物理量:功率,扭矩,转速,车速。而“马力”是功率的一个单位。功率也可以用其他单位来表达,比如瓦、千瓦等。
他们分别是啥意思呢?
车速顾名思义,车辆的速率,最随意马虎理解的观点。便是车辆在单位韶光里行驶过的间隔。
你可以用不同的单位表达。比如一台车的行驶速率可以是:
36千米/小时。意味着如果它保持匀速,它将在一个小时行家驶36千米(公里)10米/秒。意味着如果它保持匀速,他将在一秒钟行家驶10米而这两个表达是一样的。如果一辆车延直线行驶,一秒钟行驶10米,则意味着一分钟行驶600米,一个小时也便是行驶36000米,也便是36千米。
表达式呢:V=S/T (车速=间隔/韶光)
当然,这里都是不考虑方向和转弯的直线速率。这个是重点。
转速
也顾名思义,某个物体迁徙改变的速率,在一定的韶光内迁徙改变多少圈(或者多少角度)。在汽车的语境中,最常日用的是发动机的转速,但也会在打算中涉及比如车轮的转速,或者驱动轴转速等。
转速可以有什么单位表达呢?比如
°/秒(或者°/ms)。比较少用在车辆的打算中,但是会用在打算频率较高的发动机掌握中。每360°便是一圈,以是我们可以先假设有一个发动机在以360°/秒的转速迁徙改变圈/秒,有些厂商在利用这个单位时也会简化为震撼单位Hz。上面说的360°/秒,就相称于1圈/秒,或者1HzRPM(rev per minute,也便是圈/分钟)。上面说的360°/秒=1圈/秒=60RPM说到转速,我们就可以建立和车速之间的关系了。这里须要引入其他成分才能打算,紧张包括:轮胎周长(或者外径)、传动减速比
那我们先说车轮转速吧,它和车速的关系是什么呢?大略的说:车轮转速=车速/车轮周长
我们假设按照上面说的,一台车正在以36千米/小时行驶,也便是10米/秒,我们知道它每秒行驶10米。如果这台车的所有轮胎周长都是2米(意味着轮胎外径637mm,实在蛮靠近实际汽车轮胎的),那我们知道它的车轮转速为:10/2=5圈/秒。那每分钟就转300圈,以是便是300RPM。
接下来再看发动机转速,它和车轮转速又是什么关系呢?这里就须要传动减速比,也便是变速箱在特定挡位时,发动机转速和车轮转速之间的比例。由于大多数韶光车轮转的比发动机慢,我们就称之为传动减速比。会发生减速的地方包括变速箱和主减速器(俗称“尾牙”),传动减速比是这两个部件减速比的乘积。比如变速箱减速比为2(发动机每转2圈,变速箱输出轴转1圈),主减速器“尾牙”减速比为3(变速箱输出轴每转3圈,车轮转1圈),则总减速比为2x3=6(发动机每转6圈,车轮转1圈)。不管是否看得懂图,知道从发动机出来的转速要经由两次减速通报到车轮上就行。
还是以上面的例子,我们的车正在以36千米/小时行驶,我们知道车轮转速是300RPM,然后我们知道车的传动减速比为6(大概在1档吧)。那我们可以知道这个时候发动机的转速是300x6=1800RPM。
如果我们把从发动机的转速到车速全体联系起来,那表达式便是:
车速=(发动机转速/传动减速比)车轮周长V=(n/i)C这里须要把稳单位,车速是[m/s],发动机转速是[圈/秒],车轮周长是[m]。
如果我们把单位变成更常见的[km/h]、[RPM]和[m]的话,须要加上一个系数,那表达式就会变成:
车速[km/h]=0.06(发动机转速[rpm]/传动减速比)车轮周长[m]基本关系便是这样了。
基本上,和车速的不同之处只是,转速是一个描述旋转快慢的速率,而不是描述直线快慢的速率。
扭矩如果你没有学过根本物理,先容扭矩可能会费点力气。
扭矩,或者力矩(torque)是表示力对物体浸染时产生迁徙改变效应的物理量。什么意思呢,力和力矩的关系,就彷佛上面描述的直线速率和转速之间的关系。
如果你弗成思议的话,下面的图示可以很好的帮助理解他们的关系。用扳手拧螺栓时,你的手对扳手施加一个直线的力(下图的F),这个力通过握把和螺栓的间隔形成力臂,浸染在螺栓上行程一个迁徙改变螺栓的扭矩(下图的T)
扭矩的打算办法便是:扭矩T[Nm]= 力F[N]×力臂L [N・m]
也便是说,如果你手施加一个10N的力,扳手长0.1m(10cm),那你浸染在螺栓上的扭矩便是刚好1Nm。
如果把这个放到车上理解你还比较晕,那想象一下车轮(驱动车提高的车轮)。如下图所示,就像那个扳手,我们有车轮上的扭矩T,车轮半径R便是力臂,而车轮胎上形成的牵引力便是F。这里也遵照同样的T=F x R的关系。
我们回到我们那台想象中的车的假设中。它的轮胎外径是637mm,也便是说半径R=0.3185m。我们假设车辆在以36千米/小时的车速行驶时,须要车轮供应1000N的牵引力来战胜阻力,让车辆可以保持车速行驶。那我们就可以打算这个时候轮上的扭矩需求为:
T轮=1000 x 0.3185=318.5Nm
这是车轮上须要的扭矩。我们接下来知道发动机的动力通报到车轮时经由了一个减速比为6的减速,那根据杠杆事理,我们也就知道发动机的扭矩在通报的过程中被放大了6倍。这里不考虑传动效率,假设没有丢失。其余,如果不能理解为什么扭矩被放大的话,就理解为“通过捐躯转速,来得到的扭矩”。
那我们就可以打算这个时候发动须要输出的扭矩为:
T发=T轮/6=53.08Nm
把稳这个时候的所有打算里,都和速率无关。
功率好了,这下我们终于可以去到功率了。但是如果你没有学过根本物理,那还得给再讲清楚功率是什么。。。实际上,得先讲“功”是什么。
功,实在便是能量。可以是机器功,也可以是电功,也可以是热功。机器功的定义是物理学中表示力对位移的累积的物理量。也便是说机器功的定义可以简化表达是:功=力x位移。他们的单位分别是J(焦耳)、N和m
比方说我们刚才的那辆车,它的牵引力是1000N,那当他行驶1000米(1公里)后,我们知道车辆做功为:
W=1000 x 100=1000000焦耳
把稳,功的打算也是力乘以一个长度,看起来和扭矩打算式一样。但是一个是旋转状态的力,一个是直线运动须要的能量,这两个不是一码事。
前面说机器功、电功,实在是可以直接转化的。比如我们刚才说车辆做工1000000焦耳,那如果这是一台电动车,我们不考虑所有的传动丢失和电效率丢失,我们可以知道电池包为它供应了这1000000焦耳的能量。或者如果我们转换一下单位(1 焦耳=0.000000277777777778 kWh),我们知道在这1公里的间隔上,电池包供应了0.278kWh的能量。
说回功率,知道功是什么了,功率就很好理解了。中文的“率”在名字里,功率便是描述物体做功快慢的物理量。什么意思呢,便是这个物体在多少韶光内做了多少功。功率的表达式是:
P=W/t
W便是功,t是经由的韶光。
我们还是打算这台车,我们知道它以36千米/小时,也便是10m/s的速率行驶。那它行驶1000米须要的韶光便是:
t=S/V=1000/10=100秒
以是我们可以得到功率为:
P=1000000/100=10000瓦=10千瓦
等一下,这个是不是太大略了?实在功率也有其他的表达式,比如在直线运动状态下,功率即是力乘以速率;而在旋转状态下,功率可以表达为扭矩乘以转速。这样,我们可以推得:
功率P[W]=F[N]V[m/s]=2 π T发[Nm] n发[圈/秒] (可以自己验算,怎么算都是一样的,但是实质便是功率=扭矩 x 转速 再乘一个系数)
当然,我们也可以整理单位成[kW]、[Nm]、[RPM]而得到:
功率P[kW]=2 π T发[Nm] n发[RPM] /60000 =T发[Nm] n发[RPM] / 9554
顺便也帮常常打算的小伙伴们重温一下简化打算时的这个9554或者9550是怎么来的。。。
把稳这个表达式里已经不包含速比、轮胎半径等信息了(打算时会约分掉,由于实质上发动机的功率打算便是可以不依赖传动系统和轮胎的)。
其余,这个式子不论对燃油发动机还是电动机都是一样的。
顺便,再回到我们前面当作电动车打算的情形下,如果我们的输出功率是10kW,这意味着如果持续做功1个小时,那花费的电量便是10kWh。而我们知道它行驶1千米用了100秒,一小时有3600秒,以是我们也可以知道花费的电量是10/36=0.278kWh。和我们只考虑车辆行驶驱动力的时候是一样的。由于实质上,是在利用同一份能量。