|
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО
ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
ДОНСКОЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
ЦЕНТР ДИСТАНЦИОННОГО ОБУЧЕНИЯ
Кафедра «Сервис и техническая эксплуатация автотранспортных средств»
Конструкция, расчет и потребительские свойства автомобилей
ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА АВТОМОБИЛЯ
ТЕОРИЯ И РАСЧЕТ
Учебное пособие
1.2. Сила сопротивления качению
Сила сопротивления качению представляет собой сумму сил, затрачиваемых на преодоление внутреннего трения в материале
шин при их деформации, на деформацию дороги, на трение поверхности шин о дорогу, на трение в подшипниках ведомых колес.
Рассмотрим равномерное, прямолинейное качение колеса автомобиля на горизонтальной твердой поверхности без учета
сопротивления воздуха. При качении ведомого колеса, нагруженного вертикальной силой Gк(рис. 2, а), внутреннее трение в шине,
так же как и трение между шиной и дорогой, препятствует нарастанию деформаций в передней зоне контакта шины с дорогой и уменьшению ее в задней зоне.
Поэтому эпюра распределения давлений на опорной поверхности будет несимметричной, а суммарная нормальная реакция Rксместится в направлении качения
колеса на величину a. В зоне контакта колеса с дорогой возникает сила Рксопротивления качению.
Рис. 2 . Схема действия сил на колесо автомобиля (а – ведомое; б – ведущее)
Уравнение равновесия ведомого колеса относительно оси его вращения будет:
Pk·rk-Rk·a=0 (2)
| или |
 |
где f =а/rк - коэффициент сопротивления качению колеса.
Если сместить реакцию Rкна ось колеса, то момент сопротивления качению от ее действия Мкможно определить по формуле:
Mk=Pkrk=fGkrk (3)
При качении ведущего колеса (рис. 2, б) в результате действия тягового момента Мтвозникает тяговая сила Pт,
толкающая кузов или раму автомобиля в направлении движения V.
Уравнение равновесия ведущего колеса относительно оси его вращения в этом случае будет:
Ртrк+Rка – Мт–Ркrк=0.
Откуда тяговая сила с учетом сил сопротивления качению определится по формуле:
 |
(4) |
где МТ/rк - касательная сила тяги;
 |
-сила сопротивления качению ведущего колеса. |
Сила сопротивления качению колеса, снабженного эластичной шиной, возникает в результате сложных процессов деформации
шины и ее взаимодействия с дорожным покрытием. Как было показано выше, сопротивление качению определяется радиальной и
тангенциальной деформацией шины, которая зависит от нагрузки колеса, давления воздуха в шине и свойств ее материала. Кроме того, на силу сопротивления
качению оказывает влияние проскальзывание элементов шины в зоне ее контакта с дорожным покрытием, особенности входа участков шины в контакт с поверхностью
качения, гистерезис в шине, прилипание элементов шины к поверхности дороги и ряд других факторов.
Коэффициент сопротивления качению практически не изменяется при увеличении скорости движения автомобиля
до 60-70 км/час. При больших значениях скорости значение коэффициента f заметно увеличивается. Это вызвано колебаниями протектора шины,
а также ее ударами о неровности дороги. Оба явления приводят к дополнительным потерям энергии, что существенно увеличивает сопротивление качению колеса.
Для практических расчетов зависимости коэффициента сопротивления fvот скорости можно установить, используя
эмпирическую формулу:
fv =f(1+Av2) (5)
где А – постоянная величина, приблизительно равная (4…5)10-5,
v – скорость движения автомобиля в км/час.
Из выше изложенного следует, что коэффициент сопротивления качению зависит от большого количества
отдельных и связанных один с другим факторов и не может быть определен аналитически.
Коэффициент f определяют экспериментальными методами: буксированием автомобиля, при движении автомобиля накатом,
изменением силы сопротивления качению отдельного колеса на тензометрическом стенде.
Значения коэффициента f для отдельных видов дорожного покрытия приведены в таблице 1.
Таблица 1.
Коэффициенты сопротивления качению
Дорожное покрытие |
f |
Цементное и асфальтобетонное в хорошем состоянии
Ровное и уплотненное щебенчатое или гравийное покрытие
Брусчатка
Булыжник
Грунт ровный, сухой, плотный
Снежная дорога
Песок сухой
Песок влажный |
0,014…0,018
0,02…0,025
0,02…0,025
0,035…0,045
0,03…0,06
0,025…0,03
0,15…0,3
0,08…0,1 |
|
