活动二：----汽车车轮滚动摩擦分析

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？,