§ IV. 2. Коэффициент поперечной силы

Действующа я на автомобиль при проезде по кривой малого радиу­са поперечная сила оказывает на него ряд воздействий — стремится сместить его с дороги или опрокинуть, затрудняет управление, снижает комфортабельность поездки, а также, создавая дополнительное сопро­тивление движению, увеличивает расход топлива. С учетом этих воз­действий и определяют предельные допустимые значения коэффициен­та поперечной силы.

Устойчивость против заноса является важнейшим условием без­опасного движения автомобиля по кривой. Смещению автомобиля вбок под действием центробежной силы препятствует сцепление шин с по­крытием. Приложенные к ведущему йэлесу автомобиля поперечная сила V и тяговое или тормозное усилие Р создают в плоскости контак­та шины с покрытием суммарное сдвигающее усилие направленное 3 Ввк. 726 65

под углом к траектории движения (рис. IV.2). Для устойчивосги ав­томобиля необходимо, чтобы было соблюдено условие:

уу° + Р> = <2<0_К ф,

где О_к — нагрузка от ведущего или заторможенного колеса на покрытие; <р — коэффициент сцепления шины с покрытием

При этом делается весьма близкое к действительности допущение, что величина суммарного сопротивления шины сдвигу 0„ср практичес­ки не зависит от угла, составляемого направлением сдвига к плоскости качения колеса.

Под воздействием центробежной силы нагрузка между колесами перераспределяется. При большой величине поперечной силы гяговое усилие на менее нагруженном внутреннем колесе может превысить силу сцепления и вызвать буксование колеса. Коэффициент сцепления при этом снижается еще более, и может возникнуть занос автомобиля.

При анализе условий устойчивости автомобиля против сдвига по покрытию принимают, что используемые для передачи тягового пли тор­мозного усилия и обеспечения устойчивости против заноса величины коэффициентов сцепления в продольном ф| и поперечном ф, направле­ниях связаны между собой зависимостью:

Рпс. IV.2. Соотношение между поперечными и

продольными усилиями, действующими на колесо автомобиля

(IV .6)

Для устойчивости автомобиля на кривой против заноса необходи­мо, чтобы соблюдалось условие ф_гО„ > У. Отсюда вытекает требова- V

ние, чтобы ф₂ > тг = (А, т. е. коэффициент поперечной силы ц не дол-

"к

жен превышать коэффициент поперечного сцепления ф₂. Чем большая часть общего ко­эффициента сцепления ф используется для преодоления продольного уклона или для торможения автомобиля, тем меньшая часть его поперечной составляющей остается для сопротивления сдвигу автомобиля на кривой.

Поэтому при нормировании требований к радиусам кривых в плане приходится зада­ваться соотношениями между коэффициента­ми ф! и ф₂. Чем большее значение ф! прини­мается за расчетное, тем при меньшем значе­нии (.1 возникает опасность заноса автомо­биля.

В СССР по предложению д-ра техн, наук А. В. Макарова исходят при расчетах из ве­личины ф_ь равной 0,7 ф или 0,8ф. В этом слу­чае соответственно коэффициент поперечного слепления ф₂ составляет 0,7ф или 0,6ф.

Устойчивость автомобиля против опро­кидывания обеспечивается превышением зна­чения удерживающего момента над опроки­дывающим (см, рис. IV.!}. Составляя уравне­

ние моментов сил, действующих на автомобиль, относительно оси, про­ходящей через центры площадей контактов внешних колес, получаем:

откуда

В этом выражении учитывается, что из-за деформации рессор и элас­тичности шин центр тяжести автомобиля смещается в поперечном на­правлении на некоторую величину Д.

Для определения коэффициента поперечной силы необходимо ис­ходить из размеров автомобиля, вернее из отношения ширины его ко­леи Ь к высоте к центра тяжести.

На основе опытов величину бокового смещения А можно принять

равной примерно 0,2Ь. Отношение^- для современных легковых авто­мобилей колеблется от 1,8 до 2,5, для грузовых — от 2 до 3 и для авто­бусов — от 1,7 до 2,2. Принимая для расчета минимальное значение Ь = 1,7й, получаем, что для устойчивости автомобиля против опроки­дывания необходимо, чтобы коэффициент поперечной силы не превы­шал 0,6.

В нормальных условиях эксплуатации автомобилей и при обычных скоростях движения коэффициент поперечной силы не достигает этого значения. Случаи опрокидывания обычно бывают связаны о наездом колеса автомобиля на препятствие при заносе

Удобство поездок для пассажиров при движении автомобиля по кривой также определяется значением коэффициента поперечной си­лы.

При въезде на кривую водитель и пасса жир ощущают действующую на них центробежную силу, наклоняющую их вбок. Поэтому важно, чтобы величина центробежной силы не превышала значения, при кото­ром проезд по кривой становится неприятным.

Данные опытов, проведенных в СССР (канд. техн. наук Л. П. Ви- дугирис и др.) и за рубежом, показывают, что при коэффициенте по­перечной силы ц. = 0,1 пассажир, не глядящий на дорогу, не может различить, движется ли автомобиль по кривой или на прямом участке дороги. При (д, = 0,15 движение по кривой ощущается слабо, а при (я = 0,2, ясно ощущая движение, пассажир уже испытывает легкое неудобство. При |л = 0,3 въезд с прямого участка на кривую ощущает­ся как толчок, наклоняющий пассажира вбок. Потому считают, что для обеспечения удобства проезда по дороге для пассажиров величина коэффициента поперечной силы ц на кривых не должна превышать 0,15, а в сложных условиях 0,2.

Экономичность автомобильных перевозок на криволинейных участ­ках дорог так же зависит от коэффициента поперечной силы

(1У.7)

Действующая на автомобиль поперечная сила вызывает боковую Деформацию шин, в результате которой форма площадки контакта ши­ны с покрытием изменяется, а ее продольная ось образует некоторый 8* 67

угол по отношению к направлению движения (явление бокового уво­да). Колесо, оставаясь в той же вертикальной плоскости, начинает смещаться по этому направлению (рис. ГУ.З).

Водитель должен компенсировать боковой увод соответствующим поворотом передних колес под углом к движению.

Экспериментальные исследования показали, что при углах боково­го увода, меньших 3—4° для шин легковых автомобилей и 4—5^е для шин грузовых автомобилей, их величина прямо пропорциональна бо­ковой силе, приложенной перпендикулярно к плоскости качения коле­са;

к

где V — боковая сила, кгс; /г_ув — коэффициент сопротивления уводу, зависящий от упругости пневматической шины в поперечном направлении, кгс/град; для различных типов шин современных легковых автомобилей значе­ния ку_В составляют от 40 до 70 кгс/град («Москвич»—35, «Волга»—46, ЗИЛ-110 — 60 кгс/град.), для грузовых автомобилей от 100 до 200 кгс/град (ЗИЛ 150 — 13Б для шин передних колес и 160 кгс/град — для шин задних колес)

(IV.9)

Предложена эмпирическая формула, дающая зависимость 1г_уь от размеров стандартных шин отечественного производства:

к_ув=5Ь(й +2Ь){р+\),

где Ь — ширина профиля, дюймы; О — диаметр обода дюймы; р — дав­ление воздуха в шине, кгс/см^а

С увеличением угла бокового увода возрастает затрата мощности двигателя на качение колеса и резко повышается износ шин (рис.IV.4). Опытные данные показывают,, что если даже поперечная сила ограни­чена величиной, при которой угол увода не превышает I^е, износ шин увеличивается в 5 раз. При этом из-за возрастания сопротивления дви­жению дополнительные затраты мощности двигателя достигают 15%.

Этим условиям для современных легковых автомобилей соответст­вует коэффициент поперечной силы, примерно равный:

Таким образом, чтобы криволинейные участки дорог не являлись причиной существенного повышения себестоимости автомобильных

Рис. 1\⁷.3. Боковой увод колеса:

с — движение при отсутствии боковой силы; б — движение при наличии боковой силы; в —• форма площадей контакта шиНы с покрытием при отсутствии и наличии боковой силы,

6 — угол бокового увода

Рис. 1У.4. Характеристики движения автомобиля по кривой при качении колеса

с боковым уводом: с — затраты мощностей; б — износ шии

перевозок, необходимо проектировать кривые с радиусами, обеспе­чивающими при движении автомобилей с расчетной скоростью значе­ния коэффициента поперечной силы не более 0,1.