Сила і коефіцієнт зчеплення колеса з дорогою

Абсолютно тверде колесо, перекочуючись абсолютно твердою поверхнею, дотикається до неї по прямій, паралельній осі колеса (рис. 7). На площину, перпендикулярну осі колеса, ця пряма проектується в точку, в якій поступальна швидкість колеса дорівнює нулю.

Рис. 7. План швидкостей точок колеса

На рисунку v_к– поступальна швидкість осі колеса;v_τ– відносна швидкість точки колеса відносно осі,v_τ= ω∙r_к

В точці контакту

В центрі колеса v_к=v_τ= ω∙r_к

При перекочуванні еластичного колеса його контакт з поверхнею дороги відбувається по площині. Якщо в одній з точок площини контакту поступальна швидкість колеса дорівнює нулю, то очевидно, що всі інші точки колеса в площині контакту мають ненульову швидкість, тобто проковзують відносно поверхні дороги. В цьому випадку швидкість осі колеса

v_к=v_τ–v_s,

де v_s– швидкість проковзування.

Параметр називається коефіцієнтом поздовжнього ковзання.

Величина поздовжньої реакції R_x, що виникає в контакті колеса з дорогою залежить від підведеного моменту:

Збільшення моменту зумовлює зростання поздовжньої реакції, але після досягнення певного значення поздовжня реакція перестає зростати, оскільки шина ковзає відносно поверхні дороги, тобто втрачає зчеплення з дорогою.

На плоскій твердій опорній поверхні зчеплення можна вважати аналогічним тертю ковзання. Для ґуми, як основного матеріалу шини, відомо, що в початковий момент ковзання сила тертя різко збільшується, а потім при підвищенні швидкості ковзання, зменшується. При сталому нормальному навантаженні на колесо залежність поздовжньої реакції R_xвід коефіцієнта поздовжнього ковзання s відображається графіком (рис. 8).

Рис. 8. Залежність поздовжньої реакції від проковзування

Найбільше значення поздовжньої реакції, що діє в опорній площині, яке може бути реалізованим за умовою зчеплення колеса з дорогою, називається силою зчеплення колеса з дорогою:

Р_φ= R_xmax

Найбільше значення питомої поздовжньої реакції в контакті колеса з дорогою називається коефіцієнтом зчеплення

На твердих опорних поверхнях R_xmaxдосягається при 10…15% проковзуванні колеса, тобто при s = 0,1…0,15.

До експлуатаційних чинників, що впливають на величину коефіцієнта зчеплення, належать:

– тип і стан дороги;

– знос протектора;

– тиск повітря в шині;

– нормальне навантаження на колесо.

Значення коефіцієнта зчеплення на різних дорогах:

сухий асфальт і бетон	0,8…0,9
мокрий асфальт	0,5…0,7
мокрий бетон	0,75…0,8
гравій	0,55…0,65
суха ґрунтова дорога	0,65…0,7
мокра ґрунтова дорога	0,5…0,55
ущільнений сніг	0,15…0,2
лід	0,1

Виступи протектора шини при русі взаємодіють з нерівностями дороги. При зносі протектора ступінь цієї взаємодії зменшується, коефіцієнт зчеплення також зменшується.

Значення коефіцієнта зчеплення залежить від величини площі контакту. Із збільшенням площі контакту шини з дорогою збільшується кількість мікронерівностей дороги, що взаємодіють з колесом, і коефіцієнт зчеплення збільшується. Зниження тиску повітря в шині спричиняє зростання деформації шини, а отже і збільшення площі контакту та коефіцієнта зчеплення. Збільшення нормального навантаження на колесо впливає на коефіцієнт зчеплення так само, як зменшення тиску повітря в шині.