滾阻,又稱滾動阻力,是指物體在另一個物體表面上滾動時所產生的阻力。這種阻力源于物體與支撐面接觸處的形變,包括靜摩擦力和彈性體恢復滯后引起的輪胎壓縮點與回復點之間的壓力差。滾阻通常用于描述車輛的特性。
形成原理
滾阻由兩部分組成:靜摩擦力和彈力損耗。具體來說,它是滾動摩擦力的一種形式。1. 物體在滾動過程中,由于接觸面的變化而產生的靜摩擦力。當物體主動滾動時,輪胎與地面間的靜摩擦力會轉化為推動物體前進的動力。2. 車輪轉動時,輪胎受到的壓力會導致其發生形變,這些形變并非垂直于地面,而是朝向圓心方向。因此,力的分解會產生一定的阻力,這也是為什么充氣不足的自行車騎行較為困難的原因。3. 如果接觸物具有無限大的剛性和完美的球形,那么在滾動過程中,接觸的將不是平面,而是點。在這種情況下,輪子與支撐面之間僅有一條接觸線,支撐力N通過輪子的軸心垂直于支撐面,滾阻為零。
作用
滾阻相對于最大靜摩擦和滑動摩擦而言較小。在大多數情況下,滾阻僅為滑動摩擦阻力的1/40至1/60。因此,滾動物體相比推動物體滑動更為省力。現代陸地交通普遍使用車輪,正是利用了這一原理。
應用
磁懸浮列車
磁懸浮列車的滾阻為零,能夠以傳統陸地交通工具難以企及的速度運行。
汽車
汽車的滾阻約占總油耗的14%至17%。滾阻每降低10%,油耗便可相應下降1%至2%。因此,在無法克服風阻的情況下,降低滾阻是一種有效的節能措施。
魔三角問題
盡管降低滾阻并不復雜,但在保持其他性能不受影響的同時實現這一點卻是一項挑戰。在輪胎行業中,提高耐磨性、滾阻或抗濕滑能力往往會損害另一種性能,這種情況被稱為“魔三角”。
降低方法
路面條件
路面的摩擦系數會影響輪胎的形變量,進而影響滾阻。平坦的路面有助于降低滾阻,而火車因其軌道和車輪的剛性較大,滾阻更低,能效更高。
輪胎寬度
較窄的輪胎與路面的接觸面積較小,形變量較少,因而滾阻較小。
充氣程度
輪胎的充氣程度應根據路面情況調整。在平直道路上,充氣充足的輪胎滾阻較低;而在崎嶇路面上,硬質輪胎則不利于吸收震動,導致能量浪費。
輪組尺寸
較大的輪組滾阻較小,因為它們更加接近理想的圓形,形變量較小。
輪胎粗糙度
輪胎的粗糙度對滾阻沒有直接影響,但會對空氣阻力產生影響。
多輪驅動
在確保穩定性的同時,減少非動力輪組的數量或將其替換為動力輪組,可以有效地降低滾阻。
參考資料 >
技術咖解說:什么是滾動阻力?為什么要選低滾阻輪胎?.懂車帝.2024-10-31
還在用120psi胎壓? 論輪胎的正確打氣方式.美騎網.2024-10-31
什么是滾動阻力?開口胎、真空胎和管胎的滾阻比較.美騎網.2024-10-31