Domanda:
Come posso migliorare la trazione su un veicolo a ruote riducendo l'attrito?
HDE 226868
2015-01-27 20:31:24 UTC
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Questo è ispirato a un progetto che ho intrapreso per il mio corso di fisica lo scorso anno; Mi piacerebbe applicarlo in futuro.

Background: per il progetto, io e alcuni compagni di classe dovevamo costruire una piccola macchina alimentata da una serie di fonti; abbiamo optato per una trappola per topi che ha trasformato due ruote posteriori su un'auto a quattro ruote quando è stato rilasciato. L'obiettivo del nostro gruppo era portare la macchina il più lontano possibile.

Un problema era che la fonte di alimentazione non era costante. Il braccio di leva della trappola si è sollevato in un arco per circa cinque secondi, quindi è tornato in posizione di riposo. Durante questo periodo, ha spinto l'auto. L'auto ha quindi proseguito per il resto del percorso.

Nella fase a motore, volevamo aumentare la trazione. Le ruote erano dei CD (perché avevamo un budget di $ 5,00), che hanno la tendenza a girare fuori. Quindi abbiamo attaccato loro pezzi di stoffa per ottenere una migliore trazione. Nella seconda fase, tuttavia, abbiamo riscontrato che questo tessuto ha rallentato un po 'l'auto perché ha aumentato notevolmente l'attrito (come abbiamo scoperto dopo diverse ore di test di combinazioni diverse).

Altri gruppi hanno utilizzato nastro adesivo per coprire le ruote, e alcuni dischi usati, che sembravano fare leggermente meglio dei CD (sebbene ciò violasse i limiti di dimensione). Il tessuto sembrava avere la migliore trazione, però - non avevamo molti spinout. I test sono stati eseguiti sul tipico pavimento di un'aula (non sono sicuro di cosa sia fatto - linoleum? - ma è lo stesso di quasi tutte le scuole, almeno in America).

In un veicolo a ruote in generale - ovviamente non solo una piccola auto alimentata da una trappola per topi - come posso migliorare sostanzialmente la trazione sulle ruote mentre il generatore è acceso riducendo l'attrito mentre si costeggia? È semplice come scegliere determinati pneumatici o esiste una soluzione ingegneristica più grande e migliore?


Come conclusione finale: il mio pensiero sarebbe quello di avere un centro di massa mobile per il veicolo, dove le ruote motorizzate hanno una minore tendenza a slittare e le ruote anteriori sono quasi prive di attrito. Durante la fase motorizzata, il centro di massa sarebbe vicino alla parte posteriore, mentre nella fase di inerzia, sarebbe vicino alla parte anteriore. Ciò potrebbe aiutare a ridurre la forza normale su alcune ruote e quindi a produrre o evitare attrito aggiuntivo.

Questo è totalmente aneddotico, ma per il mio simile progetto di fisica HS, abbiamo usato nastro adesivo per skateboard applicato in modo uniforme sul bordo esterno delle ruote CD per migliorare la trazione. Vale la pena provare, ma l'obiettivo del nostro progetto era il potere non la distanza. Tuttavia: questo tende ad essere duro sul fondo stradale (!!). Suggerirei di provare su un'area poco appariscente di qualsiasi superficie di guida che hai prima di inviare questa cosa attraverso il tuo nuovo campo da basket in legno, per esempio. :-)
Oh, probabilmente dovrei notare cosa hanno usato alcuni degli altri gruppi e dove l'abbiamo testato. Sto cercando risposte oltre questo tipo di progetto, ma probabilmente è rilevante. Grazie, @PaulGessler.
L'auto che rallenta maggiormente con il panno è a causa della maggiore resistenza al rotolamento, dovuta alla deformazione anelastica. Una sostanza ad alto attrito e altamente elastica funzionerebbe meglio: come gli elastici. Questo è il motivo per cui i pneumatici sono fatti di gomma.
Cinque risposte:
JedF
2015-01-27 21:24:11 UTC
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Devi controllare la velocità con cui applichi la potenza. Una sorta di meccanismo di smorzamento che consentirebbe di applicare gradualmente la potenza e di non farla girare.

Potresti provare a avvolgere la "corda di potenza" su pulegge di dimensioni diverse in modo da modificare il rapporto di trasmissione. Se usassi un cono, sarebbe simile a un CVT in cui all'inizio avresti un rapporto di trasmissione basso per muoverti, quindi quando la corda si svolge lungo il cono spingerebbe l'auto più velocemente invece di girare fuori.

Something like this for your rear axle.

Modifica: puoi indovinare il rapporto di trasmissione o utilizzare alcune statistiche di base per calcolare il coefficiente di attrito e come evitare lo slittamento durante l'applicazione della coppia.

Un rapporto di trasmissione più basso * aumenterebbe * la probabilità di uno spinout poiché aumenterebbe la coppia applicata alle ruote.
user16
2015-01-27 20:57:17 UTC
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Le forze di attrito sono correlate al tipo di superficie e al tipo di materiale. La trazione è correlata alla quantità di attrito che la ruota può generare e al peso applicato alla ruota. Questo articolo sul how-stuff-works fa un ottimo lavoro nel coprire la relazione tra le due proprietà.

Un malinteso popolare è che l'area della superficie influenzi la trazione della ruota. E a volte vengono citate auto da corsa in stile dragster come esempio per dimostrare questo punto. Questi veicoli hanno pneumatici posteriori speciali che sono larghi quando sono a riposo, ma diventano più stretti con l'aumentare della velocità di rotazione. La convinzione è che ciò abbia l'effetto di aumentare la trazione di partenza, ma di ridurre la resistenza al rotolamento poiché l'area della ruota a contatto con il suolo diminuisce con la velocità di rotazione. Tuttavia, questo articolo fa un buon lavoro nello spiegare come le forze di attrito risultanti rimangono le stesse indipendentemente dall'area della superficie.

Dato che l ' equazione per la trazione $ F_t = \ mu_tmg $ è equivalente all'attrito $ F_f = \ mu_fmg $ 1 , è un atto di bilanciamento tra la coppia disponibile; materiale di superficie; e materiali disponibili per le ruote.

1 Questo non vuol dire che $ \ mu_t $ sia esattamente uguale a $ \ mu_f $ ma sono abbastanza vicini per questo caso.

Allora perché le ruote cambiano dimensione? C'è un altro vantaggio in questo?
Resistenza al rotolamento marginalmente inferiore: http://www.newton.dep.anl.gov/askasci/eng99/eng99599.htm
Adam Miller
2015-01-28 05:05:47 UTC
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come posso migliorare sostanzialmente la trazione sulle ruote mentre la fonte di alimentazione è accesa riducendo l'attrito mentre si costeggia?

Considerando che, per la maggior parte degli scopi, la trazione è davvero un funzione dell'attrito, penso che affrontare i due casi sia meglio che affrontarne uno in tutti i casi.

È possibile gonfiare / sgonfiare dinamicamente i pneumatici? In tal caso, sgonfiare leggermente le gomme mentre l'alimentazione è accesa, quindi gonfiarle di nuovo quando è in movimento per inerzia.

In alternativa, che ne dici di mantenere le ruote in più retratte, quindi lasciarle cadere come l'allenamento di una bicicletta ruote quando è necessaria una maggiore manovrabilità in curva?

Gonfiare / sgonfiare non è così fattibile, ma l'idea delle ruote extra è interessante. Sarebbe stato complicato e nel mio caso avrebbe superato di gran lunga i limiti di progettazione, ma è sicuramente una buona soluzione.
SF.
2015-01-28 01:47:08 UTC
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Trazione, attrito, versatilità sul terreno, scegline due.

Se deve operare su terreni scivolosi, sarà necessario un attrito elevato per migliorare la trazione. Ma se puoi limitare il terreno (e mantenere un'accelerazione ragionevole; puoi sempre scambiarla con i restanti tre), puoi fornire un'ottima trazione con un attrito minimo.

Dì, le tue ruote si tagliano outs come una lama di sega, angolata all'indietro. Fornisci una "striscia di partenza" di traccia simile a una sega con i denti diretti in avanti. In questo modo previeni tutti gli slittamenti senza sacrificare gran parte dell'attrito. Le ruote possono quindi circolare su terreno pianeggiante aggiungendo un po 'di attrito dalla superficie a dente di sega, oppure è possibile utilizzare un sistema doppio, "cerchi" rotondi che si estendono oltre quelli a dente di sega "cingolati", quindi una volta che il veicolo lascia la pista, si muove ruote perfettamente rotonde per il resto.

Will.W
2015-02-12 17:04:19 UTC
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L'attrito di cui parli quando fai riferimento al tessuto sarebbe più correttamente definito come resistenza al rotolamento. In un vero senso, è necessario aumentare (il coefficiente di) attrito per aumentare la trazione o aumentare la forza che agisce normalmente al suolo.

Puoi aumentare il coefficiente di attrito cambiando il materiale della ruota, mentre fatto con l'involucro di stoffa ma hai riscontrato questa maggiore resistenza al rotolamento una volta che il veicolo era in movimento, riducendo così l'efficienza. Un'alternativa sarebbe aumentare la massa, aumentando così la forza disponibile per generare trazione utilizzando la formula per la trazione GlenH7 fornito $ F_t = \ mu_tmg $ dove $ m $ è la massa e $ g $ è l'accelerazione gravitazionale. L'aumento della massa influenzerà negativamente la tua accelerazione in modo da poter regolare il tuo progetto per spostare il più possibile la massa esistente sulle ruote motrici (vedi l'analogia del dragster, le auto sono molto lunghe, tutto il peso è sul retro), quanto basta che la o le ruote anteriori mantengono il contatto con il suolo solo in accelerazione (vedi di nuovo dragster).



Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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