Тяга (механика)

Сила, используемая для создания движения между телом и касательной поверхностью

Тяга , сила тяги или тяговая сила — это сила, используемая для создания движения между телом и касательной поверхностью посредством использования либо сухого трения , либо силы сдвига . ^{[1] [2] [3] [4]} Она 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 силы тяги 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

Тягу можно определить как:

физический процесс, при котором тангенциальная сила передается через поверхность раздела между двумя телами посредством сухого трения или промежуточной пленки жидкости, что приводит к движению, остановке или передаче мощности.

—  Основы механического износа и испытания, Рэймонд Джордж Байер ^[5]

В динамике транспортного средства тяговая сила тесно связана с терминами тяговое усилие и тяговое усилие , хотя все три термина имеют разные определения.

Коэффициент тяги

Диаграмма продольного коэффициента сцепления (fx) в зависимости от скорости и погодных условий для асфальта:
A) сухой асфальт
B) дренаж асфальта в мокрых условиях
C) асфальт в мокрых условиях
D) снег
E) лед

Изменение поперечного сцепления (Fy) в среднем в течение сезонов (представлено численно от 1 до 12) и с различными дорожными покрытиями.
A) Горячекатаный асфальт
B) Гравий
C) Кварцит
D) Конгломератный цемент
E) Липкий 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 сила тяги = коэффициент тяги × нормальная сила .

Факторы, влияющие на коэффициент тяги

Сцепление между двумя поверхностями зависит от нескольких факторов:

• Состав материала каждой поверхности.
• Макроскопическая и микроскопическая форма (текстура; макротекстура и микротекстура )
• Нормальная сила прижимает контактные поверхности друг к другу.
• Загрязнения на границе материалов, включая смазочные материалы и клеи.
• Относительное движение поверхностей скольжения — скользящий объект (находящийся в состоянии трения движения) имеет меньшее сцепление, чем нескользящий объект (находящийся в состоянии трения покоя).
• Направление тяги относительно некоторой системы координат — например, имеющееся сцепление шины с дорогой часто различается при повороте, ускорении и торможении. ^[8]
• Для поверхностей с низким коэффициентом трения, таких как бездорожье или лед, сцепление можно увеличить, используя тяговые устройства, которые частично проникают в поверхность; эти устройства используют сдвиговую прочность подстилающей поверхности, а не полагаются исключительно на сухое трение (например, агрессивный внедорожный протектор или цепи противоскольжения )....

Коэффициент тяги в инженерном проектировании

В конструкции колесных или гусеничных транспортных средств высокое сцепление между колесом и землей более желательно, чем низкое сцепление, поскольку оно обеспечивает более высокое ускорение (включая повороты и торможение) без проскальзывания колес. Одним из заметных исключений является техника автоспорта дрифтинг , в которой сцепление задних колес намеренно теряется во время поворотов на высокой скорости.

Другие конструкции значительно увеличивают площадь поверхности, чтобы обеспечить большее сцепление, чем могут колеса, например, в гусеничных и полугусеничных машинах. ^{[ необходима цитата ]} Танк или подобная гусеничная машина используют гусеницы, чтобы уменьшить давление на области контакта. 70-тонный M1A2 опустился бы до точки высокого центрирования, если бы использовал круглые шины. Гусеницы распределяют 70 тонн по гораздо большей площади контакта, чем шины, и позволяют танку двигаться по гораздо более мягкой земле.

В некоторых приложениях существует сложный набор компромиссов при выборе материалов. Например, мягкая резина часто обеспечивает лучшее сцепление, но также изнашивается быстрее и имеет более высокие потери при изгибе, что снижает эффективность. Выбор материала может иметь драматический эффект. Например: шины, используемые для гоночных автомобилей, могут иметь срок службы 200 км, в то время как шины, используемые на тяжелых грузовиках, могут иметь срок службы, приближающийся к 100 000 км. Шины для грузовиков имеют меньшее сцепление и более толстую резину.

Сцепление также зависит от загрязняющих веществ. Слой воды в пятне контакта может привести к существенной потере сцепления. Это одна из причин появления канавок и ламелей на автомобильных шинах.

Было обнаружено, что тяга грузовиков, сельскохозяйственных тракторов, колесных военных транспортных средств и т. д. при движении по мягкому и/или скользкому грунту значительно улучшается при использовании систем контроля давления в шинах (TPCS). TPCS позволяет снизить и впоследствии восстановить давление в шинах во время непрерывной работы транспортного средства. Увеличение тяги за счет использования TPCS также снижает износ шин и вибрацию при езде. ^[9]

Смотрите также

• Антиблокировочная система тормозов
• Равновесие прилива
• Трение
• Сила (физика)
• Карл А. Грош
• Сцепление с рельсами
• Скользкость дороги
• Песочница (локомотив)
• Трибология
• Передача веса

Ссылки

1. Лохери, Шон; Герхарт, Грант; Мюнх., Пол (2000), Оценка мобильности транспортного средства с использованием уравнений Беккера (PDF) , TARDEC армии США, архивировано (PDF) из оригинала 5 июля 2019 г.
2. Берч, Дерил (1997). «Полезная мощность». Оценка выемки грунта . Craftsman Book Co. стр. 215. ISBN 0-934041-96-2.
3. "Трение". hyperphysics.phy-astr.gsu.edu . Получено 20 апреля 2018 г. .
4. Абишек. "Metro Train Simulation". metrotrainsimulation.com . Получено 20 апреля 2018 г. .
5. Байер, Рэймонд Джордж (22 апреля 2004 г.). «Терминология и классификации». Механические основы износа и испытания . CRC Press. стр. 3. ISBN 0-8247-4620-1.
6. Шекснайдер, Клиффорд Дж.; Майо, Ричард (2003). Основы управления строительством. McGraw-Hill Professional. стр. 346. ISBN 0-07-292200-1.
7. Вонг, Джо Юнг (20 марта 2001 г.). "4.1.3 Коэффициент тяги". Теория наземных транспортных средств . John Wiley & Sons. стр. 317. ISBN 0-471-35461-9.
8. J670 Терминология динамики автомобиля, SAE.
9. Манро, Рон; Маккалок, Фрэнк (февраль 2008 г.). «Контроль давления в шинах лесовозных транспортных средств: некоторые наблюдения по результатам испытаний в Хайленде, Шотландия» (PDF) . ROADEX III Northern Periphery . Получено 20 апреля 2018 г.