物理问题

ob · 发表于 2007-3-29 09:28:09

大家观察过自行车的辐条么？是沿着轴的切线方向安装的。但是古代战车的轮子辐条却是沿半径方向的。为什么？

yinyin · 发表于 2007-3-29 10:28:20

古代战车的轮子的圆形轮箍是靠辐条支撑的，辐条对轮轴的作用力是压力。在这种情况下，最坚固的结构是辐条沿半径方向压向车轴。而现代的自行车的圆形轮箍是靠钢丝辐条的张力（拉力）来维持的。辐条一端钩住车轴上小圆盘上的小孔，另一端用罗丝罗母结构拉住轮箍。车轴小圆盘上小孔那里所能承受的切向拉力远大于径向拉力。辐条的交叉安排更增大了小圆盘的承受力。所以，不仅是自行车轮子，所有钢丝辐条结构的轮子上辐条都应切向安装。

富女 · 发表于 2007-3-30 04:55:21

Great answer, even I still don't understand.

ob · 发表于 2007-3-30 09:43:33

salmonfish · 发表于 2007-3-30 23:09:54

也谈一点想法：Yinyin说的“车轴小圆盘上小孔那里所能承受的切向拉力远大于径向拉力。辐条的交叉安排更增大了小圆盘的承受力”是对的。但是我觉得还应该再说明一点，那就是辐条所承受的力，因为辐条所能承受的横向剪切力很小。

在骑行自行车时，自行车的轮箍和中轴之间会产生一个扭矩（见示意图）。如辐条是沿半径方向连接轮箍和中轴，这个扭矩作用在辐条上的力就完全是横向切力（与辐条相垂直，见示意图上部）。如果辐条一端沿切线方向钩住车轴上小圆盘上，这个扭矩作用在辐条上的力就可以被分解成切向力 B（垂直于辐条）和张力 A（沿辐条方向）（见示意图下部）。每根辐条所能承受的张力远大于所能承受的切向力。

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其次，是稳定性的问题。辐条沿切线方向的交叉安排使得在一个方向上的一些辐条上的张力是拉力，而使另一方向（虚线）上辐条上的张力为推力。

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本贴由[salmonfish]最后编辑于：2007-3-30 15:13:30

色盲 · 发表于 2007-3-31 00:46:49

Right on! 三文的表述很清楚

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据说这世界是彩色的？

yinyin · 发表于 2007-3-31 05:12:47

辐条沿切线方向的交叉安排能使车轮结构稳定是对的。

关于“扭矩”及“横向切力”的论述似欠妥。事实上，钢丝辐条两端都可看作铰接。钢丝辐条所受的力永远只是较大的拉力（当其偏近水平位置时）或很小的压力（偏近垂直位置时）。假如有什么“横向切力”及其产生的“扭矩”的话，那么是什么力使辐条没有脱离车轴小圆盘（固定在滚珠轴承的外壳上的）和轮箍而转动呢？

在车辆前进中，车轮的滚动摩擦会给车轴一个力矩。这是通过交叉安排的钢丝辐条不通过轴心的拉力来实现的。这就使整个车轮（包括车轴那儿的小圆盘）像一个刚体那样转动。要是钢丝辐条是从车轴径向垂直连接于轮箍（所有拉力都通过轴心），就无法传递这一力矩。滚动摩擦力通过轮箍传到钢丝辐条，就迫使钢丝辐条偏离原来的“径向”，用不同方向的钢丝辐条的拉力来传递一个力矩到车轴小圆盘，使其跟着转动。可这时，轮箍与车轴小圆盘的相对位置就有了一点点“扭转”，人们会觉得车轮不太“稳固”。这也就是“辐条沿切线方向的交叉安排能使车轮结构稳定”的理由之一（另外的理由是考虑颠簸时的稳定性）。

salmonfish · 发表于 2007-3-31 08:22:11

"在车辆前进中，车轮的滚动摩擦会给车轴一个力矩。这是通过交叉安排的钢丝辐条不通过轴心的拉力来实现的"

和我说的是一样的。“在骑行自行车时，自行车的轮箍和中轴之间会产生一个扭矩（见示意图）。如辐条是沿半径方向连接轮箍和中轴，这个扭矩作用在辐条上的力就完全是横向切力（与辐条相垂直，见示意图上部）。如果辐条一端沿切线方向钩住车轴上小圆盘上，这个扭矩作用在辐条上的力就可以被分解成切向力 B（垂直于辐条）和张力 A（沿辐条方向）”

yinyin · 发表于 2007-3-31 09:46:52

yinyin还是觉得不一样。在三文兄的图中，作用在钢丝辐条上的分力B是由哪个力来平衡的？事实上，在辐条沿切线方向交叉安排时，B总是为０。那个作用在车轴小圆盘上的力矩是通过交叉安排的钢丝辐条的拉力来实现的（对称的两根钢丝辐条的拉力大小不同）。

另外，三文兄“辐条沿切线方向的交叉安排使得在一个方向上的一些辐条上的张力是拉力，而使另一方向（虚线）上辐条上的张力为推力。”的论述也欠妥。像图中那两根交叉的钢丝辐条（一实一虚），在那样远离水平接近重垂方向（vertical) 的位置时，两者都受压(推)力，而不是实线辐条受拉力、虚线辐条受推力。不论钢丝辐条是沿经向还是沿切向安置，钢丝辐条所受的力永远只是拉力（当其偏近水平位置时）或很小的压力（偏近垂直位置时），因为它们的两端都是铰接。

本贴由[yinyin]最后编辑于：2007-3-31 1:50:53

salmonfish · 发表于 2007-3-31 20:54:32

给定了自行车轮子的结构，在重量的作用下，其“钢丝辐条所受的力永远只是拉力（当其偏近水平位置时）或很小的压力（偏近垂直位置时）”（Yinyin). 不错，我没有不同意见。。。。。。。但这只是重力的作用。www.ddhw.com

我的跟贴，指出的是：由于辐条是连接两个“独立”轮, 轮轴和轮箍, 的连杆。在加速时，轮轴是主动轮，而轮箍是从动轮；在刹车时，轮箍是主动轮，而轮轴是从动轮。这样，在这种主，从轮的“牵动”转动中，其连杆（辐条）会受到一个扭矩。我的跟贴分析了这个扭矩对不同几何结构安排得连杆（辐条）的作用。

本贴由[salmonfish]最后编辑于：2007-3-31 14:14:58

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Great answer, even I still don't understand.[:-M]

[:-Q][:-Q]

辐条受力也是一个关键。（图）

[:-Q]Right on! 三文的表述很清楚

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扭矩施加给辐条的力。