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发动机为什么要变速箱？用转速来控制速度与扭矩可行不？

发动机,扭矩,静摩擦力发动机为什么要变速箱？用转速来控制速度与扭矩可行不？

发布时间：2020-12-06加入收藏来源：互联网点击：

问题补充： 还节省动力

回答于 2019-09-11 08:43:50

回答于 2019-09-11 08:43:50

首先，我们来对汽车启动受力做一个简单分析。

汽车从静止到启动，需要克服汽车的最大静摩擦力。F=μmg，假设摩擦系数μ为0.3，车身自重1200kg，则，最大静摩擦力F=0.3*1200*10=3600N。

分到两个前轮的最大静摩擦力就是3600÷2=1800N。

接下来，我们再来看看发动机功率和扭矩以及转速之间的关系图。

下图是某发动机的功率曲线图。发动机转速在1000转/分时，输出的扭矩为130N.M左右，转速在4000转/分时，达到最大225N.M左右。

以16寸的轮胎为例，半径0.2米。那么，发动机怠速时输出的推力为130÷0.2=650N。

显然，发动机怠速输出650N的推力是克服不了前轮的最大静摩擦力1800N的。也就是说，单凭发动机是无法推动汽车启动的。


最后，我们来看看加上变速箱之后。

我们以5档变速箱为例，一档的传动比为4:1左右，及发动机的转速经变速箱转换后会降低4倍，而输出的扭矩会增大4倍。这时，我们再来看输出的力能否克服最大静摩擦力。

4×650=2600N，大于最大静摩擦力1800N。所以，汽车就能获得加速度，由静到动，向前行驶了。而汽车一旦动起来轮胎与地面就变成滚动摩擦了，滚动摩擦系数为0.02左右，比静摩擦系数小了近10倍以上，汽车加速行驶就变得容易了许多。




另外从发动机的功率曲线图中，我们还可看到，发动机的扭矩输出是一条比较平滑的曲线。也就是说在没有变速箱的情况下，无论我们怎样提高发动机的转速，其扭矩输出是不会怎么变化的，所以，也就无法获得足够的加速度给汽车提速。

而，有了变速箱之后，可将速度和扭矩按一定传动比变换，使我们能够获得足够的加速度给汽车提速和维持匀速行驶。

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回答于 2019-09-11 08:43:50

这是一个关于能量守恒的问题，工程上虽然算的很复杂，但还是可以用简单的物理来讨论的。

我们知道，档位越高，速度越快，但最大扭矩就越低。挂错了挡要么会费油、速度上不去，要么可能就会熄火。这都是跟扭矩，物理学上称为力矩有关。

这个物理量决定了发动机力量有多大。比如说，假设半径30厘米的车轮，能产生1000牛的推力，那这个车轮的扭矩就是30cm x 1000N = 300 N * m。汽车中有最大扭距限制的，主要是发动机，因为汽缸推动的力量是有限的。但是有的时候要爬坡，要起步，扭矩不足怎么办？

我们就要提升力量，力量如何提升呢？很简单，我们都学过「杠杆原理」，用长的一边轻轻的撬，短的一边就会产生很大的力。在这里也是一样，只不过杠杆的形式变了，变成齿轮组。齿轮组让车轮转的更慢，相同的距离，发动机转了更多圈。这个过程就是利用能量守恒。我们知道，做功的能量W = F * s，F是力，s是距离。在能量不变的情况下，s增大，所需要的力就会减少，但总的做功仍然一样。变速箱就是这个原理，让发动机需要转的圈数增多，就可以用很少的力在轮胎处产生很大的扭矩。

回答于 2019-09-11 08:43:50

可以，但是你的把发动机做的多大排量？紧凑型车得装个v8，有啥意思呢？就算装了v8，不够细腻，没办法市区行驶，驾驶感受差！变速器不止是放大扭矩功率，更多的是让车更细腻，更好驾驶