力偶矩为“力偶的力矩”的简称,亦称“力偶的转矩”。力偶是作用于同一刚体上的一对大小相等、方向相反、但不共线的一对平行力,它们的合力矩等于平行力中的一个力与平行力之间距离(称力偶臂)的乘积,称作“力偶矩”,力偶矩与转动轴的位置无关。
基本介绍
力偶矩全称为“力偶的力矩”,亦称“力偶的转矩”。
力偶是
大小相等,方向相反,但不在同一
直线上的一对
平行力。它们的合力矩等于平行力中的一个力与平行力之间距离(称力偶臂)的乘积,称作“力偶矩”。力偶的转动效应决定于力偶矩。力偶矩的单位即力矩单位(M=FL),力偶矩与转动轴的位置无关。
说明:力偶的合力为零,因此它不会改变物体的
平动状态。力偶的效果是改变物体的转动状态。
性质介绍
力偶矩的单位和力矩一样,常用“牛×米(千克×米方/秒方)”表示;力偶矩是矢量,其方向和组成力偶的两个力的方向间的关系,遵从右手螺旋法则。对于有固定轴的物体,在力偶的作用下,物体将绕固定轴转动;没有固定轴的物体,在力偶的作用下物体将绕通过质心的轴转动。
工作特性
1.力偶在力偶作用面任意一点的合力均为零;因此它不会改变物体的平动状态,只会改变物体的转动状态。
2.通常,力偶只能用力偶来平衡;但在定轴转动中,可用圆周力(即力矩)来平衡。
3.保持力偶矩的大小及转向不变,同时改变力偶中力的大小及力偶臂的长短不会改变其对刚体的作用。
4.空间合力偶矩为各力偶矩的矢量和;平面合力偶矩等于各分力偶矩的代数和。
力偶矩是由两不同作用线上之力产生, 两力大小相等方向相反,力偶矩会产生纯旋转效果。
力偶矩为自由向量,因此不管作用于物体任何地方会产生相同效果。
计算方法
计算两力偶产生之力矩可对任意点取力矩合,但为了方便常取力作用在线之一点以消除一力之力矩。
在三维系统中,力偶矩常以向量法计算,M=FL,其中L为一力上任一点至另一力上任一点之位置向量。
力偶矩之合成可由力偶系中之向量和求得。
相关应用
横摆力偶矩控制策略
中置轴汽车列车横摆力偶矩控制(Direct Yaw moment Control,DYC)设计原则是使牵引车横摆角速度跟随参考值,同时尽量降低铰接角速度以减小后部放大系数。采用模糊控制的方法动态调节DYC介入的门限。通过
PID控制器计算所需制动力矩,并结合控制门限值最终确定实际输出制动力矩。通过制动力分配策略,控制列车某车轮进行制动(忽略侧向力的影响),以提供相应的横摆力偶矩,改善汽车列车的
行驶稳定性。
在机械工程学里,力偶是个很有用的概念。以下列出几个实例:
1.当用手扭转螺丝起子时,螺丝起子会感受到力偶。
2.当用螺丝起子扭转螺丝钉时,螺丝钉会感受到力偶。
3.一个在水里旋转的螺旋桨推进器,会感受到由水阻力产生的力偶。
4.在一个均匀电场里,电偶极子会感受到电场的力偶。