汽车运动过程中的受力分析
曲轴的受力情况分析及主要强化方式
曲轴的受力情况分析及主要强化方式
在汽车发动机中，曲轴是承受负荷最大的部件，在发动机工作时，曲轴的各部分会受到弯曲、扭转、拉压和剪切等力的作用。
曲轴时常处于高速旋转的运动状态之中，这会很容易造成磨损和发热烧损，因此要求轴颈表面要有很好的表面耐磨度，同时要防止曲轴的疲劳断裂，在曲轴常见的故障中，因弯曲疲劳断裂引起的故障率高达百分之八十以上。
为了保证发动机正常地、可靠地工作，这就要求曲轴要有足够的强度、耐磨性、刚度和平衡精度，因此，我们在曲轴的制造过程中，必须对曲轴进行强化处理。
对曲轴的强化处理指的是在不改变曲轴的结构的前提下，采用物理的、化学的以及机械的方法，使曲轴得到尽可能大的强化度，以达到提高曲轴的各项力学性能的目的。
在现实生产中，我们可以依据曲轴的工况和实际技术要求，选择一种或多种强化手段对曲轴进行强化处理。
常见的对曲轴强化处理方式主要有以下几种：轴颈表面和圆角淬火强化方式、圆角滚压强化方式、氮化强化方式和碳氮共渗强化方式等。
浅谈摩擦力在实际生活以及理论分析中的应用
浅谈摩擦力在实际生活以及理论分析中的应用摘要：摩擦力分为静摩擦力和动摩擦力，动摩擦力又可以分为滑动摩擦力和滚动摩擦力，各种摩擦力在实际生活中都是广泛存在和不可缺少的，并且还起着非常重要的作用，有的摩擦力在理论分析中可以由具体的公式进行计算，而有的摩擦力则要通过对具体问题具体分析而计算出来。
在物理学中，摩擦力也是最常见和最重要的力之一。
关键词：摩擦力；理论分析；应用摩擦力在实际生活中是普遍存在的，在人类社会的进步与发展中起着非常重要的作用。
在现实社会生活中，人要行走、汽车刹车、传送带传输物品等等，都离不开摩擦力的作用；在物理教学中，对物体进行受力分析往往也会涉及到摩擦力，由于摩擦力的种类较多，所以在受力分析中要根据实际情况进行分析。
一、步行过程中的摩擦力在现实生活中，我们要向前走，人相对于地面是前进的，而在前进的过程中，我们依靠的是地面与鞋之间的摩擦力的作用，在图（一）中，V0是人前进的速度方向，但是我们的鞋底所受到的摩擦力并不是与V0相反的，即不是与人运动的方向相反，摩擦力的方向与物体之间相对运动或具有相对运动趋势的方向相反，所以鞋底受到的摩擦力与人前进的方向是一致的，从而才使得人获得一个与运动方向相反的加速度（即获得一个与运动方向相反的合力）。
人不行的过程中，脚底相对与地面有与人运动方向相反的趋势，但是并未向与人运动方向相反的方向运动，所以人类步行依靠的是鞋底与地面之间的摩擦力来实现的。
一、传送带传输物品过程中的摩擦力传送带传输物品在日常生活中是普遍存在的，也是物理学的受力分析中比较常见的。
水平运动的传送带传输物品的过程中，由于传送带本身一般具有一定的速度，若物体是相对与地面静止放上传送带的，它会在与传送带之间的摩擦力的作用下在传送带上作加速运动，若传送带足够长，则被传送的物品的速度最终会加速到与传送带的速度一致。
此时它与传送带之间无相对滑动，也无相对滑动的趋势，所以当物品运动速度等于传送带运动速度时，被传送物品受到的摩擦力大小减为零，在运动方向（水平方向）不再受到力的作用。
汽车机械基础-3 工程构件受力分析
FR＝F1+ F2+…+ Fn＝∑Fi =0
（3-2）
2）平面汇交力系平衡的几何条件:力系中各力组成的力多边形自行封闭
机械工业出版社机械
3.1 静力学基本概念及其公理
3.力的概念 力的概念：力是物体间的相互机械作用。 力对物体的作用会产生两种效应： （1）外效应：指力使物体的运动状态发生改变。 （2）内效应：指力使物体使产生变形。
小车的运动
吊车梁的变形
机械工业出版社机械
3.1 静力学基本概念及其公理
4.力的三要素及表示方法 （1）力的三要素：力的大小、方向和作用点。力是矢量 （2）力的表示方法
3.4.1 平面汇交力系 平面汇交力系：在平面力系中,各力作用线均汇交于一点的力系。
平面汇交力系的工程实例
3.4 平面力系
想一想 练一练 • 前面多次练习的工件夹紧机构，根据先前的受力分析，你能判断个构件
承受汇交力系作用吗？
3.4 平面力系
1. 平面汇交力系合成的几何法 FR＝F1+ F2+…+ Fn＝∑Fi
☆ 想一想 练一练 如图所示的工件的夹紧机构，请判断哪个构件接触点处属于光滑面
约束？如工件处于夹紧状态，你能否画出该构件的受力图？
机械工业出版社机械
3.2 工程中常见约束
3.光滑铰链约束 （1）实例观察：门窗所用的活页、铡刀与刀架的联接特点。 （2）概 念：采用光滑圆柱定位销将两个构件相联接而形成的约束。
3.2 工程中常见约束
【案例导入】曲柄冲床是钣金生产行业中常用的生产设备，如图3-9,曲柄作为 主动件带动冲头实现作业过程。
a ) 曲柄压力机外观结构图
b ) 曲柄压力机机构运动
示意图
汽车运动分析实验报告
一、实验目的1. 了解汽车运动过程中的受力情况；2. 掌握汽车在水平行驶、加速行驶和转弯三种典型情况下的受力分析；3. 培养学生的实验操作能力和分析问题能力。
二、实验原理汽车在运动过程中受到多种力的作用，主要包括牵引力、摩擦力、重力、支持力等。
本实验通过分析汽车在水平行驶、加速行驶和转弯三种典型情况下的受力情况，了解汽车运动过程中的力学原理。
三、实验器材1. 汽车一辆；2. 三角板；3. 测速仪；4. 弹簧测力计；5. 水平仪；6. 圆周运动轨迹板；7. 记录纸和笔。
四、实验步骤1. 水平行驶实验：（1）将汽车停放在水平路面上，确保汽车处于静止状态；（2）使用水平仪检查汽车是否水平；（3）启动汽车，保持匀速行驶，使用测速仪记录汽车的速度；（4）用弹簧测力计测量汽车受到的牵引力；（5）记录汽车受到的摩擦力；（6）分析汽车在水平行驶过程中的受力情况。
2. 加速行驶实验：（1）将汽车停放在水平路面上，确保汽车处于静止状态；（2）启动汽车，逐渐加速，使用测速仪记录汽车的速度；（3）用弹簧测力计测量汽车受到的牵引力；（4）记录汽车受到的摩擦力；（5）分析汽车在加速行驶过程中的受力情况。
3. 转弯实验：（1）将汽车停放在水平路面上，确保汽车处于静止状态；（2）启动汽车，进入圆周运动轨迹板，保持匀速转弯；（3）使用测速仪记录汽车的速度；（4）用弹簧测力计测量汽车受到的牵引力；（5）记录汽车受到的摩擦力；（6）分析汽车在转弯过程中的受力情况。
五、实验结果与分析1. 水平行驶实验：根据实验数据，汽车在水平行驶过程中受到的牵引力等于摩擦力，汽车做匀速直线运动。
牵引力与摩擦力的平衡关系使得汽车能够保持匀速行驶。
2. 加速行驶实验：根据实验数据，汽车在加速行驶过程中受到的牵引力大于摩擦力，汽车做匀加速直线运动。
随着速度的增加，牵引力逐渐减小，汽车做加速度不断减小的加速运动。
3. 转弯实验：根据实验数据，汽车在转弯过程中受到的牵引力分解为切向分力和径向分力。
汽车的牵引力与加速度
车轮的静摩擦力作用 , 汽车只能在原地 打转 , 因为内力不能 产生加速 度; 如
果只有地面静摩擦力的作用 , 而没有 发动 机提供能 源 , 那 么汽车 也只能 在
原地不动 。但真正的牵引力应为驱动轮的静摩擦力 , 这个例子就是 f1 , 其大 小为 (11)式所表示的 , 而不是发动机所产 生的驱动力 Ft , 只有 在忽略 转动 惯量的情况下 , 驱动轮的静摩擦力与发动机的驱动力 F t 大小上才会相等 。
中国校外教育下旬刊
教研探索
汽车的牵引力与加速度
◆段满先
关于牵引力的本质问题 ,各种刊物有文章阐述 ,笔者从加速度的角度来加以分析 。 牵引力 加速度 驱动力 静摩擦力
汽车之所以能向前行驶 , 是因 为汽车 发动机 产生的 扭矩 , 经 传动系 传
至驱动轮上 , 此时作用于驱动轮上的扭矩 Mt 使驱动轮 转动 , 由于驱动 轮相 对于地面有向后运动的趋势 ,因此地面给驱动轮一个向前的静摩擦力 f1 , 使 驱动轮得以向前滚动 ,驱动轮向前滚动 就会以 推力 T1 推’动 车身向前运 动 , 而车身又会以推力 T2 推动从 动轮 向前滚动 , 从动 轮就会 受到方 向向后 的 静摩擦力 f2 , f2 的方向可以这样理解 , 假如地面光滑 , 则从动 轮在车身推 力 (作用在从动轮的质心上 )作用下 , 就会向前滑动的 , 所以 f2 的方向向后 。
轮的角加速度 。并设从动 轮的质量 为 m2 。根据从 动轮 的受力情况可列出式子 :
T2 - f2 = m2 a
( 5)
根据从动轮受到的力矩情况可列出式子 :
图2
f2 r = I2 a
( 6)
由 (3 )、(5 ) 、( 6)式可得 : T2
汽车运动过程中的受力分析
进行受力分析是最有意义的分析，这是由于汽
车在在工作的过程之中多数处于加速和加速的
状态之下。
例如，汽车在启动的过程之中就是加速运
动，根据不同的汽车的性能有等牵引力启动和
等功率启动两种形式，这两种启动形式中的加
速度存在很大差别。等功率启动的过程相对较
为复杂，这种情况之下汽车开始启动的过程之
中加速度在逐步的发生变化，随着速度的增加
4. 结束语 汽车在运动的过程之中所受的力是十分复 杂的，本文只是针对水平行驶、加速行驶以及 转弯过程中的几种受力情况进行了简要的分析， 希望可以通过这篇文章的论述，提高人们对于 汽车受力情况的认识，为我国汽车行业的发展 带来一定的参考价值。
参考文献： [1] 李 安 定 , 尹 念 东 . 汽 车 驾 驶 模 拟 器 的 运 动 模 型 研 究 [J]. 黄 石 理 工 学 院 学 报 ,2008,02:26-30. [2] 胡 宏 德 . 基 于 LabVIEW 的 汽 车 运 动 轨 迹 跟 踪 仿 真 软 件 开 发 [J]. 轻 型 汽 车 技 术 ,2013,Z2:21-23+38. [3] 郭 世 钢 . 从 汽 车 运 动 中 的 牵 引 力 看 系 统 建 模 [J]. 渝 州 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版 ),1995,04:5-9.
汽车运动过程中的受力分析
266590 山东科技大学 山东 青岛 - 马粮 / 胡宁
关键词 汽车；运动；受力分析；速度
摘 要： 汽车运动过程之中需要收到很多较为复杂的力的综合作用，本文结合汽车实际的受力情况，选择其中较为典型的水平行驶、加速行驶和转 弯这三种情况的受力情况进行分析。希望通过笔者的分析可以提高人们对于汽车受力情况的了解，更为科学的掌握汽车运动过程中的综合情况。
汽车运行过程中的物理问题
汽车运行过程中的物理问题作者：刘振康来源：《新课程·教研版》2010年第14期随着我国经济建设的不断发展,汽车已经十分普及。
汽车运行过程中的物理问题已成为高中物理在实际生活中运用的一个重点,同时也是同学们在学习中的一个难点。
为了启发同学们思考,现将此类问题分析整理如下:一、汽车的牵引力(驱动力)汽车的牵引力F源自于汽车的内燃发动机带动前或后轮转动时在车轮与地面接触的切点处,沿车轮转动的切线的反方向对地面所施的摩擦力(如图1),此摩擦力应为静摩擦力,作用点在驱动轮上(轮与地面接触的切点),此作用点随轮的转动不断改变。
如果驱动轮打滑汽车就失去了牵引力不能前进。
现在国内的汽车有前驱动的,有后驱动的,也有前后驱动的,都同此理。
牵引力F的大小与车轮、地面的材料、接触程度和压力有关,也与汽车发动机的功率P(驱动轮的转速)有关。
二、汽车运行过程汽车在平直路面上行驶,一般可分为启动、正常行驶和制动减速停止三个过程。
在行驶过程中满足:P=Fv。
v为汽车运行速度。
发动机的功率即牵引力的功率。
由于力与速度方向相同,P=Fv。
如果发动机保持牵引力不变,则功率将随运行速率增大而增加。
但发动机的功率的增大是有一定限度的,发动机实际功率不能超过其额定功率。
当发动机达到额定功率并保持功率不变运行时,其牵引力与运行的速率成反比。
因此,汽车以恒定的加速度a做匀加速运动只能维持到速度增加到某一极值v1。
若汽车的质量为m,汽车运行中所受阻力为F2,则牵引力F1=F2+ma,可知v1=P/(F2+ma)。
当汽车速度达到v1之后,车速仍可增大(因为牵引力大于阻力),但随着速度增大,牵引力将减小到与阻力大小相等,得v2=P额/F2。
显然车速达到最大速度之前,必然经历一段加速度逐渐减小的加速运动,直至加速度减为零。
尤其是汽车以恒定功率开始运动到达最大速度的过程,汽车始终做变加速运动。
匀变速运动的运动学公式不能应用此类问题。
例如汽车以恒定功率运动,在t秒内速度由v1增加到v2。
汽车运动过程中的受力分析
汽车运动过程中的受力分析摘要：汽车运动过程之中需要收到很多较为复杂的力的综合作用，本文结合汽车实际的受力情况，选择其中较为典型的水平行驶、加速行驶和转弯这三种情况的受力情况进行分析。
希望通过笔者的分析可以提高人们对于汽车受力情况的了解，更为科学的掌握汽车运动过程中的综合情况。
关键词：汽车；运动；受力分析；速度前言：随着现代经济社会的不断发展与进步，汽车已经成为现代人生活之中不可或缺的生活用品，汽车的普及极大的改变了现代人的生活方式与生产方式，促进了现代社会的巨大进步。
但是，针对汽车受力情况的具体研究与分析的文献国内还鲜有报道，笔者结合多年工作的经验，对汽车在运动过程之中的受力情况进行了系统的分析，希望可以通过这些分析提高人们对于汽车运动情况的了解，更好的掌握汽车的受力情况，为今后汽车行业的发展带来积极的启发。
1.汽车在水平行驶过程之中的受力分析汽车在行驶的过程之中受到的力主要有两种：牵引力和摩擦力。
这是从大的方向上进行概述。
传统思维认为，汽车在水平行驶的过程之中主要受到发动机的牵引力，但是从力学方面进行分析这种思维是错误的。
其实，带动汽车向前行驶的直接动力是轮胎的静摩擦f，这是汽车在行驶之中受到的直接动力。
为了更好的说明汽车的手里情况，我们将汽车受到的静摩擦力也就是直接动力定义为F1，汽车在运动的过程之中当然还会受到相应的摩擦阻力，主要包括汽车轮胎的滚动摩擦f1、汽车内部部件之间的摩擦力f2以及汽车受到的空气阻力f3..牛顿第一定律指出，汽车保持匀速行驶的条件为受到的和外来为0，即：（1）（2）结合（1），我们可知汽车所收到的静摩擦力等于三种摩擦组合之和时，汽车才可以在水平面上做匀速直线运动。
（2）向我们展示的是滑动摩擦力的定义式，通过该定义式我们可知，汽车收到的滑动摩擦力与汽车的重力成正比，同时和地面的摩擦因数存在很大的关系。
但是，这里需要注意的是，汽车一般收到的摩擦力是滚动摩擦与滑动摩擦之间存在很大的差别，滑动摩擦可以近似等于最大静摩擦，也就是汽车的直接动力。
汽车行驶中的惯性力问题分析
汽车行驶中的惯性力问题分析当代，人们的物质生活日益丰富，家庭轿车也相对普遍。
接下来将讨论汽车在平地行驶时的惯性力的问题。
我们不妨先假设汽车为一刚体系，其质量为m ，质心C 距离地面h ，每个轮子所受恒定的摩擦力为F s ,与质心水平距离均为d ，根据汽车行驶的状态不同，可以分三个阶段讨论：1、汽车处于启动阶段； 选取整辆车为研究对象，受力分析如右图（1），汽车发动机所提供的拉力为F ，若忽略车轮的转动，则易知整个刚体系作匀加速的平移运动，加速度为a 1，对车加惯性力F I1，其大小为 F I1=ma 1 根据达朗贝尔原理，列平衡方程∑F x =0，F - F I1 - 4F s =0 ∑F y =0，4F N – mg =0∑M C =0，-4M 1 + 2F N d –2F N d –4F s h =0可以求得a 1=（F-F s ）/m ；F N =mg/4 ；M 1=-F s h .2、汽车处于平稳行驶阶段；此时汽车处于匀速运动阶段，整个刚体系的加速度a =0，故其附加惯性力亦为零，汽车处于平衡状态。
3、汽车处于减速阶段；同样，选取整辆车为研究对象，受力分析如图（2），此时汽车开始制动，发动机不提供动力，若忽略车轮的转动，则整个刚体系作匀减速的平移运动，加速度为a 2，对车加惯性力F I2，其大小为 F I2=ma 2 根据达朗贝尔原理，列平衡方程∑F x =0，F I2 - 4F s =0 ∑F y =0，4F N – mg=0∑M C =0,-4M 2 + 2F N d –2F N d –4F s h =0可以求得a 2=4F s /m ；M 2=-F s h =M 1 .若要求出某个瞬时汽车行驶的速度，则可以结合汽车在一段时间内行驶的路程，利用动能定理便可求出。
F I1 a 1 m g F s F s F N F N v 1图（1）F C A B M 1M 1y F I2 m g a 2 v 2 C B A F N F s F s 图（2）M 2 M 2 F N。
汽车制动受力
汽车制动时受力分析1.摩擦阻力的因素汽车在制动过程中，有两个地方会产生摩擦阻力。
一个是车轮制动器产生的摩擦阻力，使车轮转速减慢；另一个是车轮与地面产生摩擦阻力使汽车减速。
前者称制动器制动力，后者称地面制动力，也就是我们车在检测站检测的制动力。
如果制动器产生的摩擦力偶大于轮胎与路面之间的最大摩擦力偶时,车轮即完全停止滚动,也就是车轮被抱死。
在车轮未抱死前，地面制动力始终等于制动器制动力，此时制动器制摩擦力消耗一部份动能(发热)，地面制动力消耗一部份动能。
在车轮抱死后，地面制动力等于地面附着力，它不再随制动器制动力的增加而增加，制动器制不再消耗动能(W=FS，∵S=0，∴W=0)，只有轮胎与地面摩擦消耗动能。
由于车轮抱死后，纵向附着系数(摩擦力)下降，制动器制也不消耗动能，侧向附着系数趋于0，所以刹车距离也就变长，易产生则滑。
2.前后轴载荷重心变动的因素车辆在静止时，其前后轴的垂直载荷之比仅决定于汽车重心的纵向位置。
但在车辆行驶中制动时，由于作用在重心上的向前的惯性力使汽车俯冲前倾，因而前后轴的垂直载荷比值变大，即前轴载荷加大，而后轴载荷减少；而且制动力越强，惯性力越大，前后轴垂直载荷的比值也越大。
即刹车时前轴荷随加速度变大而增大，后轴荷减少。
年后生产的国产及进口车轿车，前后轴制动力分配按欧共体的ECE R13标准制定，即按“前后轴附着糸数利用曲线”分配比例，不允许有车轮抱死现象，前轴所占总制动力通常为80％，上限为85％。
各种轿车都是按自身的悬挂糸统的动态重心分配特性去设计前后轴制动力分配，原车的前后轴制动力分配是经过各种实验优化定案，提供良好的制动平衡。
根椐北京理工大学做的路试，国产及进口轿车前轴刹车力在800kg-1100kg 以上，后轴最低173kg，最高290kg(满载车重1684kg)，路试刹车减速度、距离都符合要求。
实试正实，后轮刹车即使一轮失效，30km/h刹车距离变化很小，不跑偏。
第3节向心力的实例分析
【解】G和N的合力提供汽车做圆周运动
的向心力，由牛顿第二定律得：
N
N G m v2
v
r
度越大对桥的压力越大。
由于ａ竖直向上，属超重现象。
情境3：
光滑轨道结构—过山车
FN mg
mg F m v2
N
r
(1)当FN 0时，V gR (临界速度)
(2)当v
v2 Rg , FN 0 , FN m mg
R
(3)当v gR时,物体离开圆轨道做曲线 运动
情境4：
绳物结构——水流星
T
mg
用绳系着小球在竖直平面
O
内做圆周运动。
最高点：mg T m v2 L
过最高点的最小速度是多大? v0 gL
当v
v0时，T
m
v2 L
mg
当v
v
时，物体离开圆面做曲
0
线运动
求解圆周运动问题的基本步骤
1.确定做圆周运动的物体为研究对象 2.确定圆周运动的轨道平面、圆心位置和半径。 3.受力分析找出向心力（半径方向的合力）。 4.用向心力公式列方程求解。
作业： 教材P79—801、2、3、4。
高中物理必修2第四章第3节
向心力实例分析
重庆市黔江中学校 杨世界
问题1：什么是向心力？
向心力：做圆周运动的物体，一定受到 一个始终指向圆心的等效力的作用，这 个力叫向心力。
向心力是产生向心加速度的原因。
问题2：向心力的来源？
可由某个力提供； 可由某个力的分力提供； 可由几个力的合力提供； 可由合力的分力提供。
实例2：火车转湾
火车转弯
汽车漂移方式原地调头的力学分析
根据上面的分析，经过简单的计算，发现汽车所拥有的角加速度可以让汽车在2.6s转 过到180°附近。同时可以得出，汽车初始速度越快，所能提供的牵引力才能越大， 汽车才能更快速的掉头；利用进行操作，使汽车“重心”变化的幅度增大，也是有利 于汽车加速掉头的。但是也发现，在当θ=180°时，汽车此时的角速度ωr并不为零。 这是可以解释的，在汽车转过45°之后，前轮虽然失去了牵引力，但是并不抱死，它 们上作用的力产生的力矩会比计算的要小，所以此处计算的角加速度应该是偏大的。
代入式汽车运动方程，整理后得
mV
l FYf kf f kf f r V l FYr kr r kr r r V
2 2 dr 2 lf kf lr kr 2 lf kf lr kr I z r 2lf kf dt V
4、汽车转向角加速度
M A sin( 1 ) OA FA M C d sin( 1 ) OA FC M B [d sin( 2 ) OB FB M D sin( 2 ) OB FD M A sin( 1 ) OA FA M C sin( 1 ) OA FC M B sin( 2 ) OB FB M D sin( 2 ) OB FD
产生漂移的方法
• • • • • 直路行驶中拉起手刹之后打方向。 转弯中拉手刹。 直路行驶中猛踩刹车后打方向。 转弯中猛踩刹车。 功率足够大的后驱车（或前后轮驱动力分配比例 趋向于后驱车的四驱车）在速度不很高时猛踩油 门并且打方向。 • 漂移转弯和普通转弯一样，都有速度极限，而且 漂移转弯的速度极限最多只可能比普通转弯高一 点，在硬地上的速度极限比普通转弯还低。
4.2.2制动时车轮受力分析
4.2.2 制动时车轮受力分析制动时的汽车行驶方程式为)(i w f j b F F F F F ++-= (4-1)式中：b F 为汽车地面制动力。
由制动性的定义可知，滚动阻力0≈f F ；制动时车速较低且迅速降低，即0≈w F ；坡道阻力0＝i F 。
所以，汽车行驶方程式可近似表达为jb F F ＝ (4-2)4.2.2.1 地面制动力、制动器制动力和附着力假设滚动阻力偶矩、车轮惯性力和惯性力偶矩均可忽略图，则车轮在平直良好路面上制动时的受力情况如图4-1所示。
制动器制动力μF 等于为了克服制动器摩擦力矩而在轮胎轮缘作用的力。
其大小为rT F /μμ＝ (4-3)式中：μT 是车轮制动器摩擦副的摩擦力矩。
制动器制动力μF 是由制动器结构参数所决定的。
它与制动器的型式、结构尺寸、摩擦副的而摩擦系数和车轮半径以及踏板力有关。
从力矩平衡可得地面制动力bF 为rT F b /μ＝ (4-4)地面制动力b F 是使汽车减速的外力。
它不但与制动器制动力μF 有关，受地面附着力ϕF 的制约。
图4-1 制动时车轮受力条件图4-2 地面制动力、车轮制动力及附着力的关系图4-2给出了地面制动力、车轮制动力及附着力三者之间的关系。
当踩下制动踏板时，首先消除制动系间隙后，制动器制动力开始增加。
开始时踏板力较小，制动器制动力μF 也较小，地面制动力b F 足以克服制动器制动力μF ，而使得车轮滚动。
此时，μF F b ＝，且随踏板力增加成线性增加。
但是地面制动力是地面摩擦阻力的约束反力，其值不能大于地面附着力ϕF 或最大地面制动力max b F ，即⎩⎨⎧==≤z b zb F F F F F ϕϕϕmax (4-5)当制动踏板力上升到一定值时，地面制动力b F 达到最大地面制动力ϕF F b ＝max ,车轮开始抱死不转而出现拖滑现象。
随着制动踏板力以及制动管路压力的继续升高，制动器制动力μF 继续增加，直至踏板最大行程，但是地面制动力bF 不再增加。
汽车上的力学知识
摘要：通过对汽车受力、惯性、起动、上坡、车距、转弯、刹车等有关物理知识的研究，帮助学生学会应用理论知识去解决实际问题，培养学生的实践能力。
关键字：力学知识、汽车问题、课题研究物理一直被认为是最实用，与生活联系最紧密的学科之一。
物理知识都是从生产、生活、科学实验中概括和总结出来的，是一门实用性极强的学科。
把理论知识与实际相联系，不仅能提高动手能力，而且能加深对所学知识的印象，加深理解，巩固记忆。
平时的教学过程中，要引导学生养成一种“从生活走向物理，从物理走向社会”的良好学习习惯。
笔者认为至少需要从两方面入手：一方面，新知识的教学要多以学生的生活实际为起点，应贴近学生生活，引导学生提出问题，分析问题、解决问题，然后进行理性归纳。
这样的一个教学过程，实质上是一个很好地促进学生创新意识形成的过程。
另一方面，要鼓励、引导学生把理论知识放到生产、生活实际中去检验、巩固，应用理论知识去解决实际问题。
这必然有利于学生实践能力的提高。
但是很多时候我们都忽视了它在生活中基本的应用，而是用脱离实际的“题海”让学生对物理的学习失去兴趣，越来越怕学物理。
美国心理学家布鲁纳说：“学习的最好动机，乃是对所学教材本身的兴趣”，这就是说，兴趣是一个人倾向于认识、研究并获得某种知识的心理特征，是推动人们求知的一种内在力量，兴趣必然引起追求和研究，就会导致对事物的深刻认识和理解。
笔者刚结束高一学年的教学，整理发现有很多汽车的问题可以用高一的力学知识解决。
而汽车作为一种现代交通工具,正在逐步进入寻常百姓的消费视线。
这一课题必然引起学生的兴趣，把它作为暑期社会实践或是学生分组的课题研究非常合适。
一方面：通过这个课题研究让学生提高交通安全意识，了解汽车受力、惯性、起动、上坡、车距、转弯、刹车等有关物理知识；另一方面：以汽车为知识载体的命题,也愈来愈频繁地出现在卷面上。
这类习题联系实际生活，用于复习整理高一所学力学知识内容大有裨益，下面就这一课题进行探讨：1、汽车的受力问题汽车行驶中的主要阻力来源于地面对车轮的摩擦力(空气对车身的摩擦力相对较小)。
学习单元1 力学分析
图1-8 力的可传性
（3）作用力与反作用力公理（公理三） 一个物体对另一个物体有一作用力 时，另一物体对此物体必有一反作用力，
这两个力大小相等，方向相反，沿同一
直线分别作用在两个物体上。如图1-9(b) 所示， N 和 N' 即为一对作用力和反作用 力，我们常用加“撇”的方法来表示一 对作用力和反作用力。 图1-9 作用力与反作用力
力F使物体绕O点转动的效果，可完全由下列两个要素决定： (1) 力的大小与力臂的乘积。
(2) 力使物体绕O点转动的方向。
当力的大小等于零，或者力的作用线通过力矩中心，即力臂等于零时，力矩为 零，这时力矩不能使物体绕O点转动。如果物体上有若干个力，当这些力对力矩 中心的力矩代数和等于零，即原来静止的物体，就不会绕力矩中心转动。
2、如图1-1所示，图中力F1、F2、
F3、F4作用线均与转向盘相切，且 F1 平行于 F3 、 F2 平行于 F4 ，大小 分别为60N、80N、60N、80N。方 向盘的半径为380mm。回答以下问
题：
（1）图中所示力系是否为平面汇交 力系？ （2）求每一个力对转向盘中心之矩。
学习参考书
学习单元一 力学分析
上述作图求合力的方法可推广到由n个力组成的平面汇交力系，并得出结论：平 面汇交力系的合力等于力系中各分力的矢量和，合力的作用线通过汇交点。用矢 量式表示：
R = F1 + F2 + … + Fn = ∑F
用几何法求合力的时候，应该注意以下几点：
（1-2）
①选择适当的力的比例尺，画出力的大小和方向。
1、带着以下问题观察汽车的转向盘
二、分析转向盘转向时所受的 力
（1）转向盘在力学上有哪些作用？ （2）转向盘在常规工作下的受力性质是什么？ （3）单手握转向盘是否合理？为什么？ （4）双手如何用力才能保持转向盘静止不动？
汽车行驶过程中轮胎与地面的摩擦力研究
汽车行驶过程中轮胎与地面的摩擦力研究摘要：汽车在行驶的过程，轮胎不断与地面进行接触进而产生了摩擦力，并影响到汽车行驶的方向、速度等。
基于此，本文针对汽车汽车在平直公路上正常行驶时、刹车时以及转弯时所受的摩擦力进行分析，进而具体描述了轮胎在汽车行驶中所产生的作用及影响。
关键词：汽车；轮胎；摩擦力引言：在行驶时，轮胎与地面进行摩擦，这是一种必然的物理现象。
摩擦在生活中处处可见，摩擦力对物体的运动产生了阻碍，但是在汽车的行驶过程中，却又扮演着动力的角色，针对汽车行驶的不同阶段，汽车轮胎与地面的摩擦力可以大致分为三种类型。
1.平直公路上正常行驶时所受的摩擦力汽车在平直的公路上行驶时，主要分为以下三个阶段，即启动、加速、匀速等，这这是哪个阶段内，汽车会受到相同方向的摩擦力。
所谓摩擦力，就是指互相接触的物体在进行相对运动或者是具有相对运动趋势时，所产生的一种阻碍物体间运动及运动趋势的力。
在汽车的行驶过程中，主动轮使汽车轮胎与地面产生了相对运动，这种运动是由汽车发动机所提供的驱动力。
汽车的动力主要依靠后轮作为主动轮，行驶的过程中，发动机提供动能，使得主动轮顺时针方向转动。
一旦地面光滑度较高，就会令轮胎在原地打转，不能有效行驶，而地面具有摩擦力，才会使地面对车轮产生阻碍车轮向后滑动的摩擦力，这样才能使得汽车向前行驶。
相较于主动轮，从动轮就是不提供动力，不输出功率以及扭矩的轮。
从动轮受到地面的力是向后的，所以产生了阻力。
从动轮由于主动轮的作用，才向前被推动。
与主动轮相比，当从动轮形式的地面是光滑的，那么从动轮与地面接触的点就会相较于地面有前进趋势，反之地面粗糙，则会产生向后的摩擦力，并且这种力的方向不通过轴心，所以这个力是滚动摩擦力[1]。
滚动摩擦力是一种阻碍滚动的力，也正是由于这种力的作用，才使得从动轮向后被动地进行转动，推进汽车行驶。
2.刹车时所受的摩擦力刹车是汽车行驶最为关键的环节，也是对驾驶者以及行人安全的保障。
汽车机械基础课件第1章 运动构件受力分析
3.滚动摩擦 当一个物体在另一个物体表面上滚动（或有滚
动趋势）时，受到的接触面的阻碍作用称为滚 动摩擦。
滚动摩擦的形成
滚动摩擦的大小用力偶矩来量度，且与正压力 成正比。一般来说，在其他条件相同的情况下， 克服滚动摩擦力矩使物体运动需要的力比克服 滑动摩擦力所需要的力小得多。所以，汽车轮 胎充气不足时，行驶起来比较费力。
图示为螺旋千斤顶，在其举起重物后，要 求丝杆及重物不会自行下降，而可以在任意 位置都能保持平衡，即具有自锁功能。
分析：使丝杆及重物下滑的力为Gsinα， 阻止其下滑的最大阻力为最大静摩擦力 Ffm＝fs•Gcosα，当Gsinα≤fs•Gcosα时，即 α≤φm沿运动方向的分力小于或等于最大静摩 擦力时，丝杆（及重物）将不发生下滑。
力偶是一对方向相反、大小相同、不重合的力。 力偶是力系，能使物体产生纯转动效应。力偶形 成的转矩叫力偶矩。
角速度ω与转速n之间有如下关系： ω=2πn/60=πn/30
线速度与角速度的关系： v=rω
3.角加速度
刚体角速度变化的快慢和方向用角加速度表示， 用符号ε表示，单位为rad/s2（弧度/秒2）。
ε=⊿ω/⊿t 4. 匀速定轴转动刚体的惯性力及转动零件惯性 力的平衡
惯性力是由于外力的作用使物体的运动状 态改变时，因其惯性引起的运动物体对外界抵 抗的反作用力，其大小等于运动物体的质量与 加速度的乘积，方向与加速度相反，作用在施 力物体上。
静力学是从公元前三世纪开始发展的，奠
基者是阿基米德。静力学主要研究物体在力的
作用下处于平衡的规律。
运动是物质存在的
1.静力学基本概念
形式，平衡是相对 的、暂时的。
平衡：物体相对于地面保持静止或作匀速 直线运动的状态。
汽车行驶阻力分析
汽车行驶阻力分析2.2.2.1滚动阻力轮胎滚动时，与支承地面的接触区产生法向和切向相互作用力，并使接触区的轮胎和地面发生相应的变形。
这种变形取决于轮胎和地面的相对刚度。
轮胎在硬路面上滚动时，轮胎变形是变形的主要成份；而当轮胎在松软地面滚动时，主要变形为地面的沉陷变形。
轮胎在滚动过程中，轮胎的各个组成部分间摩擦以及橡胶元、帘线等分子之间的摩擦，产生摩擦热而耗散，这种损失称为弹性元件的迟滞损失。
图2-7中的右图为简化的轮胎模型。
它将充气轮胎视为由无数弹簧-阻尼器单元组成的弹性轮。
当每个单元进入印迹时，弹簧-阻尼器组成的轮胎单元首先被压缩，然后松弛。
由于存在阻尼消耗压缩能量，轮胎内部阻尼摩擦产生迟滞损失，这种迟滞损失表现为阻碍车轮运动的阻力偶。
图2-7中的左图所示为轮胎的弹性特性。
图中的C曲线为压缩过程（加载）曲线，而D 曲线为松弛过程（卸载）曲线。
两条曲线所包围的面积及为阻尼的迟滞能量损失。
图2-7右图的阴影表示为轮胎接触区受力情况。
汽车静止时，车轮与地面接触区法向反作用力分布是前后对称的，其合力垂直接触面指向轮心（经接触面的车轮中心垂线n-n'）；当车轮滚动时，以从动轮等速滚动为例，接触区法向反作用力的分布前后不对称，合法向反作用力F Z1向前偏移了一段距离a，见图2-8。
这是因为轮胎与地面接触区的前端处于压缩行程，而后端处于松弛行程，因而接触面前端法向力大于后端法向力。
如果将合法向反作用力后移距离a至车轮中心的垂线n-n'，则有阻碍车轮滚动的阻力偶矩F f1。
从动轮等速转动时，受力平衡方程为(2-23) 式中：W1为重力；F p1为水平推力。
要使从动轮在刚性路面上等速滚动，必须在轮心上作用水平推力F p1，与接触面的切向反作用力构成力偶矩来克服滚动阻力偶矩T f1。
即(2-24) 令f=α/r ，则(2-25)或(2-26) 这样，人们在分析汽车行驶阻力时，不必考虑车轮所受到的滚动阻力偶矩T f,而只要知道滚动阻力系数就可求出滚动阻力F f。
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汽车运动过程中的受力分析
摘要：汽车运动过程之中需要收到很多较为复杂的力的综合作用，本文结合汽车实际的受力情况，选择其中较为典型的水平行驶、加速行驶和转弯这三种情况的受力情况进行分析。
希望通过笔者的分析可以提高人们对于汽车受力情况的了解，更为科学的掌握汽车运动过程中的综合情况。
关键词：汽车；运动；受力分析；速度
前言：
随着现代经济社会的不断发展与进步，汽车已经成为现代人生活之中不可或缺的生活用品，汽车的普及极大的改变了现代人的生活方式与生产方式，促进了现代社会的巨大进步。
但是，针对汽车受力情况的具体研究与分析的文献国内还鲜有报道，笔者结合多年工作的经验，对汽车在运动过程之中的受力情况进行了系统的分析，希望可以通过这些分析提高人们对于汽车运动情况的了解，更好的掌握汽车的受力情况，为今后汽车行业的发展带来积极的启发。
1.汽车在水平行驶过程之中的受力分析
汽车在行驶的过程之中受到的力主要有两种：牵引力和摩擦力。
这是从大的方向上进行概述。
传统思维认为，汽车在水平行驶的过程之中主要受到发动机的牵引力，但是从力学方面进行分析这种思维是错误的。
其实，带动汽车向前行驶的直接动力是轮胎的静摩擦f，这是汽车在行驶之中受到的直接动力。
为了更好的说明汽车的手里情况，我们将汽车受到的静摩擦力也就是直接动力定义为F1，汽车在运动的过程之中当然还会受到相应的摩擦阻力，主要包括汽车轮胎的滚动摩擦f1、汽车内部部件之间的摩擦力f2以及汽车受到的空气阻力f3..牛顿第一定律指出，汽车保持匀速行驶的条件为受到的和外来为0，即：
（1）
（2）
结合（1），我们可知汽车所收到的静摩擦力等于三种摩擦组合之和时，汽车才可以在水平面上做匀速直线运动。
（2）向我们展示的是滑动摩擦力的定义式，通过该定义式我们可知，汽车收到的滑动摩擦力与汽车的重力成正比，同时和地面的摩擦因数存在很大的关系。
但是，这里需要注意的是，汽车一般收到的摩擦力是滚动摩擦与滑动摩擦之间存在很大的差别，滑动摩擦可以近似等于最大静摩擦，也就是汽车的直接动力。
2.加速行驶汽车的受力分析
加速行驶汽车的受力分析需要结合牛顿第二运动定律进行相关分析，而且这是汽车所受的力较为复杂，为了论述的简单化，在本文中我们将汽车的受力做了理想化处理。
汽车在加速行驶的过程之中所受到的动力为F1，汽车所受到的综合阻力为F2，汽车获得的加速度为a，汽车的质量为m。
由牛顿第二定律：
（3）
带入公式可得：
（4）
解（4）得：（5）
通过上述三个公式我们可以看出，汽车在进行加速运动的过程之中，主要受到的力为牵引动力和摩擦阻力两种力的综合效果，只有当牵引动力F1大于摩擦阻力F2时汽车才能做加速运动，加速度为正；反之，当牵引动力F1小于摩擦阻力F2时汽车只能做减速运动，也就是说这个时候汽车的加速度为负值。
对于加速行驶进行受力分析是最有意义的分析，这是由于汽车在在工作的过程之中多数处于加速和加速的状态之下。
例如，汽车在启动的过程之中就是加速运动，根据不同的汽车的性能有等牵引力启动和等功率启动两种形式，这两种启动形式中的加速度存在很大差别。
等功率启动的过程相对较为复杂，这种情况之下汽车开始启动的过程之中加速度在逐步的发生变化，随着速度的增加加速度会减小，达到一定程度之后加速度开始保持不变。
对于等牵引力启动而言，这个时候汽车的加速度处于一个稳定的状态，这是由于汽车所受的合外力保持不变的原因造成的，因此这种启动是相对较为简单的启动方式，其受力分析也较为简单。
3.汽车在转弯过程中的受力分析
汽车的运动状态一般分为匀速行驶、加速行驶两种状态，前文已经对于这两种状态下汽车的受力分析进行了系统的论述。
但是，汽车在转弯过程之中的受力情况与前两种状态下的受力之间存在明显的不同，为了让人们更加全面的了解汽车的受力状态，笔者对汽车在转弯过程中的受力情况也进行简单分析。
汽车在转弯过程之中的受力之所以和普通行驶状态下不同，是因为汽车在转弯过程之中的受力更为复杂，除了前文已经提及的牵引动力和汽车阻力这两种主要的力之外，汽车在转弯的过程之中必须提供相应的向心力。
对于向心力的理解一定要正确，我们这里所说的向心力不是一个真正存在的力，而是一种合力，是汽车转弯过程之中必须存在的一个合外力。
汽车转弯过程其实是在做圆周运动，做圆周运动就必须有向心力。
（6）是向心力的计算式：
（6）
也就是说汽车在转弯的过程之中不能处于受力平和的状态，这时的汽车存在一个向心加速度a，这个向心加速度的存在决定了汽车在必须存在一个向心力，这个向心力一般是由汽车轮胎的侧向静摩擦提供的，要有与运动方向成90 度的指向圆心方向的充当向心力静摩擦力f=mv2/r=mω2r=mr（2π/T）2=mω2v。
一些设计较为科学的公路在转弯处设计成外侧较高内侧较低的情况，这种设计也是考虑到向心力的原因，这种设计可以实现汽车重力的一部分分力当做汽车转弯的向心加速度，这样就减小了轮胎横向静摩擦的压力，增加了汽车行驶过程之中的安全系数，同时减轻了对于轮胎的磨损。
4.结束语
汽车在运动的过程之中所受的力是十分复杂的，本文只是针对水平行驶、加速行驶以及转弯过程中的几种受力情况进行了简要的分析，希望可以通过这篇文章的论述，提高人们对于汽车受力情况的认识，为我国汽车行业的发展带来一定的参考价值。
参考文献：
[1]李安定，尹念东. 汽车驾驶模拟器的运动模型研究[J]. 黄石理工学院学报，2008，02：26-30.
[2]胡宏德.基于LabVIEW的汽车运动轨迹跟踪仿真软件开发[J].轻型汽车技术，2013，Z2：21-23+38.
[3]郭世钢.从汽车运动中的牵引力看系统建模[J]. 渝州大学学报（自然科学版），1995，04：5-9.
胡宁，男，籍贯：河北省沧州市，研究方向：车辆工程，作者单位：山东科技大学。