活动二：____汽车车轮滚动摩擦分析(精品)

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,活动,二 汽车,车轮滚动摩擦分析,我们,知道，如果没有车轮与地面的摩擦，汽车是无法行驶的。设想不同的情景，理解汽车车轮的滚动摩擦。,1.,仔细,分析，什么是驱动轮，什么是非驱动轮？,2.,汽车,在行驶时、制动时车轮处于怎样的摩擦状态？,3.,什么,是滚动摩擦？,一、了解驱动轮和非驱动轮。,若后,车轮是驱动轮，它受到发动机传递过来的转矩而向前转动，给地面以向后的推力，根据作用力与反作用力公理，地面给后轮以向前的推力，推动汽车向前运动，此推力是静摩擦力，所以我们说摩擦力,F,f1,是驱动力。前车轮是非动轮，在驱动力的作用下随车体一起向前运动，受到地面给它的静摩擦力,F,f2,的作用而向前转动。在行驶过程中，前后车轮都处于滚动状态，故都存在滚动摩擦。,雪,地里、沙滩上、泥坑里，打滑时汽车不能前进。,2,、斜坡上的汽车关闭油门时，分析前后车轮受到的摩擦。,假设斜坡有一定的坡度，且汽车未制动时，关闭油门后，汽车会向前滑行。此时地面将阻碍汽车向前运动，所以前后轮都受到静摩擦力,Ff,的作用而向前滚动，都是滚动摩擦。,3,、汽车制动时的前后轮摩擦力方向分析,汽车制动时，车轮因制动力过大往往会抱死，导致轮胎在地面上滑行，路面上留下一道黑色橡胶磨痕。,（,1,）只使用前轮制动、汽车仍在向前滑行时,前轮因制动抱死而向前滑动，所受的摩擦力为滑动摩擦力，其方向向后；因汽车仍向前滑行，地面给后轮的静摩擦力促使后轮向前转动。所以前轮受到的是滑动摩擦，而后轮受到的是滚动摩擦。由于惯性，汽车可能向前或向两侧翻转。,（,2,）只使用后轮制动、汽车仍在向前滑行时,与,（,1,）情况刚好相反，后轮因制动抱死而向前滑动，所受的摩擦力为滑动摩擦力，其方向向后；因汽车仍向前滑行，地面给前轮的静摩擦力促使前轮向前转动。所以前轮受到的是滚动摩擦，而后轮受到的是滑动摩擦。,（,3,）前后轮同时制动、汽车仍向前滑行时,前后车轮制动抱死，汽车仍向前滑动，故前后车轮均受到滑动摩擦力的作用，方向向后。,汽车,制动时车轮抱死，不仅造成轮胎严重磨损，更主要的是在这种情况下汽车完全失去操作方向的能力，这是引起车辆碰撞事故的一个主要原因。制动防抱死系统（,ABS,）防止车轮抱死打滑，使车轮保持既制动又滚动的状态。,三,、将一个车轮移到另一个地方，可采用两种方法：,1,、拖动；,2,、滚动。并填写下表：（填：“省力”、“不省力”、“比较省力”）,拖动,滚动,轮胎气足,轮胎气不足,一,、滚动摩擦,当,物体间相对滚动或有相对滚动趋势时引起的摩擦我们称为滚动摩擦。,现在我们来简单探讨一下有关滚动摩擦的的问题。,图,6-2-3(a),所,示，一,放在水平面上的轮胎，它的重量为,P,，半径为,r,，在车轮中心处作用着一水平力,F,。由实践可知，当作用力,F,不太大时，轮胎仍能保持静止状态。这时在轮胎上除了受到水平力,F,和重力,P,以外，还受到水平面的法向反力,FN,和静摩擦力,Ff,的作用。我们知道：轮胎在力,F,的作用下，一方面有沿力,F,方向滑动的趋势，同时也有绕接触点,A,滚动的趋势。静摩擦力,Ff,阻止了轮胎的滑动，但它不能阻止轮胎的滚动。那么，究竟是什么阻止了轮胎的滚动呢？因为轮胎压紧在水平面上，接触面处会发生一定的变形，当受到力,F,作用时，局部发生的变形使力,FN,的作用线向力,F,的方向移动了一段距离,，如图,6-2-3,（,b,）。力,F,和,Ff,组成一力偶，它要使轮胎滚动，而重力,P,和,FN,组成的另一力偶，力图阻止轮胎的滚动，这就是滚动摩擦力偶，其大小,M,f,=F,N,。,当,力,F,在一定范围内逐渐增大时，力,FN,移动的距离也随之相应增大，轮胎还能保持静止状态。当力,F,增大到某一临界值时，轮胎处于将要滚动而尚未滚动的临界状态，距离,增大到最大值。这时使轮胎发生滚动的力偶，它的力偶矩达到最大值，即,Mmax,=FN,式中,法向反力,FN,移动的最大距离，它具有长度的量纲，称为滚动摩擦系数。,滚动摩擦,系数的大小与接触物体的材料和接触面的情况有关，而与滚子半径的大小无关，材料硬，接触面变形就小，,值也小，便可减少滚动摩擦阻力。例如在坚硬的路面上拉车比在松软的路面上拉车省力，车胎充气足的比不足的行驶省力。表,6-2-1,列出,了几种常用材料的滚动摩擦系数的值。,滚动摩擦定律,：滚动摩擦力偶矩的大小与接触面的法线反力成正比，方向与滚子的转动方向相反。,表,6-2,几种常用材料的滚动摩擦系数,mm,材料名称,材料名称,软钢,软钢,0.05,钢质车轮,钢轨,0.05,铸铁,铸铁,0.05,木材,木材,0.50.8,淬火钢,淬火钢,0.01,轮胎,地面,210,由于滚动摩擦系数较小，因此，在大多数情况下滚动摩擦可忽略不计。,1.,观察,滚动轴承和滑动轴承的组成，想一想：为什么滚动轴承适用于轻载高速，而滑动轴承适用于重载低速？,2.,观察,轮胎与路面包含的两大摩擦问题：一是轮胎与路面的摩擦；二是轮胎的磨损。想一想如何使车辆在行驶中的滚动摩擦阻力,减小,?,摩擦,有有利的一面：如皮带传动靠摩擦传递运动和动力，制动器靠摩擦刹车，没有地面的摩擦汽车无法行驶，螺旋千斤顶、联接螺栓等需要靠摩擦自锁保持平衡等等；同消除时摩擦也有不利的一面：摩擦会使机件磨损甚至损坏，降低效率，消耗能量等。我们研究摩擦，就是要充分利用其有利的一面，而减少其不利的一面，具体的措施如下：,三、消除有害摩擦和强化有用摩擦的常用措施,1,、减小摩擦的措施：,（,1,）在允许的情况下，改滑动摩擦为滚动摩擦；,（,2,）改善表面的接触情况，如使表面光滑、添加润滑油等；,（,3,）使用减摩材料，以减少因摩擦而产生的磨损。,在,汽车的使用过程中，合理使用润滑材料，不仅可以降低润滑材料所消耗的费用，还可以提高润滑效果，减少摩擦和磨损，从而降低功率损耗和燃料消耗，延长汽车使用寿命。汽车所使用的润滑材料可分为三类：机油、齿轮油和润滑油。,2、强化有用摩擦的措施：,（1）设计时满足自锁条件；,（2）增大接触表面的摩擦系数；,（3）增大接触面的压力。,1、观察发动机各运动件之间用了哪些方法减小摩擦阻力？,2、赛车轮胎有什么特点？,项目六 汽车运动构件的摩擦分析,学生姓名日期自评互评师评,1,、你,知道摩擦的种类了吗？,2,、活塞,与缸套是滑动摩擦副对吗？,3,、任何,摩擦都是有害的对吗？,4,、你,会分析汽车行驶过程中前后轮的摩擦力方向吗？,5,、实际,中应用了哪些强化或消除摩擦的方法？,6,、活动,中环保意识及团队协作做的好吗？,学习体会,1,、活动,中感觉哪方面最有兴趣？为什么？,2,、你,有更好的活动来说明相关主题吗？如果有，请写出操作过程。（请同学们大胆创新，共同研讨）,3,、你,还有哪些要求与设想？,总体评价老师签名,一、填空题：,1、两个相互接触的物体，当它们接触面之间有,或,时，在接触面之间产生的阻碍彼此相对滑动的切向阻力称为,。,2、滑动摩擦力的方向总是和接触面间,的方向相反，它的大小与接触物体间的,成正比。,3、在考虑摩擦的情况下，接触面对物体的约束反力由 和,两部分组成，它们的合力称为接触面的,。,4、全反力和接触面法线之间的夹角最大值称为,。,5、斜面自锁的几何条件是,小于或等于 。,6、滚动摩擦产生的原因不同于滑动摩擦，它主要由,的变形引起的。,7、滚动摩擦系数是一个具有,单位的系数，一般 滑动摩擦系数。,8、确定静摩擦力大小的是,。,9、摩擦系数等于摩擦角的,。,10、当物体在外力作用下处于将动未动的临界平衡状态时，其受到的摩擦力为,。,二,、计算题：,1,、如,图所,示，自卸翻斗车的车厢靠油缸推举可绕,A,轴转动。若砂土与车厢的摩擦系数,f=0.7,，试问在卸车时要保证车厢内的砂土卸干净，车厢倾角,至少多大？,2,、如图所,示，物体放在水平面上，物体重,G=500N,，物体与平面间摩擦因数,f=0.3,。当物体所受水平力,F,的值分别为,0,、,50N,、,100N,、,150N,、,200N,时，物体是否平衡？摩擦力各有多大？,3,、如,图所示，要使物体沿水平向右滑动，,(a),、,(b),、,(c),三种情况，哪种方法最省力？,