9.6 Кочення колеса з відведенням

9.6.1 Чинники, що викликають кочення колеса з відведенням

Кут відведення – це кут між вектором швидкості та середньою площиною колеса.

Під середньою площиною колеса розуміють площину симетрії обода колеса, перпендикулярну до вісі його обертання.

Кут відведення може бути викликаний наступними чинниками:

1. Бічною силою, яка може бути зумовлена відцентровою силою, бічним вітром, узгір'ям, бічною силою від некерованих коліс автомобіля під час руху по криволінійній траєкторії, інерційною силою, що виникає за рахунок прискореного повороту автомобіля.

2. Коченням колеса по криволінійній траєкторії (кінематичний кут відведення).

3. Прямолінійним коченням колеса з розвалом.

4. Похибками кермової трапеції.

5. Розузгодженням кінематик кермового привода і підвіски.

Зазначимо, що еластичне колесо – складний механізм, який володіє перетворювальними і передавальними властивостями. На сьогодні не існує універсальної його математичної моделі. Проте відомо, що під час кочення колеса по прямолінійній траєкторії виникає через гістерезисні явища в шині момент опору коченню, а під час руху колеса з відведенням додатково з'являються ще стабілізуючий момент шини відносно вертикальної осі та бічна сила. Їх величини залежать, перш за все, від типу шини, навантаження і тиску повітря в ній, величини кута відведення.

9.6.2 Визначення кутів відведень керованих коліс

Кут відведення, викликаний бічною силою

Якщо на еластичне колесо діє бічна сила, то його кочення відбувається з кутом відведення:

,

де К_в – коефіцієнт опору бічному відведенню. При цьому лінійна залежність функції Р_б=f() зберігається тільки при невеликих кутах відведення. При кутах відведення більш ніж 3 ця залежність нелінійна. До цього часу відсутні універсальні залежності, що дозволяють визначити кут відведення на ділянці нелінійної залежності функції Р_б=f().

Кінематичний кут відведення

Під час кочення еластичного колеса по криволінійній траєкторії відбувається закручування тіла шини між елементами шини, що контактують з опорною поверхнею, і жорстким ободом. Кут цього закручування називають кінематичним кутом відведення.

З аналізу проведених автором досліджень [12] руху еластичного колеса по криволінійній траєкторії випликає:

- якщо центр повороту колеса, точка О (див. рис.9.14), знаходиться на продовженні малої вісі відбитка, то закручування тіла шини відбувається за час проходження колесом шляху а/2( а – велика вісь відбитка шини);

- якщо центр повороту, точка О, зміщена відносно малої вісі відбитка на величину х, тоді цей шлях збільшується на величину х і дорівнює а/2+х .

Розрахункова схема для визначення кута кінематичного відведення, якщо центр повороту знаходиться на продовженні малої вісі відбитка, наведена на рис. 9.14. При цьому центром відносного повороту відбитка (точки, відносно якої відбувається закручування тіла шини) прийнято точку А.

Точка А буде центром відносного повороту в тому випадку, якщо тиск і коефіцієнт зчеплення у кожній точці контактного відбитка однакові. Проте через відмінність цих коефіцієнтів в кожній точці відбитка центр відносного повороту зміщується до великої вісі контактного відбитка.

З аналізу рис.9.14 видно, що а – велика вісь відбитка, R – радіус траєкторії руху точки А.

Якщо врахувати, що закручування тіла шини для даного випадку відбувається за час проходження центром колеса шляху а/2, тоді під час проходження центром колеса щляху а/2 відбиток займе нове положення (див. рис.9.14). Кут між цими двома положеннями відбитків і буде кутом кінематичного відведення:

_R =  ВАС.

Проте  ВАС =  АОЕ як кути з взаємно перпендикулярними сторонами.

З аналізу АОЕ визначимо  АОЕ:

sin  АОЕ = .

Оскільки при малих кутах справедливо sin_R = _R (рад), тому маємо право записати:

_R , (рад) (9.30)

де R – радіус траєкторії руху колеса.

Наведені вище дослідження правдиві, якщо центр повороту, точка О, знаходиться на продовженні малої вісі відбитка шини. Якщо центр повороту зміщений відносно малої вісі відбитка на відстань х, тоді кут кінематичного відведення буде визначатися так:

_R . (рад) (9.31)

Таке зміщення має місце на задніх колесах тривісних автомобілів з балансирним візком. Кожне колесо заднього візка тривісного автомобіля зміщено відносно осі балансира на відстань l_в/2, де l_в – база заднього візка. З урахуванням залежності (9.30) кут кінематичного відведення заднього колеса тривісного автомобіля з балансирним візком під час руху по криволінійній траєкторії визначимо за формулою:

_R (рад) , (9.32)

де R – відстань від центра повороту автомобіля до борта коліс балансирного візка в м;

а – велика вісь відбитка шини колеса візка в м.

Оскільки база візка залежить від габаритних розмірів шин, тому на великовантажних автомобілях КамАЗ, КрАЗ вона дорівнює відповідно 1,32м і

1,4 м. Наявність значної бази заднього візка в тривісних автомобілях викликала великі кути кінематичного відведення під час руху автомобілів по криволінійних траєкторях з малими радіусами. Це виявилося причиною того, що під час руху по криволінійній траєкторії тривісних автомобілів момент опору руху істотно зростає, в контакті коліс з дорогою з'являються зони ковзання, на дорозі залишаються сліди від підвищеного зносу шин та суттєво зростають витрати палива відносно прямолінійного руху.

Кут відведення при прямолінійному коченні з розвалом

Кнороз В.І. внаслідок аналізу експериментальних досліджень установив, що під час кочення колеса, що має кут розвалу _ш, по криволінійній траєкторії радіуса (r_к – радіус колеса), стабілізуючий момент шини і бічна сила прагнуть до нуля. З цього випливає, що явища, які відбуваються в тілі шини під час кочення колеса по криволінійній траєкторії та з розвалом, за своєю сутністю ідентичні. Очевидно, що прямолінійне кочення колеса з розвалом зумовлено появою кута відведення, аналогічного кінематичному куту відведення, що виникає під час кочення колеса по криволінійній траєкторії. Рівність стабілізуючих моментів шини і бічних сил під час кочення колеса по криволінійній траєкторії та прямолінійного руху з розвалом можливе тільки при рівності кінематичних кутів відведень.

Отже: ,

де _ – кут відведення, викликаний коченням колеса з розвалом.

Після підставлення замість R відповідного значення отримаємо залежність для визначення кута відведення під час кочення колеса з розвалом:

, (9.33)

де а – велика вісь відбитка шини;

r_к – радіус колеса;

_ш – кут розвалу колеса.

Таким чином, залежність (9.33) дозволяє визначити кут відведення під час кочення колеса з кутом розвалу.