举例说明--以小齿轮带动大齿轮,假设小齿轮的齿数为15齿,大齿轮的齿数为45齿。当小齿轮以3000rpm的转速旋转,而扭矩为20kg-m时,传递至大齿轮的转速便降低了1/3,变成1000rpm;但是扭矩却放大了三倍,成为60kg-m。这就是发动机扭矩经过变速箱可降低转速并放大扭矩的基本原理。 在汽车上,发动机将动力输出至轮胎共经过两次扭矩放大的过程,第一次是由变速箱的档位作用而产生,第二次则取决于最终齿轮比(或称最终传动比,也可称为尾牙)。扭矩的总放大倍率就是变速箱齿比与最终齿轮比的相乘倍数。举例来说,一辆手动档的思域,一档齿轮比为3.250,最终齿轮比为4.058,而引擎的最大扭矩为14.6kgm/5500rpm,于是我们可以算出第一档的最 大扭矩经过放大后为14.6×3.250×4.058=192.55kgm,比原引擎放大了13倍。此时再除以轮胎半径约0.41m,即可获得推力约为470公斤。然而上述的数值并不是实际的推力,毕竟机械传输的过程中必定有磨耗损失,因此必须将机械效率的因素考虑在内。 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,自动变速箱较惨,约剩88%左右,而传动轴的万向接头效率约为98%,各位可以自己计算一下就知道实际的推力还剩多少。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(单位为公尺) |
从「马力hp=扭力×转速/727」看来,如果能增加引擎转速,扭力不变的情况下,便能增加马力。例如若能将转速从6000rpm增加到8000rpm,等于增加了33%,但因为凸轮轴的角度限制使得8000rpm时扭力下降了10%,而这种情况下仍能使马力增加19.7%,这说明了时下改装计算机为何能在解除断油后大幅增加马力。所以希望大家在改装电脑是更加谨慎。 让我们从另外一个角度来想:如果在同样的转速下,增加20匹马力,代表能增加多少推力呢?以最大扭力点发挥于5000rpm的情况下,将公式稍微变换一下,可发现增加的扭力=20hp×727/ 5000rpm=2.9kgm。再将这个结果代入汽车驱动力的公式,同样以思域的一档计算,2.9×3.250×4.058/0.41=93公斤。对于一吨重的车身而言,影响似乎也不怎么大;再者如果相差5匹马力的话,推力更仅增加23公斤,可见相差5匹马力,根本也没差多少,所以能“增加5匹马力”的产品,到底应该花多少钱去改装,您自己会拿捏了吧? 大马力决定真性能! 到底大马力的车子跑得快,还是大扭力的车子跑得快?从公式可以知道大马力的原因是:高转速的时候仍保有高扭力数值,也就是说要有大马力,不只是低转速的扭力要好,连高转速的扭力都得继续维持,这表示扭力与马力的争论根本是多余的,只要能做到高马力,除了表示各转速区域的扭力都很大之外,更代表材料技术的优越性,将活塞、进排气门的材质与重量予以强化与轻量化,才能将引擎转速提高。 扭矩与功率的换算公式推导 假设一圆的半径为r(单位为m),扭矩为T(单位为N-m),则圆周上切线方向的力F=T/r,由于功率的定义为「每秒钟所作的功」,对于圆周?动而言,每旋转一圈所作的功为:F×圆周总长2πr 将F=T/r代入计算,每一圈所作的功Work=F×2πr=(T/r)×2πr=2πT 再乘上引擎转速rpm就是每分钟所作的功,但功率P的单位是N-m/sec ,所以需除以60,转换成每秒所作的功。代入公式:P=T2πrpm/60,将常数整理后,则可得P(kW)=Trpm/9545。 由上文可见,一台车的动力由发动机传输到车轮,需要经过多组齿轮因此有所损耗,如果德制马力测的是传递到车轮上的动力,那么同样发动机用在不同车型上的动力输出应该不同,试拿bmw330和bmw530做比较,其功率均是225hp/5900rpm;结论,要么bmw在数据上造假,要么它测的是发动机曲轴飞轮上的输出净值。 |
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