Torque Converter
扭轉力：理解所有單位的扭矩
了解汽車、工程和精密應用中的扭矩。透過清晰的範例，自信地在 N⋅m、lbf⋅ft、kgf⋅m 等單位之間進行轉換。
扭矩基礎
什麼是扭矩？
扭矩是線性力的旋轉等效物。它描述了在離旋轉軸一定距離處施加的力的旋轉效應。
公式：τ = r × F，其中 r 是距離，F 是垂直於半徑的力。
- SI 基礎：牛頓米（N⋅m）
- 英制：磅力英尺（lbf⋅ft）
- 方向很重要：順時針或逆時針
汽車背景
引擎扭矩決定了加速感。低轉速下更高的扭矩意味著更好的牽引力。
緊固件的扭矩規格可防止過度擰緊（損壞螺紋）或擰緊不足（鬆動）。
- 引擎輸出：通常為 100-500 N⋅m
- 車輪螺帽：80-140 N⋅m
- 精度：需要 ±2-5% 的精度
扭矩與能量
兩者都使用 N⋅m 量綱，但它們是不同的量！
扭矩是向量（有方向）。能量是純量（沒有方向）。
- 扭矩：一定距離處的旋轉力
- 能量（焦耳）：移動一段距離所做的功
- 不要將「焦耳」用於扭矩規格！
- 在美國，公制規格使用 N⋅m，汽車使用 lbf⋅ft
- 扭矩是旋轉力，不是能量（儘管量綱是 N⋅m）
- 對於關鍵緊固件，務必使用經過校準的扭矩扳手
記憶輔助
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（精確值為 9.807）。想想重力：1 米處的 1 公斤重量。
lbf⋅in ↔ N⋅m
1 lbf⋅in ≈ 0.113 N⋅m。除以 9 快速估算為 N⋅m。
N⋅cm ↔ N⋅m
100 N⋅cm = 1 N⋅m。只需將小數點移動兩位。
ft-lbf（反向）
ft-lbf = lbf⋅ft。值相同，表示法不同。兩者都表示力 × 距離。
扭矩 × RPM → 功率
功率（kW）≈ 扭矩（N⋅m）× RPM ÷ 9,550。將扭矩與馬力聯繫起來。
扭矩視覺參考
| 用手擰緊螺絲 | 0.5-2 N⋅m | 手指擰緊 - 僅用手指施加的力 |
| 智慧型手機螺絲 | 0.1-0.3 N⋅m | 精細 - 小於捏力 |
| 汽車車輪螺帽 | 100-120 N⋅m (80 lbf⋅ft) | 用力扳動扳手 - 防止車輪脫落！ |
| 自行車踏板 | 30-40 N⋅m | 一個強壯的成年人站在踏板上可以施加這個力 |
| 打開果醬罐 | 5-15 N⋅m | 頑固的罐蓋 - 手腕的扭轉力 |
| 汽車引擎輸出 | 150-400 N⋅m | 讓您的汽車加速的動力 - 持續的旋轉功率 |
| 風力渦輪機齒輪箱 | 1-5 MN⋅m | 巨大 - 相當於 100,000 人推動 10 米長的槓桿 |
| 電鑽 | 20-80 N⋅m | 手持動力 - 可以鑽穿木材/金屬 |
常見陷阱
- 混淆扭矩和能量Fix: 兩者都使用 N⋅m，但扭矩是旋轉力（向量），能量是所做的功（純量）。切勿將「焦耳」用於扭矩！
- 使用未經校準的扭矩扳手Fix: 扭矩扳手會隨著時間的推移失去校準。每年或每 5,000 次循環後重新校準。±2% 的誤差會損壞螺紋！
- 忽略擰緊順序Fix: 汽缸蓋、飛輪需要特定的模式（星形/螺旋形）。先擰緊一側會使表面變形！
- 混淆 ft-lbf 和 lbf⋅ftFix: 它們是相同的！ft-lbf = lbf⋅ft。兩者都等於力 × 距離。只是表示法不同。
- 「為了安全」而過度擰緊Fix: 扭矩越大 ≠ 越安全！過度擰緊會使螺栓超出其彈性極限，導致失效。請嚴格遵守規格！
- 在潤滑和乾燥的螺紋上使用扭矩Fix: 油會使摩擦減少 20-30%。「乾燥」的 100 N⋅m 規格在塗油後會變為 70-80 N⋅m。請檢查規格是針對乾燥還是潤滑的！
每個單位適合哪裡
汽車
引擎規格、車輪螺帽和緊固件根據地區使用 N⋅m 或 lbf⋅ft。
- 引擎輸出：150-500 N⋅m
- 車輪螺帽：80-140 N⋅m
- 火星塞：20-30 N⋅m
重型機械
工業馬達、風力渦輪機和重型設備使用 kN⋅m 或 MN⋅m。
- 馬達：1-100 kN⋅m
- 風力渦輪機：MN⋅m 範圍
- 挖掘機：數百 kN⋅m
電子與精密
小型設備使用 N⋅mm、N⋅cm 或 ozf⋅in 進行精密組裝。
- PCB 螺絲：0.1-0.5 N⋅m
- 智慧型手機：0.05-0.15 N⋅m
- 光學設備：gf⋅cm 或 ozf⋅in
換算如何運作
- 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
常用換算
| 從 | 到 | 係數 | 範例 |
|---|---|---|---|
| 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 |
快速範例
跨應用扭矩比較
| 應用 | N⋅m | lbf⋅ft | kgf⋅m | 說明 |
|---|---|---|---|---|
| 手錶螺絲 | 0.005-0.01 | 0.004-0.007 | 0.0005-0.001 | 極其精密 |
| 智慧型手機螺絲 | 0.05-0.15 | 0.04-0.11 | 0.005-0.015 | 僅用手指擰緊 |
| PCB 安裝螺絲 | 0.2-0.5 | 0.15-0.37 | 0.02-0.05 | 小螺絲起子 |
| 打開罐蓋 | 5-15 | 3.7-11 | 0.5-1.5 | 手腕扭轉 |
| 自行車踏板 | 35-55 | 26-41 | 3.6-5.6 | 緊密安裝 |
| 汽車車輪螺帽 | 100-140 | 74-103 | 10-14 | 關鍵安全規格 |
| 摩托車引擎 | 50-150 | 37-111 | 5-15 | 輸出扭矩 |
| 汽車引擎（轎車） | 150-250 | 111-184 | 15-25 | 峰值輸出扭矩 |
| 卡車引擎（柴油） | 400-800 | 295-590 | 41-82 | 用於牽引的高扭矩 |
| 電鑽 | 30-80 | 22-59 | 3-8 | 手持電動工具 |
| 工業馬達 | 5,000-50,000 | 3,700-37,000 | 510-5,100 | 5-50 kN⋅m |
| 風力渦輪機 | 1-5 百萬 | 73.8萬-370萬 | 10.2萬-51萬 | MN⋅m 級別 |
日常基準
| 物品 | 典型扭矩 | 說明 |
|---|---|---|
| 手擰螺絲 | 0.5-2 N⋅m | 無需工具，僅用手指 |
| 打開罐蓋 | 5-15 N⋅m | 頑固的泡菜罐 |
| 安裝自行車踏板 | 35-55 N⋅m | 必須擰緊 |
| 汽車車輪螺帽 | 100-120 N⋅m | 通常為 80-90 lbf⋅ft |
| 摩托車引擎輸出 | 50-120 N⋅m | 因尺寸而異 |
| 小型汽車引擎峰值 | 150-250 N⋅m | 約 3,000-4,000 RPM |
| 卡車柴油引擎 | 400-800 N⋅m | 用於牽引的高扭矩 |
| 風力渦輪機 | 1-5 MN⋅m | 兆噸米！ |
關於扭矩的驚人事實
N⋅m 與焦耳的混淆
兩者都使用 N⋅m 量綱，但扭矩和能量完全不同！扭矩是旋轉力（向量），能量是所做的功（純量）。將「焦耳」用於扭矩就像將速度稱為「米」一樣，在技術上是錯誤的！
為什麼柴油感覺更強勁
相同尺寸的柴油引擎比汽油引擎多 50-100% 的扭矩！2.0L 柴油引擎可能產生 400 N⋅m，而 2.0L 汽油引擎則產生 200 N⋅m。這就是為什麼儘管馬力較低，柴油車仍能更好地牽引拖車。
電動馬達的瞬時扭矩
電動馬達在 0 RPM 時即可提供峰值扭矩！汽油引擎需要 2,000-4,000 RPM 才能達到峰值扭矩。這就是為什麼電動汽車在起步時感覺如此之快的原因 — 瞬間即可獲得 400+ N⋅m 的全部扭矩！
風力渦輪機的扭矩驚人
一台 5 兆瓦的風力渦輪機在其轉子上產生 2-5 百萬 N⋅m（MN⋅m）的扭矩。這就像 2,000 台汽車引擎同時旋轉 — 足以扭曲一棟建築！
過度擰緊會損壞螺紋
螺栓在擰緊時會拉伸。僅過度擰緊 20% 即可永久性地變形螺紋或折斷螺栓！這就是為什麼存在扭矩規格的原因 — 這是一個「金髮姑娘區」。
扭矩扳手於 1918 年發明
康拉德·巴爾發明了扭矩扳手，以防止紐約市的水管被過度擰緊。在此之前，水管工只是憑「感覺」擰緊，導致不斷的洩漏和破裂！
扭矩 × RPM = 功率
一台在 6,000 RPM 時產生 300 N⋅m 的引擎可產生 188 kW（252 HP）的功率。在 3,000 RPM 時同樣的 300 N⋅m = 僅 94 kW！高轉速將扭矩轉換為功率。
您在騎行時產生 40 N⋅m
一名強壯的自行車手每次踩踏可產生 40-50 N⋅m 的扭矩。環法自行車賽的騎手可以持續數小時保持 60+ N⋅m。這就像同時連續打開 4 個頑固的果醬罐！
記錄與極限
| 記錄 | 扭矩 | 說明 |
|---|---|---|
| 可測量的最小值 | ～10⁻¹² N⋅m | 原子力顯微鏡（皮牛頓米） |
| 手錶螺絲 | ～0.01 N⋅m | 精密的精密工作 |
| 最大的風力渦輪機 | ～8 MN⋅m | 15 兆瓦海上渦輪機轉子 |
| 船用螺旋槳軸 | ～10-50 MN⋅m | 最大的貨櫃船 |
| 土星五號火箭引擎（F-1） | ～1.2 MN⋅m | 在全推力下每個渦輪泵 |
扭矩測量的簡史
1687
艾薩克·牛頓在《自然哲學的數學原理》中定義了力和旋轉運動，為扭矩概念奠定了基礎
1884
「torque」（扭矩）一詞由詹姆斯·湯姆森（克耳文勳爵的兄弟）首次在英語中使用，源自拉丁語「torquere」（扭轉）
1918
康拉德·巴爾發明了扭矩扳手，以防止紐約市的水管被過度擰緊
1930s
汽車工業將引擎組裝和緊固件的扭矩規格標準化
1948
牛頓米被正式採納為扭矩的 SI 單位（取代 kg⋅m）
1960s
棘輪式扭矩扳手成為專業機械師的標準，將精度提高到 ±3%
1990s
帶有電子感測器的數位扭矩扳手提供即時讀數和資料記錄
2010s
電動汽車展示了瞬時最大扭矩傳遞，改變了消費者對扭矩與功率的理解
快速參考
常用換算
日常使用的關鍵係數
- 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
最佳實踐
- 存放在最低設定以保護彈簧
- 每年或每 5,000 次使用後校準
- 平穩地拉動手柄，不要猛拉
功率計算
將扭矩與功率聯繫起來
- 功率（kW）= 扭矩（N⋅m）× RPM ÷ 9,550
- 馬力 = 扭矩（lbf⋅ft）× RPM ÷ 5,252
- 低轉速下扭矩更大 = 加速更好
提示
- 對於關鍵緊固件，務必使用經過校準的扭矩扳手
- 遵循汽缸蓋和飛輪的擰緊順序（星形/螺旋形圖案）
- 將扭矩扳手存放在最低設定以保持彈簧張力
- 檢查扭矩規格是針對乾燥還是潤滑的螺紋 — 差異為 20-30%！
- 自動科學記數法：小於 1 µN⋅m 或大於 1 GN⋅m 的值將以科學記數法顯示，以便於閱讀
單位目錄
SI / 公制
從奈到吉牛頓米的 SI 單位。
| 單位 | 符號 | 牛頓米 | 說明 |
|---|---|---|---|
| 千牛頓-米 | kN⋅m | 1.000e+3 | 千牛頓米；工業機械規模。 |
| 牛頓-厘米 | N⋅cm | 0.01 | 牛頓公分；小型電子產品、PCB 螺絲。 |
| 牛頓-米 | N⋅m | 1 (base) | SI 基本單位。1 N 在 1 m 垂直距離處。 |
| 牛頓-毫米 | N⋅mm | 0.001 | 牛頓毫米；非常小的緊固件。 |
| 吉牛頓-米 | GN⋅m | 1.000e+9 | 吉牛頓米；理論或極端應用。 |
| 千牛頓-厘米 | kN⋅cm | 10 | unitsCatalog.notesByUnit.kNcm |
| 千牛頓-毫米 | kN⋅mm | 1 (base) | unitsCatalog.notesByUnit.kNmm |
| 兆牛頓-米 | MN⋅m | 1.000e+6 | 兆牛頓米；風力渦輪機、船舶螺旋槳。 |
| 微牛頓-米 | µN⋅m | 1.000e-6 | 微牛頓米；微尺度測量。 |
| 毫牛頓-米 | mN⋅m | 0.001 | 毫牛頓米；精密儀器。 |
| 奈牛頓-米 | nN⋅m | 1.000e-9 | 奈牛頓米；原子力顯微鏡。 |
英制 / 美制
基於磅力和盎司力的英制單位。
| 單位 | 符號 | 牛頓米 | 說明 |
|---|---|---|---|
| 盎司-力 英寸 | ozf⋅in | 0.00706155176214271 | 盎司力英寸；電子組裝。 |
| 磅-力 英尺 | lbf⋅ft | 1.3558179483314003 | 磅力英尺；美國汽車標準。 |
| 磅-力 英寸 | lbf⋅in | 0.1129848290276167 | 磅力英寸；較小的緊固件。 |
| 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；輕型應用。 |
| 磅達 英尺 | pdl⋅ft | 0.04214011009380476 | unitsCatalog.notesByUnit.pdl-ft |
| 磅達 英寸 | pdl⋅in | 0.0035116758411503964 | unitsCatalog.notesByUnit.pdl-in |
工程 / 重力
在舊規格中常見的千克力和克力單位。
| 單位 | 符號 | 牛頓米 | 說明 |
|---|---|---|---|
| 公斤-力 厘米 | kgf⋅cm | 0.0980665 | 千克力公分；亞洲規格。 |
| 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 | 克力公分；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 |
| 噸-力 英尺 (短噸) | tonf⋅ft | 2.712e+3 | unitsCatalog.notesByUnit.tonf-ft |
| 噸-力 米 (公制) | tf⋅m | 9.807e+3 | 公噸力米（1,000 kgf⋅m）。 |
汽車 / 實用
具有反向力-距離的實用單位（ft-lbf）。
| 單位 | 符號 | 牛頓米 | 說明 |
|---|---|---|---|
| 英尺 磅-力 | ft⋅lbf | 1.3558179483314003 | 英尺磅力（與 lbf⋅ft 相同，反向表示法）。 |
| 英寸 磅-力 | in⋅lbf | 0.1129848290276167 | 英寸磅力（與 lbf⋅in 相同）。 |
| 英寸 盎司-力 | in⋅ozf | 0.00706155176214271 | 英寸盎司力；精細工作。 |
CGS 系統
基於達因的公分-克-秒系統單位。
| 單位 | 符號 | 牛頓米 | 說明 |
|---|---|---|---|
| 達因-厘米 | dyn⋅cm | 1.000e-7 | 達因公分；CGS 單位（10⁻⁷ N⋅m）。 |
| 達因-米 | dyn⋅m | 1.000e-5 | unitsCatalog.notesByUnit.dyne-m |
| 達因-毫米 | dyn⋅mm | 1.000e-8 | unitsCatalog.notesByUnit.dyne-mm |
科學 / 能量
在量綱上與扭矩等效的能量單位（但在概念上不同！）。
| 單位 | 符號 | 牛頓米 | 說明 |
|---|---|---|---|
| 爾格 | erg | 1.000e-7 | 爾格（CGS 能量單位，10⁻⁷ J）。 |
| 英尺-磅達 | ft⋅pdl | 0.04214011009380476 | unitsCatalog.notesByUnit.ft-pdl |
| 焦耳 | J | 1 (base) | 焦耳（能量單位，在量綱上與 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 |
常見問題
扭矩和功率有什麼區別？
扭矩是旋轉力（N⋅m 或 lbf⋅ft）。功率是做功的速率（瓦特或馬力）。功率 = 扭矩 × RPM。低轉速下的高扭矩可提供良好的加速；高轉速下的高功率可提供高最高速度。
我可以用焦耳代替 N⋅m 來表示扭矩嗎？
不可以！雖然兩者都使用 N⋅m 量綱，但扭矩和能量是不同的物理量。扭矩是向量（有方向：順時針/逆時針），能量是純量。請務必使用 N⋅m 或 lbf⋅ft 來表示扭矩。
我的汽車車輪螺帽應該使用多大的扭矩？
請查閱您汽車的手冊。典型範圍：小型汽車 80-100 N⋅m（60-75 lbf⋅ft），中型汽車 100-120 N⋅m（75-90 lbf⋅ft），卡車/SUV 120-200 N⋅m（90-150 lbf⋅ft）。請使用扭矩扳手和星形圖案！
為什麼我的扭矩扳手需要校準？
彈簧會隨著時間的推移失去張力。每 5,000 次循環或每年，精度會從 ±3% 偏離到 ±10% 以上。關鍵緊固件（引擎、煞車、車輪）需要正確的扭矩 — 請專業地重新校準。
扭矩越大總是越好嗎？
不是！過度擰緊會損壞螺紋或折斷螺栓。擰緊不足會導致鬆動。請嚴格遵守確切的規格。扭矩關乎精度，而非最大力。
為什麼電動汽車加速這麼快？
電動馬達在 0 RPM 時即可提供峰值扭矩！汽油引擎需要 2,000-4,000 RPM 才能達到峰值扭矩。特斯拉 Tesla 瞬間即可獲得 400+ N⋅m 的扭矩，而汽油車則需要逐步建立。