Почему у машины крутятся колеса
Как устроен дифференциал? Почему одно колесо буксует, а другое стоит на месте? Можно ли передать весь крутящий момент на одно колесо?
1_no_copyright
ЭКСКУРС В ИСТОРИЮ
Первые конструкции, принципом работы напоминающие дифференциал, появились в Китае еще до нашей эры. В 1720 году Джозеф Вильямсон использовал дифференциальный механизм в часах, чуть больше века спустя Ричард Робертс запатентовал дифференциал для дорожной техники. 1897 год: дифференциал впервые установлен на паровой автомобиль Ширера. Начало 80-х годов прошлого века: самоблокирующиеся дифференциалы приходят в автоспорт, а потом постепенно переселяются и на дорожные версии. На сегодняшних автомобилях распределение крутящего момента по колесам все чаще контролирует электроника.
ЧТО ТАКОЕ ДИФФЕРЕНЦИАЛ?
Устройство свободного дифференциала:
Устройство свободного дифференциала
1 — шестерни полуосей;
2 — ведомая шестерня главной передачи;
3 — ведущая шестерня главной передачи;
4 — сателлиты;
5 — корпус.
В автомобиле это устройство делит крутящий момент между правым и левым колесами (такой дифференциал называют межколесным) либо между передней и задней осями (межосевой дифференциал). Устройство полезное, например, в поворотах, когда внутреннее колесо вращается медленнее наружного. И одновременно вредное, когда автомобиль беспомощно буксует в грязи или на льду.
КАК РАБОТАЕТ ДИФФЕРЕНЦИАЛ
Крутящий момент через ведомую шестерню главной передачи передается на корпус и сателлиты, которые находятся в зацеплении с шестернями полуосей. Когда колеса крутятся с одинаковой скоростью, сателлиты неподвижны относительно своей оси (рис. а):
4_no_copyright
Но едва угловые скорости начинают различаться — одна из покрышек пробуксовывает или автомобиль проходит поворот, — сателлиты приходят в движение, компенсируя разницу в оборотах правого и левого колес (рис. б):
5_no_copyright
СПОРНЫЕ МОМЕНТЫ
Чтобы реализовать крутящий момент на колесе, должна быть противодействующая сила. Один из самых наглядных примеров — колодец. Противодействующую силу в этом случае создает ведро с водой, тянущее своим весом веревку вниз. Чтобы поднять ведро, нужно приложить достаточное усилие к ручке. Как раз это усилие, помноженное на плечо (в этом случае — длина ручки колодца), и называют крутящим моментом.
6_no_copyright
А что произойдет, если веревка оборвется? Ведро упадет, а вместе с ним уйдет и противодействующая сила. А коли нет противодействия, нет и крутящего момента. Барабан будет крутиться вхолостую, не совершая никакой полезной работы. Точно так же происходит, когда одно из колес попадает на скользкое покрытие. Противодействующая сила практически отсутствует, ведь колесу не за что зацепиться, следовательно, падает до нуля и крутящий момент. Так как свободный дифференциал делит тягу пополам, то же происходит и на соседнем колесе.
7_no_copyright
Поднять крутящий момент просто: нужно создать противодействующую силу, например придержать, создав блокировку, противоположное буксующее колесо.
ПРОВЕРЬТЕ СЕБЯ
8_no_copyright
В обычных условиях момент равномерно расходится на все четыре колеса — по 25% на каждое. Одно из колес попало на идеально гладкий лед. Коэффициент сцепления падает до нуля, крутящий момент тоже. А каково будет его значение на трех других колесах? Изменится ли что-то, если заблокировать межосевой дифференциал?
Свободный симметричный дифференциал делит крутящий момент между колесами поровну. Соответственно, если он не реализован на одном колесе, то нет его и на другом. Между осями установлен такой же симметричный дифференциал. Значит, если на задней оси крутящий момент равен нулю, то такое же значение и на передней. Таким образом, тяга на всех ведущих отсутствует — одно колесо беспомощно крутится, а остальные стоят неподвижно.
Заблокируем дифференциал — получилась жесткая связь между осями. Теперь на передних колесах крутящий момент по-прежнему ноль, а вся тяга идет назад — соответственно по 50% на каждое колесо.
КАКИЕ ЕЩЕ БЫВАЮТ ДИФФЕРЕНЦИАЛЫ?
9_no_copyright
Свободный симметричный дифференциал на современных автомобилях чаще всего используют как межколесный. Между осями крутящий момент обычно перераспределяют несимметричные дифференциалы (делят тягу не поровну) — повышенного трения и управляемые электроникой. Они сложнее и дороже, чем классический вариант, но в большинстве случаев при правильной настройке помогают эффективнее распределять крутящий момент. Дифференциалы устанавливают даже на радиоуправляемые модели. Устройство и принцип их работы — как у настоящих (на фото).
Вот почему когда машина едет вперёд быстро, быстро, то взглянув на колёса, увидишь, что они крутятся назад. Это такой обман зрения.
Отчего так получается? Кто нибудь сможет это объяснить русским, человеческим языком.
p.s. юридическим и профессорским языками не отвечать.
личное наблюдение: видеосъемка на обычную цифромыльницу (30 кадров в секунду) - а снимаем обычный вентилятор, и то, как он крутится - на определённой скорости вращения на камере чётко видно (можно даже в замедлении посмотреть, без разницы) , как вращение идёт в обратную сторону, это связано как раз с тем, что число кадров в секунду весьма ограничено, и то, что мы видим обратное вращение означает, что за 1/30 секунды положение внешне стало немного смещённым (хотя на самом деле могло сделать оборотов 20, и придти в это положение ) относительно предыдущего, но ни камера, ни глаз ничего об этом не знают, они просто регистрируют последовательность картинок с некотормым интервалом, а человеческий мозг, а точнее зрительный центр просто "додумывает", считая, что это просто одно положение перешло в другое кратчайшим способом
на кинокамере это чётко видно, судя по всему, из-за того, что частота кадров в камере весьма "удачно" накладывается на скорость вращения колёс автомобиля (там большую роль играёт узор дисков, и чем меньше угол поворота, при котором узоры идентичны до и после поворота, тем больше существует различных скоростей вращения колёса, на которых будет наблюдаться этот эффект) , кстати, если немного увеличить скорость, колёса станут крутиться медленнее, потом остановятся, а потом начнутся крутиться вперёд, пока совсем картинка не размоется (то, как скоро это произойдёт определяется глазом - пока глазу удаётся разглядеть в этой последовательности картинок вращение, его видно, дальше мы видим просто случайный набор разных положений колеса, и картинка размывается) , потом снова назад и так далее
Вот головой понимаю, что здесь что-то связанное со скоростью восприятия глазом движущегося предмета, как 24 кадра в секунду, а сказать затрудняюсь. Вопрос интересный, сам задумывался.
В реальной жизни так НИКОГДА не бывает. Этот эффект заметен лишь в фильмах и связано с тем, что фильм это не непрерывнфй показ, а чередование статичных картинок. Если скорость поворота колеса такая, что за следующий кадр колесо повернется менее чем на 1/24 оборота, то и будет казаться, что колесо крутится назад.
segun78rus Мыслитель (5392) Я постоянно наблюдаю этот эффект в жизни. каждый день, когда еду на работу и еду с работы(на транспорте городском), смотрю по сторонам. и когда едет машина, обгоняет нас, то на её колёсах отот эффект виден.
если сам не видел, не надо утверждать, что не бывает. Видела в реальной жизни и при дневном освещении неоднократно.
Человеческое зрительное восприятие может видеть по отдельности меняющееся изображение если это происходит не более 24 раз в секунду. На этом построена непрерывность движений в кино, там аппарат протягивает 24 кадра в секунду и мы уже не видим каждый кадр по отдельности. А вот если колесо начинает вращаться быстрее (к примеру 30 оборотов в секунду), то тут наше зрение видит вращение этогого колеса со скоростью 6 оборотов в секунду, но в обратную сторону.
я помню когда в детстве одевали цепь на велосипед часто забавы ради крутили колесо - оно при определенной скорости делало что то вроде нескольких оборотов назад
и со светом все было нормально - солнечный и не в кино.
то есть если смотреть на круг и заметить на нём точку на 12 часах, потом вращать против часовой стрелки, то следующим кадром наш мозг заметил бы точку на 1часе, потом на 2 часах, итд
принцип работы двигателя внутреннего сгорания ,-преобразование тепловой энергии топлива в линейное перемещение поршней
в цилиндрах двигателя, и из линей ного во вращательное, с помощью КШМ или коленвала, оно же кривошипноо шатунный механизм. как происходит преобразование? топливо поступает в карбюратор двигателя-это такая штука в которой бензин смешивается с воздухом и образует горючую топливную смесь, и еще у двигателя есть свечи зажигания и клапаны на каждом цилиндре, при достижении поршня определенного положения открывается клапан смесь всасывается в него, он закрывается, и на свечу поступает импульс высокого напряжения, -смесь поджигается и взрываясь мнгновенно расширяется, и заставляет этим двигаться поршень вниз, это движенье через коленвал и преобразуется во вращенье, дальше поршень вновь поднимается вверх достигая верхней точки при этом открыт другой клапан и отработанный выхлоп выпускается, клапан закрывается, поршень опускается и дальше снова начинается процесс открывания другого клапана и всасывание топливной смеси, её зажигание и движение поршня вниз. -это примитивное описание процессов работы одного из цилиндров бензинового двигателя, а эти двигатели могут иметь цилиндров от одного до 16,в дизельном двигателе процессы несколько отличаются, но тот же принцип работы- там нет карбюратора, и есть специальный насос высокого давления и форсунки, которые под его большим давлением впрыскивают, ( распыляют) топливо в цилиндр, оно сжимается поршнем и от этого воспламеняется, далее процессы те же что и в бензиновом моторе
По-разному бывает.
Автомобиль может иметь ДВС или электродвигатель или оба.
ДВС при помощи коленчатого вала превращает поступательное движение цилиндров во вращательное. Затем с вала через систему трансмиссии это вращение может передаваться на колеса, а может - на электрогенератор. Тот, в свою очередь, вырабатывает ток и использует его для заряда аккумуляторов и питания элекродвигателя. Элекродвигатель может передавать вращение как через трансмиссию, так и напрямую (колесо-мотор, как в карьерных самосвалах) .
В электромобилях нет ДВС, питание элекродвигателя осуществляется от батарей.
А действительно, почему? И как вообще это возможно? И сталкивались ли лично вы с таким эффектом?
Кстати говоря, данное явление можно увидеть не всегда, а только когда машина едет очень быстро. Пока она катится медленно, мы видим, что ее колеса крутятся по направлению движения авто. Во время разгона в какой-то момент нам начинает казаться, что диски остановились, замерли. А при еще большем разгоне мы к своему удивлению наблюдаем, как колеса машины начинают крутиться в противоположную сторону.
Это иллюзия, оптический обман, называемый в физике стробоскопическим эффектом (искажением восприятия двигающихся объектов). То есть мы видим то, чего нет. Или видим не так. Как это получается?
Наше зрение воспринимает информацию не непрерывно, а покадрово. Вдобавок свет, который кажется нам постоянным, на самом деле мерцает. Когда объект движется слишком быстро, мы видим его положение попеременно в разных точках, и когда мы видим его все время в одной и той же области, нам кажется, что объект неподвижен.
Например, глядя на крутящееся колесо, мы реагируем на движение спиц диска. Пока колесо крутится медленно, наш глаз в состоянии регистрировать движение спицы, отклонение ее положения на определенный угол. Поэтому мы видим, что колесо вращается по направлению движения машины. Это не обязательно должна быть та же самая спица, просто частота вращения колеса такова, что оказавшаяся в нужном месте спица находится под небольшим углом (по направлению движения) к предыдущему состоянию.
Но в какой-то момент скорость автомобиля становится достаточно большой, а частота вращения увеличивается до такой степени, что в момент регистрации глазом колеса какая-то из спиц все время занимает одно и то же положение. И у нас создается впечатление, что колесо не крутится, хотя машина едет.
Это явление можно наблюдать как при дневном свете, там и при искусственном уличном освещении. И даже темной ночью. Главное, чтобы движущееся колесо хоть как-то подсвечивалось, потому что стробоскопический эффект – это искажение восприятия ОСВЕЩЕННЫХ движущихся объектов. Кстати, в объективе видеокамеры этот эффект тоже никуда не пропадает. Крутящиеся в обратную сторону колеса можно увидеть как своими глазами, так и на видеозаписи.
Во время движения автомобиля иногда создается ощущение и можно увидеть, что колеса машины находятся как-бы в неподвижном состоянии или вращаются в обратную противоположную сторону. Почему так происходит? Вы знаете друзья? Давайте сегодня вместе разберемся в принципах этой загадочной оптической иллюзии, которую мы часто с вами можем наблюдать у машин на автодороге.
Смотрите также: Как работают различные типы дифференциалов
Мы наверняка с вами не раз наблюдали на дороге или видели по телевизору, а также в роликах Интернета, как колеса автомобиля вопреки законам физики вращаются в обратную сторону, несмотря на движение автомашины в противоположную сторону. Возможно что эта иллюзия многих из вас озадачила. Самое удивительное здесь вот что, когда автомобиль трогается с места его вращение колес может изначально казаться нам вполне нормальным и естественным. То есть вращение колес у машины происходит действительно в правильном направлении. Однако, как только такое вращение колес достигает определенной скорости, то спицы или лучи колесных дисков начинают иногда двигаться как-бы в другую сторону или вообще перестают вращаться. Что же с ними такое происходит?
Эта оптическая иллюзия демонстрирует всем нам, как работает наша функция зрения и как мозг может интерпретировать и обрабатывать поступившею к нему информацию получаемую именно от органов зрения. Наши глаза способны работать на предельной частоте 200 кадров в секунду при обработке нормального статичного изображения. Но когда дело доходит до фиксации и обнаружения любого движения, то согласно проведенных исследований было установлено, что зрительная система человека может обнаруживать изменение в движении (например вращение колеса) только со скоростью 13 кадров в секунду.
Хотя, как мы уже вначале сказали, наши глаза и мозг могут обрабатывать информацию с наиболее большей частотой кадров. Но информацию именно о движении объекта наш мозг обрабатывает только со скоростью 10 - 15 кадров в секунду. Хотя учеными было установлено, что эта скорость обработки информации человеческим мозгом, получаемая от органов зрения, может быть увеличена человеком с помощью специальных тренировок.
И так друзья, давайте на примере вращения того же колеса узнаем все по-подробней, как все-таки работает наше зрение и как обрабатывает поступающую от него информацию наш мозг. Предположим, что автомобильное колесо имеет четыре спицы или четыре луча на колесном диске, которые расположены по отношению друг к другу под углом 90 градусов. А теперь представим, что один из лучей на диске повернут на 12 часов (если представить этот колесный диск в виде циферблата часов). Теперь давайте представим с вами вращение колеса по часовой стрелке. Представили.
Так вот, если колесо на небольшой скорости будет двигаться вперед, то соответственно луч, расположенный в положении 12 часов переместиться на положение 2-х часов. В этом положении наш мозг и будет обрабатывать поступающую к нему информацию от органов зрения, как отдельно взятый кадр. В этом случае мы с вами будем видеть воочию не отдельные кадры, а непрерывную картинку движения колеса в привычную нам сторону при движении автомобиля вперед.
Однако в том случае, если колесо у машины будет вращаться с большей увеличенной скоростью, то наш с вами мозг будет уже не успевать обрабатывать каждый получаемый им кадр информации о вращении колесного диска. То есть, интервал вращения спиц или лучей колесного диска расположенных под углом 90 градусов, будет попадать в тот момент когда наш мозг не будет успевать обрабатывать предыдущие кадры соответственно, на 3 (три), 6 (шесть), 9 (девять) и 12 часов. В итоге при определенной скорости вращения колес нам с вами может показаться, что колесные диски остановились несмотря на движение автомашины.
То есть, иными словами, наш мозг запомнив первоначальное положение колесных спиц или лучей на диске из-за низкой скорости и обработки информации (в среднем 13 кадров в секунду), не успевает обрабатывать каждый последующий кадр и думает что колесо стоит на месте.
При увеличении скорости вращения колес начинает проявляться обратный эффект зрения и неэффективности обработки визуальной информации нашим мозгом, который заключается как-раз в том, что нашему мозгу начинает казаться, что центральная спица или луч колесного диска распологавшийся ранее на положении 12 часов, после каждого круга вращения будет смещаться против часовой стрелки на 1 час назад, то есть на 11 часов по циферблату. В итоге после обработки информации мозгом он будет ошибочно думать, что колесо вращается в обратном направлении.
Вот почему несмотря на движение машины вперед наш мозг интерпретирует такое движение колес на определенной скорости в обратную сторону. А дело тут как-раз в нехватке скорости обработки зрительной информации.
То же самое происходит и при просмотре видео по телевизору или в Интернете, на котором снято движение автомобиля со скоростью 50 кадров в секунду. В идеале мы с вами видим правильное вращение колес на таком видеоролике при скорости полного оборота вращения колеса меньше 1/50 доли в секунду. Как только скорость вращения колеса сравняется со скоростью работы камеры или станет выше, то естественно камера снимающая ролик будет уже не успевать фиксировать полное вращение колесных спиц или лучей диска и нам будет казаться, что вращение колеса либо прекратилось, либо оно, это колесо, несмотря на движение машины вперед начало вращаться в обратную сторону.
Такой же аналогичный эффект вы можете увидеть и при работающих лопастях вертолета или при движении пропеллеров у авиадвигателей.
Читайте также: