地面性质和附着重力对牵引力的影响及曲线关系

1.轮式车辆

汽车行驶时，发动机产生的扭矩，经传动系传到驱动轮，产生驱动力矩Tt，驱动轮在Tt的作用下给地面作用一对圆周力F0，地面对驱动轮的反作用力Ft即为驱动力，也叫牵引力，如图4.2.4所示，其数值为

图4.2.4　汽车的驱动力

式中　Tt——作用于驱动轮上的转矩；

r——车轮半径。

若令Ttq为发动机转矩，ig为变速器传动比，i0为主减速器传动比，ηT为传动系的机械效率，则

Tt＝Ttq ig i0ηT

对于装有分动器、轮边减速器、液力传动等装置的汽车，上式应计入相应传动比及机械效率。因此，驱动力为

发动机转矩随发动机转速而变化，其工作特性取决于发动机的外特性和部分特性；变速箱和减速器等传动部件传动比由其结构而定，通常机械变速器具有多个挡位并对应不同的定传动比；自动变速器包含液力变矩器，也具有多个挡位并可实现自动换挡或无级变速功能；传动系效率由传动部件工作特性确定，不同结构传动型式具有不同的传动效率。

地面对轮胎的切向反作用力的极限值称为附着牵引力Fφ，在硬路面上它与驱动轮法向反作用力Fz成正比，即

式中　φ——附着系数，由路面与轮胎决定。

由作用在驱动轮上的转矩Tt引起的地面切向反作用力不能大于附着牵引力，否则将发生驱动轮滑转现象。

汽车的附着力取决于附着系数以及地面作用于驱动轮的法向反作用力。附着系数主要取决于路面的种类和状况，行驶车速对附着系数也有影响。附着系数还受到车轮运动状况的影响。在一般动力性分析中，只取附着系数的平均值。在良好的混凝土或沥青路面上，路面干燥时，φ值为0.7～0.8，路面潮湿时，φ值为0.5～0.6；干燥的碎石路上，φ值为0.6～0.7，干燥的土路上，φ值为0.5～0.6，湿土路面时，φ值为0.2～0.4。

驱动轮地面法向反作用力与汽车的总体布置、车身形状、行驶状况及道路的坡度有关。

2.履带车辆

1）行驶牵引力F

为了分析牵引力作用于坦克的过程及其大小，假设坦克均速行驶且地面阻力不变，暂不考虑行动装置的内阻力，并把两侧履带上的牵引力归并到一侧履带计算。

设发动机工作时经传动装置传到主动轮上的转矩为Tz，作用于履带工作段的拉力为F，它将履带工作段拉紧，则有

将履带工作段断开，为了不破坏其平衡条件，在履带断开后的两端各施加一个大小相等方向相反的拉力F，如图4.2.5所示。

图4.2.5　主动轮与后负重轮受力分析

（a）主动轮；（b）后负重轮

对于主动轮，将作用在履带上的拉力F，按力学平移定理平移到主动轮的几何轴心上，此时可得一力偶Frz与作用于主动轮轴上的力F，力偶Frz与主动轮转矩Tz平衡。力F分解为两个分力，即垂直于路面的分力F sinα及平行于路面的分力F cosα。

对于后负重轮，绕于它上面的一段履带的一端在拉力F的作用下，在另一端产生一个大小相等、方向与行驶方向相同的土壤切向反作用力F。将此二力平移至后负重轮轴的几何中心，并将它们分解为两个分力，即垂直于路面的分力F sinα及平行于路面的分力F（1－cosα）。(www.xing528.com)

因此，当履带受工作张力F作用而拉紧时，有一平行于路面的力F cosα作用在主动轮轴上，并经过主动轮轴承的传递，沿坦克行驶方向推动车体前进。同时，还有一平行于路面的力F（1－cosα）作用于后负重轮轴上，经过悬挂装置平衡轴的传递，沿坦克行驶方向推动车体前进。这两个水平分力的总和等于行驶牵引力，即

F cosα＋F（1－cosα）＝F

由此可知，牵引力F是经过主动轮轴承和后负重轮悬挂装置零件传递到坦克车体上，从而推动坦克向前运动的。地面作用于履带接地段的牵引力，实际上等于作用于车体上的推力。当主动轮前置时，用同样的分析方法可知，其牵引力是经过位于车体后部的诱导轮轴及后负重轮轴传递到车体上的。

从上述对行驶牵引力的分析中可知，牵引力的大小不仅与发动机拉履带的力的大小有关，同时也与地面提供的切向反作用力的能力（附着性能）有关。

2）发动机牵引力Fe

当坦克匀速行驶时，发动机的转矩经传动系统传到主动轮上，变为主动轮的转矩，并通过主动轮对履带工作段产生拉力，该拉力称为发动机牵引力，也叫计算牵引力，以Fe表示。它的大小等于主动轮转矩和主动轮工作半径之比，即

或

式中　Te——发动机转矩（N·m）；

ii——坦克传动系统第i挡的总传动比；

η——坦克总效率；

Pe——发动机功率（kW）；

v——坦克行驶速度（km／h）。

上式说明，发动机牵引力是个计算值，它的大小和发动机转矩、传动系统总传动比、主动轮半径和坦克效率有关，和地面情况无关。

3）附着牵引力Fφ及附着系数φ

履带接地段滑转运动时，地面给接地段一个切向反作用力。当滑转系数达到某一个值时，地面给履带接地段的切向反力达到最大值，这个最大切向反作用力就是坦克在该路面下的附着牵引力，以Fφ表示。

附着牵引力的大小和地面性质、行动装置的结构、坦克重力、行驶速度以及接地段的滑转程度等因素有关。要定量地计算出每个因素对附着牵引力的影响目前还是很困难的。人们公认附着牵引力的主要影响因素是地面性质和附着重力，且大致上和附着重力成正比。因此，可用下述简化的经验公式来计算附着牵引力：

式中　φ——附着系数，是附着力Fφ和附着重力Gf的比值，是一综合性参数。

坦克在不同地面的附着系数如表4.2.4所示。

表4.2.4　坦克在不同地面的附着系数

　注：表中柏油路数据取自A.C.尼基金著《坦克理论》，其余数据取自北京工业学院（现北京理工大学）《坦克理论》1960年版。

附着牵引力随滑转系数的变化而变化，如图4.2.6所示。

该曲线表明，坦克接地段的滑转系数σ很小时，附着牵引力也较小（A点）。随着滑转系数增大，附着牵引力也跟着增大，当滑转系数达到最佳值时（σ＝0.25～0.30），附着牵引力也达到最大值（B点）。当σ大于最佳值后，随着其增加，附着牵引力不但不增大反而逐渐减小。当σ增加到1.0时，完全滑转的瞬间附着牵引力降到C点。

图4.2.6　附着牵引力和滑转系数的关系曲线