Вопрос 18. Силы, действующие на автомобиль при его движении.

Ответ 18. При движении автомобиля на него действуют движущие силы и силы сопротивления движению. Основной движущей силой является сила тяги, приложенная к ведущим колесам. Сила тяги возникает в результате работы двигателя и вызвана взаимодействием ведущих колес с дорогой.

К силам сопротивления относятся: сила сопротивления трансмиссии, сила сопротивления дороги, сила сопротивления воздуха и приведенная сила инерции.

Источником силы сопротивления трансмиссии является трение в зубчатых передачах, подшипниках валов, карданных шарнирах, шлицевых соединениях, перемещение масла в картерах коробки передач, раздаточной коробки и главной передачи. Потери в трансмиссии оцениваются коэффициентом полезного действия _тр . Сила тяги, подведенная к ведущим колесам, будет равна:

, Н

где N_e – эффективная мощность двигателя, кВт;

V_a – скорость движения автомобиля, м/с.

Сила сопротивления дороги (Р_) состоит из двух составляющих: силы сопротивления качению (Р_) и силы сопротивления подъему (Р_i). Поэтому ее можно представить в виде:

Р_ = Р_ + Р_i = G_acos + G_asin , H

где G_a – сила тяжести автомобиля, Н;

 - коэффициент сопротивления качению;

 - угол наклона дороги, град.

Сила сопротивления воздуха (Р_w) (аэродинамическая сила) – является равнодействующей всех элементарных аэродинамических сил, действующих на автомобиль при его движении.

Р_w = K_wF_aV_a² = W V_a², H

где K_w – коэффициент сопротивления воздуха (обтекаемости), зависящий от формы и качества отделки поверхности автомобиля,

F_a – лобовая площадь сечения автомобиля (площадь Миделева сечения), м²;

W – фактор обтекаемости автомобиля, нм²/м⁴;

Приведенная сила инерции P_j – сила инерции вращающихся масс двигателя, трансмиссии и ведущих колес, приведенная к ведущим колесам автомобиля.

P_j = j_aM_aS, H

где j_a – ускорение движения автомобиля, м/с²;

M_a – масса автомобиля, кг;

S – коэффициент учета вращающихся масс.

Вопрос 19. Радиусы автомобильного колеса. Силы, действующие на колесо в статическом состоянии и при его движении.

Ответ 19. Различают следующие радиусы колес автомобиля.

1. Свободный радиус r_св – это половина диаметра колеса в месте наибольшего сечения беговой дорожки, свободного от контакта с опорной поверхностью.

2. Статический радиус r_ст – от опорной плоскости до оси неподвижного колеса, нагруженного нормальной нагрузкой. Зависит от нагрузки и давления в шине.

3. Динамический радиус r_д – расстояние от центра катящегося колеса до опорной плоскости. Зависит от нормальной нагрузки, давления в шине, скорости вращения колеса и передаваемого им момента. При увеличении скорости увеличиваются центробежные силы, растягивающие шину и увеличивающие динамический радиус. Увеличение момента, передаваемого колесом, вызывает скручивание шины в определенном направлении и уменьшение динамического радиуса.

У колеса, нагруженного тормозным моментом, элементы протектора, входящие в контакт с дорогой, растянуты. Поэтому тормозящее колесо проходит при равных угловых скоростях больший путь, чем свободно катящееся колесо. Т.е. под действием крутящего момента радиус уменьшается, а под действием тормозного момента – увеличивается.

На дорогах с твердым покрытием динамический радиус примерно равен статическому.

4. Радиусом качения r_к – называют радиус такого условного недеформируемого кольца, которое имеет c данным эластичным колесом одинаковую угловую и линейную скорость.

При практическом определении радиуса качения замеряют путь (S), пройденный за несколько оборотов (n) колеса и вычисляют r_к.

, м.

Разница между динамическим радиусом и радиусом качения вызвана проскальзыванием в области контакта шины с дорогой. Если проскальзывания нет (ведомое колесо), то динамический радиус примерно равен статическому. В случае полного буксования S = 0 и, следовательно, радиус r_к = 0. При движении «юзом» число оборотов n = 0 и радиус r_к становится бесконечно большой.

На дорогах с твердым покрытием ведущие колеса пробуксовывают сравнительно редко и, поэтому, изменения радиуса невелики. Поэтому находят величину радиуса из формулы:

r_к = 0,5d + H, м

где d – диаметр обода колеса (посадочный диаметр шины), м;

 - коэффициент радиальной деформации шины;

H – высота профиля шины, м.