雨人abc
這是一個很有趣的問題，也是一個很多鐵路迷關心的問題，我作為鐵路工程師，嘗試來回答一下，儘量寫得通俗一些。不對之處，請專家指正。 要回答老式蒸汽機車為何會發生車輪空轉的問題，首先讓我們探討一下機車動力是如何作用於車輪和鋼軌之上，從而驅動列車前進的吧。請看下圖：機車輪軌關係示意圖。
上圖，右邊小輪為傳動輪，左邊大輪為機車的車輪，O為車輪的中心，C為車輪與鋼軌的接觸點，M是機車車輪產生的力矩，是機車牽引動力來源。當傳動輪和機車車輪轉動的時候，它們產生的作用力作用於O點和C點，而C點的力傳遞給鋼軌，產生力F，即輪子對鋼軌的作用力。當車輪與鋼軌之間存在摩擦力的時候，由於鋼軌不能移動，那麼便產生一個與F力大小相等但是方向相反的作用力Fk，這個Fk就是驅動機車前進的牽引動力，稱之為“機車輪周牽引力”，這是實實在在驅動列車前進的動力來源。打個比方，如果車輪和鋼軌之間沒有摩擦力或者摩擦力較小，以及鋼軌能夠移動，其結果就是車輪在原地空轉而不能前進。
機車輪周牽引力Fk與車輪產生的力矩M和車輪的半徑R有關。三者的關係如下：Fk=M/R。在輪軌之間存在靜摩擦的條件下，當車輪的力矩M越大，則輪周牽引力越大；當車輪的半徑越小，則輪周牽引力越大。
當蒸汽機車處於牽引狀態的時候，也就是機車發動之後，此時，車輪的力矩M與輪周牽引力Fk作用於車輪中心的力矩之間是一種瞬時的平衡狀態。
【總結】
蒸汽機車剛開始開動的時候，總會出現車輪空轉打滑的現象，是因為司機一開始給了機車過大的動力，打破了車輪轉動力矩M與輪周牽引力的力矩之間的瞬時平衡，再加上軌道上面結冰變得更加光滑，或者是軌道不平順，造成摩擦力不足，按照鐵路的行話來說就是機車的粘著力不夠，產生不了足夠的牽引動力，從而導致車輪的空轉，這也是蒸汽機車在嚴冬時節很容易出現空轉的原因。
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