Torque Converter
扭转力：理解所有单位的扭矩
了解汽车、工程和精密应用中的扭矩。通过清晰的示例，自信地在 N⋅m、lbf⋅ft、kgf⋅m 等单位之间进行转换。
扭矩基础
什么是扭矩？
扭矩是线性力的旋转等效物。它描述了在离旋转轴一定距离处施加的力的旋转效应。
公式：τ = r × F，其中 r 是距离，F 是垂直于半径的力。
- SI 基础：牛顿米（N⋅m）
- 英制：磅力英尺（lbf⋅ft）
- 方向很重要：顺时针或逆时针
汽车背景
发动机扭矩决定了加速感。低转速下更高的扭矩意味着更好的牵引力。
紧固件的扭矩规格可防止过度拧紧（损坏螺纹）或拧紧不足（松动）。
- 发动机输出：通常为 100-500 N⋅m
- 车轮螺母：80-140 N⋅m
- 精度：需要 ±2-5% 的精度
扭矩与能量
两者都使用 N⋅m 量纲，但它们是不同的量！
扭矩是矢量（有方向）。能量是标量（没有方向）。
- 扭矩：一定距离处的旋转力
- 能量（焦耳）：移动一段距离所做的功
- 不要将“焦耳”用于扭矩规格！
- 在美国，公制规格使用 N⋅m，汽车使用 lbf⋅ft
- 扭矩是旋转力，不是能量（尽管量纲是 N⋅m）
- 对于关键紧固件，请务必使用经过校准的扭矩扳手
记忆辅助
快速心算
N⋅m ↔ lbf⋅ft
1 lbf⋅ft ≈ 1.36 N⋅m。粗略估算：乘以 1.4 或除以 0.7。
kgf⋅m ↔ N⋅m
1 kgf⋅m ≈ 10 N⋅m（精确值为 9.807）。想想重力：1 米处的 1 公斤重量。
lbf⋅in ↔ N⋅m
1 lbf⋅in ≈ 0.113 N⋅m。除以 9 快速估算为 N⋅m。
N⋅cm ↔ N⋅m
100 N⋅cm = 1 N⋅m。只需将小数点移动两位。
ft-lbf（反向）
ft-lbf = lbf⋅ft。值相同，表示法不同。两者都表示力 × 距离。
扭矩 × RPM → 功率
功率（kW）≈ 扭矩（N⋅m）× RPM ÷ 9,550。将扭矩与马力联系起来。
扭矩视觉参考
| 用手拧紧螺丝 | 0.5-2 N⋅m | 手指拧紧 - 仅用手指施加的力 |
| 智能手机螺丝 | 0.1-0.3 N⋅m | 精细 - 小于捏力 |
| 汽车车轮螺母 | 100-120 N⋅m (80 lbf⋅ft) | 用力扳动扳手 - 防止车轮脱落！ |
| 自行车踏板 | 30-40 N⋅m | 一个强壮的成年人站在踏板上可以施加这个力 |
| 打开果酱罐 | 5-15 N⋅m | 顽固的罐盖 - 手腕的扭转力 |
| 汽车发动机输出 | 150-400 N⋅m | 让您的汽车加速的动力 - 持续的旋转功率 |
| 风力涡轮机齿轮箱 | 1-5 MN⋅m | 巨大 - 相当于 100,000 人推动 10 米长的杠杆 |
| 电钻 | 20-80 N⋅m | 手持动力 - 可以钻穿木材/金属 |
常见陷阱
- 混淆扭矩和能量Fix: 两者都使用 N⋅m，但扭矩是旋转力（矢量），能量是所做的功（标量）。切勿将“焦耳”用于扭矩！
- 使用未经校准的扭矩扳手Fix: 扭矩扳手会随着时间的推移失去校准。每年或每 5,000 次循环后重新校准。±2% 的误差会损坏螺纹！
- 忽略拧紧顺序Fix: 气缸盖、飞轮需要特定的模式（星形/螺旋形）。先拧紧一侧会使表面变形！
- 混淆 ft-lbf 和 lbf⋅ftFix: 它们是相同的！ft-lbf = lbf⋅ft。两者都等于力 × 距离。只是表示法不同。
- “为了安全”而过度拧紧Fix: 扭矩越大 ≠ 越安全！过度拧紧会使螺栓超出其弹性极限，导致失效。请严格遵守规格！
- 在润滑和干燥的螺纹上使用扭矩Fix: 油会使摩擦减少 20-30%。“干燥”的 100 N⋅m 规格在涂油后会变为 70-80 N⋅m。请检查规格是针对干燥还是润滑的！
每个单位适合哪里
汽车
发动机规格、车轮螺母和紧固件根据地区使用 N⋅m 或 lbf⋅ft。
- 发动机输出：150-500 N⋅m
- 车轮螺母：80-140 N⋅m
- 火花塞：20-30 N⋅m
重型机械
工业电机、风力涡轮机和重型设备使用 kN⋅m 或 MN⋅m。
- 电机：1-100 kN⋅m
- 风力涡轮机：MN⋅m 范围
- 挖掘机：数百 kN⋅m
电子与精密
小型设备使用 N⋅mm、N⋅cm 或 ozf⋅in 进行精密组装。
- PCB 螺丝：0.1-0.5 N⋅m
- 智能手机：0.05-0.15 N⋅m
- 光学设备：gf⋅cm 或 ozf⋅in
换算如何工作
- lbf⋅ft × 1.35582 → N⋅m; N⋅m × 0.73756 → lbf⋅ft
- kgf⋅m × 9.80665 → N⋅m; N⋅m ÷ 9.80665 → kgf⋅m
- N⋅cm × 0.01 → N⋅m; N⋅m × 100 → N⋅cm
常用换算
| 从 | 到 | 系数 | 示例 |
|---|---|---|---|
| N⋅m | lbf⋅ft | × 0.73756 | 100 N⋅m = 73.76 lbf⋅ft |
| lbf⋅ft | N⋅m | × 1.35582 | 100 lbf⋅ft = 135.58 N⋅m |
| kgf⋅m | N⋅m | × 9.80665 | 10 kgf⋅m = 98.07 N⋅m |
| lbf⋅in | N⋅m | × 0.11298 | 100 lbf⋅in = 11.30 N⋅m |
| N⋅cm | N⋅m | × 0.01 | 100 N⋅cm = 1 N⋅m |
快速示例
跨应用扭矩比较
| 应用 | N⋅m | lbf⋅ft | kgf⋅m | 说明 |
|---|---|---|---|---|
| 手表螺丝 | 0.005-0.01 | 0.004-0.007 | 0.0005-0.001 | 极其精密 |
| 智能手机螺丝 | 0.05-0.15 | 0.04-0.11 | 0.005-0.015 | 仅用手指拧紧 |
| PCB 安装螺丝 | 0.2-0.5 | 0.15-0.37 | 0.02-0.05 | 小螺丝刀 |
| 打开罐盖 | 5-15 | 3.7-11 | 0.5-1.5 | 手腕扭转 |
| 自行车踏板 | 35-55 | 26-41 | 3.6-5.6 | 紧密安装 |
| 汽车车轮螺母 | 100-140 | 74-103 | 10-14 | 关键安全规格 |
| 摩托车发动机 | 50-150 | 37-111 | 5-15 | 输出扭矩 |
| 汽车发动机（轿车） | 150-250 | 111-184 | 15-25 | 峰值输出扭矩 |
| 卡车发动机（柴油） | 400-800 | 295-590 | 41-82 | 用于牵引的高扭矩 |
| 电钻 | 30-80 | 22-59 | 3-8 | 手持电动工具 |
| 工业电机 | 5,000-50,000 | 3,700-37,000 | 510-5,100 | 5-50 kN⋅m |
| 风力涡轮机 | 1-5 百万 | 73.8万-370万 | 10.2万-51万 | MN⋅m 级别 |
日常基准
| 物品 | 典型扭矩 | 说明 |
|---|---|---|
| 手拧螺丝 | 0.5-2 N⋅m | 无需工具，仅用手指 |
| 打开罐盖 | 5-15 N⋅m | 顽固的泡菜罐 |
| 安装自行车踏板 | 35-55 N⋅m | 必须拧紧 |
| 汽车车轮螺母 | 100-120 N⋅m | 通常为 80-90 lbf⋅ft |
| 摩托车发动机输出 | 50-120 N⋅m | 因尺寸而异 |
| 小型汽车发动机峰值 | 150-250 N⋅m | 约 3,000-4,000 RPM |
| 卡车柴油发动机 | 400-800 N⋅m | 用于牵引的高扭矩 |
| 风力涡轮机 | 1-5 MN⋅m | 兆吨米！ |
关于扭矩的惊人事实
N⋅m 与焦耳的混淆
两者都使用 N⋅m 量纲，但扭矩和能量完全不同！扭矩是旋转力（矢量），能量是所做的功（标量）。将“焦耳”用于扭矩就像将速度称为“米”一样，在技术上是错误的！
为什么柴油感觉更强劲
相同尺寸的柴油发动机比汽油发动机多 50-100% 的扭矩！2.0L 柴油发动机可能产生 400 N⋅m，而 2.0L 汽油发动机则产生 200 N⋅m。这就是为什么尽管马力较低，柴油车仍能更好地牵引拖车。
电动机的瞬时扭矩
电动机在 0 RPM 时即可提供峰值扭矩！汽油发动机需要 2,000-4,000 RPM 才能达到峰值扭矩。这就是为什么电动汽车在起步时感觉如此之快的原因 — 瞬间即可获得 400+ N⋅m 的全部扭矩！
风力涡轮机的扭矩惊人
一台 5 兆瓦的风力涡轮机在其转子上产生 2-5 百万 N⋅m（MN⋅m）的扭矩。这就像 2,000 台汽车发动机同时旋转 — 足以扭曲一栋建筑！
过度拧紧会损坏螺纹
螺栓在拧紧时会拉伸。仅过度拧紧 20% 即可永久性地变形螺纹或折断螺栓！这就是为什么存在扭矩规格的原因 — 这是一个“金发姑娘区”。
扭矩扳手于 1918 年发明
康拉德·巴尔发明了扭矩扳手，以防止纽约市的水管被过度拧紧。在此之前，水管工只是凭“感觉”拧紧，导致不断的泄漏和破裂！
扭矩 × RPM = 功率
一台在 6,000 RPM 时产生 300 N⋅m 的发动机可产生 188 kW（252 HP）的功率。在 3,000 RPM 时同样的 300 N⋅m = 仅 94 kW！高转速将扭矩转化为功率。
您在骑行时产生 40 N⋅m
一名强壮的自行车手每次踩踏可产生 40-50 N⋅m 的扭矩。环法自行车赛的骑手可以持续数小时保持 60+ N⋅m。这就像同时连续打开 4 个顽固的果酱罐！
记录与极限
| 记录 | 扭矩 | 说明 |
|---|---|---|
| 可测量的最小值 | 〜10⁻¹² N⋅m | 原子力显微镜（皮牛顿米） |
| 手表螺丝 | 〜0.01 N⋅m | 精密的精密工作 |
| 最大的风力涡轮机 | 〜8 MN⋅m | 15 兆瓦海上涡轮机转子 |
| 船用螺旋桨轴 | 〜10-50 MN⋅m | 最大的集装箱船 |
| 土星五号火箭发动机（F-1） | 〜1.2 MN⋅m | 在全推力下每个涡轮泵 |
扭矩测量的简史
1687
艾萨克·牛顿在《自然哲学的数学原理》中定义了力和旋转运动，为扭矩概念奠定了基础
1884
“torque”（扭矩）一词由詹姆斯·汤姆森（开尔文勋爵的兄弟）首次在英语中使用，源自拉丁语“torquere”（扭转）
1918
康拉德·巴尔发明了扭矩扳手，以防止纽约市的水管被过度拧紧
1930s
汽车工业将发动机组装和紧固件的扭矩规格标准化
1948
牛顿米被正式采纳为扭矩的 SI 单位（取代 kg⋅m）
1960s
棘轮式扭矩扳手成为专业机械师的标准，将精度提高到 ±3%
1990s
带有电子传感器的数字扭矩扳手提供实时读数和数据记录
2010s
电动汽车展示了瞬时最大扭矩传递，改变了消费者对扭矩与功率的理解
快速参考
常用换算
日常使用的关键系数
- 1 lbf⋅ft = 1.356 N⋅m
- 1 kgf⋅m = 9.807 N⋅m
- 1 N⋅m = 0.7376 lbf⋅ft
扭矩扳手提示
最佳实践
- 存放在最低设置以保护弹簧
- 每年或每 5,000 次使用后校准
- 平稳地拉动手柄，不要猛拉
功率计算
将扭矩与功率联系起来
- 功率（kW）= 扭矩（N⋅m）× RPM ÷ 9,550
- 马力 = 扭矩（lbf⋅ft）× RPM ÷ 5,252
- 低转速下扭矩更大 = 加速更好
提示
- 对于关键紧固件，务必使用经过校准的扭矩扳手
- 遵循气缸盖和飞轮的拧紧顺序（星形/螺旋形图案）
- 将扭矩扳手存放在最低设置以保持弹簧张力
- 检查扭矩规格是针对干燥还是润滑的螺纹 — 差异为 20-30%！
- 自动科学记数法：小于 1 µN⋅m 或大于 1 GN⋅m 的值将以科学记数法显示，以便于阅读
单位目录
SI / 公制
从纳牛顿米到吉牛顿米的 SI 单位。
| 单位 | 符号 | 牛顿米 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 千牛顿-米 | kN⋅m | 1.000e+3 | 千牛顿米；工业机械规模。 |
| 牛顿-厘米 | N⋅cm | 0.01 | 牛顿厘米；小型电子产品、PCB 螺丝。 |
| 牛顿-米 | N⋅m | 1 (base) | SI 基本单位。1 N 在 1 m 垂直距离处。 |
| 牛顿-毫米 | N⋅mm | 0.001 | 牛顿毫米；非常小的紧固件。 |
| 吉牛顿-米 | GN⋅m | 1.000e+9 | 吉牛顿米；理论或极端应用。 |
| 千牛顿-厘米 | kN⋅cm | 10 | unitsCatalog.notesByUnit.kNcm |
| 千牛顿-毫米 | kN⋅mm | 1 (base) | unitsCatalog.notesByUnit.kNmm |
| 兆牛顿-米 | MN⋅m | 1.000e+6 | 兆牛顿米；风力涡轮机、船舶螺旋桨。 |
| 微牛顿-米 | µN⋅m | 1.000e-6 | 微牛顿米；微尺度测量。 |
| 毫牛顿-米 | mN⋅m | 0.001 | 毫牛顿米；精密仪器。 |
| 纳牛顿-米 | nN⋅m | 1.000e-9 | 纳牛顿米；原子力显微镜。 |
英制 / 美制
基于磅力和盎司力的英制单位。
| 单位 | 符号 | 牛顿米 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 盎司-力 英寸 | ozf⋅in | 0.00706155176214271 | 盎司力英寸；电子组装。 |
| 磅-力 英尺 | lbf⋅ft | 1.3558179483314003 | 磅力英尺；美国汽车标准。 |
| 磅-力 英寸 | lbf⋅in | 0.1129848290276167 | 磅力英寸；较小的紧固件。 |
| 千磅-力 英尺 | kip⋅ft | 1.356e+3 | 千磅力英尺（1,000 lbf⋅ft）。 |
| 千磅-力 英寸 | kip⋅in | 112.9848290276167 | 千磅力英寸。 |
| 盎司-力 英尺 | ozf⋅ft | 0.0847386211457125 | 盎司力英尺；轻型应用。 |
| 磅达 英尺 | pdl⋅ft | 0.04214011009380476 | unitsCatalog.notesByUnit.pdl-ft |
| 磅达 英寸 | pdl⋅in | 0.0035116758411503964 | unitsCatalog.notesByUnit.pdl-in |
工程 / 重力
在旧规格中常见的千克力和克力单位。
| 单位 | 符号 | 牛顿米 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 公斤-力 厘米 | kgf⋅cm | 0.0980665 | 千克力厘米；亚洲规格。 |
| 公斤-力 米 | kgf⋅m | 9.80665 | 千克力米；9.807 N⋅m。 |
| 厘米 公斤-力 | cm⋅kgf | 0.0980665 | unitsCatalog.notesByUnit.cm-kgf |
| 克-力 厘米 | gf⋅cm | 9.807e-5 | 克力厘米；非常小的扭矩。 |
| 克-力 米 | gf⋅m | 0.00980665 | unitsCatalog.notesByUnit.gf-m |
| 克-力 毫米 | gf⋅mm | 9.807e-6 | unitsCatalog.notesByUnit.gf-mm |
| 公斤-力 毫米 | kgf⋅mm | 0.00980665 | unitsCatalog.notesByUnit.kgf-mm |
| 米 公斤-力 | m⋅kgf | 9.80665 | unitsCatalog.notesByUnit.m-kgf |
| 吨-力 英尺 (短吨) | tonf⋅ft | 2.712e+3 | unitsCatalog.notesByUnit.tonf-ft |
| 吨-力 米 (公制) | tf⋅m | 9.807e+3 | 公吨力米（1,000 kgf⋅m）。 |
汽车 / 实用
具有反向力-距离的实用单位（ft-lbf）。
| 单位 | 符号 | 牛顿米 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 英尺 磅-力 | ft⋅lbf | 1.3558179483314003 | 英尺磅力（与 lbf⋅ft 相同，反向表示法）。 |
| 英寸 磅-力 | in⋅lbf | 0.1129848290276167 | 英寸磅力（与 lbf⋅in 相同）。 |
| 英寸 盎司-力 | in⋅ozf | 0.00706155176214271 | 英寸盎司力；精细工作。 |
CGS 系统
基于达因的厘米-克-秒系统单位。
| 单位 | 符号 | 牛顿米 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 达因-厘米 | dyn⋅cm | 1.000e-7 | 达因厘米；CGS 单位（10⁻⁷ N⋅m）。 |
| 达因-米 | dyn⋅m | 1.000e-5 | unitsCatalog.notesByUnit.dyne-m |
| 达因-毫米 | dyn⋅mm | 1.000e-8 | unitsCatalog.notesByUnit.dyne-mm |
科学 / 能量
在量纲上与扭矩等效的能量单位（但在概念上不同！）。
| 单位 | 符号 | 牛顿米 | 说明 |
|---|---|---|---|
| 尔格 | erg | 1.000e-7 | 尔格（CGS 能量单位，10⁻⁷ J）。 |
| 英尺-磅达 | ft⋅pdl | 0.04214011009380476 | unitsCatalog.notesByUnit.ft-pdl |
| 焦耳 | J | 1 (base) | 焦耳（能量单位，在量纲上与 N⋅m 相同，但在概念上不同！）。 |
| 千焦耳 | kJ | 1.000e+3 | unitsCatalog.notesByUnit.kJ |
| 兆焦耳 | MJ | 1.000e+6 | unitsCatalog.notesByUnit.MJ |
| 微焦耳 | µJ | 1.000e-6 | unitsCatalog.notesByUnit.μJ |
| 毫焦耳 | mJ | 0.001 | unitsCatalog.notesByUnit.mJ |
常见问题
扭矩和功率有什么区别？
扭矩是旋转力（N⋅m 或 lbf⋅ft）。功率是做功的速率（瓦特或马力）。功率 = 扭矩 × RPM。低转速下的高扭矩可提供良好的加速；高转速下的高功率可提供高最高速度。
我可以用焦耳代替 N⋅m 来表示扭矩吗？
不可以！虽然两者都使用 N⋅m 量纲，但扭矩和能量是不同的物理量。扭矩是矢量（有方向：顺时针/逆时针），能量是标量。请务必使用 N⋅m 或 lbf⋅ft 来表示扭矩。
我的汽车车轮螺母应该使用多大的扭矩？
请查阅您汽车的手册。典型范围：小型汽车 80-100 N⋅m（60-75 lbf⋅ft），中型汽车 100-120 N⋅m（75-90 lbf⋅ft），卡车/SUV 120-200 N⋅m（90-150 lbf⋅ft）。请使用扭矩扳手和星形图案！
为什么我的扭矩扳手需要校准？
弹簧会随着时间的推移失去张力。每 5,000 次循环或每年，精度会从 ±3% 偏离到 ±10% 以上。关键紧固件（发动机、制动器、车轮）需要正确的扭矩 — 请专业地重新校准。
扭矩越大总是越好吗？
不是！过度拧紧会损坏螺纹或折断螺栓。拧紧不足会导致松动。请严格遵守确切的规格。扭矩关乎精度，而非最大力。
为什么电动汽车加速这么快？
电动机在 0 RPM 时即可提供峰值扭矩！汽油发动机需要 2,000-4,000 RPM 才能达到峰值扭矩。特斯拉 Tesla 瞬间即可获得 400+ N⋅m 的扭矩，而汽油车则需要逐步建立。