功率」恐怕沒幾個消費者聽得懂?

    功率是由扭矩計算出來的,而計算的公式相當簡單:功率(W)=2π× 扭矩(N-m)×轉速(rpm)/60,簡化計算後成為:功率(kW)=扭矩(N-m) ×轉速(rpm)/9549,詳細的推導請參看方塊文章。

    然而功率kW要如何 轉換成大家常見的「馬力」呢,這又有一段故事得講。

    英制或公制?

    1PS=735W;1hp=746W

    馬力定義竟然不一樣!

    談到引擎的馬力,相信不少人會直覺地想到什麼DIN、SAE、EEC、JIS等等不同測試標準,到底這些標準的差異在哪兒,以後有空再研究;有點誇張的是由於英制與公制的不同,對「馬力」的定義基本上就不一樣。

    英制的馬力(hp)定義為:一匹馬於一分鐘內將200磅(lb)重的物體拉動165英??ft),相乘之後等於33,000ft-lb/min;而公制的馬力(PS)定義則為一匹馬於一分鐘內將75公斤的物體拉動60公尺,相乘之後等於4500kg-m/min。

    經過單位換算,(1lb=0。454kg;1ft=30。48cm)竟然發現1hp=4566kg-m/min,與公制的1PS=4500kg-m有些許差異,而如果以功率W(1W=1Nm/sec= 9。8kgm/sec)來換算的話,可得1hp=746W;1PS=735W兩項不一樣的結果。

    同樣是「馬力」,英制馬 力與公制馬力的定義竟然不一樣!難道英國馬比較「有力」嗎?

    到底世界上為什麼會有英制與公制的分別,就好像為什麼有的汽車是右駕,有的卻是左駕一樣,是人類永遠難以協調的差異點。若以大家 比較熟悉的幾個測試標準來看,德國的DIN與歐洲共同體的新標準 EEC還有日本的JIS是以公制的PS為馬力單位,而SAE使用的是英制的 hp為單位,但為了避免複雜,本刊一率將馬力的單位標示為hp。

    近來,越來越多的原廠資料已改提供絕對無爭議的KW作為引擎輸出的功率數值。

    不過話說回來,1PS與1hp之間的差異僅1。5%,每一百匹馬力差1。5匹,差異並不大。一般房車的馬力多半僅在200匹馬力以下,兩者由於定義的差異也僅3匹馬力左右,因此如果您真要「馬馬計較」,就把SAE 標準的資料多個1。

    5%吧!不過SAE、JIS、DIN、EEC各種測試標準之 間亦有些許差異,這個老問題已經爭論過很多次了,單位之間不能真正劃上等號,然而在差別不怎麼多的情況之下,就當作相同吧!因此 管他是PS或hp,都差不多可以視為相等。

    終於可以做結論了!將上述獲得的馬力與功率換算方式代入功率與扭矩的換算公式,並且將扭矩的單位換算為大家熟悉的kg-m之後,可得下列結果:

    英制馬力hp=扭力(kg-m)×引擎轉速(rpm)/727

    公制馬力PS =扭力(kg-m)×引擎轉速(rpm)/716

    知道這些公式之後有什麼用呢?從「馬力hp=扭力×轉速/727」看來, 如果能增加引擎轉速,扭力不變的情況下,便能增加馬力。

    例如若能 將轉速從6000rpm增加到8000rpm,等於增加了33%,但因為凸輪軸的 限制使得8000rpm時的扭力下降了10%,則仍能使馬力增加19。7%,這 說明了時下改裝計算機的為何能在解除斷油後大幅增加馬力。

    所以不要被「增加??匹馬力」的廣告所著魔。

    讓我們從另外一個角度來想:如果在同樣的轉速下,增加20匹馬力,代表能增加多少推力呢?以最大扭力點發揮於5000rpm的情況下,將公式稍微變換一下,可發現增加的扭力=20hp×727/ 5000rpm=2。9kgm。再將這個結果代入汽車驅動力的公式,同樣以喜美 的一檔計算,2。

    9×3。250×4。058/0。41=93公斤。對於一噸重的車身而言,影響似乎也不怎麼大;再者如果相差5匹馬力的話,推力更僅增加23公斤,可見相差5匹馬力,根本也沒差多少,所以能「增加5匹馬力」的產品,到底應該花多少錢去改裝,您自個兒會拿捏了吧?

    大馬力決定真效能!

    到底大馬力的車子跑得快,還是大扭力的車子跑得快?從公式可以知 道大馬力的原因是「高轉速的時候仍保有高扭力數值」,也就是說要 有大馬力,不只是低轉速的扭力要好,連高轉速的扭力都得繼續維持 ,這表示扭力與馬力的爭論根本是多餘的,只要能做到高馬力,除了表示各轉速區域的扭力都很大之外,更代表材料技術的優越性,將活塞、進排氣閥門的材質與重量予以強化與輕量化,才能將引擎轉速提高。

    扭矩與功率的換算公式推導

    假設一圓的半徑為r(單位為m),扭矩為T(單位為N-m),則圓周上切線 方向的力F=T/r,由於功率的定義為「每秒鐘所作的功」,對於圓周?動而言,每旋轉一圈所作的功為:F×圓周總長2πr 將F=T/r代入計算,每一圈所作的功Work=F×2πr=(T/r)×2πr=2πT

    再乘上引擎轉速rpm就是每分鐘所作的功,但功率P的單位是N-m/sec ,所以需除以60,轉換成每秒所作的功。

    代入公式:P=T2πrpm/60,將常數整理後,則可得P(kW)=Trpm/9545。

    由上文可見,一臺車的動力由發動機傳輸到車輪,需要經過多組齒輪因此有所損耗,如果德制馬力測的是傳遞到車輪上的動力,那麼同樣發動機用在不同車型上的動力輸出應該不同,試拿bmw330和bmw530做比較,其功率均是225hp/5900rpm;結論,要麼bmw在資料上造假,要麼它測的是發動機輸出淨值。

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