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摩托车中的物理知识程艳宾
摩托车中的物理知识
山西省 临汾市 洪洞一中 415班 程艳宾 指导老师:邓宏伟
内容摘要:摩托车作为一种以步代车的工具在生活中的应用十分广泛,它的操作方法可谓“深入民心”。尽管用起来很简单,但麻雀虽小五脏俱全,它里面包含的物理知识却有很多很多。我在老师的支持下,亲自拆卸了摩托车的主要部件,了解了有关结构,结合所学物理知识解释了其工作原理,并提出了一些使用小窍门。
关键词:发动机 换档 离合器 曲柄轴 飞轮
摩托车由发动机、传动系统、行走系统、转向、制动系统和电气仪表设备五部分组成。其中发动机、传动系统最为重要,它们是摩托车的核心部分,其中蕴含了许多微妙的物理知识。发动机是将轴箱与离合器、变速箱设计成一体而成的,结果紧凑。
摩托车发动机的曲轴采用组合式,由左半曲轴、右半曲轴和曲柄销压合而成。左右半轴的主轴颈上装有滚珠轴,(如图所示)此处利用滚动摩擦代替滑动摩擦,减小了阻力,用以将曲轴支撑在曲轴箱上。曲轴的两端分别装有飞轮。磁电机离合器主动齿轮连杆为整体式结构,下边为圆环状,内设有滚针轴承,与曲柄销组合成连杆组。发动机汽缸是摩托车动力系统中最基本的组成元素,动力由此传出。发动机的原理十分简单,就是通过燃烧把化学能转变为热能,利用大气压强推动活塞对外做功。
摩托车有高低档之分,我们知道一般上坡时需用低档,因为低档的动力更大,而且高一我们也学过 P=Fv ,由此可知,输出功率一定时,F与v 成反比,即速度越小,动力越大。但这种换档是如何实现的,它的工作原理是什么呢?
其实摩托车中的换挡时由摩托车中一个组合式齿轮传动装置来完成的,它的结构十分复杂,但是原理却十分简单。当动力由曲柄轴传过·离合器处于接通状态时,动力就会传出。与曲柄轴相连的主轴上有几个大小直径不同的齿轮,但它传出的动力并不是直接传动到摩托车的行走系统上的,而是先传到另一个套有同样半径不同的齿轮的传动轴上。这个轴的末端装有一个对外传动的齿轮,(简图如左)。当在空档是,活塞对外做功使所有主轴齿轮都转动,不传动动力。如图,拿一档来说,挂档时,即用拨档杈把上方的传动轴右移,这时,主轴第一个齿轮与传动轴第一个齿轮纹合,动力开始传送。挂二档时,再次拨动传动轴右移一个空键位,这时的传动轴上的第二个齿轮与主轴上的第二个齿轮绞合,第一个齿轮彼此分离。主传动轴上的一档齿轮较二档齿轮小,副传动轴的一档齿轮较二档齿轮大,当个个相应的档位齿轮绞合时,线速度v相等,且v=ωr , T=2π/ω ,由此可得 ω1/ω2=v1/v2.(r1是主轴各档齿轮半径,r2是传动付轴各档齿轮半径)
摩托车行使时,ω是固定不变的,当接一档是r1+r2是固定的,r1较小,则r2较大,相应的ω2减小,而r2是与向外传送的飞轮连在同一个传动轴上的,所以ω相同,半径一定时,速度v较小,接二档时,主动轴齿轮变大,ω一定,而副传动轴齿轮变小,所以w增大,飞轮角速度增大,这就是换档的道理。当然,这是在功率一定的情况下即主动传动轴的角速度的一定时,理想的状态下。但为什么当功率一定时,速度小就能获得较大的拉力呢?这里除了可以用P=Fv解释外,还可以从做功和力的角度分析。功率一定时,曲柄轴转动一周做的功是一定的,假设挂一档时r1=2r2,且车轮的半径为R,根据r1/r2=ω1/ω2=T1/T2可得,当T2=2T1。假设活塞运作一周期做功为W,则使传动轴齿轮r2转动一周做功为2W。这时飞轮转动一周,则摩托车前进的距离为2πR1。假设挂二档时,r1=r2,当活塞做功为2W时,飞轮转动两周,摩托车前进的距离为4πR。由W=Fs可知,发动机做功一定时,行走位移越小,F越大,显然,当挂一档时,位移s越小,F自然越大。这里运用物理学中角速度与线速度的关系还有做功等知识。
还能从传动力这一过程来分析,这里可以理解为杠杆原理,可以用杠杆公式及有关知识进行解释。
发动机的曲柄轴传出力后并不是直接接到主动轴上,而是通过装在曲轴端得主动齿轮、套筒滚子链条和离合器上的从动齿轮组,将发动机动力传到离合器。离合器这组机构被装置在引擎与手排变速箱之间,负责将引擎的动力传送到手排变速箱。摩托车离合器有多种形式,其中最常见的是湿式多片摩擦式离合器。 湿式多片摩擦式离合器指的是离合器总成浸在机油中工作,分主动、从动和分离三部分。发动机的动力经链轮式齿轮传动主动罩,罩的周边开有沟槽,五征嵌有橡胶软木摩擦材料的摩擦片(主动片),其外沿的凸块放置在主动罩的沟槽中随之一同旋转为离合器的主动部分。四片钢质从动片通过内齿与从动片固定盆相连接构成从动部分。主、从动片交错安装,固定盆用内花键与变速箱主轴相连,在压盖上的四个离合器弹簧,紧压着摩擦片和从动片,将动力传到
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