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机械设计中的力矩问题【摘要】在物理学中，作用力使物体围绕着转动轴以及支点的转动趋向，被称为力矩（torque）。力矩能够使物体改变旋转运动，物体的推挤以及拖拉涉及到作用力，而物体的扭转则会涉及到力矩。国际单位制中，力矩的单位是牛顿.米。在机械设计时，力矩产生的影响力是不可估量的，因此设计人员必须严格注意力矩问题。本文针对机械设计中的力矩问题展开研究和讨论。【关键词】机械设计；力矩问题；0.引言力矩的定位通常为距离乘以作用力。单位为牛顿.米，在数学上牛顿与米的次序是能够调换的，国际重量监测局(Bureau International des Poids et Mesures) 严格规定，力矩的次序为牛顿.米。机械设计的最终的目的是运用各种现有条件（计算手段、材料、理论知识以及加工能力等），设计出最优秀的机械，或者称为优化设计。机械设计通常需要综合多方面的因素进行考虑，通常的要求有：环境污染小、尺寸和重量小、总体性能良好、力矩、耗损率低、制造成本低等等。其中，力矩的问题对于零件以及机械的日常工作是有一定的影响的，因此，需要严格注意。1.机械设计中设计的力矩原理1.1力矩分配法力矩分配法（momentdistributionmethod），力矩分配法与精确解的计算超静定结构的方法非常相似，是以力法或者移位法对超静定结构进行分析时，都需要建立结算性方程组合。假如位置的数目太多，计算的工作将会变的非常复杂。力矩的分配方法通常为传递力矩、固定节点以及放松节点。1.2力矩平衡原理 力矩能够使物体向不同的方向进行运动。假如物体的力矩大小相同，那么杠杆就能够保持平衡。这种现象是力矩平衡中最为常见的情况。若将物体往逆时针方向进行转动，就可称为正力矩，物体向顺时针方向进行转动，则力矩为负力矩，有固定转动轴的物体的平衡条件力矩代数和则为零。2.机械设计原理中的力矩在机械设计中，力矩的定义作用力使物体围绕着转动轴以及支点的转动趋向，力使物体绕某点的转动效应的量度就能成为力对点之矩。力矩的表示通常可通过大矩的力臂、矩心或者物体的作用面、大小以及转动进行。力矩的计算公式为：其中，力对点之矩是代数量，对于正负号的规定通常为力使物体绕矩心进行逆时针方向转动，则为正力矩，若是顺时针方向则为负力矩。计算单位为牛顿.米（N.m）。此时需注意的是力矩与矩心是相对的，没有矩心，力矩就是毫无意义的。矩心的位置可设定为力作用面的任意一点，也可以不是物体内固定的转动中心。合力矩定理：合力矩定理通常是指力系中合力对一点的矩，等同于力系中各分力对同一点之矩的代数和。在进行机械设计时，我们可以假设某力系为Fi（i=1，2.n）,合力为FR，根据上述力矩的理论，表达公式为：合力矩定理建立了合力对点之矩与分力对同一点之矩的关系。能够有效的计算力对点之矩，还能够确定力系合力作用的地点。2.1力矩电机力矩的问题对于零件以及机械的日常工作是有一定的影响的，因此，需要严格注意。机械设计中力矩电机的使用是非常广泛的。力矩电机具有专业软件机械特性以及宽调速范围的特殊电机。这种电机的轴通常不只是恒功率输出动力，也是恒力矩输出动力。力矩电机主要包括无刷直流力矩电机、直流力矩电机以及交流力矩电机。当负载开始增大时，电动机的转速能力就会随之降低，输出的力矩会越来越高，以此维持与负载的平衡。力矩电机的堵转转矩高，堵转对的电流就会下降，在一定时间内能够承受堵转运行。因此转子电阻高，耗损率就会增加，产生的热量也会越来越大。这种情况在电机低速运行以及堵转时更加明显。所以，电机的后端盖上装有独立的离心式风机以及轴流，输出的力矩低于100机座号以下的不能考虑在内。装置离心式风机能够使促进通风，且将温度降低，力矩电机可配置可控硅控制装置，可以适当的速度可压力进行调整，调整速度的范围通常为1:4，转速的变化率能够达到9%。2.2驱动装置在汽车驱动中，扭矩（torsional moment）发挥的作用是非常大的，扭矩的概念就是物体发生转动的力，发动机的扭矩实质上就是指发动机从曲轴端输出的力矩。在电机功率固定的条件下，它与发动机的转速形成的关系是呈反比的，转速越小，扭矩就越大，能够反映汽车在一定范围内的负载能力。在杠杆原理中就涉及到了扭矩的概念，扭矩是垂直方向的力乘上与旋转中心之间的距离，供职单位为牛顿.米（），除以重力加速 9.8m/sec2后，单位便可换算成为公斤-米(kg-m)。英制单位为磅-呎(lb-ft)。这种公制在机械设计中较为常见，若要是转换为公制，将lb-ft的数字除以7.22即可。机械驱动的计算方式可按照下列计算方式进行，将扭矩除以车轮的半径，在每一个转速下都有一个相对的扭矩数值，要想将这些数字转换为推动机械的力量，就需要除以长度从获得力的参考结果。假设一个1.6升的引擎大约能够发挥15.0kg-m的扭力，此时若是直接连上185/ 60R14尺寸的轮胎，半径约为41公分，则由车轮所发挥的推进力量为15/0.41=36.6公斤的力量(事实上公斤并不是力量的单位，而是重量的单位，须乘以重力加速度9.8mc2才是力的标准单位（牛顿米）。 扭矩和功率一样，是发动机的主要指标之一，主要反映在汽车性上，主要包括了汽车的爬坡能力、加速等。2.3平面力偶力偶通常为两个大小大约相同，方向却相反且不在共同线上的一对平行力。作用在刚体上的的两个或者以上的力偶就能够组成力偶系。若是力偶系中的各力偶处于同一个平面内，则为力偶系，否则为空间力偶系。力偶与一个层面的力是不同的，那么力偶系简化的结果的也不会使同一个力，结果仍旧是同一力偶。此时可将力偶称为力偶系的合力偶。通常情况下，作用与同一刚体上的大小基本相同，方向却相反，且不再一个共同线上的平行力构成的力系就是力偶。力偶属于只有合转矩没有合力的力系统。因此，也可称为纯转矩。作用于物体时，力偶能够使物体不产生任何的平移运动，只呈现纯旋转运动。最简单的力偶是由两个大小相等，方向相反的力组成。力偶的国际单位制通常为牛顿米（）。结语综上所述，机械设计中，力矩产生的影响是非常多大的。力矩关系到物体运动的过程，以及物体使用的寿命，且力矩的问题对于零件以及机械的日常工作是有一定的影响的，因此，在进行设计的过程中，需要严格注意。【参考文献】1 严继东,牟吉平,Anastasia,李伟雄.“机械设计制造及自动化专业综合性、创新性、开放性实验”模式的实践与探讨J. 高等理科教育. 2009(01)01-032 尹碧菊,李彦长,熊艳菲,李翔龙.基于概念设计思维模型的计算机辅助创新设计流程研究1J. 计算机集成制造系统.2009（11）10-133 郏维强,冯毅雄,谭建荣,安相华,赵鑫.面向维修的复杂装备模块智能聚类与优化求解技术J. 计算机集成制造系统.2009（08）06-09