牵引力

机械学中，牵引力常含有多重含义，譬如，拉力、机械产生的承载能力、产生拉作用或等效拉作用的力等。机械工程中，牵引力则是指传动系统对汽车、铁路机车、自行车等车辆载具的各轮施加的合力。

汽车、卡车、火车、自行车等各种机动车要运动，就离不开牵引力。一些人认为，牵引力是指传动系统对主动轮施加的力。诚然，发动机通过传动系统对主动轮施加的力，促进主动轮的转动，对于整个汽车的正常行驶，这个力具有根本的重要性。但所谓“牵引力”不是指这个力。一些人则认为“汽车受到的牵引力”，是指“地面对主动轮施加的向前的水平力”。这个说法也不完全对。

机械学中，牵引力常含有以下多重含义：1）即拉力，拉引力。指沿一定方向，采用拉拽方式对物体施加的作用力。2）工程上指由机械产生的承载能力，通常用功率表达。3）泛指产生拉作用或等效拉作用的力。

下面叙述中，用

，

，

，

，

，

表示不同力的大小。发动机不工作而汽车继续向前行驶时，空气对它的力

向后，地面对从动轮的水平力

向后，对主动轮的水平力

向后。

汽车受到的阻力f满足：

(1)发动机工作，汽车加速行驶、匀速行驶的时候，空气对它的力f1向后，地面对从动轮的力

向后，地面对主动轮的力

向前。这时合力F合满足：

(2)如果把

定义为牵引力的大小，把(

) 定义为发动机工作时汽车受到的阻力的大小，似乎也是有道理的。但事实上，牵引力和阻力的定义不是这样的。(2)式可化为

(3)事实上，

被定义为牵引力的大小，

被定义为阻力的大小。根据这个定义，如果

，

，那么牵引力大小为5000N。这样定义，道理比较隐晦，所以一般书上也避而不见。发动机工作的效果，不是使主动轮受到的水平力，由零变为

，而是使主动轮受到的水平力，由向后的

变成向前的

， 认识到这一点，也许有利于我们理解这个定义。在谈论牵引力的功时，整个汽车是作为一个质点对待的，这样，牵引力的功，等于牵引力跟汽车路程的乘积。把牵引力做了以上定义后，发动机的输出功率（跟汽油消耗量和效率有关），才等于牵引力的功率。这是采用以上定义的根本理由。以上没有提到发动机以很小的功率工作，汽车（原来速度较大）减速运动的情况。这种情况下，

有可能向后。如果向后的话，那么一定小于

。如果向后的话，物理上仍说，有牵引力—牵引力的大小为

。以上没有提到汽车所有轮子都是主动轮的情况。

中学物理经常提到汽车、自行车、火车等各种车的牵引力是指传动系统对车体的各轮施加的合力。有人认为，牵引力是指传动系统对主动轮施加的力，这是不正确的。以自行车为例，自行车的承重是由两轮共同承担的。不考虑其它因素，以摩擦因素来分析，前轮也需要外动力。牵引力应是两轮摩擦力之和。还有人认为，“前轮摩擦力方向向后，是阻力；后轮摩擦力方向向前，是动力，因此，牵引力是指传动系统对主动轮施加的力”。这句话是完全错误的。后轮摩擦力向前是以外部为参照的表观显示，实质上，它是主动轮圆周力（力偶矩）的反作用力。它的方向应按时针法来判定。即，它是转动的阻力，在计算上，前、后轮摩擦力的正负号是一致的。这一点要特别注意。当汽车以额定功率启动时，牵引力

。式中，P是功率，v是速度。汽车加速时有

。这里，f 是摩擦力。

牵引力的计算在铁路机车车辆方面尤其常见，是重要的性能指标之一。实际应用的机车牵引力按照力的传递过程可分为几种，由动轮轮周上作用力而产生的切向外力，称为轮周牵引力；车钩牵引力（或称挽钩牵引力）是指机车用来牵引列车的牵引力，等于轮周牵引力减去机车全部运行阻力。根据车辆的工作状态，牵引力又可分为起动牵引力、持续牵引力和xxx牵引力。起动牵引力是指车辆从静止状态起动时所能够发出的牵引力，其发挥受到粘着限制；xxx牵引力是指车辆在不对自身机械构成破坏的情况下所能发出的xxx牵引力，其值通常与起动牵引力相同；持续牵引力是车辆在持续速度上对应的牵引力。通过计算速度（V）、功率（P）和力（F）的关系（公式

）可以发现，在功率相同的情况下，牵引力与运动速度成反比。牵引力与速度的关系可以通过牵引力曲线显示。机车启动时需要发挥xxx牵引力，到达持续速度点以后为恒功区，机车开始发挥额定功率，同时牵引力随着速度提高而下降。