力矩

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物理量

物理学中量度物体属性或描述物体运动状态及其变化过程的量。
说明
它们通过物理定律及其方程建立相互间的关系。它们中有的有方向,有的无方向;有的有量纲(见量纲分析)、单位,有的无量纲、单位;有的描述状态,有的描述过程;有的和质量成正比,有的和质量无关;有的规定为互相独立的基本量,有的是从前者导出的导出量;有的是变量,有的是常量,其中普适性强的称基本物理常量。无方向的物理量称标量,有方向的称矢量(3分量张量(有9个分量)。直接描述物体和物质(包括场的状态的物理量如力学中描述机械运动状态的速度、加速度动量、动能、势能,热学中描述物态的压力、体积温度、内能,电磁学中描述电磁场电场强度、电势、磁感应强度等称状态量,中国物理学界称直接描述状态变化过程的物理量如冲量、功、热量等为过程量。这些量只存在于过程中,体现为动量、机械能和内能的不断变化,过程完成后,这些量就不复存在。热学中将和质量成正比的状态量如体积、内能、热容等称广延量;而将它们对质量的比值,如比容、比内能、比热容,称强度量;其他的一些与质量无关的状态量,如温度、压力也称强度量。

在物理学中,为了区别物理量和单位的符号,物理量的符号,除标准大气压atm为正体外,其他为斜体,物理量的单位的符号一律为正体。
力矩


在物理学里,力矩是一个向量,可以被想象为一个旋转力或角力,导致出旋转运动的改变。这个力定义为线型力叉乘径长。依照国际单位制,力矩的单位是牛顿-米。而依照英制单位,测量的单位则为英尺-镑。力矩希腊字母是tau
力矩不代表转矩。力矩的概念,起源于阿基米德对杠杆的研究。

定义
力矩(torque(F力臂(L叉乘(M。物理学上指使物体转动的力乘以到转轴的距离[1]即:M=L×F。其中L是从转动轴到着力点的矢量,F是矢量力;力矩也是矢量。
力矩的量纲是距离×力;与能量的量纲相同。但是力矩通常用牛顿-米,而不是用焦耳作为单位。力矩的单位由力和力臂的单位决定。
力对物体产生转动作用的物理量。可分为力对轴的矩和力对点的矩。力对轴的矩是力对物体产生绕某一轴转动作用的物理量。它是代数量,其大小等于力在垂直于该轴的平面上的分力同此分力作用线到该轴垂直距离的乘积;其正负号用以区别力矩的不同转向,按右手螺旋定则确定:以右手四指沿分力方向(X/Y轴),且掌心面向转轴(X/Y轴)而握拳,大拇指方向(Z轴)与该轴正向一致时取正号,反之则取负号。力对点的矩是力对物体产生绕某一点转动作用的物理量。它是矢量,等于力作用点位置矢r和力矢F的矢量积。例如,用球铰链固定于O点的物体受力F作用,以r表示自O点至F作用点A的位置矢,rF的夹角为a(见图)。物体在F用下,绕垂直于rF组成的平面并通过O点的轴转动。转动作用的大小和转轴的方向取决于FO点的矩矢MMr×FM的大小为rFsina,方向由右手定则确定。力矩M在过矩心O的直角坐标轴上的投影为MxMyMz。可以证明MxMyMz就是Fxyz轴的矩。力矩的量纲为L2MT-2,其国际制单位为N·m
例如,3牛顿的力作用在离支点2米的杠杆上的力矩等于1牛顿的力作用在离支点6米的力矩,这里假设力与杠杆垂直。一般地,力矩可以用矢量叉积(注意:不是矢量点乘)定义:其中r是从转动轴到力的矢量,F是矢量力。
单位
力矩的量纲是距离乘以力;依照国际单位制,力矩的单位是牛顿-米。虽然牛顿与米的次序,在数学上,是可以变换的。BIPM(国际重量测量局设定这次序应是牛顿-米,而不是米-牛顿。依照国际单位制,能量与功量的单位是焦耳,定义为1牛顿-米。但是,焦耳不是力矩的单位。因为,能量是力点积距离的标量;而力矩是距离叉积力的伪矢量。当然,量纲相同并不尽是巧合;使1牛顿-米的力矩,作用一全转,需要恰巧2*Pi焦耳的能量。定义
力对物体的作用效应,除移动效应外,还有转动效应。
静力观念
当一个物体在静态平衡时,净作用力是零,对任何一点的净力矩也是零。关于二维空间,平衡的要求是:
x,y方向合力均为0,且合力矩为0.
动力观念

力矩是角动量随时间的导数,就像力是动量随时间的导数。刚体角动量转动惯量乘以角速度
什么是力矩电动机
所谓的力矩电动机是一种扁平型多极永磁直流电动机。其电枢有较多的槽数、换向片数和串联导体数,以降低转矩脉动和转速脉动。力矩电动机有直流力矩电动机和交流力矩电动机两种。其中,直流力矩电动机的自感电抗很小,所以响应性很好;其输出力矩与输入电流成正比,与转子的速度和位置无关;它可以在接近堵转状态下直接和负载连接低速运行而不用齿轮减速,所以在负载的轴上能产生很高的力矩对惯性比,并能消除由于使用减速齿轮而产生的系统误差。交流力矩电动机又可以分为同步和异步两种,目前常用的是鼠笼型异步力矩电动机,它具有低转速和大力矩的特点。一般地,在纺织工业中经常使用交流力矩电动机,其工作原理和结构和单相异步电动机的相同,但是由于鼠笼型转子的电阻较大,所以其机械特性较软。

转矩
转矩定义

使机械元件转动的力矩称为转动力矩,简称转矩。机械元件在转矩作用下都会产生一定程度的扭转变形,故转矩有时又称为扭矩。转矩是各种工作机械传动轴的基本载荷形式,与动力机械的工作能力、能源消耗、效率、运转寿命及安全性能等因素紧密联系,转矩的测量对传动轴载荷的确定与控制、传动系统工作零件的强度设计以及原动机容量的选择等都具有重要的意义。此外,转矩与功率的关系T=9549P/n
电机的额定转矩表示额定条件下电机轴端输出转矩。转矩等于力与力臂或力偶臂的乘积,在国际单位制(SI中,转矩的计量单位为牛顿(Nm,工程技术中也曾用过公斤力米等作为转矩的计量单位。电机轴端输出转矩等于转子输出的机械功率除以转子的机械角速度。直流电动机堵转转矩计算公式TK=9.55KeIK
转矩公式
SR2
M=CU12公式[2]R22+SX202
C:为常数同电机本身的特性有关;U1:输入电压R2:转子电阻;X20:转子漏感抗;S:转差率
可以知道MU12转矩与电源电压的平方成正比,设正常输入电压时负载转矩为M2电压

下降使电磁转矩M下降很多;由于M2不变,所以M小于M2平衡关系受到破坏,导致电动机转速的下降,转差率S上升;它又引起转子电压平衡方程式的变化,使转子电流I2上升。也就是定子电流I1随之增加(由变压器关系可以知道)同时I2增加也是电动机轴上送出的转矩M又回升,直到与M2相等为止。这时电动机转速又趋于新的稳定值。
转矩的类型
转矩可分为静态转矩和动态转矩。
静态转矩是值不随时间变化或变化很小、很缓慢的转矩,包括静止转矩、恒定转矩、缓变转矩和微脉动转矩。
静止转矩的值为常数,传动轴不旋转;
恒定转矩的值为常数,但传动轴以匀速旋转,如电机稳定工作时的转矩;缓变转矩的值随时间缓慢变化,但在短时间内可认为转矩值是不变的;微脉动转矩的瞬时值有幅度不大的脉动变化。
动态转矩是值随时间变化很大的转矩,包括振动转矩、过渡转矩和随机转矩三种。振动转矩的值是周期性波动的;过渡转矩是机械从一种工况转换到另一种工况时的转矩变化过程;随机转矩是一种不确定的、变化无规律的转矩。
根据转矩的不同情况,可以采取不同的转矩测量方法。

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