牽引力

機械學中，牽引力常含有多重含義，譬如，拉力、機械產生的承載能力、產生拉作用或等效拉作用的力等。機械工程中，牽引力則是指傳動系統對汽車、鐵路機車、自行車等車輛載具的各輪施加的合力。

汽車、卡車、火車、自行車等各種機動車要運動，就離不開牽引力。一些人認為，牽引力是指傳動系統對主動輪施加的力。誠然，發動機通過傳動系統對主動輪施加的力，促進主動輪的轉動，對于整個汽車的正常行駛，這個力具有根本的重要性。但所謂“牽引力”不是指這個力。一些人則認為“汽車受到的牽引力”，是指“地面對主動輪施加的向前的水平力”。這個說法也不完全對。

機械學中，牽引力常含有以下多重含義：1）即拉力，拉引力。指沿一定方向，采用拉拽方式對物體施加的作用力。2）工程上指由機械產生的承載能力，通常用功率表達。3）泛指產生拉作用或等效拉作用的力。

下面敘述中，用

，

，

，

，

，

表示不同力的大小。發動機不工作而汽車繼續向前行駛時，空氣對它的力

向后，地面對從動輪的水平力

向后，對主動輪的水平力

向后。

汽車受到的阻力f滿足：

(1)發動機工作，汽車加速行駛、勻速行駛的時候，空氣對它的力f1向后，地面對從動輪的力

向后，地面對主動輪的力

向前。這時合力F合滿足：

(2)如果把

定義為牽引力的大小，把(

) 定義為發動機工作時汽車受到的阻力的大小，似乎也是有道理的。但事實上，牽引力和阻力的定義不是這樣的。(2)式可化為

(3)事實上，

被定義為牽引力的大小，

被定義為阻力的大小。根據這個定義，如果

，

，那么牽引力大小為5000N。這樣定義，道理比較隱晦，所以一般書上也避而不見。發動機工作的效果，不是使主動輪受到的水平力，由零變為

，而是使主動輪受到的水平力，由向后的

變成向前的

， 認識到這一點，也許有利于我們理解這個定義。在談論牽引力的功時，整個汽車是作為一個質點對待的，這樣，牽引力的功，等于牽引力跟汽車路程的乘積。把牽引力做了以上定義后，發動機的輸出功率（跟汽油消耗量和效率有關），才等于牽引力的功率。這是采用以上定義的根本理由。以上沒有提到發動機以很小的功率工作，汽車（原來速度較大）減速運動的情況。這種情況下，

有可能向后。如果向后的話，那么一定小于

。如果向后的話，物理上仍說，有牽引力—牽引力的大小為

。以上沒有提到汽車所有輪子都是主動輪的情況。

中學物理經常提到汽車、自行車、火車等各種車的牽引力是指傳動系統對車體的各輪施加的合力。有人認為，牽引力是指傳動系統對主動輪施加的力，這是不正確的。以自行車為例，自行車的承重是由兩輪共同承擔的。不考慮其它因素，以摩擦因素來分析，前輪也需要外動力。牽引力應是兩輪摩擦力之和。還有人認為，“前輪摩擦力方向向后，是阻力；后輪摩擦力方向向前，是動力，因此，牽引力是指傳動系統對主動輪施加的力”。這句話是完全錯誤的。后輪摩擦力向前是以外部為參照的表觀顯示，實質上，它是主動輪圓周力（力偶矩）的反作用力。它的方向應按時針法來判定。即，它是轉動的阻力，在計算上，前、后輪摩擦力的正負號是一致的。這一點要特別注意。當汽車以額定功率啟動時，牽引力

。式中，P是功率，v是速度。汽車加速時有

。這里，f 是摩擦力。

牽引力的計算在鐵路機車車輛方面尤其常見，是重要的性能指標之一。實際應用的機車牽引力按照力的傳遞過程可分為幾種，由動輪輪周上作用力而產生的切向外力，稱為輪周牽引力；車鉤牽引力（或稱挽鉤牽引力）是指機車用來牽引列車的牽引力，等于輪周牽引力減去機車全部運行阻力。根據車輛的工作狀態，牽引力又可分為起動牽引力、持續牽引力和最大牽引力。起動牽引力是指車輛從靜止狀態起動時所能夠發出的牽引力，其發揮受到粘著限制；最大牽引力是指車輛在不對自身機械構成破壞的情況下所能發出的最大牽引力，其值通常與起動牽引力相同；持續牽引力是車輛在持續速度上對應的牽引力。通過計算速度（V）、功率（P）和力（F）的關系（公式

）可以發現，在功率相同的情況下，牽引力與運動速度成反比。牽引力與速度的關系可以通過牽引力曲線顯示。機車啟動時需要發揮最大牽引力，到達持續速度點以后為恒功區，機車開始發揮額定功率，同時牽引力隨著速度提高而下降。