作者jacks9504 (人生短短几个秋)
看板Physics
标题[问题] 脚踏车摩擦力计算
时间Sun Feb 7 15:59:39 2021
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【出处】专题相关
【题目】各位大大好，我想用电动马达驱动脚踏车，但不知道要多少能量才能克服摩擦力。
因为轮胎会形变，所以想请教轮子的摩擦力该如何计算，谢谢。
下图是参考的图片
https://imgur.com/a/yD18YHg
另外，在何种情况下脚踏车可以前进，我目前的想法有2种
1.马达的力矩要大於摩擦力的力矩
算法：马达力矩τ >= 摩擦力 x 轮子半径
马达力矩τ由：τ * rpm * 2pi/60 = I * V 计算
参考来源：
https://tinyurl.com/y5q4yeqo
2.rolling resistance
这是我查资料时看到的
算法：P = g * cos( arctan(G) ) * W(kg) * Crr * 速度v
则马达的input = I * V 需 >= P
参考来源：
https://tinyurl.com/yykzknd5
不知道我的想法有没有问题，请大家指教，谢谢。
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※ 发信站: 批踢踢实业坊(ptt.cc), 来自: 1.200.84.31 (台湾)
※ 文章网址: https://webptt.com/cn.aspx?n=bbs/Physics/M.1612684789.A.F80.html
1F：→ AnnaOuO: 你应该做实验测出来 才能验证理论 02/07 20:30
请问你是指验证哪个部分呢?我目前不知道非刚体摩擦力该如何计算，也不知道我後面的算
法是不是对的，所以就算做实验，数据也没得比较。
※ 编辑: jacks9504 (1.200.84.31 台湾), 02/07/2021 23:49:02
2F：推 DrFord: 用I*V去算马达的功率应该会不准 02/08 16:43
3F：推 AnnaOuO: 首先要做的实验应该是你轮胎材质对应地面的摩擦系数，考 02/08 19:00
4F：→ AnnaOuO: 虑轮胎胎痕，真正的摩擦系数应该会更大(不在柏油路上跑差 02/08 19:00
5F：→ AnnaOuO: 距应该不会太大)。再来分别做电功率对应车子速度和输出力 02/08 19:00
6F：→ AnnaOuO: 矩的实验，得到数据再套用简单模型看看得到的脚踏车摩擦 02/08 19:00
7F：→ AnnaOuO: 力是不是符合预期。最後就是考虑形变等等进阶因素，不过 02/08 19:00
8F：→ AnnaOuO: 这部分的理论我不清楚，不过我猜在轮胎充气足够的状况下 02/08 19:00
9F：→ AnnaOuO: 形变影响有限。 02/08 19:00
10F：→ AnnaOuO: 你查到的那个公式就是简单模型 P=Fv=(mg*cos(theta)*u)v 02/08 19:12
11F：→ AnnaOuO: u是摩擦系数 02/08 19:13
感谢你的建议
※ 编辑: jacks9504 (1.200.84.31 台湾), 02/09/2021 21:56:08
12F：→ gamera: 滚动摩擦里没有静摩擦的观念，理论上只要施力即可前进 02/10 09:07
好的谢谢，请问你的意思是只需要rolling resistence的计算吗?
※ 编辑: jacks9504 (1.200.119.205 台湾), 02/10/2021 15:34:56
13F：→ gamera: 我的第二句不对。马达的额定是功率，不是力。 02/10 17:00
14F：→ gamera: 所以只要提供功率，除以滚动摩擦力，就有对应的速率。。 02/10 17:03
15F：→ AnnaOuO: 说滚动没有静摩擦是有点争议的吧 等速纯滚动才可以说整 02/11 02:57
16F：→ AnnaOuO: 体没有摩擦力(?) 不过楼上说的没错 P=Fv 这边的F只要小 02/11 02:57
17F：→ AnnaOuO: 於最大静摩擦就不会有问题 02/11 02:57
根据维基 "若在滚动物体－表面的系统上，有外力，但没有外加转矩，只要物体是纯滚动
，在接触点上会有一个接触面和滚动物体之间切线力，提供滚动物体转矩。这
个力多半是静摩擦力，就像轮胎和路面之间的摩擦力一样。若静摩擦力不足，
物体会从纯滚动变成滑动，摩擦力会变为动摩擦力。"
所以不一定马达力矩大於最大静摩擦力力矩脚踏车才能移动?也就是纯滚动也可以往前罗?
※ 编辑: jacks9504 (1.200.84.150 台湾), 02/12/2021 16:23:52
18F：→ AnnaOuO: 不是 是如果大於最大静摩擦就没法纯滚动了 会打滑的意思 02/13 05:10
19F：→ AnnaOuO: 就是轮子不能转太快 02/13 05:11
20F：→ AnnaOuO: 然後理论上只要马达有输出 不管多小轮子都会动 当然只是 02/13 05:12
21F：→ AnnaOuO: 理论而已 现实中的轮子有型变 还有机械之间的摩擦力等等 02/13 05:13
了解，所以1.的想法是不正确的，我应该从2.或是转动惯量的计算着手，确保马达能提供够多的能量
22F：推 mystage: 这些细项一般人不会有答案，你看有没有管道去问捷安特。 02/13 09:51
23F：→ mystage: 不然就只能土法炼钢，自己实验 02/13 09:51
谢谢，我会考虑的。我想他们应该能提供摩擦系数数据，但物理计算方面我觉得要另请高明?
※ 编辑: jacks9504 (180.217.62.193 台湾), 02/13/2021 17:46:11
24F：→ AnnaOuO: 摩擦系数根据材质一定不同 所以还是要以你准备的为准阿 02/14 19:31
25F：→ AnnaOuO: 计算我是觉得不用太担心 先把实验做出来 有数据之後再去 02/14 19:31
26F：→ AnnaOuO: match理论 02/14 19:32