摩擦力与汽车刹车安全.DOC

国家中等职业教育改革发展示范学校建设佐证材料 文档编号 QC02-3-4-01-W 汽车运用与维修专业 双师型教师论文 隆德县职业中学 摩擦力与汽车刹车安全 马永宁 （宁夏隆德县职业中学专业组 756300） 关键词：摩擦力 静摩擦力 滑动摩擦力 车轮抱死 摘 要：对于路面上行驶的汽车来说，影响制动距离的主要因素有：汽车质量的大小、行驶速度的高低、车轮与路面的附着情况、车轮制动器的工作情况等。在车辆质量一定、行驶速度一定的情况下，制动距离的大小主要由车轮与路面的附着情况、车辆制动器上摩擦力的大小决定。要想获得好的制动效果，必须同时具备两个条件，即汽车具有足够的制动器制动力，同时又要有附着系数较高的路面提供足够的地面制动力，ABS装置可以调整制动器制动力大小。 全日制普通高级中学物理教科书（试验修订本·人教版）第一册（必修本）附录中有一个课题研究：刹车时车轮被抱死的利与弊。分析汽车刹车时如果车轮停转，车轮与地面发生滑动摩擦；如果车轮还在转动，刹车片与轮盘（或轮毂）发生滑动摩擦。研究哪种情况可以更快地使车停下来，分析车轮停转带来的其他影响（如安全性）。本节课之后的阅读材料中有一个思考题：影响汽车制动距离的主要因素什么？在雨雾天制动距离将怎样变化？这个问题看似简单，其实并不简单。 认识汽车行驶原理 汽车是自带有动力（发动机）的一种复杂机械装置，其上面通常安装有四只轮子：发动机的动力传递到车轮上后，用来驱动汽车行驶的轮子被称作驱动轮，用来控制汽车行驶方向的轮子被称作转向轮。比如，我们常见的东风汽车，它的两个前轮叫做转向轮，两个后轮叫做驱动轮。两个驱动轮和两个转向轮在汽车行驶过程中所受的摩擦力的大小、方向是不同的。汽车正常前进行驶时，车轮在路面上滚动，相对于路面没有滑动，轮胎和路面接触处的摩擦力为静摩擦力，而两个前轮（被动轮）和两个后轮（主动轮）的摩擦力情况不同。主动轮受发动机的驱动而转动，假定车轮和地面之间没有静摩擦，轮胎就会在原地打滑，汽车不能前进，根据车轮转动的情况可知，在任一时刻车轮和地面接触的A点相对于地面的运动趋势向后，A点受到的静摩擦力F1的方向向前，并与汽车行驶的方向一致，正是在这个力驱动下汽车得以前进，因而这个力通常叫做驱动力或称牵引力。同时，由于车轮附着在路面上，路面对车轮产生一个阻止车轮打滑的路面阻力，这个阻力通常叫做附着力或称抓地力。驱动轮正常滚动而不打滑的条件是驱动力小于或等于附着力。汽车在路面上前进行驶时，车身前移，两个被动轮（前轮）的轴受到车身给予的水平推力，轮胎和地面接触的B点向前运动，地面对轮胎B点的滚动摩擦力F2的方向向后，与汽车运动方向相反。 汽车刹车原理 汽车制动时，前后轮上的摩擦力情况又怎样变化呢？ 汽车制动，俗称刹车，它是借助于制动器产生摩擦力，消耗汽车动能，从而使汽车的运动速度降低或者停车。汽车制动系统一般由安装在车轮上的制动器和操纵装置两大部分组成。制动器根据旋转元件的不同分为鼓式制动器(如图2所示)和盘式制动器两大类。鼓式制动器的旋转元件是制动鼓，盘式制动器的旋转元件是制动盘。鼓式制动器中的固定元件摩擦块，因形状似马蹄状而俗称制动蹄块，制动时，驾驶员踩下制动踏板，通过操纵装置使制动蹄块张开，紧压在外面旋转元件制动鼓上，两者之间相对旋转，由于制动鼓（盘）与制动蹄摩擦衬片之间的摩擦作用，形成摩擦力矩M，此力矩与车轮转动方向相反。车轮在M作用下给地面一个向前的作用力，同时根据牛顿第三定律知道地面给车轮一个与行驶方向相反的切向反作用力，这个力就是地面制动力，它是迫使汽车减速或停车的外力。地面制动力取决于制动器制动力（即摩擦力矩的大小）和轮胎与地面之间的附着力。制动器制动力是由制动器的结构参数（制动器的型式、结构尺寸、制动器摩擦副的摩擦系数、车论半径）所决定。为了增加轮胎与地面之间的附着力，轮胎胎面制有一定的花纹形状。如果制动时，制动蹄块压制动鼓过紧，制动器上产生的摩擦力过大，超过车轮与路面间的附着力时，这时制动蹄块与制动鼓抱死在一起，结合成为一整体（称作制动 抱死），这时，车轮在路面上不再纯滚动，而是滑动（我们看到汽车在路面上急刹车时车轮在路面上留下一条印痕如图示，就属于这种情况），车轮与路面间的静摩擦力转变为滑动摩擦力，数值大大减小，从而使车轮与路面间的附着力迅速减小或消失，汽车制动距离明显增长，汽车停下来的慢。 如果此时两前轮仍正常滚动，保持正常附着力，两后轮由于制动抱死，附着力迅速消失。汽车前轮由于制动器的作用而使汽车前部速度降低，这时汽车后部由于惯性仍以原来车速向前运动，前端车速小于后端车速，使整辆汽车不再保持正常直线行驶，而是车尾偏离原来直线行驶方向，冲入其它车道或冲出路面，