火車在鐵軌上運動車輪的運動是平移還是旋轉

時間 2021-08-11 18:13:44

1樓:猜猜從此不再

我們都知道,汽車是有方向盤的。當我們需要轉彎時,向相應的方向轉動方向盤,車的前輪就會在傳動機構的帶動下往這個方向偏轉。這個時候處於外側的車輪運動的距離比內側大,汽車就可以穩定地轉彎了。

汽車轉彎時各個車輪的狀態

汽車的前輪在運動時可以不在同一個軸線上旋轉,這通常是汽車可以轉彎的前提。但火車的車輪卻不是這樣,它的每一對鋼質車輪都被緊緊地固定在同一個軸上,在任何時候,這一對相同大小的車輪轉動的角速度完全相同,並且火車沒有方向盤,它意味著車輪只能沿著直線方向朝前走。那麼火車是怎麼做到轉彎的呢?

一列正在轉彎的火車

原來,火車的車輪表面並不是圓柱形,它實際上是一個圓錐面,內側大一些,外側小一點。而鐵軌的安裝也並不是水平的,它會向內側傾斜一個比較小的角度,以使壓力通過其中心向下傳遞到下方的枕木上。

車輪是一個斜的錐面

為什麼要這樣做?

你可能會好奇,為什麼要這樣做呢?難道把車輪做平、鐵軌放平,重力垂直向下不好嗎?其實早期的火車車輪就是平的,鐵軌也是平放。

但由於車輪與軌道之間不能卡死,在平路上行駛時它不但會左右飄,導致車輪內邊緣撞擊鐵軌,當列車轉彎時,大部分的離心力會施加到車輪內緣與鐵軌側面,導致車輪與鐵軌的嚴重磨損。更加嚴重的是,它很容易脫軌。

而將車輪做成錐面時,情況便大不相同。

錐面車輪向右轉彎時的情形

從上圖我們可以看出,當車輛向右轉彎時,離心運動的力會將列車向左側推,這使得左邊車輪的內側更靠近鐵軌,而右邊車輪的外側會與鐵軌接觸。車輪是椎體,它的外側半徑小於內側半徑,這意味著在轉動同樣角度的情況下(兩側車輪是固定在一起的),左側車輪行駛的距離比右側車輪更長。我們知道鐵路彎道外側的鐵軌總是長於其內側鐵軌,只要兩邊車輪行駛的距離與鐵軌的長度相對應,列車就不會發生漂移,轉彎便是順其自然的結果。

錐形車輪使轉彎變得自然

當火車在平直的道路上行駛時,錐形的車輪會最大限度地保證車輛處於動態平衡的狀態。因為當車輪向一側偏移時,由於其兩側車輪與鐵軌間接觸半徑發生變化,它會自然向另一側做調整運動以尋找平衡,從而保證了車輪內邊緣不會與鐵軌擦碰。

車輪在軌道上行駛時的動態平衡

俯視角度的動態平衡

火車是如何轉彎的?

儘管火車的車輪是兩兩固定在一起轉動,但如果將所有的車輪都固定安裝到車身上,列車也是無法轉彎的。這時候我們需要利用轉向架。

轉向架在轉彎時的作用

如果沒有轉向架會發生什麼後果?我們看下面這張圖就可以知道:

沒有轉向架很容易脫軌

列車的轉向架通常安裝在車廂前後兩端附近,每個轉向架裝配兩對輪軸,以保證每個車輪都與鐵軌有緊密接觸。

列車底部的轉向架

防止脫軌的其它措施

有了錐體的車輪,有了轉向架就可以保證列車不脫軌了嗎?並非如此。列車在軌道上的安全行駛受到很多因素限制。

通過前文的介紹,我們不難發現,即便將列車的車輪做成了錐體,由於它內外緣的半徑相差不大,因此列車的轉彎半徑也會受到限制。同時,火車能否安全地通過彎道還取決於列車自身的載重和它執行的速度。如果鐵路的轉彎半徑過小、車速過快,都將導致列車脫軌的事故。

轉彎半徑過小意味著車速受到嚴格限制

當受到自然條件的限制無法做到更大的轉彎半徑,當重型火車繞彎道轉彎時,反作用離心力會產生負面影響:乘客和貨物可能會感到向外側的力量,內外軌道會不均勻地磨損,並且不充分錨定的軌道可能會移動。為了獲得更快的速度,還要保證安全,就需要將一側的軌道抬高,以平衡列車轉彎時的離心力。

這種軌道的抬升被稱為彎道超高。

一列客車高速駛入彎道時的**,它傾斜了8°

現代的擺式列車採取了利用轉向架在彎道處主動傾斜的方式來彌補路軌超高的不足,以改善乘客的體驗,但這種補償只能是有限的,它必須在列車執行的安全範圍內進行,否則過快的車速還是會造成脫軌甚至傾覆事故。

2樓:匿名使用者

以火車頭(機車)的車輪為例說明:機車的車輪叫做機車輪對(locomotive wheelset),機車走行部中最重要的部件之一,由車軸、輪心及輪箍組成。見下圖。

機車全部重量通過軸頸、輪對支承在鋼軌上,輪對滾動(旋轉)使機車前進。

火車的輪子不能像汽車一樣左右轉動,那它是怎麼實現轉彎的?

3樓:愚尋巧

火車的車輪是固定在轉向架上的,不能象汽車那樣可以轉向,但是轉向架可以相對機車車底小幅度自由轉向,就是為了安全通過曲線.

蒸汽機車動輪,小馬力軌道車和輕型車輛車輪不能轉動.

另外您問到轉彎的問題,火車不像汽車那樣需要司機控制方向,鐵軌的作用之一就是引導列車方向,因為在火車的車輪的內側有輪緣,也就靠輪緣來保證火車行駛在鐵軌上,火車輪對的之間的距離略大於軌距,就是為了有一個動程來保證轉彎的時候不至於掉下來.在轉彎的時候,外側的輪緣緊緊卡在鋼軌上,所以會聽到嗤嗤的響聲.另外由於火車沒有差速器,所以輪子的踏面不是平的,呈現錐形,就是為了保證通過彎道時,消除內外速差.

附**一張,是貨物列車的轉向架,中間的那個圓盤叫心盤,就是和車廂連線固定的部分,有8個螺絲,就是靠這個可以相對車廂可以轉動.輪子內側可以明顯看到突出的輪緣

4樓:匿名使用者

火車跟著鐵軌走,火車不會急轉彎。需要轉彎的地方鐵軌會走一個大彎子。鐵軌和火車的軲轆都是鋼鐵的,摩擦係數很低,火車就在軌道就轉彎了。

5樓:今天的考試

你好,一節火車它是由八個輪子組成,前邊四個後邊四個,每四個組成一副轉向架,轉向架與車體是心盤銷連線的,理論上可以實現水平方向360度旋轉,但是火車是一節接一節,所以它實際旋轉的方向是受限的。

再有,實際上鐵軌大部分都是直線佈置的,很少有彎道,即使有彎,它的圓周半徑都是很大的,也就是說,火車是通過轉向架實現轉彎的,但它能轉的彎角是有限的。

6樓:中兵勘察海外部

平地是不能轉的,轉彎的地方,軌道的高度是不同的,一邊高一邊低,那麼重力就分解為對軌道的壓力和向一邊水平的分力,這個力就是轉彎的動力,而且軌道也是彎曲的,水平力頂在內冊軌道上,維持平衡。軌道彎曲,車輪子也就貼著軌道順著變向

7樓:匿名使用者

火車不需要控制輪胎方向轉彎,火車是靠鐵軌行駛的,如果到了需要分路時,會有一個裝置把鐵軌導向需要的方向,火車主要是排程調配的,司機只是看著和處理突發事情而已

8樓:

這位朋友,你問火車的輪子不能像汽車一樣左右轉動,那它是怎麼實現轉彎的?火車和汽車最大的區別是火車是有軌道的,而汽車是沒有固定的軌道的,火車是在固定的軌道上行駛,是沿著固定的軌道執行。軌道向左轉火車就得沿著軌道向左轉,軌道向右轉,火車就得沿著軌道向右轉。

也就是說火車的轉彎是按照軌道方向轉彎,火車的轉彎是靠軌道來實現的。

9樓:匿名使用者

火車兩輪是固定在軸上的,由於火車輪對踏面是錐形的,通過曲線的時候輪對會朝一側偏移,雖然左右輪角速度一樣,但線速度就不一樣了(因為車輪踏面是錐形的嘛)所以就順利過彎道了呀。向心力提供向心加速度,使火車在強大慣性下不會脫軌,輪緣起到一定保險作用。

10樓:在梯田瀏覽**的醉蝶花

火車有他的軌跡,有軌道,轉彎按照軌跡轉就行。

11樓:伊菲兒君臨天下

他是不能轉彎的,但是他是靠軌道的扳道工把軌跡搬過去,他就拐過去了

12樓:清風

鐵軌彎向**,火車就往**拐。火車很少轉彎,設計鐵路的時候,路線一般都是直的,很少有像公路那樣有九十度角的,過去的鐵路還有一些彎道,要躲開大山,繞著大山走,現在有了高鐵,高鐵是一條直線,基本上不轉彎的,高架橋,遇山打洞,一條直線過去,所以速度非常快。

13樓:謝再懷

因為輪子小,軌道彎度大,況位足夠讓輪子通過

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