力矩单位

扭矩计算公式和单位之巴公井开创作

扭矩：扭矩是使物体发生转动的力。发动机的扭矩

就是指发动机从曲轴端输出的力矩。在功率固定的条件下

它与发动机转速成反比关系，转速越快扭矩越小，反之越

大，它反映了汽车在一定范围内的负载能力。

扭矩和功率一样，是汽车发动机的主要指数之一，

它反映在汽车性能上，包含加速度、爬坡能力以及悬挂

等。

它的准确定义是：活塞在汽缸里的往复运动，往复

一次做有一定的功，它的单位是牛顿。在每个单位距离所

做的功就是扭矩了。是这样的，扭矩是衡量一个汽车发动

机好坏的重要尺度，一辆车扭矩的大小与发动机的功率成

正比。举个通俗的例子，比方，像人的身体在运动时一

样，功率就像是身体的耐久度，而扭矩是身体的迸发力。

对于家用轿车而言，扭矩越大加速性越好；对于越野车，

扭矩越大其爬坡度越大；对于货车而言，扭矩越大车拉的

重量越大。在排量相同的情况下，扭矩越大说明发动机越

好。在开车的时候就会感觉车子随心所欲，想加速就可加

速，“贴背感”很好。现在评价一款车有一个重要数据，

就是该车在0－100公里／小时的加速时间。而这个加速时

间就取决于汽车发动机的扭矩。

一般来讲，扭矩的最高指数在汽车2000－4000／

分的转速下能够达到，就说明这款车的发动机工艺较好，

力量也好。有些汽车在5000／分的转速左右才达到该车扭

矩的最高指数，这说明“力量”就不是此车所长。

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，扭矩经常被称为扭力

（在物理学中这是2个分歧的概念）。现在我们举个例

子：8代Civic1.8的扭矩为173.5Nm@4300rpm，暗示引擎

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，实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酿

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，都会发生

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＝9.8Nm1lb-ft＝0.13826kgm1lb-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

弥补一点：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、“扭矩”和“功率”是表征发动机动力性能的重

要指标。发动机通过飞轮对外输出的扭矩称为有效

扭矩，用Te暗示，单位为N．m。有效扭矩与外界施加于

发动机曲轴上的阻力矩相平衡。发动机通过飞轮对外输出

的功率称为有效率，用Pe暗示，单位为kW。它等于有效

转矩与曲轴角速度的乘积。发动机的有效功率可

以用台架试验方法测定，即用测功器测定有效转矩和曲轴

角速度，然后运用以下的公式即可计算出发动机的有效功

率。Pe＝Te．(2∏．n／60)／1000＝Te．n／

9550(kW)其中：Te——有效转矩，N．mn——发

动机转速，r／min有效扭矩的最大值称为最大转

矩，有效功率的最大值称为最大功率。报刊上在

介绍某一车型时，其技术参数中的扭矩和功率通常就是最

大扭矩和最大功率。而发动机铭牌上标明的功率及相应转

速则称为额定功率和额定转速，额定功率一般要小于最大

功率，依照汽车发动机可靠性试验方法的规定，汽车发动

机应能在额定工况下能连续运行300—1000h。关

于扭矩和功率的含义，通俗一点讲，扭矩好比百米赛跑选

手在起跑点蹲撑，蓄势待发，准备冲向前那一霎时的冲

劲；而功率就是维持这股劲可以越跑越快，一直跑到终点

的能力。增大发动机的排量，就能提高Te和Pe。为了增

大发动机排量，可增加气缸数(如3缸变4缸)，或者增加

单位气缸的容积(如增大气缸内径)。

匀速运行，非精确计算可以套用以下公式：Ta=（Fa*I）/

（2*3.14*n1）式中

Ta：驱动扭矩；

Fa：轴向负载N（Fa=F+μmg，F：丝杠的轴向切削力N，μ：导

向面摩擦系数，m：移动物体重量(工作台+工件)kg，g:9.8）；

I：丝杠导程mm；

n1：进给丝杠的正效率。

计算举例：

假设工况：水平使用，伺服电机直接驱动，2005滚珠丝杠传

动，25滚珠直线导轨承重和导向，理想装置，垂直均匀负载

1000kg，求电机功率：

Fa=F+μmg，设切削力不考虑，μ=0.005，得Fa=49N；

以台湾产某品牌伺服为例，查样本得知，额定扭矩大于，小了。

400W额定1.27N.M，是所需理论扭矩的1.5倍）。

当然咯，端部装置部分和滚珠丝杠螺母预压以及润滑不良会对系

统发生静态扭矩，也称初始扭矩，实际选择是需要考虑的。而

且，该结果仅考虑驱动这个静止的负载，如果是机床工作台等设

备，还要考虑各向切削力的影响。