轉矩在旋轉運動學中起什么作用？

在旋轉運動學中，轉矩取代了線性運動學中的力。直接等效于牛頓的2??運動定律（F=m a），

τ=Ia。

這里，α是角加速度。是旋轉慣量，是旋轉系統(tǒng)的屬性，取決于系統(tǒng)的質量分布。較大的力，物體很難獲得角加速度。我們在關于轉動慣量的文章中得出了這個表達式。

什么是旋轉平衡？

旋轉平衡的概念等效于旋轉系統(tǒng)的牛頓1??定律。除非受到外部扭矩作用，否則不旋轉的對象將保持不旋轉狀態(tài)。類似地，以恒定角速度旋轉的物體保持旋轉，除非受到外部扭矩作用。

旋轉平衡的概念在涉及多個扭矩作用于可旋轉物體的問題中特別有用。在這種情況下，重要的是凈轉矩。如果可旋轉物體上的凈扭矩為零，則它將處于旋轉平衡狀態(tài)，并且無法獲得角加速度。

示例1：

考慮一下圖3所示的車輪，它受到兩個力的作用。力的大小F2車輪必須處于旋轉平衡狀態(tài)？

圖3：車輪受到兩個扭矩作用。

扭矩與功率和能量有何關系？

扭矩，功率和能量之間存在很大的混淆。例如，發(fā)動機的扭矩有時被錯誤地描述為“轉彎功率”。

扭矩和能量具有相同的尺寸（即，它們可以用相同的基本單位表示），但是它們并不是對同一事物的度量。它們的不同之處在于，轉矩是僅針對可旋轉系統(tǒng)定義的矢量。

但是，如果已知轉速，則可以從轉矩中計算出功率。實際上，通常不直接測量發(fā)動機的馬力，而是根據(jù)測量的扭矩和轉速來計算。關系是：

P=(F?D)/T

 =(F?2πr)/t

 =2πτω

 =τω

與馬力一起，車輛發(fā)動機產生的峰值扭矩是重要且普遍引用的規(guī)格。實際上，峰值扭矩與總體上描述車輛加速的速度及其拉力的能力有關。另一方面，馬力（相對于重量）與車輛的速度更為相關。

重要的是要認識到，盡管扭矩和馬力是有用的一般規(guī)格，但在進行涉及車輛整體運動的計算時，它們的用途有限。這是因為實際上兩者均根據(jù)轉速而變化。一般關系可以是非線性的，并且對于不同類型的電動機也可以不同，如圖4所示。

圖4：不同來源的可用轉矩與轉速的關系。

我們如何增加或減少扭矩？

通常需要增加或減小電動機產生的轉矩以適合不同的應用。回想一下，杠桿的長度會增加或減小作用在物體上的力，但會以一定的距離推動杠桿。類似地，可以通過使用齒輪傳動裝置來增加或減小由電動機產生的扭矩。扭矩的增加與轉速的成比例的降低有關。兩個齒輪齒的嚙合可以看作等同于一對杠桿的相互作用，如圖5所示。

圖5：兩個齒輪的嚙合被視為兩個杠桿的相互作用。

為了在由內燃機驅動的車輛中獲得良好的性能，必須使用可調齒輪。這些發(fā)動機僅在狹窄的高轉速范圍內產生扭矩。可調節(jié)的傳動裝置允許在發(fā)動機的任何給定轉速下將足夠的扭矩傳遞到車輪。

自行車需要齒輪，這是因為人們無法以足夠的節(jié)奏踩踏踏板，而直接驅動車輪時除外。

在由電動機驅動的車輛中，通常不需要可調齒輪。在這兩種情況下，低速時都可獲得高轉矩，并且在較大的速度范圍內相對恒定。

示例2：

電動機在轉速300rpm/s產生150N.m扭矩，如圖6所示，它用于驅動絞車并舉起重物。絞車鼓的半徑為0.25 m，并通過1:50減速齒輪從發(fā)動機驅動。假設絞盤處于旋轉平衡狀態(tài)，即質量以恒定速度向上運動。

圖6：用于舉起重物的發(fā)動機驅動絞車。