2.2. Реакции опорной поверхности

Совокупность реакций, действующих на колесо, образует реакцию опорной поверхности, которую можно представить в виде некоторого вектора R. Указанный вектор удобно представлять в виде 3 составляющих (рис. 5.1):

Рис. 5.1. Реакции опорной поверхности:

R_x - продольной (касательной) реакции дороги;

R_y - боковой (поперечной) реакции дороги;

R_z - нормальной реакции дороги

Продольная реакция дороги r_x лежит в плоскости пятна контакта и всегда направлена вдоль центральной плоскости вращения, т.е. плоскости, перпендикулярной оси вращения колеса и делящей его на две равные части.

Поперечная реакция дороги R_y лежит в плоскости пятна контакта и направлена перпендикулярно продольной реакции.

Нормальная реакция R_z приложена в пятне контакта и направлена перпендикулярно опорной плоскости на две равные части.

2.3. Момент сопротивления качению

Когда колесо неподвижно вектор, нормальной реакции располагается в центре пятна контакта. При качении колеса по опорной поверхности вертикальная реакция смещается в направлении его движения, образуя относительно оси вращения плечо «а» (рис. 5.2).

Рис. 5.2. Распределение нормальных реакций в пятне контакта

Смещение вектора нормальной реакции относительно оси вращения объясняется в общем случае тремя факторами:

1) перераспределением давления в пятне контакта вследствие гистерезисных потерь в шине;

2) продольным смещением самой оси колеса относительно пятна контакта вследствие деформации шины;

3) продольным смещением пятна контакта вследствие деформирования опорной поверхности.

Таким образом, смещение вектора нормальной реакции R_z дороги представляет собой алгебраическую сумму 3-х смещений:

а = а_ш + а_о + а_п. (5.7)

Снос нормальной реакции относительно оси колеса создает момент сопротивления качению (М_f), который направлен против вращения и препятствует перекатыванию колеса по опорной поверхности:

М_f = R_z(а_ш + а_о + а_п) = R_za. (5.8)

Для преодоления момента сопротивления качению, возникающего при перекатывании колеса по опорной поверхности, к нему необходимо прикладывать крутящий момент М_к = М_f или продольное толкающее усилие Р_х = М_f/r_д.

У автомобилей крутящий момент прикладывается к ведущим колесам, а толкающее усилие к ведомым.

Необходимость приложения толкающего усилия создает иллюзию, что к оси ведомых колес приложена сила сопротивления качению, численно равная толкающему усилию.

Величину этой силы можно определить по формуле:

Р_f = , (5.9)

где f = (а/r_д) - коэффициент сопротивления качению.

Сила сопротивления качению в физическом смысле не существует, т.к. сопротивление качению связано не с возникновением продольного усилия Р_f на оси колеса, а со сносом нормальной реакции.

Другими словами, Р_f - это фиктивная сила, которую удобно использовать для количественной оценки сопротивления качению.