Тяга (механика)
Тяга , сила тяги или сила тяги — это сила, используемая для создания движения между телом и касательной поверхностью за счет использования либо сухого трения , либо силы сдвига . [1] [2] [3] [4] Он имеет важное применение в транспортных средствах , например, в тяговом усилии .
Тяга также может относиться к максимальной силе тяги между телом и поверхностью, ограниченной имеющимся трением; в этом случае тяга часто выражается как отношение максимальной тяговой силы к нормальной силе и называется коэффициентом тяги (аналогично коэффициенту трения ). Это сила, которая заставляет объект двигаться по поверхности, преодолевая все силы сопротивления, такие как трение , нормальные нагрузки (нагрузка, действующая на ярусы в отрицательной оси Z), сопротивление воздуха , сопротивление качению и т. д.
Определения
[ редактировать ]Тягу можно определить как:
физический процесс, при котором касательная сила передается через поверхность раздела между двумя телами посредством сухого трения или промежуточной пленки жидкости, что приводит к движению, остановке или передаче энергии.
— Основы и испытания механического износа, Раймонд Джордж Байер [5]
В динамике транспортного средства сила тяги тесно связана с терминами «тяговое усилие» и «тяговое усилие» , хотя все три термина имеют разные определения.
Коэффициент тяги
[ редактировать ]
А) сухой асфальт
Б) Отвод асфальта во влажных условиях
В) Асфальт во влажных условиях
Г) Снег
Е) Лед
А) Горячекатаный асфальт
Б) Гравий
В) Кварцит
Г) Конгломератный цемент
Д) мастичный асфальт
F) Гравий осадочный (несвязанный)
Коэффициент тяги определяется как полезная сила тяги, деленная на вес ходовой части (колеса, гусеницы и т. д.). [6] [7] то есть:
полезная тяга = коэффициент тяги × нормальная сила .
Факторы, влияющие на коэффициент тяги
[ редактировать ]Сцепление между двумя поверхностями зависит от нескольких факторов:
- Состав материала каждой поверхности.
- Макроскопическая и микроскопическая форма ( текстура ; макротекстура и микротекстура ).
- Нормальная сила, сжимающая контактные поверхности вместе.
- Загрязнения на границе материала, включая смазочные материалы и клеи.
- Относительное движение тяговых поверхностей - скользящий объект (при кинетическом трении) имеет меньшую тягу, чем нескользящий объект (при статическом трении).
- Направление тяги относительно некоторой системы координат — например, доступное сцепление шины с дорогой часто различается при прохождении поворота, ускорении и торможении. [8]
- На поверхностях с низким коэффициентом трения, таких как бездорожье или рис, тягу можно увеличить за счет использования тяговых устройств, частично проникающих в поверхность; для бездорожья эти устройства используют прочность на сдвиг подстилающей поверхности, а не полагаются исключительно на сухое трение (например, агрессивный протектор или цепи противоскольжения ).
Коэффициент тяги в инженерном проектировании
[ редактировать ] | Этот раздел нуждается в дополнительных цитатах для проверки . ( Апрель 2009 г. ) |
В конструкции колесных или гусеничных транспортных средств высокое сцепление между колесом и землей более желательно, чем низкое, поскольку оно обеспечивает более высокое ускорение (включая прохождение поворотов и торможение) без пробуксовки колес. Заметным исключением является техника дрифта в автоспорте , при которой сцепление задних колес намеренно теряется во время прохождения поворотов на высокой скорости.
Другие конструкции значительно увеличивают площадь поверхности, чтобы обеспечить большее тяговое усилие, чем колеса, например, в транспортных средствах с непрерывной гусеницей и полугусеничных транспортных средствах. [ нужна ссылка ] Танк или аналогичная гусеничная машина использует гусеницы для снижения давления на зоны соприкосновения. 70-тонный М1А2 опустился бы до точки высокой центровки, если бы на нем использовались круглые шины. Гусеницы распределяют 70 тонн груза по гораздо большей площади контакта, чем шины, и позволяют танку передвигаться по гораздо более мягкой земле.
В некоторых приложениях существует сложный набор компромиссов при выборе материалов. Например, мягкая резина часто обеспечивает лучшее сцепление, но также быстрее изнашивается и имеет более высокие потери при изгибе, что снижает эффективность. Выбор материала может иметь драматический эффект. Например: срок службы шин, используемых для гоночных автомобилей, может составлять 200 км, а срок службы шин, используемых на тяжелых грузовиках, может приближаться к 100 000 км. Грузовые шины имеют меньшее сцепление с дорогой и более толстую резину.
Тяга также зависит от загрязнений. Слой воды в пятне контакта может привести к существенной потере сцепления с дорогой. Это одна из причин образования канавок и ламелей на автомобильных шинах.
Было обнаружено, что тяга грузовиков, сельскохозяйственных тракторов, колесных военных машин и т. д. при движении по мягкому и/или скользкому грунту значительно улучшается за счет использования систем контроля давления в шинах (TPCS). Система TPCS позволяет снизить, а затем восстановить давление в шинах при длительной эксплуатации автомобиля. Увеличение тяги за счет использования системы TPCS также снижает износ шин и вибрацию при движении. [9]
См. также
[ редактировать ]Ссылки
[ редактировать ]- ^ Смех, Шон; Герхарт, Грант; Мюнх, Пол (2000), Оценка мобильности транспортных средств с использованием уравнений Беккера (PDF) , TARDEC армии США, заархивировано (PDF) из оригинала 5 июля 2019 г.
- ^ Берч, Дерил (1997). «Полезная мощность» . Оценка раскопок . Craftsman Book Co., с. 215. ИСБН 0-934041-96-2 .
- ^ «Трение» . гиперфизика.phy-astr.gsu.edu . Проверено 20 апреля 2018 г.
- ^ Абхишек. «Моделирование поезда метро» . Metrotrainsimulation.com . Проверено 20 апреля 2018 г.
- ^ Байер, Раймонд Джордж (22 апреля 2004 г.). «Терминология и классификации» . Основы механического износа и испытания . ЦРК Пресс. п. 3. ISBN 0-8247-4620-1 .
- ^ Шекснайдер, Клиффорд Дж.; Мэйо, Ричард (2003). Основы управления строительством . МакГроу-Хилл Профессионал. п. 346. ИСБН 0-07-292200-1 .
- ^ Вонг, Джо Юнг (20 марта 2001 г.). «4.1.3 Коэффициент тяги» . Теория наземных транспортных средств . п. 317. ИСБН 0-471-35461-9 .
- ^ J670 Терминология динамики автомобиля , SAE .
- ^ Манро, Рон; Маккалок, Фрэнк (февраль 2008 г.). «Контроль давления в шинах лесовозов: некоторые наблюдения во время испытаний в Хайленде, Шотландия» (PDF) . РОАДЭКС III Северная Периферия . Проверено 20 апреля 2018 г.