Сили, що діють на автомобіль Види прямолінійного руху колеса

Перш ніж розглядати рух всього автомобіля, а також зовнішні і внутрішні сили, що діють на нього, розглянемо рух його рушія – колеса – в поздовжній площині, що перпендикулярна до опорної поверхні і паралельна площині обертання колеса.

Ні колесо, ні поверхня, по якій воно котиться, не є абсолютно жорсткими фізичними тілами, а хоча б незначно деформуються. Внаслідок деформації колеса під дією реакції дороги R_zі деформації опорної поверхні під впливом нормального навантаженняP_zколесо торкається дороги не в точці або по лінії, паралельній осі колеса, а по опорній площині, форма якої близька до еліпса (рис. 3).

Рис. 3. Контакт нерухомого колеса з дорогою

Залежно від співвідношення нормальної жорсткості колеса і жорсткості опорної поверхні може бути різне співвідношення деформацій колеса і опорної поверхні, що дає підстави розглядати три види руху колеса:

а) рух еластичного колеса по твердій дорозі (рис. 4, а). В даному випадку вважається, що деформація опорної поверхні мізерна порівняно з деформацією колеса. Прикладом цього є рух будь-якого автомобільного колеса по дорозі з асфальтобетонним чи бетонним покриттям;

б) рух твердого колеса по еластичній дорозі (рис. 4, б). В даному випадку вважається, що деформація колеса мізерна порівняно з деформацією опорної поверхні. Прикладом може бути рух вантажного автомобіля по свіжому снігу, по піску, по пухкому грунті;

в) рух еластичного колеса по еластичній дорозі (рис. 4, в). В цьому випадку деформації колеса та опорної поверхні співмірні. Цей випадок відповідає рухові автомобіля з низьким тиском повітря в шинах по ріллі, луках тощо.

Рис. 4. Види руху колеса

Надалі будемо розглядати лише перший вид руху колеса, оскільки він найпоширеніший при розгляді руху автомобілів по дорогах. Водночас зазначимо, що все, справедливе для нього, може з незначними змінами і доповненнями застосовуватися до найзагальнішого третього виду руху. Ще зазначимо, що другий випадок руху на даний час не має практичного змісту, оскільки на автомобілях встановлюють все еластичніші шини.

Сили, що діють на еластичне колесо при його коченні по твердій опорній поверхні

З боку автомобіля на колесо діють сили P_x,P_zі момент Т (рис. 5, а). СилуP_zназивають нормальним навантаженням на колесо, воно спрямоване вниз перпендикулярно до поверхні дороги. СилуP_xназивають поздовжньою, вона паралельна до площини дороги і залежно від режиму кочення може бути напрямлена за рухом колеса або проти його руху. Момент Т підводиться до колеса від півосі або від гальмового механізму. В першому випадку він називається тяговим або ведучим, в другому гальмівним.

Рис. 5. Навантаження автомобільного колеса

При русі автомобіля з боку опорної поверхні дороги на колесо діють поздовжня і нормальна реакції. Поздовжня реакція R_xрозміщена в площині дороги і залежно від режиму кочення може бути спрямована в бік руху колеса чи навпаки. Нормальна реакція R_zспрямована вгору перпендикулярно до поверхні дороги. Точка її прикладання зміщена на певну віддаль вперед за рухом колеса відносно лінії дії нормальної силиP_z. Розглянемо причину цього зміщення.

При вході в контакт з дорогою елементи шини деформуються в радіальному напрямку (рис. 5, б). На частині контактної площини від входу в контакт (точка А) до середини (точка О´) вони стискаються; на частині від точки О´ до виходу з контакту (точка В) вони роздеформовуються. Як і будь-який реальний пружний елемент, шина більшою чи меншою мірою є пластичною, тобто після прикладання навантаження і наступного його зняття шина залишається дещо здеформованою. Ця деформація називається залишковою; вона є причиною того, що віддалі від осі О до точок входу в контакт А і виходу з контакту В не однакові, а саме ОА > ОВ на величину залишкової деформації. З огляду на це справедливий вираз ОА – ОО´ > ОВ – ОО´, тобто деформації елементів шини в передній за рухом частині площини контакту більші за деформації елементів шини в задній частині площини контакту. Внаслідок різниці деформацій нормальні реакції елементів шини також більші в передній частині (рис. 5, в). Нормальна реакція дороги на колесо R_zє геометричною сумою елементарних нормальних реакцій. Оскільки останні не симетричні щодо центру площини контакту, то їх рівнодійна R_zзміщена вперед на величину а.