Drehmoment ist eine auf ein Objekt ausgeübte Kraft; diese Kraft führt dazu, dass das Objekt seine Rotationsgeschwindigkeit ändert. Ein Auto ist auf Drehmoment angewiesen, um zum Stehen zu kommen. Die Bremsbeläge üben eine Reibungskraft auf die Räder aus, die ein Drehmoment an der Hauptachse erzeugt. Diese Kraft behindert die aktuelle Drehrichtung der Achse und stoppt so die Vorwärtsbewegung des Fahrzeugs.
Zeichnen Sie ein Freikörperdiagramm. Ein Freikörperdiagramm isoliert ein Objekt und ersetzt alle externen Objekte durch Vektor- oder Torsionskräfte. Auf diese Weise können Sie Kräfte summieren und die Nettokraft und das Drehmoment bestimmen, die auf ein Objekt wirken.
Zeigen Sie alle auf das Fahrzeug einwirkenden Kräfte an, wenn der Fahrer zu bremsen beginnt. Es gibt die nach unten gerichtete Schwerkraft, und es gibt auch die nach oben gerichtete Kraft, die von der Straße ausgeübt wird. Diese beiden Kräfte sind gleich und entgegengesetzt, heben sich also gegenseitig auf. Die verbleibende Kraft ist die von der Fahrbahn ausgeübte Reibungskraft, die horizontal entgegen der Fahrzeugbewegung wirkt. Nehmen wir als Beispiel an, Sie analysieren einen 2.000 Kilogramm schweren Jeep, der gerade mit dem Bremsen begonnen hat. Ihr Diagramm würde zwei gleiche und entgegengesetzte vertikale Kräfte von 19.620 Newton zeigen, die sich auf Null summieren, und eine unbestimmte horizontale Kraft.
Bestimmen Sie die horizontale Kraft der Straße mit dem zweiten Newtonschen Gesetz – die Kraft auf ein Objekt ist gleich seiner Masse mal seiner Beschleunigung. Vermutlich kennen Sie das Gewicht des Fahrzeugs oder können es den Herstellerangaben entnehmen, müssen jedoch die Verzögerungsrate berechnen. Eine der einfachsten Möglichkeiten, dies zu tun, besteht darin, eine durchschnittliche Verzögerungsrate vom Zeitpunkt des ersten Bremsens bis zum Lösen anzunehmen. Die Verzögerung ist dann die gesamte Geschwindigkeitsänderung geteilt durch die Zeit, die während des Bremsvorgangs verstrichen ist. Wenn der Jeep in 5 Sekunden von einer Geschwindigkeit von 20 Metern pro Sekunde auf 0 Meter pro Sekunde würde, würde seine durchschnittliche Verzögerung 4 Meter pro Sekunde pro Sekunde betragen. Die erforderliche Kraft, um diese Verzögerung zu bewirken, beträgt 2.000 kg * 4 m/s/s, was 8.000 Newton entspricht.
Berechnen Sie das Drehmoment, das die Kraft der Straße um die Achse verursacht. Da das Drehmoment gleich der Kraft mal dem Abstand vom Drehpunkt ist, ist das Drehmoment gleich der Kraft der Straße mal dem Radius des Rades. Die Kraft der Straße ist die gleiche und entgegengesetzte Torsionsreaktion, die von den Bremsen verursacht wird, so dass das Bremsmoment dem von der Straße ausgeübten Drehmoment betragsmäßig gleich und entgegengesetzt gerichtet ist. Wenn das Rad des Jeeps einen Radius von 0,25 Metern hat, beträgt das Bremsmoment 8.000 N * 0,25 m oder 2.000 Newtonmeter.
Verweise
- "Kinematik und Dynamik für Maschinen"; Karl E. Wilson und J. Peter Sadler; 2003
Tipps
- Sie könnten durch die Tatsache verwirrt werden, dass es mehrere Räder gibt und das Fahrzeug ein bestimmtes Gewicht auf jedes einzelne verteilt. Das Gesamtdrehmoment hängt jedoch immer noch nur von der Höhe der horizontalen Kraft ab, die zum Anhalten des Fahrzeugs erforderlich ist. Wenn sowohl vordere als auch hintere Bremsbeläge vorhanden sind und Sie das von jedem Satz ausgeübte Drehmoment wissen möchten, können Sie abschätzen, dass jeder Satz die Hälfte des Gesamtdrehmoments beiträgt.
Über den Autor
Brad Painting hat seinen Sitz in der Metropolregion Cleveland, Ohio und schreibt über Gesundheits-, Technologie- und Umweltthemen. Seine Erfahrung umfasst das Schreiben von Schulungsmaterialien, Managementplänen und verschiedenen freiberuflichen Artikeln. Painting hat einen Bachelor of Science in Maschinenbau von der Ohio University und ist auf Green Building Design spezialisiert.
