Файл: Артамонов, М. Д. Основы теории и конструкции автомобиля учебник.pdf

вращается не полностью при последующем восстановлении пер­ воначальной формы шины. Замеряя при увеличении вертикальной нагрузки Р, деформацию шины Дш, получают зависимость, изоб­ раженную на рис. 44, а в виде кривой Old. В случае уменьшения вертикальной нагрузки тем же деформациям шипы соответствуют меньшие значения нагрузок (кривая ЬпО). Площадь петли ОЫтО представляет собой в определенном масштабе работу, связанную с необратимыми потерями в шине (гистерезисом). При качении колеса деформации в' передней части шины увеличиваются, а в задней — уменьшаются. Поэтому на участки шины, находя­ щиеся на одинаковом удалении спереди и сзади от вертикального диаметра колеса и имеющие одинаковые деформации, действуют

Рпс. 44. Сопротивление качению:

а — гистерезисные потери в шине; б — качение колеса по твердое дороге; в — качение колеса по деформируемое дороге

различные силы. Так, при одной и той же деформации Дщ учас­ ток шины в передней ее части нагружен силой Р'г, а участок в зад­ ней части — силой Р ’.~ Следовательно, элементарные нормальные реакции в передней части контакта больше, чем в задней (рпс. 44, б), а линия действия равнодействующей Z смещена относительно вертикального диаметра вперед на расстояние аш.

Смещение яш в основном вызвано внутренним трением в шине. Оно увеличивается при увеличении числа слоев корда, толщины протектора и ширины обода колеса и уменьшается при увеличении давления воздуха в шине.

В результате смещения нормальной реакции возникает мо­ мент Zam. Для уравновешивания этого момента к колесу необ­ ходимо приложить равный, но противоположно направленный момент или к оси колеса приложить толкающую силу Рх, образую­ щую вместе с касательной реакцией дороги пару сил. Сила

Г

При качении деформируемого колеса по мягкой дороге (рис. 44, в) энергия затрачивается на преодоление внутреннего трения

98

в шине, деформацию дороги и на трение шины о грунт. Шина вреза­ ется в грунт, выдавливает его в стороны и спрессовывает отдель­ ные частицы, образуя колею. Элементарные реакции сШя в каждой точке протектора перпендикулярны поверхности контакта и рас­ положены наклонно. Поэтому и суммарная реакция Rn наклонена к вертикали под некоторым углом уд. В основном работа на уплот­ нение дороги затрачивается при накатывании шины на деформи­ руемый грунт, что приводит к увеличению реакций сШя в передней части контакта и уменьшению их — в задней. .В результате реак­ ция дороги Дд смещается вперед относительно вертикального диа­ метра на расстояние а. Это смещение можно представить в виде смещения аш, вызванного гистерезисными потерями в шине, и смещения ал, обусловленного затратами энергии на образование колеи.

Если колесо катится под действием толкающей силы Рх, то из уравнения моментов всех сил относительно точки А получим

Отношение -2- называют коэффициентом сопротивления качению

и обозначают буквой /. Согласно предыдущему равенству

Коэффициент сопротивления качению численно равен отноше­ нию силы, вызывающей равномерное качение колеса, к нормаль­ ной реакции дороги.

Силой сопротивления качению Рк (в Н) называют произведе­ ние fZ:

Моментом сопротивления качению М к (в Н -м) называют произ­ ведение Ркг:

Таким образом, при равномерном качении ведомого колеса действующая на него касательная реакция дороги

X1= fZ 1 = PKl.

В случае равномерного качения ведущего колеса под дейст­ вием крутящего момента действующая на него реакция дороги

При неравномерном же качении задних ведущих колес к ним должен быть приложен момент, равный не момепту МТ, а моменту М 0, величина которого зависит также от моментов инерции вра­ щающихся деталей автомобиля и интенсивности его разгона

[уравненпе (87)1. Поэтому касательная реакция (в Н), действую­ щая на ведущие колеса автомобиля в этом случае:

Передние ведомые колеса пе воспринимают крутящего момента. Поэтому, приняв в выражении (96) гтр = 0, получим формулу для определения касательной реакции, приложенной к передним коле­ сам автомобиля:

где 1г — суммарный момент инерции передних колес в Н -м -с 2. Сопротивление качению шины по дороге является следствием затрат энергии на гистерезисные (внутренние) потери в шине, а также на образование колеи и поверхностное трение (внешние потери). Вследствие сложности учета всех факторов сопротивление качению оценивают по суммарным затратам энергии, условно считая силу сопротивления качению внешней по отношению к авто­

мобилю.

При лабораторных испытаниях величину коэффициента / определяют, используя стенды с беговыми барабанами, аналогич­ ные показанному на рис. 39. Однако на них испытывают не авто­ мобиль, а отдельное колесо, приводимое во вращение электродви­ гателем. Во время дорожных испытаний автомобиль-тягач бук­ сирует свободно катящийся автомобиль или специальную тележку, соединенные с тягачом при помощи троса и динамометра. Чтобы исключить влияние сопротивления воздуха, испытание проводят на небольшой скорости (около 3 м/с).

Сила (в Н), нагружающая динамометр:

Рх= fi%i 4- /->Z2,

где Zx и Z2 — нормальные реакции на переднюю п заднюю оси

Мощность (в кВт), необходимая для преодоления сопротивления качению при движении автомобиля со скоростью v,

Часто для определения коэффициента / используют также метод выбега, который заключается в следующем. Во время движения автомобиля водитель выключает передачу, вследствие чего авто­ мобиль движется по инерции (накатом). При малой скорости

100

кинетическая энергия автомобиля расходуется главным образом ыа преодоление сопротивления качению. Замеряя путь или время движения автомобиля в определенном интервале скоростей, опре­ деляют величину коэффициента / (см. § 5 гл. IX).

При малой скорости (до 14—16 м/с) коэффициент сопротивления качению можно считать величиной постоянной. В случае движения с большей скоростью коэффициент / заметно увеличивается, так как шина не успевает полностью распрямиться в области контакта, вследствие чего возвращается не вся энергия, затра­ ченная на деформацию шины. Кроме того, при увеличении скорости деформации возрастает внутреннее трение в покрышке, также вызывающее увеличение коэффициента /. Для определения его величины в зависимости от скорости пользуются эмпирической формулой

< 1 0 0 >

где / 0 — коэффициент сопротивления качению при движении

смалой скоростью (табл. 3).

3.Коэффициент сопротивления качению

Пример. Определить сплу и мощность сопротпвленпя качению рас­ считываемого легкового автомобиля (G = 17,9 кН) при его движении с раз­

личными скоростями, если /0 = 0,014. Сила сопротивления качению:

р« - '- ( 1+ ш ) е - ° Л14(1+ ш ) 17900- 3‘ 8 н -

Мощность сопротивления качению: при v = 10 м/с

NР*0 _ 250-10

1000 1000

при v = 20 м/с

318-20

=1000

101

В случае движения автомобиля по твердым покрытиям коэф­ фициент / увеличивается с уменьшением давления воздуха в шине. При передаче крутящего момента коэффициент / немного увели­ чивается, так как шипа при этом деформируется не только в вер­ тикальном направлении, но и по окружности. При большой вели­ чине передаваемого момента элементы протектора проскальзывают по дороге, и на трение в области контакта также затрачивается дополнительная мощпость.

Качение колеса по мягкому грунту вызывает уплотнение час­ тиц грунта под колесом и смещение их в стороны и по направлению движения. На коэффициент сопротивления качению при этом влияют глубина колеи, тип и состояние грунта, диаметр колеса и воспринимаемая нм вертикальная нагрузка. От типа и состояния грунта зависит коэффициент Сг сопротивления грунта сжатию на глубине 1 см от поверхности. Величины Сг приведены в табл. 4.

4. Значение коэффициента Сг

Если величина Сг известна, то коэффициент /можно определить по эмпирической формуле

/ = Т 7 + °>05-

Уменьшение давления воздуха в шине приводит к уменьшению глубины колеи, однако прп этом увеличиваются внутренние потерн в шпне. Поэтому для каждой шины можно найти такую величину внутреннего давления воздуха, прп которой на данном грунте коэффициент / имеет наименьшее значение.

Сопротивления неровностей

Ни одно дорожное покрытие не является абсолютно ровным. Даже новые цементно- и асфальтобетонные покрытия имеют неров­ ности высотой около 1 см. Неровности создают дополнительное сопротивление движению автомобиля н вызывают колебания его осей, колес и кузова. Во время этих колебаний в результате трения происходит рассеивание энергии в шине и деталях подвески, кото­ рое может быть довольно значительным.

Форма неровностей, их размеры и расположение имеют слу­ чайный характер и не поддаются аналитическому расчету. Поэтому

102