3.3.5. Боковой увод колеса и поворачиваемость машины

Пневматическая шина при сравнительно небольшом давлении внутри является эластичным элементом и не может воспринять поперечные силь не меняя своего направления движения. Под действием поперечной силы Рб происходит боковая деформация шины, ее прогиб, при этом средняя плоскость колеса сместится на расстояние Ьш (рис. 6.5).

Таким образом, колесо будет катиться под некоторым углом Д к своей средней плоскости. Точки 1 2, З, 4, отмеченные на продольной плоскости колеса, в каждый момент времени будут смещаться вправо, оставляя отпечатки по линии В , 1', 2', 3', 4', С .

Рис. 6.5. Качение колеса с боковым уводом

Величина угла увода будет возрастать с увеличением боковой силы и будет различной для шин с жестким и мягким кордом. Зависимость между углом увода и боковой силой показана на рис. 7.5.

Рис. 7.5. Зависимость между углом увода Д и боковой силой Рб

На участке Оа скольжение отсутствует, и зависимость Рб = ) можно считать линейной. На участке ab эта зависимость нелинейна ввиду частичного проскальзывания шин. При значении Рб = (Экра увод переходит в полное скольжение, и зависимость характеризуется горизонтальной линией bc .

Между боковой силой и углом увода на участке Оа существует зависимость Рб = К уз Д уз где Дув— угол бокового увода, град; К — коэффициент сопротивления боковому уводу шины, кН/град.

Коэффициент К изменяется в широких пределах и зависит от конструкции шины, давления в ней, слойности корда, размеров и т. д. Боковой увод шин оказывает большое влияние на управляемость автомобиля, так как при движении на повороте действие составляющей центробежной силы вызовет боковую деформацию шин. Боковая деформация шин и увод всей машины в сторону возможен и при прямолинейном движении под действием бокового ветра, наклона дороги и т. д.

Рассмотрим поворот колес машины с учетом бокового увода шин (рис. 8.5). Направление движения передней оси зависит от угла поворота управляемых колес, где угол поворота а — средняя величина углов поворота колес. Под действием боковой силы в общем случае угјш увода шин передних и задних колес имеют различную величину и 52. Углы увода шин каждой оси можно считать одинаковыми. При повороте машины с жесткими колесами боковой увод отсутствует, и машина совершает поворот с радиусом R вокруг мгновенного центра поворота О .

Рис. 8.5. Схема поворота автомобиля с боковым уводом колес

Радиус поворота R = L/tga , где L— база автомобиля, м. При малых значениях угла поворота tga а и R = L/a . Однако в результате увода шин движение передней и задней осей отклоняется от траекторий, по которым они двигались бы в случае отсутствия увода. Передняя ось машины будет двигаться вдоль вектора , направленного под углом а —Й к продольной оси машины, а задняя ось — вдоль вектора 172 , направленного к оси под углом . Мгновенный центр вращения машины переместится при этом в точку 01 , лежащую на пересечении перпендикуляров к векторам скоростей и 172 , а радиус поворота становится равным R , определяемым по формуле

Учитывая, что углы увода и 52 незначительны (5 +7 ⁰ ) и средний угол поворота а на больших скоростях также невелик, приближенно можно считать

Если угјш увода передних и задних колес равны (Й = 52), то боковой увод шин не оказывает значительного влияния на радиус поворота, и величина его не меняется, т. е. R = R , но смещается мгновенный центр поворота. Если > 52, то и R >R при одновременном смещении центра вращения. Поворот будет осуществляться по более пологой кривой, чем при жестких колесах.

Если < 52, то R < R , т. е. поворот будет осуществляться по более крутой траектории, следовательно, на траекторию поворота машины влияет деформация шин, которая может быть различна в зависимости от скорости движения, радиуса поворота, силы бокового ветра, наклона дороги и т. д.

Свойство автомобиля с эластичными шинами отклоняться вследствие увода колес от направления движения, определяемого положением управляемых колес, называется поворачиваемостью. При равенстве R = R и углов увода = 52 машина обладает нейтральной (нормальной) поворачиваемостью. При R <R и < машина имеет излишнюю поворачиваемость, а при R >R и > поворачиваемость автомобиля недостаточна.

Прямолинейно движущийся автомобиль может подвергаться воздействию боковой силы Z , называемой иначе силой бокового ветра (рис. 9.5).

Рис. 9.5. Схема непроизвольного поворота автомобиля при излишней поворачиваемости (а), при недостаточной поворачиваемости (б)

Если машина обладает излишней поворачиваемостью (Й < ее прямолинейное движение переходит в криволинейное с возникновением центробежной силы, которая дает боковую составляющую Р ' (рис. 9.5, а), направленную в ту же сторону, что и сила Z . Суммирование сил Р ' и Z вызывает увеличение углов увода, а это, в свою очередь, уменьшает радиус поворота, вызывая дальнейшее увеличение центробежной силы, что приведет к движению по кривой с непрерывно уменьшающимся радиусом. Автомобиль с недостаточной поворачиваемостью (Й > ) (рис. 9.5, б) под действием боковой силы Z стремится поворачиваться в сторону действия боковой силы. Составляющая центробежной силы Р ' противодействует возмущающей силе Z и препятствует увеличению углов увода. Недостаточность поворачиваемости способствует поддержанию прямолинейного движения.

На спаренные ведущие колеса грузовых автомобилей приходится меньшая сила тяжести, и поэтому они имеют большую жесткость, чем одинарные передние, и так как отношение углов увода будет > , то грузовые автомобили обладают недостаточной поворачиваемостью.

Колесные тракторы обладают также недостаточной поворачиваемостью, угјш увода задних колес по отношению к передним настолько малы, что практически в расчетах ими можно пренебречь.

Рассмотрим простейший случай поворота, когда движение трактора можно рассматривать как вращение его с постоянным радиусом вокруг какой-либо оси, считая, что поворот происходит на горизонтальном участке дороги, без прицепа, с постоянной небольшой скоростью, при равномерном давлении на грунт. В этом случае ось поворота расположена в поперечной плоскости и проходит через середины опорных поверхностей гусениц (рис. 10.5). Точка О , проекция оси поворота на поверхность пути, называется центром поворота трактора. Расстояние от центра поворота до продольной оси симметрии трактора называется радиусом поворота R .

Рис. 10.5. Поворот трактора на горизонтальной дороге

Угловая скорость вращения машины Оп около оси поворота О может быть определена по формуле Оп = / R . Движение гусениц на повороте можно разложить на два движения: относительного вращения каждой из гусениц около осей 02 и 01 с угловой скоростью Оп и переносного прямолинейно-поступательного движения со скоростями и забегающей и отстающей гусениц. Проекции оси поворота на продольные плоскости симметрии гусениц 01 и 02 называются полюсами вращения гусениц. При отсутствии буксования и скольжения оси 01 и 02 (полюсы вращения) лежат посредине ширины звеньев. Скорости поступательного движения забегающей и отстающей гусениц

= 0n(R + о,5В) = vm(R + = 0n(R - о,5В) = vm(R -

где В — колея трактора.

Поступательные скорости движения гусениц при отсутствии буксования или скольжения пропорциональны частотам вращения ведущих колес , 112 (звездочек):

откуда

R = во,ђ - 111 )] ,

где р = R / В — относительный радиус поворота.

При вращении гусениц относительно полюсов вращения 01 и 02 возникают поперечные силы, создающие момент сопротивления повороту М сопр трактора. Определим момент сопротивления повороту гусеничного трактора на горизонтальном участке пути с равномерной условной скоростью без нагрузки, считая, что центробежная сила незначительна и распределение нагрузки по опорным поверхностям гусениц равномерно, сила тяги на крюке Р кр = О. В этом случае полюсы вращения проходят через середины опорных поверхностей гусениц. Сил1 трения и другие боковые реакции, возникающие между гусеницами и дорогой, при вращении вокруг полюсов 01 и 02 препятствуют повороту. Создаваемый момент сопротивления повороту может быть подсчитан следующим образом (рис. 11.5).

Рис. 11.5. Схема разворота гусеничного трактора

Выделим на обеих гусеницах элементарные участки с бесконечно малой длиной dx расположенные на расстоянии х от линии 01 и 02, проходящей через полюсы вращения гусениц. Элементарная нормальная нагрузка dG , передаваемая каждым из этих участков на опорную поверхность:

где 0,5G — нагрузка, приходящаяся на каждую гусеницу; L гус— длина опорной поверхности гусеницы.

Считается, что вес трактора распределяется на обе гусеницы поровну. Элементарная сила, с которой каждый из выделенных участков гусениц сопротивляется повороту, может быть представлена в виде произведения /1dG, где „и— приведенный коэффициент сопротивления повороту, величина которого зависит от механических свойств почвы, конструкции гусениц, радиуса поворота и т.д. На крутых поворотах расчетные значения коэффициента „и могут быть приняты от 0,4 для твердых грунтовых дорог и до 0,7 на рыхлых почвах. На снежной дороге величина коэффициента „и может быть принята 0,15. Каждая такая элементарная сила создает элементарный момент сопротивления повороту с плечом х . Тогда суммарный момент сопротивления повороту Мпо6 можно выразить следующим интегралом:

0,5L

г ус 0,5G xdx

поз 4 гус

Таким образом, момент сопротивления повороту трактора тем больше, чем тяжелее трактор, чем длиннее гусеницы и чем больше приведенный коэффициент сопротивления повороту, который находится экспериментально для определенных грунтов, формы обвода гусеничной цепи, распределения давлений по опорной поверхности и радиуса поворота, считая, что ширина гусениц является бесконечно малой величиной.

3.3.6. Стабилизация управляемых колес

Управляемые колеса должны обладать способностью сохранять прямолинейное движение независимо от действия случайных сил (порывов ветра, толчков от наезда на неровности дороги и т. д.), стремящихся отклонить колеса от нейтрального положения. Способность сохранять нейтральное положение и автоматически возвращаться к нему после выхода из поворота без приложения усилия к рулевому колесу называется стабилизацией управляемых колес. Стабилизация управляемых колес обеспечивается продольным и поперечным наклонами шкворня, боковой эластичностью шин и трением в рулевом механизме.

Поперечный наклон шкворня а (рис. 12.5, а) вызывает подъем центра тяжести машины при повороте управляемых колес. Из рисунка видно, что при условном повороте колеса на 180 ⁰ из-за наклона шкворня оно опускается на расстояние . В действительности же поворачиваемое колесо, опираясь на дорогу, вызывает соответствующий подъем передней оси и центра тяжести машины. Если отпустить рулевое колесо, то передняя часть автомобиля опустится вниз и передние колеса возвращаются в положение, соответствующее прямолинейному движению. Стабилизирующий момент, действующий на управляемые колеса, возрастает с увеличением угла наклона шкворня а и веса, приходящегося на переднюю ось.

Рис. 12.5. Схема поперечного (а) и продольного (б) наклонов шкворней управляемых колес

Поперечный наклон шкворней совместно с развалом колес уменьшает расстояние с между средней плоскостью колеса и точкой пересечения оси шкворня с поверхностью дороги. Это расстояние называется плечом обкатки колеса. Уменьшение плеча обкатки снижает величину поворачивающих моментов, создаваемых относительно оси шкворня касательными силами, действующими на колесо, — силами сопротивления движению и силами торможения. Когда\эти моменты равны, они взаимно уравновешиваются через поперечную рулевую тягу. Уменьшение плеча обкатки снижает усилия, необходимые для поворота колес. Получение необходимого плеча оокатки достигается в основном за счет поперечного наклона шкворней, величина которого находится в пределах 4 + 8 ⁰ .

Продольный наклон шкворня у (рис. 12.5, б) применяется для того, чтобы при повороте колес во время прямолинейного движения машины или в случае его движения на повороте возникли боковые силь стремящиеся повернуть колесо в нейтральное положение, увеличивая радиус поворота. Угол наклона шкворня в продольной плоскости равен 1 +3,5 ⁰ . Вследствие этого точка пересечения оси шкворня с дорогой расположена впереди центра контактной площадки колеса и дороги.

Угол развала колес а (рис. 13.5, а) представляет собой угол наклона средней плоскости колеса к продольной плоскости, перпендикулярной поверхности дороги, и предназначен для уменьшения силы сопротивления повороту колес вокруг шкворней и компенсации влияния износа шкворней на положение колес.

Угол схождения д колес (рис. 13.5, б) определяется углами схода, т. е. разностью размеров А и В , замеренных между внутренними боковинами шин в горизонтальной плоскости, проходящей через центры обоих колес, или дисками колес, установленных в нейтральное положение. Он считается положительным, если расстояние между колесами спереди меньше, чем сзади. Схождение управляемых колес необходимо для предотвращения их качения по расходящим дугам от автомобиля при наличии углов развала.

с

Рис. 13.5. Угјш установки развала (а) и схождения (б) управляемых колес

Эффективность стабилизации управляемых колес зависит от технического состояния машины: соблюдения требуемых углов установки колес и шкворней, своевременной проверки и установки сходимости и развала колес, сохранения нормальных зазоров в сопряженных деталях передней оси и рулевого привода.

Учебный вопрос 2. Плавность хода.