什么是扭矩及扭矩是如何計算的

什么是扭矩？

扭矩是可以導致物體繞軸旋轉的力的量度。正如力是導致物體在線性運動中加速的原因一樣，轉矩是導致物體獲得角加速度的原因。

扭矩是矢量。轉矩矢量的方向取決于軸上力的方向。

任何曾經打開過門的人都會對扭矩有一個直觀的了解。當一個人打開門時，他們將門推到離鉸鏈最遠的一側。向最靠近鉸鏈的一側推動需要更大的力。盡管在兩種情況下所做的工作都是相同的（在較小的距離上會施加較大的力），但人們通常更喜歡施加較小的力，因此通常是門把手的位置。

圖1：以最大扭矩打開門。

扭矩可以是靜態的或動態的。

靜態力矩是一種不產生角加速度的。有人推著關閉的門正在向門施加靜態扭矩，因為盡管施加了力，但門并未繞其鉸鏈旋轉。有人以恒定速度踩踏自行車也會施加靜態扭矩，因為它們沒有加速。

從起跑線加速的賽車中的驅動軸承載著動態扭矩，因為在賽車沿軌道加速的情況下，它必須產生車輪的角加速度。

描述扭矩時使用的術語可能會造成混淆。工程師有時將“ 力矩 ”或“ 扭力”與“扭矩”互換使用。力作用的半徑有時稱為力矩臂。

扭矩如何計算？

轉矩矢量的大小 \ tauτ頭 給定力產生的扭矩 F?F ?F 是

τ=F?Rsin （θ ）

哪里 R 是力矩臂的長度，θ 是力矢量和力矩臂之間的角度。對于圖1所示的門，力為直角90°到力矩臂，因此正弦項變為1且τ=F?r。

按照慣例，使用右手抓握規則可以找到扭矩矢量的方向。如果手沿旋轉軸卷曲，而手指指向力的方向，則轉矩矢量指向拇指的方向，如圖2所示。

圖2：使用右手法則找到的轉矩矢量的方向。

如何測量扭矩？

扭矩的單位是牛頓米（N.m）。

在標稱單位中，通常使用千克?力。這是令人困惑的，因為通俗地說，千克?力有時被用作質量單位，有時被用作力。這里的意思是千克?力，這是由于地球重力作用在一千克物體上的力。這些單位的大小通常與1千克?力≈9.8牛頓米（N.m）。

在非旋轉系統中測量靜態扭矩通常很容易，并且可以通過測量力來完成。給定力矩臂的長度，可以直接找到扭矩。在旋轉系統中測量扭矩要困難得多。一種方法是通過測量傳動軸金屬內的應變來工作，該應變傳遞扭矩并無線發送此信息。