[中配]揭秘火車輪子獨特錐形設計的工程奧妙

火車輪子並不是完美的圓柱形,而是略稱錐形。 在我們看來,這種錐形設計是工程的奇蹟,實現了兩大主要功能。 第一,糾正火車向中心的航向。 第二,幫助火車實現差速效果。 爲了理解第一個成就,讓我們考慮一個簡單的實驗,使用粘好的紙杯。 當我在這些軌道上滾動這組交合的紙杯時, 你會看到它們移動得非常筆直。 即使我一開始給杯子稍微傾斜,它們仍然能保持穩定。 那麼這一組呢,這是反着粘的。 當我在同一軌道上滾動杯子時,它失敗了。 火車輪子採用這種錐形設計, 這個角度確保輪子永遠不會離開軌道,但問題是爲什麼? 這種錐形排列產生了自我中心力。 要理解這一點,我們需要分析作用在輪子上的力。 在直線軌道運動過程中,作用在輪子上的主要力量如圖所示。 反作用力始終與錐體的表面垂直。 當輪子居中的時候,這些力量的水平分量會相互抵消。 現在,假設由於某種原因,輪子向右移動了。 當火車沿着軌道移動時,輪子會發生一件有趣的事情。 你注意到了嗎? 從畫面來看,整個火車輪組如圖所示傾斜。 隨着這種傾斜,法相力也會隨之傾斜。 如果在這種情況下進行力分析,你會看到靜力將朝左方向作用。 這個力會自動將輪子帶回到中心。 當輪子接近中心時,自我中心力將消失。 這真是一個簡單卻聰明的自我中心輪子的技術,對吧? 車輪兩側安裝了法藍作爲額外的安全功能。 開玩笑說,假設火車的輪子處於相反的角度。 在這裏,如果你在右側位移時進行相同的力分析, 你會發現產生的合力再次是向右的。 這就是爲什麼對於這種輪子幾何形狀, 火車輪子總是容易脫軌的原因。 現在讓我們來探討輪子採用錐形設計的第二個原因。 通過這種錐形設計,工程師能夠實現差速效果。 假設火車需要像圖示那樣轉彎。 在這裏,左輪必須行駛比右輪更長的距離。 然而,當輪子通過一個共同的軸連接時, 爲什麼一個輪子能走得比另一個輪子更遠呢? 這就是錐形設計發揮作用的地方。 爲了實現這一點,轉動輪子會導致其稍微向左滑動。 如果你考慮輪子的接觸點, 左輪的半徑比右輪大。 總之,在相同的角度旋轉下, 左輪的行駛距離會更長,從而實現差速效果。 記住,要實現汽車的差速, 工程師們必須將車輪分開, 並讓它們以不同的速度轉動。 在這裏,他們僅通過給輪子賦予錐形設計實現了差速效果。 有趣,對吧? 當然,當輪子向左滑動時, 就會自動產生一個向右的力, 正如我們之前看到的那樣。 在轉彎的情況下, 這個力量提供了轉彎所需的向心力。 因此,輪子在轉彎時不會滑回中心。 在LASIKs, 我們向那些僅通過爲輪子設計錐形 而實現兩個主要工程目標的傑出工程師致敬。 感謝觀看這個視頻, 下次見!