轉矩在旋轉運動(dòng)學(xué)中起什么作用？

在旋轉運動(dòng)學(xué)中，轉矩取代了線(xiàn)性運動(dòng)學(xué)中的力。直接等效于牛頓的2??運動(dòng)定律（F=m a），

τ=Ia。

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

什么是旋轉平衡？

旋轉平衡的概念等效于旋轉系統的牛頓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(lèi)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(gè)扭矩作用于可旋轉物體的問(wèn)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(wú)法獲得角加速度。

示例1：

考慮一下圖1所示的車(chē)輪，它受到兩個(gè)力的作用。力的大小F2車(chē)輪必須處于旋轉平衡狀態(tài)？

                                                 圖1：車(chē)輪受到兩個(gè)扭矩作用。

扭矩與功率和能量有何關(guān)系？

扭矩，功率和能量之間存在很大的混淆。例如，發(fā)動(dòng)機的扭矩有時(shí)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(shí)際上，通常不直接測量發(fā)動(dòng)機的馬力，而是根據測量的扭矩和轉速來(lái)計算。關(guān)系是：

P=(F•D)/T

 =(F•2πr)/t

 =2πτω

 =τω

與馬力一起，車(chē)輛發(fā)動(dòng)機產(chǎn)生的峰值扭矩是重要且普遍引用的規格。實(shí)際上，峰值扭矩與總體上描述車(chē)輛加速的速度及其拉力的能力有關(guān)。另一方面，馬力（相對于重量）與車(chē)輛的最大速度更為相關(guān)。

重要的是要認識到，盡管最大扭矩和馬力是有用的一般規格，但在進(jìn)行涉及車(chē)輛整體運動(dòng)的計算時(shí)，它們的用途有限。這是因為實(shí)際上兩者均根據轉速而變化。一般關(guān)系可以是非線(xiàn)性的，并且對于不同類(lèi)型的電動(dòng)機也可以不同，如圖2所示。

                                             圖2：不同來(lái)源的可用轉矩與轉速的關(guān)系。

我們如何增加或減少扭矩？

通常需要增加或減小電動(dòng)機產(chǎn)生的轉矩以適合不同的應用?；叵胍幌?，杠桿的長(cháng)度會(huì )增加或減小作用在物體上的力，但會(huì )以一定的距離推動(dòng)杠桿。類(lèi)似地，可以通過(guò)使用齒輪傳動(dòng)裝置來(lái)增加或減小由電動(dòng)機產(chǎn)生的扭矩。扭矩的增加與轉速的成比例的降低有關(guān)。兩個(gè)齒輪齒的嚙合可以看作等同于一對杠桿的相互作用，如圖3所示。

                                         圖3：兩個(gè)齒輪的嚙合被視為兩個(gè)杠桿的相互作用。

為了在由內燃機驅動(dòng)的車(chē)輛中獲得良好的性能，必須使用可調齒輪。這些發(fā)動(dòng)機僅在狹窄的高轉速范圍內產(chǎn)生最大扭矩?？烧{節的傳動(dòng)裝置允許在發(fā)動(dòng)機的任何給定轉速下將足夠的扭矩傳遞到車(chē)輪。

自行車(chē)需要齒輪，這是因為人們無(wú)法以足夠的節奏踩踏踏板，而直接驅動(dòng)車(chē)輪時(shí)除外。

在由電動(dòng)機驅動(dòng)的車(chē)輛中，通常不需要可調齒輪。在這兩種情況下，低速時(shí)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(dòng)機在轉速300rpm/s產(chǎn)生150N.m扭矩，如圖4所示，它用于驅動(dòng)絞車(chē)并舉起重物。絞車(chē)鼓的半徑為0.25 m，并通過(guò)1:50減速齒輪從發(fā)動(dòng)機驅動(dòng)。假設絞盤(pán)處于旋轉平衡狀態(tài)，即質(zhì)量以恒定速度向上運動(dòng)。

                                                    圖4：用于舉起重物的發(fā)動(dòng)機驅動(dòng)絞車(chē)。