題:
如何提高輪式車輛的牽引力並減少摩擦?
HDE 226868
2015-01-27 20:31:24 UTC
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這是受我去年參加物理課的一個項目的啟發;我想將來使用它。

背景:對於該項目,我和幾個同學被要求製造一輛由多種動力驅動的小型汽車。資料來源;我們選擇了一個捕鼠器,該捕鼠器在四輪汽車發佈時可以轉動兩個後輪。我們小組的目標是使汽車盡可能遠地行駛。

一個問題是電源不是恆定的。疏水閥的槓桿臂弧形抬起約五秒鐘,然後返回其靜止位置。在此期間,它推動了汽車。然後,汽車在其餘的部分滑行。

在動力級,我們希望增加牽引力。車輪是CD(因為我們有$ 5.00的預算),因此有旋轉的趨勢。因此,我們在上面貼了一塊布以獲得更好的牽引力。然而,在第二階段,我們發現這塊布大大降低了汽車的速度,因為它大大增加了摩擦力(正如我們在測試了數小時的不同組合後發現的那樣)。

其他小組使用了膠帶來覆蓋輪子和一些二手唱片,似乎比CD稍好(儘管這違反了尺寸限制)。不過,布料似乎具有最佳的牽引力-我們沒有很多衍生產品。測試是在典型的教室地板上進行的(我不確定它是用油氈製成的,但至少在美國幾乎與每所學校都一樣)。總的來說-很明顯,不僅是由捕鼠器驅動的小型汽車-在電源接通時,如何才能大大提高車輪的牽引力,而在滑行時卻能減少摩擦?是像選擇某些輪胎一樣簡單,還是有更大更好的工程解決方案?


作為最後的總結:我的想法是為汽車設置一個重心轉移點,其中動力車輪的打滑趨勢較小,而前輪幾乎沒有摩擦。在動力階段,質心在後面,而在滑行階段,質心在前面。這可以幫助減少某些車輪上的法向力,從而產生或避免額外的摩擦。

這完全是軼事,但對於我類似的HS物理項目,我們將滑板抓緊帶平滑地粘貼到CD輪的外邊緣以提高牽引力。值得一試,但我們項目的目標是力量而不是距離。但是:這在路面上往往很困難(!!)。例如,我建議您先在任何駕駛表面不顯眼的區域進行測試,然後再將其發送到新的硬木籃球場上。 :-)
哦,我可能應該注意其他一些小組使用了什麼,以及我們在哪裡進行了測試。我正在尋找此類項目以外的答案,但這可能很重要。謝謝,@PaulGessler。
用無紡布使汽車減速的原因是由於無彈性變形而增加了滾動阻力。高摩擦,高彈性的物質會更好地工作:例如橡皮筋。這就是輪胎由橡膠製成的原因。
五 答案:
JedF
2015-01-27 21:24:11 UTC
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您需要控制加電的速度。某種阻尼器機制可以使動力逐漸施加而不會旋轉。

您可以嘗試將“動力線”包裹在不同尺寸的皮帶輪上,以便更改傳動比。如果您使用圓錐體,那將類似於CVT,在起步時您將具有較低的傳動比才能開始運動,然後隨著線束沿圓錐體退繞,這將使汽車更快地行駛,而不僅僅是旋轉。

Something like this for your rear axle

編輯:您可以猜測齒輪比,也可以使用一些基本靜力學來計算摩擦係數以及在施加扭矩時如何避免打滑。 >

較低的齒輪比將*增加*發生空轉的可能性,因為它將增加施加至車輪的扭矩。
user16
2015-01-27 20:57:17 UTC
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摩擦力與表麵類型和材料類型有關。牽引力與車輪可能產生的摩擦力以及施加在車輪上的重量有關。這篇工作原理文章很好地介紹了這兩個屬性之間的關係。

一個普遍的誤解是表面積會影響車輪的牽引力。有時會引用笨拙的賽車來證明這一點。這些車輛具有特殊的後輪胎,它們在靜止時較寬,但隨著轉速的增加而變得更狹窄。認為這具有增加起動牽引力的效果,但是隨著車輪與地面接觸的面積隨轉速減小而減小滾動阻力。但是,這篇文章在解釋無論表面面積如何產生的摩擦力如何保持相同方面都做得很好。

鑑於牽引力方程 $ F_t = \ mu_tmg $等於摩擦力$ F_f = \ mu_fmg $ 1 sup>,它是可用轉矩之間的平衡行為;表面材料和可用的車輪材料。

1 sup> 這並不是說$ \ mu_t $與$ \ mu_f $完全相同,但在這種情況下它們足夠接近。 sub>

那麼,為什麼車輪會改變尺寸呢?還有其他好處嗎?
滾動阻力略微降低:http://www.newton.dep.anl.gov/askasci/eng99/eng99599.htm
Adam Miller
2015-01-28 05:05:47 UTC
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在動力源開啟時,我如何才能大幅提高車輪的牽引力,而在滑行時卻要減少摩擦?

考慮到,對於大多數目的,牽引力確實是我認為解決這兩種情況比解決所有情況都好。

是否可以對輪胎進行動態充氣/放氣?如果是這樣的話,可以在通電的情況下對輪胎放一點氣,然後在滑行時將其充氣回去。

或者,如何使多餘的輪胎縮回,然後像自行車訓練一樣放下輪胎車輪何時需要更多的轉向機動性?

充氣/放氣不太可行,但是額外的輪子想法很有趣。在我看來,這本來會很複雜,並且遠遠超出了設計限制,但這無疑是一個很好的解決方案。
SF.
2015-01-28 01:47:08 UTC
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牽引力,摩擦力,地形通用性,請選擇兩個。

如果要在濕滑的地形中行駛,則需要高摩擦力才能提高牽引力。但是,如果您可以限制地形(並保持合理的加速度;您始終可以在其餘三個條件之間進行權衡),則可以提供良好的牽引力,並且摩擦最小。

說,您的車輪被割斷了,外出像鋸條,向後傾斜。您提供了一條匹配的鋸齒狀軌道的“起始條”,其齒向前指向。這樣一來,您就可以防止所有打滑而又不會犧牲很多摩擦力。然後,車輪可以在平坦的地形上行駛,從而增加了鋸齒表面的摩擦力,或者可以使用雙重系統,即圓形的“輪輞”延伸到“履帶式”鋸齒輪的上方,因此,一旦車輛離開軌道,它就會繼續行駛其餘部分都完美地輪了。

Will.W
2015-02-12 17:04:19 UTC
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在引用布料時,您所談論的摩擦將更正確地稱為滾動阻力。從真正的意義上講,您需要增加摩擦係數以增加牽引力或增加垂直於地面的作用力。

您可以通過更改車輪材料來增加摩擦係數,因為您可以用布包裹起來,但是您發現一旦車輛行駛,滾動阻力就會增加,從而降低了效率。一個替代方法是增加質量,從而使用GlenH7的牽引公式來增加可用於產生牽引力的力,前提是$ F_t = \ mu_tmg $,其中$ m $是質量,$ g $是重力加速度。增大質量會對加速度產生負面影響,因此您可以調整設計以將現有質量盡可能多地轉移到驅動輪上(請參見Dragster類比,汽車很長,所有重量都在後面),正好足以前輪只會在加速時保持與地面的接觸(再次參見Dragster)。



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