汽車運(yùn)動(dòng)過程中的受力分析

1、汽車運(yùn)動(dòng)過程中的受力分析摘要：汽車運(yùn)動(dòng)過程之中需要收到很多較為復(fù)雜的力的綜合作用，本文結(jié)合 汽車實(shí)際的受力情況，選擇其中較為典型的水平行駛、加速行駛和轉(zhuǎn)彎這三種情 況的受力情況進(jìn)行分析。希望通過筆者的分析可以提高人們對(duì)于汽車受力情況的 了解，更為科學(xué)的掌握汽車運(yùn)動(dòng)過程中的綜合情況。關(guān)鍵詞：汽車；運(yùn)動(dòng)；受力分析；速度刖言：隨著現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)社會(huì)的不斷發(fā)展與進(jìn)步，汽車已經(jīng)成為現(xiàn)代人生活之中不可或 缺的生活用品，汽車的普及極大的改變了現(xiàn)代人的生活方式與生產(chǎn)方式，促進(jìn)了 現(xiàn)代社會(huì)的巨大進(jìn)步。但是，針對(duì)汽車受力情況的具體研究與分析的文獻(xiàn)國內(nèi)還 鮮有報(bào)道，筆者結(jié)合多年工作的經(jīng)驗(yàn)，對(duì)汽車在運(yùn)動(dòng)過程之中的受力情況進(jìn)

2、行了 系統(tǒng)的分析，希望可以通過這些分析提高人們對(duì)于汽車運(yùn)動(dòng)情況的了解，更好的 掌握汽車的受力情況，為今后汽車行業(yè)的發(fā)展帶來積極的啟發(fā)。汽車在水平行駛過程之中的受力分析汽車在行駛的過程之中受到的力主要有兩種：牽引力和摩擦力。這是從大的 方向上進(jìn)行概述。傳統(tǒng)思維認(rèn)為，汽車在水平行駛的過程之中主要受到發(fā)動(dòng)機(jī)的 牽引力，但是從力學(xué)方面進(jìn)行分析這種思維是錯(cuò)誤的。其實(shí)，帶動(dòng)汽車向前行駛 的直接動(dòng)力是輪胎的靜摩擦f，這是汽車在行駛之中受到的直接動(dòng)力。為了更好的說明汽車的手里情況，我們將汽車受到的靜摩擦力也就是直接動(dòng) 力定義為F1，汽車在運(yùn)動(dòng)的過程之中當(dāng)然還會(huì)受到相應(yīng)的摩擦阻力，主要包括 汽車輪胎的滾動(dòng)摩擦f

3、l、汽車內(nèi)部部件之間的摩擦力f2以及汽車受到的空氣阻 力f3.牛頓第一定律指出，汽車保持勻速行駛的條件為受到的和外來為0，即：(1)(2)結(jié)合(1)，我們可知汽車所收到的靜摩擦力等于三種摩擦組合之和時(shí)，汽車 才可以在水平面上做勻速直線運(yùn)動(dòng)。(2)向我們展示的是滑動(dòng)摩擦力的定義式， 通過該定義式我們可知，汽車收到的滑動(dòng)摩擦力與汽車的重力成正比，同時(shí)和地 面的摩擦因數(shù)存在很大的關(guān)系。但是，這里需要注意的是，汽車一般收到的摩擦 力是滾動(dòng)摩擦與滑動(dòng)摩擦之間存在很大的差別，滑動(dòng)摩擦可以近似等于最大靜摩 擦，也就是汽車的直接動(dòng)力。加速行駛汽車的受力分析加速行駛汽車的受力分析需要結(jié)合牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律進(jìn)行相關(guān)

4、分析，而且這 是汽車所受的力較為復(fù)雜，為了論述的簡單化，在本文中我們將汽車的受力做了 理想化處理。汽車在加速行駛的過程之中所受到的動(dòng)力為F1，汽車所受到的綜 合阻力為F2,汽車獲得的加速度為a，汽車的質(zhì)量為m。由牛頓第二定律：（3）帶入公式可得：（4）解（4）得：（5）通過上述三個(gè)公式我們可以看出，汽車在進(jìn)行加速運(yùn)動(dòng)的過程之中，主要受 到的力為牽引動(dòng)力和摩擦阻力兩種力的綜合效果，只有當(dāng)牽引動(dòng)力F1大于摩擦 阻力F2時(shí)汽車才能做加速運(yùn)動(dòng)，加速度為正；反之，當(dāng)牽引動(dòng)力F1小于摩擦 阻力F2時(shí)汽車只能做減速運(yùn)動(dòng)，也就是說這個(gè)時(shí)候汽車的加速度為負(fù)值。對(duì)于 加速行駛進(jìn)行受力分析是最有意義的分析，這是由于

5、汽車在在工作的過程之中多 數(shù)處于加速和加速的狀態(tài)之下。例如，汽車在啟動(dòng)的過程之中就是加速運(yùn)動(dòng)，根據(jù)不同的汽車的性能有等牽 引力啟動(dòng)和等功率啟動(dòng)兩種形式，這兩種啟動(dòng)形式中的加速度存在很大差別。等 功率啟動(dòng)的過程相對(duì)較為復(fù)雜，這種情況之下汽車開始啟動(dòng)的過程之中加速度在 逐步的發(fā)生變化，隨著速度的增加加速度會(huì)減小，達(dá)到一定程度之后加速度開始 保持不變。對(duì)于等牽引力啟動(dòng)而言，這個(gè)時(shí)候汽車的加速度處于一個(gè)穩(wěn)定的狀態(tài)， 這是由于汽車所受的合外力保持不變的原因造成的，因此這種啟動(dòng)是相對(duì)較為簡 單的啟動(dòng)方式，其受力分析也較為簡單。汽車在轉(zhuǎn)彎過程中的受力分析汽車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)一般分為勻速行駛、加速行駛兩種狀態(tài)，前文

6、已經(jīng)對(duì)于這兩 種狀態(tài)下汽車的受力分析進(jìn)行了系統(tǒng)的論述。但是，汽車在轉(zhuǎn)彎過程之中的受力 情況與前兩種狀態(tài)下的受力之間存在明顯的不同，為了讓人們更加全面的了解汽 車的受力狀態(tài)，筆者對(duì)汽車在轉(zhuǎn)彎過程中的受力情況也進(jìn)行簡單分析。汽車在轉(zhuǎn)彎過程之中的受力之所以和普通行駛狀態(tài)下不同，是因?yàn)槠囋谵D(zhuǎn) 彎過程之中的受力更為復(fù)雜，除了前文已經(jīng)提及的牽引動(dòng)力和汽車阻力這兩種主 要的力之外，汽車在轉(zhuǎn)彎的過程之中必須提供相應(yīng)的向心力。對(duì)于向心力的理解 一定要正確，我們這里所說的向心力不是一個(gè)真正存在的力，而是一種合力，是 汽車轉(zhuǎn)彎過程之中必須存在的一個(gè)合外力。汽車轉(zhuǎn)彎過程其實(shí)是在做圓周運(yùn)動(dòng)， 做圓周運(yùn)動(dòng)就必須有向心力

7、。（6）是向心力的計(jì)算式：(6)也就是說汽車在轉(zhuǎn)彎的過程之中不能處于受力平和的狀態(tài)，這時(shí)的汽車存在 一個(gè)向心加速度a,這個(gè)向心加速度的存在決定了汽車在必須存在一個(gè)向心力， 這個(gè)向心力一般是由汽車輪胎的側(cè)向靜摩擦提供的，要有與運(yùn)動(dòng)方向成90度的 指向圓心方向的充當(dāng)向心力靜摩擦力f=mv2/r=mro2r=mr（2n/T）2=mw2v。一些 設(shè)計(jì)較為科學(xué)的公路在轉(zhuǎn)彎處設(shè)計(jì)成外側(cè)較高內(nèi)側(cè)較低的情況，這種設(shè)計(jì)也是考 慮到向心力的原因，這種設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)汽車重力的一部分分力當(dāng)做汽車轉(zhuǎn)彎的向 心加速度，這樣就減小了輪胎橫向靜摩擦的壓力，增加了汽車行駛過程之中的安 全系數(shù)，同時(shí)減輕了對(duì)于輪胎的磨損。4.結(jié)束語汽車在運(yùn)動(dòng)的過程之中所受的力是十分復(fù)雜的，本文只是針對(duì)水平行駛、加 速行駛以及轉(zhuǎn)彎過程中的幾種受力情況進(jìn)行了簡要的分析，希望可以通過這篇文 章的論述，提高人們對(duì)于汽車受力情況的認(rèn)識(shí)，為我國汽車行業(yè)的發(fā)展帶來一定 的參考價(jià)值。參考文獻(xiàn)：李安定，尹念東.汽車駕駛模擬器的運(yùn)動(dòng)模型研究J.黃石理工學(xué)院學(xué) 報(bào)，2008，02： 26-30.胡宏德.基于LabVIEW的汽車運(yùn)動(dòng)軌跡跟蹤仿