在线性运动中,我们经常处理在距离线性导轨一段距离处施加的力-称为悬臂或力矩载荷。在这种情况下,我们关心的是导轨的弯矩承载能力,或其抗旋转能力。但是我们也处理组件应该当在一定距离施加力时旋转,例如滚珠丝杠轴从电机传递扭矩来驱动负载。在这些情况下,我们关心的是组件能够传递的扭矩量。
直线导轨上的力矩和轴上的扭矩都是由施加在一定距离上的力引起的,两者的测量单位都是牛顿-米(Nm)或磅-英尺(lb-ft)。那么作用在直线导轨上的力矩和作用在螺旋轴上的力矩有什么区别呢?
力矩和转矩的主要区别可以通过研究物体的反作用来发现。当扭矩施加到轴上时,轴就会旋转。但当力矩载荷作用于线性导轨时,导轨保持静止(除非力矩超过导轨的力矩)额定力矩的能力,在这种情况下,导轨可能会变形或开始旋转)。
换句话说,扭矩引起物体角动量的变化,从而产生旋转。另一方面,力矩不会产生角动量的变化。施加力矩的物体保持静止,物体及其支撑构件内部产生的反作用力阻止物体旋转。
L =角动量(kgm2/秒)
I =惯性(kgm2)
ω =角速度(rad/s)
例如,应用于端支持的负载悬臂梁会在梁上产生反作用力和弯矩,但不会改变它的角动量,因此,不会导致梁旋转。
扭矩有时被称为力的力矩,因为在同样的方式,一个施加的力会导致一个物体线性移动,一个施加的扭矩会导致一个物体围绕一个轴或枢轴点旋转。力矩是力矩的一种,但不是所有的力矩都是力矩。
因为力矩是静态的——它们不会导致运动——它们可以分解成反作用力,抵消施加的力矩。
施加到轴上的扭矩的大小是由施加的力乘以力臂得到的,力臂是枢轴点(或旋转轴)和力之间的垂直距离。
T =扭矩(Nm)
F =力(N)
D =力臂(m)
如果施加的力不垂直于枢轴或旋转轴,则必须考虑力的角度来求力臂的长度:
从技术上讲,正确的转矩的象征是希腊字母tau,“τ”。然而,tau (τ)也用来表示剪切应力因此,用字母“T”表示扭矩可以避免在某些计算中产生混淆。