2.5. Силы и моменты, действующие на колесо при качении.

При движении автомобиля его колеса могут катиться в различных режимах: тяговом, ведомом и тормозном. При этом в тяговом и ведомом режимах колеса могут катиться в ускоренном режиме и в равномерном движении. Со стороны дороги на колеса действуют силы, которые называют реакциями.

Схема сил и моментов, действующих на ведущее колесо, приведена на рис. 2.9.

Рис. 2.9. Схема сил и моментов, действующих на ведущее колесо в ускоренном режиме.

Здесь |P_Z| = |R_Z|; |P_X|=|R_X|;

P_X – сила сопротивления движению;

P_Z – нагрузка на колесо;

M_jk = I_k – инерционный момент колеса;

М_к = (М_е – М_je)u_Tη_т – крутящий момент на колесе; (2.10)

M_e – крутящий момент двигателя;

M_je = I_e - инерционный момент двигателя;

I_е – момент инерции двигателя;

- угловое ускорение двигателя;

U_T = U_к U_дк U_гп - передаточное число трансмиссии;

U_к - передаточное число коробки;

U_дк - передаточное число дополнительной коробки;

U_гп - передаточное число главной передачи;

η_т – кпд трансмиссии.

Составив сумму моментов относительно центра колеса «О», решаем уравнение для определения касательной реакции:

R_X = - R_Z - или R_X = - R_Zf - . (2.11)

Отношение обозначают через = P_k и эту силу называют тяговой.

На рис. 2.10. приведена схема сил и моментов, действующих на ведомое а) и тормозное б) колеса.

Рис. 2.10. Схема сил и моментов, действующих на колеса в ведомом ускоренном режиме а) и тормозном режиме б).

По аналогии с вышеизложенным, решая уравнение моментов относительно центра колеса.

находим касса тельные реакции на ведомом (2.12) и тормозном (2.13) колесах.

R_X = R_Zf + - для ведомого колеса (2.12)

R_X = + R_Z f - - для тормозного колеса (2.13)

Поскольку на дорогах с твердым покрытием значения M_f и M_jk , близки, то с достаточно высокой точностью считают- R_X = = F_Т – тормозной силой.

2.6. Предельные силы и моменты по сцеплению. Коэффициент сцепления.

При увеличении M_к и M_Т значения касательной реакции (тяговой и тормозной сил) достигают своего предельного значения R_Xmax = R_Z·φ и далее, не смотря на увеличение моментов, не увеличиваются. Такое значение касательной реакции называют предельной силой по сцеплению колес с дорогой и обозначают – P тогда предельный момент по сцеплению соответственно равен: M = r_д P Отношение = – называют коэффициентом сцепления и определяют его экспериментальным путем.

Причем различают:

• коэффициент сцепления в продольном направлении =

• коэффициент в поперечном направлении = .

Коэффициент сцепления зависит от различных конструктивных (тип и состояние шины, давление в шине, нагрузка на колесо и т.д.) и эксплуатационных (тип и состояние дорожного покрытия, скорость движения, степень износа шины, относительная скорость скольжения в пятне контакта).

Коэффициент скольжения (относительная скорость скольжения) в пятне контакта определяют по формуле:

= 100 =(1- )100, (2.13)

V_Д – действительная скорость движения; V_Д = r_k ;

V_Т – теоретическая скорость движения; V_Т= r_ko ;

r_ko – радиус качения ведомого колеса.

Зависимость коэффициента сцепления = от коэффициента скольжения приведена на рис.2.11.

Рис.2.11. Зависимость коэффициента сцепления = от коэффициента скольжения .

В таблице 2.2. приведены значения коэффициента = при оптимальном и 100% скольжении в пятне контакта шины с дорогой.

Таблица 2.2.

Наименование опорной поверхности	max
Сухой асфальт и бетон	0,8…0,9	0,7…0,8
Мокрый асфальт	0,5…0,7	0,45…0,60
Мокрый бетон	0,75…0,80	0,65…0,70
Гравий	0,55…0,65	0,50…0,55
Грунтовая дорога: сухая мокрая	0,65…0,70 0,50…0,55	0,60…0,65 0,4…0,5
Уплотненный снег	0,15…0,20	0,15
лед	0,1	0,07

По данным Гришкевича А.И. [1] максимальное значение _max и значение на сухом и мокром бетонном и асфальтобетонном покрытиях изменяется с изменением скорости так, как это представлено на рис. 2.12.

Рис. 2.12. Зависимость максимального значение _max и значения на сухом и мокром бетонном (а, в) и асфальтобетонном (б, г) покрытиях от скорости.