冰面上轮胎摩擦牵引力的实验研究

第卷第期摩擦学学报

年月

冰面上轮胎摩擦牵引力的实验研究

彭旭东宗长富谢友柏郭孔辉

石油大学化机研究所山东东营

吉林工业大学汽车动态模拟国家重点实验室吉林长春

西安交通大学润滑理论及轴承研究所陕西西安

摘要研制开发了测试冰雪路面轮胎力学特性的试验装置该装置具有可作往复运动的平台冰槽在不同冰基体温度下分析了轮胎摩擦牵引力受侧偏角载荷和轮胎充气压力的影响从试验角度论证了轮胎中央充放气系统对改善冬季轮胎牵引性能的作用该装置的建立将有利于轮胎新结构和新材料的开发并起到完善现有轮胎力学模型的作用关键词冰面汽车轮胎力力矩测试

中图分类号文章标识码文章编号

在冬季带钉轮胎和依靠机械附加装置的抗滑轮胎用得越来越少因为该类轮胎对路面产生明显破坏同时路面破坏产生的尘埃将污染空气与此相适应四轮驱动车辆将逐渐取代现有后轮驱动车辆因此有必要深入研究轮胎在结冰面上的摩擦特性通常冰面上轮胎特性的研究是在冰覆盖的试验场通过户外实车试验或试验挂车来进行的但是由于户外环境因素的瞬息万变以及驾驶员操纵技术水平的不同几乎不可能得到重复性好的结果为了获得足够好的重复性就必须进行室内试验为了发展我国的轮胎工业和推进冰雪路面轮胎力学模型及新型全气候轮胎的研制开发我们在国内首先自行设计研制成功了室内冰雪路面轮胎力学特性模拟试验机本文就冰面轮胎特性的评价方法试验结果的重复性以及不同条件下轮胎的力学特性进行详细介绍

试验装置

图所示为冰面轮胎力学特性试验机的基本结构它是在长春汽车研究所自行开发研制的轮胎力学特性试验机的基础上将平台改装成冰台面而成试验机主要由伺服液压系统轮胎及其安装保持装置力和力矩测量及采集系统冰雪路面平台以及控制台等大部分组成其中伺服液压系统包括液压机组驱动加载和测试共个子系统由计算机实施在线控制平台的驱动和侧偏角的调节通过计算机控制液压系统完成通过在立轴上加载施加轮胎垂直力冰面对轮胎产生的其余个力是由上导向臂测力环两组应变片和下导向臂测力环两组应变片

以

图轮胎试验台结构示意图

平台轮胎特制轮毂上导向臂基体

扇形体立轴横拉杆下导向臂转盘

角位移传感器位移传感器测力环测力棒

及横拉杆拉力测力棒一组应变片确定的其中测力环和分别测量上下导向臂的水平弯曲力和拉

国家自然科学基金和汽车动态模拟国家重点实验室资助项目收到初稿收到修改稿本文通讯联系人彭旭东

彭旭东男岁副教授主要从事流体机械及其动密封和橡胶材料的摩擦学研究

压力棒测量拉压力这样根据力和力矩的平衡原理及有关尺寸便可求得作用在轮胎上的除法向力以外的个分力即纵向力侧向偏力倾覆力矩滚动阻力矩和回正力矩

平台滑动位移轮胎转角位移和轮胎的垂直位移都采用高精度的容栅传感器测量精度为

测量其中容栅传感器可以精确地测量出平台转角即轮胎的侧偏角容栅传感器和分别测量轮胎转角和平台位移以求出轮胎的纵向滑移率

利用平台所联接的冰槽可以制得厚的均匀冰层若在冰槽内填压天然雪则该装置还可以用来研究积雪路面上轮胎的牵引性能冰的基体温度可以控制在之间试验选用一汽捷达的

型轿车轮胎试验工况参数见表冰的制备及相关参数的选择

试验台中冰槽的设计非常重要为了尽可能降低散热损失和满足可能涉及的轮胎规格同时为保证制

表轮胎试验装置的工况参数

冷机组的安装空间以及使轮胎在滚滑动过程中承摩冰面有较充足的冷却时间经过设计计算选取冰槽宽长

鉴于制冷压缩机安装在往复平台上为防止速度过高造成压缩机发生撞缸同时为防止模拟轮胎抱死条件下力学特性测试时平台换向对测量系统产生剧烈冲击平台移动速度选为

为使冰致密平整且无明显气泡制冷压缩机的温控预设在之间并且将制冰用水预先冷却至以免浇水时由于温差过大而使冰开裂同时也可缩短冷冻时间在每次制好冰后为防止冰因内应力而产生脆裂提高其强度应使温度稳定在下保持左右如同冶金中的退火一样之后再逐渐降低温度直至所要求的试验温度试验前应对冰表面作清污和刮平处理直至冰面特别是轮胎碾压区产生光滑触感为止这样便获得了满意的冰路面在冰搁置一定时间隔夜后由于冰内的不纯物质包括各种盐周围环境的灰尘颗粒及含有盐分的水蒸汽将聚集到冰面使冰熔点下降降低摩擦力或附着力所以必须对冰面进行清理为保证相同条件下试验结果的重复性在完成清理之后重复上次试验中的任意种工况通过有效控制冰温和刮擦冰面使前后次结果基本相符

试验结果及分析

图所示为天内组相近工况下的试验结果对比可见条曲线极为接近说明本文试验方法的重复性很好这也充分体现了室内试验的优越性

不同冰温下轮胎侧偏力系数和侧偏角之间的关系如图所示可以看出在较高冰

温

图

试验结果重复性的验证

图不同冰温下轮胎侧向力系数与侧偏角间的关系

下当时的增加趋于平缓而当冰温较低时随的增加明显增大这种变化规律在很大程度上同胎面与冰面间的摩

第期彭旭东等冰面上轮胎摩擦牵引力的实验研究

擦本质有关 当冰温 时 随着冰温接近熔点 冰变得更加容易屈服 所以胎面和冰面间的摩擦主要取决于冰的性质而不是胎面胶的性质 随着

的增大 侧向剪切力的增大导致摩擦热增大

最终使冰熔化而产生滑移 所以 的变化在

增大到一定值之后将趋于平缓 而当

时 摩擦熔化的程度取决于橡胶的实际接触面积 即取决于该温度下胎面胶的软化度或玻璃态转变温度 所以胎面和冰面间的摩擦在很大程度上取决于胎面胶的性质 在有限的侧偏角范围内 将随着

的增大而增大 当轮胎抱死滑动时 随 的增加而增大 但

变化不大 如图 所示 计算表明 和

间的关系

图 抱死轮胎的摩擦系数与侧偏角间的关系

近似为椭圆方程 即轮胎力学领域近年来所提到的

摩擦椭圆

在同样的工况条件下 若改变轮胎的法向载荷

和 的大小将随接地面平均压力

的升高而减小 见表 这与文献 中的理论预测趋势是一致的

表 接地面压力

对摩擦力的影响

文献 报道了轮胎中央充放气系统 简称为 对保持冰雪路面上行驶车辆的操纵稳定性和安全性的作用 但至今没有发现有关冰路面上轮胎充放气条件下车辆牵引力的试验研究 图 所示为改变胎内气压 并保持其他条件不变时 与

关系的研究结果 可见 随着胎压的下降 从 降至

值由 降至 对应的 在

时随 的增大而增大 而且 越大时这种趋势越明显 对纯滑动轮胎来讲 其纵向力 相对 对 角的变化不太敏感 但随着 的变化

将

图 轮胎充气压力对侧偏力系数的影响

产生较大变化 如当 时 见表 值由

下降到 下降 对应的 值上升了约

而同样工况下 由 增大到 时 的减幅仅在

左右 这意味着一定程度地降低轮胎气压 将使轮胎在冰雪路面上总的牵引性能大大改善 从而有助于提高车辆的操纵稳定性和安全性 特别是对越野车辆来讲 同时又增大了其机动性 这对保障战备需要是极其有利的

结论

本文所介绍的试验方法的重复性较好 通过控制冰的结晶速度和冰水的杂质含量 可以较好地模拟室外冰路面上车辆的实际运行状况

在一定的侧偏角 下 随着冰基体温度 的降低 轮胎的侧向力将随着 的增大而增大 当 时 侧向力的变化趋于平缓 而当 时 在试验条件范围内 侧向力随 的增大稳定上升

随着

的改变 牵引力将产生较大变化 随着 的下降 和 将较大幅度上升 从而大大改善车辆的操纵稳定性和安全性 提高车辆的机动性

致

谢

长春汽车研究所为本文的试验工作提供了

良好的测试条件 在此谨致衷心谢意 参考文献

彭旭东 谢友柏 冰雪路面汽车轮胎摩擦机理的研究

汽车

摩擦学学报

第 卷

第期彭旭东等冰面上轮胎摩擦牵引力的实验研究

技术

刘青轮胎非稳态侧偏特性的分析建模与仿真长春吉

林工业大学汽车工程学院

隋军郭孔辉魏文若等新型轮胎静特性试验台的开发调试

及其在轮胎特性研究中的应用吉林工业大学学报

彭旭东谢友柏郭孔辉一套预测冰面上汽车牵引力的模型

摩擦学学报

25t轴重重载货车车轮强度分析_王宏林

文章编号:100227602(2007)1220001203 25t轴重重载货车车轮强度分析 王宏林,李　芾,黄运华 (西南交通大学机械工程学院,四川成都610031) 摘　要:根据U IC和欧洲EN的有关标准确定车轮的机械载荷及载荷工况,考虑到轮轴过盈配合,计算了25t轴重重载货车磨耗到限车轮的应力,并对该车轮进行了静强度和疲劳强度评定。计算结果表明,在机械载荷作用下,25t轴重重载货车磨耗到限车轮的静强度和疲劳强度均满足设计要求。 关键词:货车;车轮;静强度;疲劳强度 中图分类号:U270.1+2 文献标识码:A 车轮作为铁路货车的重要承载部件,其可靠性与列车的安全运行密切相关。随着轴重的增加,对车轮的静强度和疲劳强度也提出了更加严格的要求。运行过程中的车轮承受多种复杂的载荷,轮轨间作用力、制动过程中由摩擦产生的制动热负荷、轮轴间过盈配合、高速旋转引起的离心力等对车轮的应力分布都有很大的影响。本文对25t轴重100km/h货车车轮进行了强度分析。在进行车轮强度分析时考虑了轮轴间过盈配合的影响,使计算结果更接近车轮实际工作情况。 1　研究对象 我国铁路的货运速度由80km/h左右提高到100 km/h,车辆轴重也由21t提高到23t及25t,速度和载重的提高增加了车辆制动功率以及轮轨动作用力,对车辆转向架提出了更高的要求。因此,本文以25t 轴重100km/h货车车轮(新型轻量化S形辐板车轮)为研究对象。该轮新轮直径为840mm,磨耗到限时直径为786mm。由于磨耗到限车轮比新轮的工作环境更加恶劣,故本文对磨耗到限车轮进行了强度分析。 铁道车辆轮轴装配采用过盈配合的方式组装,其过盈量控制在轮毂孔直径的018‰～115‰之间[1],本文取其最大值(过盈量为01315mm)。 2　车轮强度分析 2.1　有限元模型 由于车轮结构和载荷是轴对称的,故在分析时选取结构的二分之一建立有限元模型。模型包括37722个节点,33180个三维实体单元。为考虑模型的几何 收稿日期:2007206208 基金项目:教育部高等学校骨干教师资助计划项目 作者简介:王宏林(19842),女,硕士研究生。特性,在对称面上施加对称约束,在轴的一个端面上施加全部约束。有限元模型如图1所示 。 2.2　计算工况 车轮机械载荷作用位置和方向如图2所示。图中,p为转向架轮重,p j=1125p(j=1,2,3),H2= 017p,H3=0142p 。 根据U IC510—5:2003《整体车轮技术认证》和EN13979—1:2001《铁路应用轮对和转向架车轮技 ? 1 ? 　试验研究铁道车辆　第45卷第12期2007年12月

对自行车前后轮受摩擦力方向的研究

对自行车前后轮受摩擦力方向的研究 徐晶晶湖北省黄石市第七中学辅导教师徐艳红 摘要 在研究性学习课中，我在徐艳红老师指导下进行了对自行车前后轮受地面摩擦力方向的实验研究，经过反复的实验探索和思考，我总结出六种有趣有效的判断方法，并充分认识到摩擦力方向与相对运动方向或相对运动趋势方向相反。 自行车能前进靠的是地面的摩擦力。我们要了解自行车的运动原理，首先就要了解当我们骑自行车沿直线正常前进时，地面对车轮的摩擦力情况。用怎样的方法，能够判断出地面对车前后轮的摩擦力方向呢?在研究性学习课中，我们以此为课题进行了多次实验研究。以下是我们总结出的几种实验判断方法，非常有趣和有效。 一、打滑判断法 寒冷的冬天，让自行车行驶在冰面上，由于冰的表面很光滑，车难以向前运动，而只是在原地打滑，我们发现车倾倒之前，只有后轮在原地打滑，而前轮并不旋转打滑。可见，后轮是主动向后“蹭”地面，所以地面对后轮的摩擦力方向是向前；而前轮，除非当自行车向前运动时地面会“主动”去“蹭”前轮，才能使它转动，可以看出地面对前轮的摩擦力向后。 二、“沙中受阻”判断法 让一个同学骑自行车在操场上的跳远沙坑中行驶，由于沙较深(约15cm)，车轮会陷入沙中使行车困难，当车停止向前运动以后，由于骑车人继续奋力蹬车，旋转的后轮使它底下的沙子不断向后甩出，可见后轮对地面的摩擦力方向是向后的，根据牛顿第三定律，当然地面对后轮的摩擦力方向是向前的。 我们还观察到，车受阻后，前轮并不转动，可见它的情况与后轮不一样：自行车行驶时，前轮受到地面给它的摩擦力方向是向后。 三、“胶布卷边”判断法 在车的前、后橡胶轮胎外侧(轮胎上能够反复接触到地面的部位)各牢牢贴上一块医用胶布，在自行车向前行驶一段路程后，我们检察胶布，发现后轮所贴胶布是先挨地的一端起了卷边，而前轮所贴胶布是后挨地的一端起了卷边。可以想到，因为地面对后轮具有方向向前的摩擦力，对前轮具有方向向后的摩擦力，所以才有这样的结果。 四、“杂技联想’’判断法 杂技高手可以使前轮腾空，只靠后轮着地向前行驶，只要他一直踩踏板，车就会一直向前，甚至可以加速，可见地面对后轮的摩擦力是向前。但是如果换成后轮腾空、前轮着地行驶，即使他一直踩踏板，自行车也会慢慢地停下，可见地面对前轮的摩擦力是向后。 在这里要注意，因为踏板轴链条是与后轮轴连接的，所以有这两种不同情况。 五、车轮“长”毛设想法 如果将软毛的刷子有毛的一面朝下，在桌面上拖动，那么软毛伏倒的方向，就能表明毛刷受摩擦力的方向。设想自行车前、后轮表面“长”满一圈短短的绒毛，那么这些绒毛在地面摩擦力作用下会倒向哪个方向呢?可想而知，前轮上一圈毛倒伏方向与后轮上一圈毛倒伏方向相反，如图1所示。

关于摩擦系数测定仪的使用原理及试验操作分享

关于摩擦系数测定仪的使用原理及试验操作分享 GM-4摩擦系数测定仪主要用于测量塑料薄膜和薄片（或其它类似材料）的静摩擦系数和滑动时动摩擦系数。通过测定塑料薄膜的摩擦系数，进一步加强对塑料薄膜特别是对包装用薄膜的滑爽性的测定，该仪器在包装行业、检验机构等部门得到广泛的应用。 同时主要适用于测量塑料薄膜和薄片、橡胶、纸张、纸板、编织袋、织物风格、通信电缆光缆用金属材料复合带、输送带、木材、涂层、刹车片、雨刷、鞋材、轮胎等材料滑动时的静摩擦系数和动摩擦系数。通过测量材料的滑爽性，可以控制调节材料生产质量工艺指标，满足产品使用要求。另外还可用于化妆品、滴眼液等日化用品的滑爽性能测定。 执行标准： GB 10006-88、ASTM D1894 -01、ISO 8295、TAPPI 816 工作原理：

将样品裁为两块，其中一块放在工作台上用夹样器夹住，另一块包住滑块，然后将滑块安放在传感器的挂孔上，使样品在滑块受到的重力下运动，也就是使两试验表面相对移动。传感器所测得的力信号经过集成器ICL7650放大，送入记录器，同时分别记录动摩擦系数和静摩擦系数。 工作原理 实验操作： 1、将一个试样的试验表面向上，平整地固定在试验台上。 2、试样与试验台的长度方向应平行；将另一试样的试验表面向下，包住滑块，用弹簧在滑块前沿和后面固定试样，如试样较厚或刚性较大，有可能产生弯曲力矩使压力分布不匀时，应使用63mm×63mm 尺寸的试样。 3、连接电源线，按下“电源”键，静置30S，仪器进入测力系统。 4、按“返回”键让传感器回到初始位置。 将固定有试样的滑块无冲击地放在试验台的试样中央，挂到传感器的挂孔中，并使两试样的试验方向与滑动方向平行且测力系统恰好不受力； 5、打开操作软件；（脱机操作时此步省略） 6、两试样接触后静止15S，按“运行”，仪器运行使两试样相对移动，到终点时，记录测试值。 7、如在静摩擦力之后出现力值振荡（原因为滑块跳动），则不能测量动摩擦力，此时应取下传感器上的弹簧进行测量；

轮轴、轮对、车轴磁粉探伤技术规范

6 轮轴、轮对、车轴磁粉探伤 磁粉探伤机 6.1.1 磁粉探伤机应具备以下功能： 6.1.1.1 轮轴、轮对和车轴磁粉探伤机，应具有手动和自动两种操作方式，具备周向磁化、纵向磁化、复合磁化三种磁化功能和自动退磁功能。 6.1.1.2 微机控制系统还应具备以下功能： 6.1.1. 能有效地对探伤设备的工作电压、周向磁化电流、纵向磁化电流、紫外线辐照度等主要技术参数进行实时监控和自动记录，并设置有紧急停机 按钮。 6.1.1. 具有磁悬液的高低液位、过载、欠流报警功能。 6.1.1. 能对探伤性能校验和探伤记录进行打印、存储、查询。 6.1.1. 具有探伤设备主要故障的自诊断功能和远程技术支持功能。 6.1.1. 具有HMIS 及USB 接口。 6.1.2 磁粉探伤机应符合以下技术指标： 6.1.2.1 周向磁化电流0 ～3 000 A 应连续可调纵向磁化电流0 ～2 400 A 应连续可调。 6.1.2.2 通电磁化时间应为1s ～ 3 s ，停止喷淋磁悬液后应再磁化 2 次～ 3 次，每次s ～s 。 6.1.2.3 探测面的白光强度应不大于20lx ，紫外线辐照度应不小于800 μW/cm 2 紫外线波长范围 应在320 nm ～400 nm 内，中心波长为365 nm 。

6.1.2.4 整机绝缘电阻≥2M Ω。 6.1.2.5 退磁效果≤mT （3 Gs ）。 工艺装备 6.2.1 轮轴、轮对、车轴磁粉探伤应配置除锈机。 6.2.2 车轴探伤时，应配置起重吊运设备。 6.2.3 探伤工作间和探伤作业场地应配有必备的办公用品和工具，探伤人员还应配置紫外线防护眼镜。 6.2.4 应配置天平、长颈或梨形沉淀管、磁强计、白光照度计、紫外辐照度计、裂纹深度测试仪、铜网筛（320 目）、磁悬浮测定玻璃管、磁吸附仪、配比磁悬液所用的量杯、量桶等。 6.2.5 天平、磁强计、白光照度计、紫外辐照度计裂纹深度测试仪应定期进行检定并有检定标识。 标准试片 轮轴、轮对和车轴磁粉探伤，应使用A1 -15/50 型试片。使用前应将试片表面擦拭干净，试片须平整，无破损、折皱和锈蚀。 磁粉及配制磁悬液 6.4.1 磁粉 6.4.1.1 磁粉检查应执行TB/T 2047 —2005 《铁路磁粉探伤用磁粉供货技术条件》的有关项目。 6.4.1.2 轮轴、轮对、车轴探伤用荧光磁粉颗粒度为小于320 目。磁粉颗粒度的测量方法见附件14 。 6.4.2 磁悬液探伤用磁悬液应由荧光磁粉和液体介质（水或油）配制而成。

分析人骑自行车前进时前后轮受到地面摩擦力的情况

行车前后轮所受的摩擦力是高中物理教学的难点，例如：为什么后轮受到的是静摩擦力？为什么人骑自行车时后轮受到的摩擦力向前，而前轮受摩擦力向后呢?这些问题学生理解起来有一定的困难，我在教学中采取了以下几种方法来突破教学难点。 一、难点突破一 如图人骑自行车时，后轮是主动论，后轮在链条带动下运动时，与地面接触点有向后运动趋势，所以受一个向前的摩擦力。后轮运动推动前轮运动，假设地面光滑，前轮将不能转动。而向前滑动，所以前轮与地面接触点有向前运动趋势，所受摩擦力的方向是向后的。类似于人走路，蹬地后就离开地面，所以受到的是静摩擦力。 二、难点突破二（为什么是静摩擦） 随着学生的学习深入，学生学习了运动的合成之后，我们可以根据运动的合成的原理分析自行车运动时所受到的摩擦力，方法如下：自行车前进时，车轮既平动又转动，且平动的速度与转动时边缘各点的线速度是相同的，地面A点平动的速度向前，转动的速度向后，因此，对地面的合速度为0，也就是车轮与地面保持相对静止，所以它与地面的摩擦为静摩擦。 三、难点突破三（亲身体验） 课堂教学强调学生的体验和探究，在教学中，我们可以让两名同学配合，两名同学一前一后，后面的同学脚蹬地推前面的同学（注意

不要推动）然后互换，最后让两名同学交流，学生会有这样的体验：在后面推时感受到地面给脚的力是向前的，在前面时感觉到有往前运动的趋势，教师点拨，后面的人相当于后轮，前面的人相当于前轮。 四、课外探究 1、打滑判断法 寒冷的冬天，让自行车行驶在冰面上，由于冰的表面很光滑，车难以向前运动，而只是在原地打滑，我们发现车倾倒之前，只有后轮在原地打滑，而前轮并不旋转打滑。可见，后轮是主动向后“蹭”地面，所以地面对后轮的摩擦力方向是向前；而前轮，除非当自行车向前运动时地面会“主动”去“蹭”前轮，才能使它转动，可以看出地面对前轮的摩擦力向后。 2、“杂技联想’’判断法 杂技高手可以使前轮腾空，只靠后轮着地向前行驶，只要他一直踩踏板，车就会一直向前，甚至可以加速，可见地面对后轮的摩擦力是向前。但是如果换成后轮腾空、前轮着地行驶，即使他一直踩踏板，自行车也会慢慢地停下，可见地面对前轮的摩擦力是向后。 在这里要注意，因为踏板轴链条是与后轮轴连接的，所以有这两种不同情况。 经过以上环节的突破，学生深刻体验到了自行车前后轮摩擦力的来源，前后轮受摩擦力的方向等一系列问题，取得了较好的教学效果。 五、教学建议 在此类问题的教学中我们不能急于求成，要遵照循序渐进的教学原则，逐渐深化，在刚接处摩擦力的教学时，我们可以回避这个问题。讲到牛顿第三定律时，我们可以轻轻点拨，到运动的合成时，我们可以让学生融会贯通了。 我们教师应该记住这样一句话：孩子的能力还没有发展到这个程度时，我们需要耐心等待

城际动车组车轮疲劳强度与寿命评估

城际动车组车轮疲劳强度与寿命评估 车轮是保证动车组运行的关键零部件,随着动车组的高速化和普及化,对车轮的使用要求也越高,为了保证列车的行车安全,就需要对车轮的强度和疲劳寿命提出更高的要求。因此,对动车组车轮的疲劳强度进行理论研究与分析有着重要的意义。 本文在对国内外轨道车辆车轮强度研究方法、理论与试验研究过程的文献进行了综述的基础上,详细介绍了国外车轮的标准、国内外车轮疲劳强度研究的发展现状和车轮疲劳失效的主要形式,介绍了有限元法、疲劳强度评价方法、疲劳寿命预测方法。运用有限元建模软件Hypermesh建立了城际动车组车轮的新轮和磨耗轮的三维实体有限元模型,然后应用ANSYS软件对车轮轮轴过盈配合对车轮应力的影响进行分析,为了分析辐板孔对车轮强度的影响,选取三个截面位置,并在这三个位置上根据UIC510-5标准中的直线、曲线、道岔三种疲劳分析工况进行加载,从而分别确定了9个工况并对新轮和磨耗轮进行静强度和疲劳强度分析以及寿命评估。 过盈分析表明随着过盈量的增加,轮轴之间的应力值会随之增加,并且近似呈线性关系,且在相同过盈量下的新轮和磨耗轮的应力基本相同。静强度评估结果表明新轮和磨耗轮在9种工况下都满足静强度要求,并分析了9种工况下新轮和磨耗轮的Von Mises应力、第一主应力以及第三主应力的应力分布情况。 对车轮辐板的疲劳强度评估使用的是Haigh形式的Goodman曲线,对车轮辐板孔疲劳评估采用的是Crossland曲线,可以看出车轮的辐板和辐板孔均满足疲劳强度要求,车轮的疲劳薄弱部位是垂直或者平行于车轮半径的辐板孔的孔边缘中间位置或中间位置连线上的点上,且疲劳寿命均满足无限寿命要求。

车轮摩擦力的方向

车轮摩擦力的方向 【制作方法】 1．用三合板下脚料粘成一个长约20厘米，宽约10 厘米，高约3 厘米的长方形空心盒做车身。一端装上一个羊眼圈以备拴拉绳用。2．用直径约10 厘米的小废漆桶或铁罐头盒，剪出四个宽约1．5 厘米的铁片圈。并用小锤把边卷一下，使其不致变形。在铁片圈的内侧均匀地焊上由大头针弯成的小钩。每个铁圈焊8－10 个。 3．据四个直径3 厘米，厚1 厘米的圆木块（像小棋子那样）作为小车的轴头，每个都装上8－10 个用大头针弯成的小钩。轴头的中心打上小孔，分别用两根长约14 厘米的10 号铁丝做轴，把每根轴的两端各装一个木轴头，做成两对车轮，用乳胶把轴和轴头粘牢。用橡皮筋做轮辐条，依次挂在铁钩上，组成车轮。参见图3．10－3。4．用0．8 厘米的铁片剪成宽2 厘米，长15 厘米的两条铁皮，每条两端弯起2．5 厘米呈直角，如图3．10－4 所示，打上固定孔并剪出轴槽做为轴架。轴槽的宽度以能使铁丝轴自由转动为宜。最后把两轴架用木螺钉装在车身下面，并装上车轮，参见图3．10－3。5．在做主动轮的木轴头上钉一个铁钉，做摇把用。【使用方法】1．在小车的上面放置适当的重物，以增大摩擦。但是，重物不能过重，以免造成橡皮筋变形过大。用手拉动小车，使小车在桌面上运动，可以看到橡皮筋辐条都朝与运动相反的方向偏斜。说明小车在受外力拉动时，两轮与桌面的摩擦力f和「方向都与小车运动方向相反。2．用手摇动轴头上的摇把，让小车以主动轮驱动，从动轮跟着转动。

可以看到前后两轮的橡皮筋辐条向相反的方向偏斜。即主动轮辐条向前偏斜，摩擦力与车子运动方向相同。从动轮向后偏斜，摩擦力与小车运动方向相反。说明当用一轮驱动时，两轮与桌面的摩擦力f和「方向相反。自行车以及各种机动车辆，其摩擦力的方向都可用此教具演示。编者提示：本自制教具可辅以“运动和力”部分的物理实验教学。

摆式仪测定路面摩擦系数试验方法

3 方法与步骤 3.1 准备工作 （1）检查摆式仪的调零灵敏情况，并定期进行仪器的标定。 （2）按本规程附录A的方法，进行测试路段的取样选点。在横断面上测点应选在行车道轮迹处，且距路面边缘应不小于1m。 3.2 测试步骤 （1）清洁路面：用扫帚或其他工具将测点处的路面打扫干净。 （2）仪器调平。 ①将仪器置于路面测点上，并使摆的摆动方向与行车方向一致。 ②转动底座上的调平螺栓，使水准泡居中。 （3）调零。 ①放松紧固把手，转动升降把手，使摆升高并能自由摆动，然后旋紧紧固把手。 ②将摆固定在右侧悬臂上，使摆处于水平释放位置，并把指针博至右端与摆杆平行处。 ③按下释放开关，使摆向左带动指针摆动。当摆达到最高位置后下落时，用手将摆杆接住，此时指针应指零。 ④若不指零，可稍旋紧或旋松摆的调节螺母。 ⑤重复上述4个步骤，直至指针指零。调零允许误差为±1. （4）校核滑动长度。 ①让摆处于自然下垂状态，松开固定把手，转动升降把手，使摆下降。与此同时，提起举升柄使摆向左侧移动，然后放下举升柄使

橡胶片下缘轻轻触地，紧靠橡胶片摆放滑动长度量尺，使量尺左端对准橡胶片下缘；再提起举升柄使摆向右侧移动，然后放下举升柄使橡胶片下缘轻轻触地，检查橡胶片下缘应与滑动长度量尺的右端齐平。 ②若齐平，则说明橡胶片两次触地的距离（滑动长度）符合126mm 的规定。校核滑动长度时，应以橡胶片长边刚刚接触路面为准，不可借摆的力量向前滑动，以免标定的滑动长度与实际不符。 ③若不齐平，升高或降低摆或仪器底座的高度。微调时用旋转仪器底座上的调平螺丝调整仪器底座的高度的方法比较方便，但需注意保持水准泡居中。 ④重复上述动作，直至滑动长度符合126mm的规定。 （5）将摆固定在右侧悬臂上，使摆处于水平释放位置，并把指针拨至右端与摆杆平行处。 （6）用喷水壶浇洒测点，使路面处于湿润状态。 （7）按下右侧悬臂上的释放开关，使摆在路面滑过。当摆杆回落时，用手接住，读数但不记录。然后使摆杆和指针重新置于水平释放位置。 （8）重复（6）和（7）的操作5次，并读记每次测定的摆值。 单点测定的5个值中最大值与最小值的差值不得大于3。如差值大于3时，应检查产生的原因，并再次重复上述各项操作，至符合规定为止。 取5次测定的平均值作为单点的路面抗滑值（即摆值BPN t），取整数。

关于摩擦系数

摩擦系数（friction factor）是指两表面间的摩擦力和作用在其一表面上的垂直力之比值。它是和表面的粗糙度有关，而和接触面积的大小无关。依运动的性质，它可分为动摩擦系数和静摩擦系数。 如果两表面互为静止，那两表面间的接触地方会形成一个强结合力－静摩擦力，除非破坏了这结合力才能使一表面对另一表面运动，破坏这结合力－运\动前的力－对其一表面的垂直力之比值叫做静摩擦系数μs，写成式子如下： (方程式图1)fs为静摩擦力 或F＝μsN N为垂直力 而这破坏力也是要使物体启动的最大的力，我们又叫此力为最大静摩擦力。所以，我们应把上式改写成： (方程式图2) 在物体启动后，如汽车过了些时候它会慢慢的减速下来，最后静止，这表示物体运动时，它的表面和另一表面，如地面，仍然存在摩擦力，而实验发现此力比静止时的摩擦力来得小，我们定义这摩擦力和垂直於地面的作用力叫做动摩擦系数μk，写成式子如下：fk＝μkN 所以，由上我们可得知μs＞μk 小有密切的关系 当物体与另一物体沿接触面的切线方向运动或有相对运动的趋势时,在两物体的接触面之间有阻碍它们相对运动的作用力,这种力就叫摩擦力。接触面之间的这种现象或特性叫摩擦,物体间的摩擦必然导致材料的磨损进而导致能量的转变,据统计世界上二分之一到三分之一的能量消耗于摩擦 涂层摩擦系数测试仪FPT-F1摩擦系数/剥离试验仪适用于塑料薄膜、涂层、涂料等相关产品的动、静摩擦系数和胶粘复合制品的剥离强度测定。摩擦系数/剥离试验仪采用计算机控制，操作简单方便，功能强大；选用进口传感器精密准确。试验控温范围室温～99.9℃可模拟不同环境下材料的摩擦系数，本仪执行GB 10006、GB/T 2790、GB/T 2791、GB/T 2792、ASTM D1894、ASTM D4917、ASTM D3330、TAPPI T816、TAPPI T549、ISO 8295等相关标准。 涂层摩擦系数测试仪技术参数 负荷量程：0～5N，0～10N，0～30N 精度：0.5级 滑块质量：200g（100g、500g、1000g、1814g、2000g等可选） 试验速度：50 100 150 200 250 300 500mm/min 温度：室温～99.9℃

中国铁路货车车轮技术发展历程及主要伤损分析

兰州交通大学本科生课程结课大作业 课程类别：（全日制本科生） 课程名称：机车车辆新技术 姓名李慧琳 学号201205141 院系机电工程学院 专业车辆工程 题目中国铁路货车车轮技术发展历程及主要伤损分析课程论文提交时间：2016年4月5日

中国铁路货车车轮技术发展历程及主要伤损分析 一中国铁路货车车轮技术发展历程 1.我国铁路货车车轮技术发展 1.1辗钢车轮技术发展 车轮按制造方法分，可以分为辗钢车轮和铸钢车轮。辗钢车轮是用圆锭和圆坯经过压轧等工序制造而成。从我国目前使用范围看辗钢车轮适用于机车客车和货车。由钢锭制成辗钢车轮一般要经过一次或几次加热及多次辗压。制造辗钢车轮比直接铸造车轮要消耗更多热能。 20世纪7 0 年代, 货车车轮主要产品是按冶金部、铁道部“两部协议”制造84 车轮型, 一直采用斜辐板结构形式, 其踏面为锥形踏面,辐板为不加工的原始轧制表面，车轮辐板上设有两个直径为45 m m的工艺孔。针对8 4 0 D 车轮结构形式不能适应铁路货车提速、重需要, 21t 轴重货车S 形辐板车轮—H D S 型车轮, 在设计上彻底取消了车轮辐板孔,消除因辐板孔边缘应力集中所带来的安全隐患, 比直辐板车轮具有更好的径向弹性、更大的承载能力和更好的抗热裂性能。 2 0 0 5年, 在铁道部科技司和运输局装备部的支持下, 由铁道科学研究院标准所、金化所、马鞍山钢铁公司等单位开始共同研究和制订新的车轮技术标准体系。剖析我国现行车轮技术标准存在的问题; 同时组织试验验证车轮标准的有关技术指标, 并将根据我 国实际运营情况提出新标准的修订方案。 1.2 铸钢车轮技术应用 铸钢车轮是用钢水直接浇铸而成。国内铸钢车轮仅用于货运列车。国外也应用于机车和客车。与辗钢车轮相比，铸钢车轮具有工艺流程短、设备工艺相对简单、操作人员少、生产效率高、生产和管理成本较低的特点。 2 0 世纪9 0 年代中期。铁道部从美国进口铸钢车轮, 选择了当时仅有的两家世界著名铸钢车轮制造厂(美国A B C公司和美国G R IF FI N 公司) 的产品,一进口技术标准采用美国A AR M 1 0 7 / 20 吕标准。通过对进口铸钢车轮进行跟踪检测。并制定了T B / T 101 3 一1 9 9 9 《碳素铸钢车轮技术条件》，在我国开始生产铸钢货车车轮。 铁路货车今后发展方向是增少、载重、降低自重。降低自重的途径除降低车体自重外。重要的是要降低车辆簧重量。由于车轮在辐板、轮毅等部位实现减重技术上难度较大。因此参考国外技术。将多次磨耗轮改为一次磨耗轮( 即轮惘厚度由6 5 m m变为5 0 m m )，

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。汽车刹车过程中，所受到的力是地面向后的摩擦力，摩擦力产生作用的位置与地面

车轮的基本知识

车轮的基本知识 车轮与轮胎是汽车行驶系中的重要部件，其功用是：支承整车；缓和由路面传来的冲击力；通过轮胎同路面间存在的附着作用来产生—驱动力和制动力厂汽车转弯行驶时产生平衡离心力的侧抗力，在保证汽车正常转向行驶的同时，通过车轮产生的自动回正力矩，使汽车保持直线行驶方向；承担越障提高通过性的作用等。 一、车轮的定义 车轮是介于轮胎和车轴之间。承受负荷的旋转组件，通常由两个主要部件轮辋和轮辐组成(GB 2933—82)。 轮辋是在车轮上安装和支承轮胎的部件。 轮辐是在车轮上介于车轴和轮辋之间的支承部件。 轮辋和轮辐可以是整体式的、永久连接式的或可拆卸式的。车轮除上述部件外，有时还包含轮毂。 按车轮的安装个数来分：车轮可以分为单式车轮和双式车轮。单式车轮：车轴的一端安装一个轮胎的车轮，这种车轮对偏距的要求不是很严格。 双式车轮：车轴的一端安装两个轮胎的车轮，这种车轮要求具有足够的偏距，以保证两胎的间隙。 讲到一个偏距，什么是偏距？ 偏距是指轮辋中心线到轮辐安装平面的距离。 偏距可以分为内偏距、外偏距和零偏距。

内偏距车轮是指轮辋中心线位于轮辐安装面内侧的车轮。 外偏距车轮是指轮辋中心线位于轮辐安装面外侧的车轮（公司大部分产品均为外偏距车轮）。 零偏距车轮是指轮辋中心线与轮辐安装面重合的车轮。 二、车轮的类型 按轮辐的构造，车轮可分为两种主要形式：辐板式利辐条式。按车轴一端安装一个或两个轮胎，车轮又分 为单式车轮和双式车轮。目前，轿车和货车上广泛采用辐板式车轮和辐条式车轮；此外，还有对开式车轮、可反装式车轮、组装轮辋式车轮和可调式车轮。 1.辐板式车轮 这种车轮由挡圈1、辐板2、轮辋3及气门嘴孔4组成。用以连接轮辋和轮毂的圆盘称为辐板。辐板大多是冲压制成，也有铸造的。 轿车的车轮辐板所用钢板较薄，常冲压成起伏爹哗的彤+状，以提高刚度。有些轿车为了减轻车轮的重量和平严于方便于轮毂的散热，采用了铝合金铸造加工。为了保证高速行驶的平衡性能还配有平衡块。轮辋和辐板焊接在一起，并用螺栓将其安装在车轮轮毂或制动鼓上，组成车轮。用平衡块对车轮进行动平衡，车轮装饰罩装在辐板外面。 由于货车后轴负荷比前轴大得多，为使后轮轮胎不致过载，后桥一般装用双式车轮。在同一轮毂上安装了两套辐板和轮辋，为了便于互换，辐板的螺栓孔两端面都做成锥形。内轮辐板靠在轮毂凸缘的

车子刹车主要取决于轮胎与地面之间的摩擦力

车子刹车主要取决于轮胎与地面之间的摩擦力，摩擦力的大小取决于摩擦系数，假设摩擦系数为μ，则刹车距离S=V*V/2gμ（g=9.8m/s2）,由此可见，刹车距离与速度的平方成正比，与摩擦系数成反比。当摩擦系数一定时，刹车距离取决于车速，如果车速增加1倍，刹车距离将增大至4倍。 摩擦系数μ与多种因素有关，一般值为0.8左右，雨天可降至0.2以下，冰雪路面就更低了，假设摩擦系数μ为0.8，则不同的车速，刹车距离如下： 车速（km/h）：20 30 40 50 60 70 80 90 100 刹车距离（m）：2.0 4.4 7.9 12.3 17.7 24.1 31.5 39.7 49.2 车速（km/h）：120 150 180 200 250 刹车距离（m）：70.9 110.7 159.4 196.8 307.6 上面仅仅是刹车过程，实际上，从人看到情况不妙，到踩刹车使车减速，需要一段时间，这包括人的反应时间和车子的响应时间，人与人的反应时间不同，专业运动员的反应时间仅0.1秒，普通人的反应时间在0.2秒以上。如果考虑人的反应时间和车子的响应时间，正常情况下所需总时间约0.5-0.6秒，实际上除了遇到突然的、吓人一跳的状况外，大多数人的动作时间约需1秒，当然那些遇事慌张、目瞪口呆，甚至举手投降的人除外。 考虑那1秒钟的动作时间，刹车距离将增大，实际刹车距离如下： 车速（km/h）：20 30 40 50 60 70 80 90 100 刹车距离（m）：7.6 12.7 19.0 26.2 34.4 43.5 53.7 64.9 77.0 车速（km/h）：120 150 180 200 250 刹车距离（m）：104.2 152.4 209.4 252.4 377.0 安全行车常识里有一个保持车距的原则，即保持车距为车速的千分之一，如车速为50km/h，保持车距50m，车速为120km/h，保持车距120m，对照上面计算结果可知，这个车距是非常安全的，而且车速<100km/h时，人们有足够的反应时间，具体的反应时间如下，只要在反应时间之内动作了，即便前车突然停住（追尾或撞上障碍物），后车也能刹住，因此可称之为安全反应时间。 车速（km/h）：20 30 40 50 60 70 80 90 100 反应时间（s）：3.2 3.0 2.8 2.7 2.5 2.3 2.1 2.0 1.8 车速（km/h）：120 150 180 200 250 反应时间（s）： 1.4 0.9 －－－ 车速过高时，千分之一的车距是不一定安全的，当车速达到150km/h时，人们的安全反应时间仅为0.9秒，好手能化险为夷，一般车手已经很危险了，当车速超过180km/h，反应时间只有0.4秒，F1车手或许能刹住，超过200km/h，就是塞纳再世也无能为力了。

纤维摩擦系数测定

实验十九辊轴式纤维摩擦系数测试 一、实验目的与要求 通过实验，熟悉Y151型纤维磨擦系数测定的结构，了解纤维磨擦系数测试的方法。 二、实验仪器与用具 Y151型纤维磨擦系数测定仪及附件（摩擦辊芯、预加张力夹、纤维成型板、铁夹子、金属梳片），镊子，塑料胶带，剪刀。 三、试样 化学纤维一种（涤纶、腈纶、锦纶、丙纶等）。 第2楼试验工发表于2005/04/03 14:13 四、实验方法与程序 （一）包制纤维辊 1.从试样中取出0.5g左右的纤维，用手扯法整理成一端平齐，纤维顺直的纤维束（见图19—1）（注意：在整理纤维过程中，手必须洗干净，而且只能握持纤维的两端不要接触纤维束的中段）。然后用手夹持纤维束的一端，用金属梳片梳理另一端，去掉纤维束中的纤维结和乱纤维，梳理完一端再倒过来梳理另一端。此时纤维片宽度约3cm,厚度约在0.5mm左右. 第3楼试验工发表于2005/04/03 14:14 图19—1 整理纤维 2.将纤维用镊子夹到纤维成型板上,并使纤维片一端超出成型板上端边缘2~3cm,将此超出部分折入成型板的下侧,用铁夹子夹住,如图19—2所示。 第4楼试验工发表于2005/04/03 14:14 图19—2 夹在成型板上 3.将成型板上的纤维片以金属梳片梳理整齐后，以塑料胶带沿成型板前端（不夹夹子一端）将纤维片粘住，粘的时候须注意，应以胶带的一半左右宽度粘住纤维，另一半宽度（3mm 左右)留着，胶带长度也应比纤维片宽度长，两端各留出5mm左右，粘在试验台上。如图19—3所示。 第5楼试验工发表于2005/04/03 14:14 图19—3 粘在胶带上 4．去掉夹子，抽出成型板，将弯曲的纤维剪掉，使留下的纤维长度在3cm左右。揭起粘在试验台上的塑料胶带右端，将其粘在金属辊芯顶端，旋转辊芯，以塑料带粘住的纤维片就卷绕在辊芯表面，如图19—4所示。卷绕时，应使用权纤维束的一端（粘住的一端）与金属辊子关端平齐。卷好后，将露出在辊芯头端外面的胶带折入端孔，以顶端螺丝的垫圈固定，再

基于Hyperworks车轮辐板轻量化设计

基于Hyperworks车轮辐板轻量化设计 111杨情操 ，张开 ，陆明，邹亮，徐长倩 （1.南京依维柯汽车有限公司，江苏 南京 210028； 2.长安马自达汽车有限公司，江苏 南京 211103） 摘 要：以某车轮辐板为研究对象，建立基于Hyperworks 的有限元模型。对通风孔进行优化 布局，尽可能加大通风孔尺寸，满足制动散热需要，并对通风孔进行美观造型设计，满足结构强度、刚度和板厚度尺寸为约束，整体质量最小为目标的尺寸优化，得到最佳的尺寸配置。优化后的结构单件质量下降283g ，单台车质量下降1981g ，取得较好的优化效果。 关键词：车轮辐板；Hyperworks；轻量化 中图分类号：U463.34 文献标识码：A 文章编号：1005-2550（2018）03-0016-04 Based on the Light Quantitative Design of the Hyperworks Wheel Spoke Board 1211 YANG Qing-cao , ZHANG Kai ,LU Ming1,ZOU Liang ,XU Chang-qian (1.NAVECO LTD , Jiangsu Nanjin 210028; 2.Changan Mzada Automobile co.,Ltd, Jiangsu Nanjin 211103) Abstract: A finite element model based on Hyperworks is established in this paper. Optimize the vent layout, increase the vent size as far as possible, meet the needs of the brake cooling, and the vents are beautiful modelling design, satisfy the structural strength, stiffness and thickness of the plate size as constraint, the target of minimizing the overall quality of size optimization, the size of the best configuration. After the optimized structure, the quality of the single unit was reduced by 283g, and the quality of the single-stage vehicle decreased by 1981g, which achieved a better optimization effect. Key Word: Wheel spoke; Hyperworks; Light weighting 杨情操 2003年毕业于沈阳工业学 院，2016获得南京理工大学工 程硕士学位，工作单位：南京 依维柯汽车有限公司，产品工 程部整车性能经理，研究方 向：底盘设计、整车性能等。 1 引言车轮是轻型商用车必不可少的部件之一。车轮与轮胎合成，固定轮胎内缘，支持轮胎并与轮胎共同承受负荷。车轮和轮胎通过轮胎充气后形成的压力和摩擦力，实现彼此之间的正确配合和力的传递，同时与前后桥轮边通过螺栓联接，接 收车桥传递过来扭矩，并将其传递至轮胎。 16doi:10.3969/j.issn.1005-2550.2018.03.002 收稿日期：2017-10-27 设计·研究基于Hyperworks车轮辐板轻量化设计

滚动问题中的摩擦力

滚动问题中的摩擦力 摘要:滚动问题是工程力学中常见的问题,摩擦力的研究是其中的重要课题,深刻理解摩擦力的概念、摩擦力产生的原因，正确判断摩擦力的方向对分析和解决滚动问题至关重要. 分别分析了滚动物体在不受外力作用及受外力作用两种情况下,如何判断滑动摩擦力的类型及方向,最后讨论了滚动问题中滑动摩擦力的功. 关键词:滚动滑动摩擦力 引言 在滚动问题中,物体的运动既有滑动又有转动,因此,在判断摩擦力的类型及方向时,既要考虑滑动 还要考虑转动,但是接触面间的摩擦力由“阻碍接触面之间相对运动或相对运动趋势”来确定的原则是不变的. 1物体滚动时摩擦力的产生原因 两物体相互接触并发生相对运动时，有两种基本的运动形式，即滑动和滚动.在滑动时，该物体的运动形式为平动，即运动过程中该物体内所有质点具有相同的速度和加速度，表现出相同的运动规律. 在滚动时，一种情形是纯滚动，即两物体的接触点具有共同速度，若与固定面接触，则接触点速度为零，称为速度瞬心，运动过程中该物体的运动形式为绕连续变化的瞬心的转动，物体内各点的速度可按照瞬心的圆周运动来确定，这也称为相对接触点的无滑滚动；此外还有一种情形是有滑滚动，此时该物体的运动可看作绕接触点的转动与随接触点的滑动两种运动的合成. 如果这两物体的接触面是绝对的光滑的，就无需考虑两物体间的摩擦力.但在现实中，理想的完全光滑面是不存在的，因此需要分析这两物体之间的摩擦力.下面首先对接触面间的摩擦力产生进行分析. 在支持面M上作滑动的半径为R、重量为W的轮子，如图1所示，由于轮子与支持面之间的压迫作用而发生形变，使得支持面与轮子的接触部分产生了各个方向上的约束反力，这些力可以简化成一个垂直分力、一个水平分力及已个力偶.根据主动力的不同情形，这些约束反力的大小也会相应的变化，其中垂直分力即支持力N，水平分力即静摩擦力F，力偶即滚动摩擦力偶m. （图1） 在轮子静止时，水平方向的静摩擦力满足F≤Fmax=fsN，滚动摩擦力偶满m≤mmax=δN,方向与轮子的运动趋势相反，并与主动力构成静力平衡条件.其中Fmax为最大静摩擦力，fs为静摩擦系数，mmax为最大滚动摩擦力矩，δ为滚动摩擦系数.静摩擦系数fs及滚动摩擦系数δ取决于接触面的性质，它们决定了接触面可能产生的最大静摩擦力及滚动摩擦力偶矩. 轮子在滑动时，水平方向的滑动摩擦力满足F=fN，方向与轮子的运动方向相反，滚动摩擦力偶满足m≤Mmax=δN,方向与轮子的转动趋势相反，并与主动力够成动力平衡条件.其中f为动摩擦系数，不仅仅取决于接触面的性质，还与轮子的运动速度有关. 在轮子滚动时，滚动摩擦力偶的方向与轮子转动方向相反，水平方向摩擦力取决于轮子是否相对于

摆式摩擦系数测定仪使用说明书

一、说明 随着国家交通运输事业的蓬勃发展，国道及各省干线公路建设日新月异，为适应公路建设快速发展的需要，满足对公路检测设备的高要求，我公司与有关科研部门共同研制生产了用于路面质量检测的BM—III型摆式摩擦系数测定仪这一高科技产品。该产品对于高等级公路、城市道路及机场跑道抗滑性能的检测上了一个新台阶，可以与国外同类产品相妣美。该仪器调试方便，操作简单，测试数据准确，稳定性大大提高，并且室内外均可使用，是高等级公路等专用设备建设中不可缺少的检测仪器之一。 二、原理 BM—III型摆式摩擦系数测定仪是动力摆冲击型仪器。它是根据“摆的位能损失等于摆臂末端橡胶片在路面上滑动时，克服路面摩擦所做的功”这一基本原理研制而成。 三、结构 1、底座：由T型腿，调平丝和水准泡组成，对仪器起调平、支承作用。 2、立柱：由立柱、升降机构、导向杆及仪器把手组成，用于升降和固定摆头的位置。 3、释放开关：安装于悬臂上的开关，用于保持摆杆水平位置和释放摆落下的作用。 4、转向系统：包括紧固把手、摆轴、转向节和轴承，起联接摆，固定位置，保证在摆动平面内能自由摆动。 5、示数系统：包括指针毛毡圈、压紧盖、指针调节螺母及刻度盘，指针可直接指示出摆值。 6、摆头：由上下部接头、摆杆、弹簧、杠杆、举升柄、锤壳、滑溜块及橡胶片（76mm*25.4mm*6.35mm）组成，它对摆动中心有规定力矩，对路面有规定压力。本身前与后、左与右的力矩平衡，它是度量路面摩擦系数的尺度。摆式摩擦系数测定仪的结构照片如下图所示。 四、主要技术参数 1、摆质量：1500±30g 摆重心距：410±5mm

2、橡胶片对路面正向静压力：2263g 3、摆从倾斜5度处自由放下到摆动停止的次数，应不少于70次。 4、橡胶片外边缘路摆动中心距离510mm。 5、仪器总重约12Kg左右。 五、使用方法 1、选点：在测试路段上，沿行车方向的左轮轮迹，选择有代表性的五个测点，每一测点相距约5—10m。 2、仪器调平： （1）将仪器置于测点上，并使摆的摆动方向与行车方向一致。 （2）转动调平螺丝使水准泡居中。 3、调零： （1）标定指针位置：将摆呈垂直向下状态，拨动指针使上部与拨针器上调节螺丝紧靠，此时指针指示的位置应与摆杆中心位置对正。否则应调整拨针器的调节螺丝使指针与摆杆中心位置对正，调节完毕应将调节螺丝上的并紧螺母并紧，以固定指针调节螺丝的位置。 （2）放松固定把手，转动升降把手使摆升高并呈自由摆动，然后旋紧固定把手。 （3）将摆向右运动，使定位卡环进入释放开关槽，使摆杆处于水平释放位置。同时，用左手拨动指针使之紧靠拨针器上的螺钉。 （4）按下释放开关摆向左运动，并带动指针向上运动。当摆达到最高位置后下落时，用左手接住摆杆，此时指针应指零。若不指零时，可稍紧或放松指针调节螺母，直到指针指零为止。 4、标定滑动长度： （1）用橡皮刷清除测试范围内路面上的松散颗粒和杂物。 （2）让摆自由悬挂，将标尺的中部对准摆杆，并使滑动标尺平行于测试方向并靠近橡胶片。 （3）放松固定把手，转动升降把手让摆缓慢下降并同时用右手提起举升柄使摆向右方移动，在标尺右端放下滑溜块使之接触路面并与标尺刻线对齐，然后提起举升柄使摆向左移动，并在标尺左端放下滑溜块，使之接触路面并与标尺左端刻线齐平，然后旋紧固定把手，复核滑动长度。在这一过程中可用调平螺丝对

测定摩擦系数实验练习题

测定摩擦系数实验练习题 1.为了测定滑块与桌面之间的动摩擦因数，某同学设计了如图所示的实验装置。其中，a是质量为m的滑块（可视为质点），b是可以固定于桌面的滑槽（滑槽末端与桌面 相切）。第一次实验时，将滑槽固定于水平桌面的右端，滑槽的末端与桌面的右端M对齐，让滑块a从滑槽上最高点由静止释放滑下，落在水平地面上的P点；第二次实验时，将 滑槽固定于水平桌面的左端，测出滑槽的末端N与桌面的右端M的距离为L，让滑块a再次从滑槽上最高点由静止释放滑下，落在水平地面上的P’点。已知当地重力加速度为g，不计空气阻力。 ①实验还需要测量的物理量（用文字和字母示）：。 ②写出滑块a与桌面间的动摩擦因数的表达式是（用测得的物理量的字母表示）： ＝。 1013 2.为了测定小木块和长木板之间的动摩擦因数，某同学用垫块将长木板一端垫高使其形成斜面，让小木块从其顶端由静止滑下，再配合其他一些器材，测出了小木块和长木板之间的动摩擦因数。 （1）为完成本实验，在下列可供选择的器材中，该同学选用的器材 有（）。 (A) 秒表(B) 天平 (C) 刻度尺(D) 温度计 （2）所需测量的物理量有______________________________________________________； 动摩擦因数的计算公式为___________________________________________________。（3）如果利用DIS实验装置在此倾斜的长木板上完成本实验，写出需要的传感器名称和需测量的物理量：_______________________________________________________________。(10139)