2.7. Момент и сила сопротивления качению эластичного колеса. Коэффициент сопротивления качению

В статике, то есть неподвижная шина на автомобиле деформируется под действием нормальной к опорной поверхности нагрузке. У такой шины контактная поверхность примерно имеет эллиптическую форму. Распределение давления по ней неравномерное. Эпюра давлений показана на рис. 2.4, а.

При движении автомобиля изменяется характер распределения давления. В передней части (набегающей) контактной поверхности нормальные напряжения будут большими, чем в задней (сбегающей). Поэтому эпюра давлений для катящегося колеса будет несимметричной относительно середины контактной поверхности (рис. 2.4, б). В связи с этим равнодействующая нормальных реакций смещена на расстояние от середины контакт

ной поверхности. В результате чего появляется момент сопротивления качению:

а б

Рис. 2.4. Эпюра давлений: а – неподвижной шины;

б – при качении колеса (шины).

Как было показано выше, сила сопротивления качению колеса

, (2.18)

где f – коэффициент сопротивления качению колеса.

Коэффициент f – условная количественная характеристика, равная отношению силы сопротивления качению колеса к нормальной реакции опорной поверхности. Следовательно, коэффициент f , соответственно, сила сопротивления качению зависят от деформации шины (гистерезных потерь) и дороги. При качении колеса по твердой (недеформируемый) дороге упругой деформацией дороги пренебрегают.

На деформируемых опорных поверхностях пластические свойства преобладают над упругими. Основной причиной сноса реакции и повышения сопротивления качению колеса является образование колеи. Подробно влияние характеристик опорной поверхности на сопротивление качению колес рассмотрено в главе 7.

Величина коэффициента f зависит от скорости качения колеса автомобиля, нагрузки на колесо, внутреннего давления воздуха в шине, величины передаваемого колесом крутящего момента, конструкции и геометрических параметров шины, состояния поверхности дороги, скорости автомобиля и т.д. Некоторые значения коэффициента сопротивления качению при скорости автомобиля менее 50 км/ч. (f_о) приведены в таблице 2.1.

Таблица 2.1

Коэффициенты сопротивления качению

Дорожные условия	fо
Асфальтобетонное покрытие	0,01-0,02
Гравийная дорога	0,02-0,03
Булыжная и разбитая гравийная	0,03-0,05
Грунтовая укатанная сухая	0,025-0,035
Грунтовая размокшая	0,05-0,15
Песчаная поверхность сухая	0,1-0,3
Тоже влажная	0,06-0,015
Снежная поверхность укатанная	0,03-0,05

Предложено несколько эмпирических зависимостей для определении коэффициента сопротивления качению колеса при более высокой скорости движения. Приводим некоторые из них:

(2.19)

где, к – коэффициент, учитывающий влияние скорости на гистерезисные потери. Он зависит конструкции каркаса, рисунка и износа протектора и колеблется по данным разных авторов в пределах от 0,00067 до 0,00005, или по данным других исследователей в интервале от 7 ·10^-4 - 6·10^-5 до (0,5 ÷ 5)·10^-4.