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機械社區

標題: 直徑相同的車輪，寬窄對于加速度的影響？？ [打印本頁]

作者: 愛看書的pig 時間: 2021-10-27 08:36
標題: 直徑相同的車輪，寬窄對于加速度的影響？？
假如一輛車，動力恒定在200NM，輪胎直徑相同
寬輪胎是220mm寬，窄輪胎是180mm寬。

請問，哪種輪胎加速到100KM/h時間更短呢？？

既然汽車前進的動力是由摩擦力提供的。寬輪胎的摩擦力更大，f=ma，這樣汽車的加速度更快。

但網上有說窄輪胎啟動更快的，很疑惑，希望大家幫忙分析一下

補充內容 (2021-10-28 09:02):
經過與眾多壇友的討論，總結如下，希望大家看看對嗎：
在不打滑的前提下：主動輪與地面屬于靜滑動摩擦，向前，靜滑動摩擦fs=u*車重
車輪與地面的靜滑動摩擦系數取0.3.車重取15000N，則最大靜滑動摩擦力=4500N

補充內容 (2021-10-28 09:05):
車輪直徑取600mm，則最大靜滑動摩擦力對應的力矩=4500N*0.3m=1350Nm。
只要我的車，輸出扭矩不超過1350Nm，那么，我的車輪就不會打滑。

補充內容 (2021-10-30 11:32):
錯了。汽車車輪的運動屬于平面運動。一方面是繞車軸的轉動，一方面是質心的平移。所以，輸出扭矩肯定要大于摩擦力抵消的那部分扭矩。剩下的提供旋轉。然后，與地面接觸的那點的瞬時速度一直為0，做純滾動。

補充內容 (2021-11-2 08:18):
之前想的又錯了。。。地面對輪胎的摩擦力，必須小于輸入車輪的扭矩。分兩種情況
1.純滾動：輸入扭矩減去摩擦力對輪心的扭矩后得到的扭矩使輪胎旋轉，而摩擦力使輪胎向前運動。這兩個運動合成之后，接觸點速度0.

補充內容 (2021-11-2 08:19):
2.打滑。地面提供的摩擦力很小，輸入扭矩減去摩擦力矩后得到的力矩,這個力矩使車輪旋轉，車輪旋轉的速度遠遠大于向前的速度，所以車輪打滑啦。

補充內容 (2021-11-2 08:23):
沒想到一個日常生活中看似常見的問題。涉及到的知識點之多，讓我咂舌。
寬輪胎與窄輪胎，如果都不打滑，那么相對較小質量，較小轉動慣量的車輪，加速將快一些。

補充內容 (2021-11-2 08:26):
至于豪車為什么車輪寬，因為豪車的發動機一般較好，所以扭矩很大。窄輪胎哪怕用盡全力也打滑。所以豪車的輪胎寬。
一輛小破車，窄輪胎也不打滑，換上寬輪胎，也沒用。因為壓根就用不到這些能力。合適的才是最好的~~~

作者: sgxap666 時間: 2021-10-27 08:51
窄輪胎快些，阻力小些。

作者: 武漢老虎 時間: 2021-10-27 08:58
和路面有關。

作者: 愛看書的pig 時間: 2021-10-27 08:58

sgxap666 發表于 2021-10-27 08:51
窄輪胎快些，阻力小些。

汽車前進的動力不是靠驅動輪的摩擦力提供嗎？摩擦力方向向前
為啥窄輪胎摩擦力小，啟動快呀？

作者: oldpipe 時間: 2021-10-27 08:59
你的力學沒學好。作為物理課力學部分的基本概念之一，摩擦力取決于兩接觸面正壓力和摩擦系數，與接觸面積大小無關。第二個概念，輪胎寬窄影響輪胎質量及轉動慣量，都是阻礙加速能力提高的因素。

作者: 武漢老虎 時間: 2021-10-27 09:04
還是和路面有關，存鏡面和砂石路面結果不同。

作者: hxt610 時間: 2021-10-27 09:36
本帖最后由 hxt610 于 2021-10-27 09:41 編輯

愛看書的pig 發表于 2021-10-27 08:58
汽車前進的動力不是靠驅動輪的摩擦力提供嗎？摩擦力方向向前
為啥窄輪胎摩擦力小，啟動快呀？

汽車前進需要地面的摩擦力不假；但是別忘了，摩擦力只是一個被動力；沒有驅動力就沒有摩擦力；也就是說：只有驅動車輪旋轉才能使車輪與地面產生摩擦力；摩擦力的大小由驅動力決定。

摩擦力與接觸面積的關系是什么呢？
接觸面積決定最大靜摩擦力，也就是車輪不打滑時的最大摩擦力，而不是實時摩擦力；
寬輪胎比窄輪胎可以產生更大的靜摩擦力，也只是能夠產生更大的靜摩擦力。

所以在車輪不打滑的前提下，輪胎寬窄對于加速度是沒有影響的；
如果考慮更細微的影響（風阻、慣量、質量......），發動機動力相同的情況下，寬輪胎比窄輪胎阻力更大，所以加速更慢！

那么為什么寬輪胎的汽車會提供更好的加速性能呢？
是因為寬輪胎能夠提供更大的靜摩擦力（不打滑），也就可以給車輪施加更大的動力。

大排量汽車（比如3.0L）配備更寬的輪胎，而小排量汽車（比如1.2L）配備較窄輪胎，這就是原因。

作者: sunbetterwu 時間: 2021-10-27 09:36
輪胎寬度會影響輪胎的使用壽命，但對摩擦力沒有影響
對摩擦力有影響的是輪胎的花紋

作者: 魍者歸來 時間: 2021-10-27 09:49
放眼一望，都是被高中物理坑害的孩子。高中關于摩擦力的理論是閹割版，另外，即使相同直徑的車輪，寬窄不一樣，實際直徑(變形后)也不一樣。討論加速性，建議看看F1的輪子是寬是窄

作者: hxt610 時間: 2021-10-27 09:56
本帖最后由 hxt610 于 2021-10-27 09:57 編輯

可能對摩擦力有誤解，摩擦力=摩擦系數*接觸面積不假；但是對于靜摩擦，這個公式只描述了最大靜摩擦力，而不是實際靜摩擦力；

實際靜摩擦力一定=牽引力（牽引力<最大靜摩擦力的情況下）
超過最大靜摩擦力后，將適用動摩擦，理論上適用摩擦力=摩擦系數*接觸面積這個公式。

本題討論范圍應該局限在靜摩擦范圍。

作者: 奇妙的科學dl 時間: 2021-10-27 09:56
綜合性的問題，我猜想一下。如果輪上的車重和下壓力很大的話那么用寬的輪胎（F1賽車）。如果車重和下壓力小用窄的輪胎。要相信科學，同時不要太相信科學。分析現實，大膽猜想，嚴謹驗證。

作者: gaokua 時間: 2021-10-27 10:02
扯什么呢，啟動快慢只跟自重扭力比有關，還窄輪胎，換個窄輪胎就能讓小車拉上百噸的石頭還直接彪出去了？

作者: bonetr 時間: 2021-10-27 10:21
我覺得吧，因為輪胎花紋的原因，宏觀上寬輪胎和窄輪胎摩擦系數是不一樣的。再有本身摩擦系數就是個經驗值。所以寬輪胎快還是窄輪胎快以實驗為準比較好。如果讓我給建議的話，動力輪用寬胎，從動輪用窄胎

作者: hxt610 時間: 2021-10-27 10:29
本帖最后由 hxt610 于 2021-10-27 10:30 編輯

熱青茶
【摩擦力大小由驅動力決定】，此話有誤。發表于 29 分鐘前

@熱青茶，那你說汽車靜止不動時摩擦力是多少？
汽車加速時，質量*加速度/時間+各種阻力=驅動力，驅動力=摩擦力，這不對嗎？
勻速運動時，驅動力=各種阻力=摩擦力；也就是慣性定理：受力平衡時，物體將保持原有運動狀態不變，有錯嗎？

作者: 愛看書的pig 時間: 2021-10-27 11:09
從能量分析的角度來看：
1.主動扭矩使車輪旋轉。根據M=J*a。寬輪胎的轉動慣量大，所以角加速度小。所以在加速階段：寬車輪比窄車輪轉的慢，這點應該沒問題。
到勻速階段,兩種一樣快，只是寬輪胎比窄輪胎更晚到達這個勻速。

2.地面對主動輪的摩擦力提供向前的加速度，寬輪胎比窄輪胎的摩擦力大，所以向前的加速度大。

這兩個情況一正一負，有沒有大佬可以幫忙算算看，哪種輪胎加速快。(我給出的前提條件可能不全，請大佬們按最簡單的情況考慮)
@未來第一站 @二號機

作者: Duke陽 時間: 2021-10-27 11:51
自重一定的情況下寬輪胎與窄輪胎的摩擦系數不一樣吧，寬輪胎應該能獲得更大的摩擦系數，扭矩一定的情況下不應該是摩擦系數更大的啟動更快嗎，在實際情況中F1不也是寬熱熔胎增加摩擦力提高變速性能吧，F1更換窄輪胎會提升加減速性能嗎？

作者: hxt610 時間: 2021-10-27 12:37
本帖最后由 hxt610 于 2021-10-27 12:40 編輯

愛看書的pig
還有就是第二點：是否四個輪胎的最大靜摩擦力對輪胎中心求扭矩。這個扭矩值要小于輪胎輸入的扭矩。這樣還能不打滑？  發表于 5 分鐘前
愛看書的pig
請問大俠，是不是這么理解: 汽車車輪輸入的扭矩是M1，最大靜摩擦力對旋轉中心的扭矩是M2。所以車輪旋轉的扭矩是M3=(M1-M2)，寬輪胎的M3小于窄輪胎。再加上寬輪胎的J（轉動慣量更大），所以寬輪胎旋轉更慢.  發表于 14 分鐘前
terry159
這種解釋比較專業，如果動力不是足夠大，沒有打滑的話，窄輪胎加速性能好，因為重量輕；如果動力足夠大，寬輪胎加速性能好，因為能防止打滑，全面發揮動力優勢。PS:上邊回復好多文盲。  發表于半小時前

對于靜摩擦，一定要樹立一個概念：那就是摩擦力一定是有質量的物體（可以簡化成有質量的一個質點）有運動趨勢，即受到外力；
那么外力是什么呢？拉力、推力、風阻、摩擦力、磁力、原子力、化學力（比如爆炸）重力、重力的支反力......當然還有那位說的下滑力；
不管受多少外力，總歸會形成一個合力；

簡單的就是這個合力=質量*加速度；或者合力=0，物體保持原有的運動狀態不變（包括靜止）。
至于輪胎慣量（還包括汽車各種傳動機構）及扭矩（也包括汽車各種傳動機構）都是輸出最后動力的中間過程，也就是屬于內力（有沒有內扭矩的說法我不知道），它們只影響最后輸出的牽引力。

那么輪胎寬窄影響啥呢？1.影響風阻，2.影響總質量（假設寬胎更重），3.影響最大靜摩擦力（假設寬胎接地面積更大）4.不會影響實際摩擦力（當然寬胎從動輪摩擦損失會略有增大），4.影響油耗（這是汽車內部的事，因為慣量、風阻及轉向阻力更大）

作者: 高圓圓女神 時間: 2021-10-27 13:39
寬輪胎更能利用扭矩，也就是地面給車輪的向前的摩擦力大。

作者: 未來第一站 時間: 2021-10-27 16:26
那個抓地好那個快

作者: 武漢老虎 時間: 2021-10-27 16:30
輪胎的壓力大小不同，寬笮有不同，所以無論如何，寬窄是不一樣的

作者: yc1990717120 時間: 2021-10-27 17:26
樓主好：
   首先對理論要學清楚，車輛的驅動力來自于地面對輪胎的摩擦力，而這個地面對輪胎的摩擦力的值等于車輪扭力、支持力*摩擦系數這兩個值中的較小值。不可一概而論認為就是支持力*摩擦系數。
   對輪胎方面如果不考慮寬胎相對較大的轉動慣量，通常認為寬胎的摩擦系數相對略大，具體大多少要實際驗證。
   對你這個問題目前只能這么回答：現有簡易模型條件
   如果該車重量小，車輪扭力高于支持力*摩擦系數，寬胎車加速度略高；
   如果車重很大，忽略寬胎和窄胎轉動慣量、重量、胎阻這些的話，兩車加速度相當；考慮慣量、胎阻等窄臺車加速好。
   以上，供參考。

作者: 朱威威 時間: 2021-10-28 16:47
https://tieba.baidu.com/p/3667214058

作者: swh481320 時間: 2021-10-28 18:39
輪胎扁平化是趨勢。

作者: 遠祥 時間: 2021-10-30 02:36
豪車都寬輪胎的

作者: 愛看書的pig 時間: 2021-11-2 08:34

hxt610 發表于 2021-10-27 09:36
汽車前進需要地面的摩擦力不假；但是別忘了，摩擦力只是一個被動力；沒有驅動力就沒有摩擦力；也就是說： ...

思考再三，確實如大佬所說。佩服佩服~~~

作者: bje892 時間: 2022-4-24 14:31

愛看書的pig 發表于 2021-10-27 08:58
汽車前進的動力不是靠驅動輪的摩擦力提供嗎？摩擦力方向向前
為啥窄輪胎摩擦力小，啟動快呀？

因為窄胎提供的摩擦力已經足夠了。

作者: cumtbm02 時間: 2022-4-26 10:15
所有工況都相同的話，輪胎寬的加速時間短，因為輪胎與地面的摩擦力是推動力，輪胎寬，摩擦力就大

作者: hhd21 時間: 2022-4-26 13:48
學習一下

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