6.Динамика и кинематика автомобильного колеса. Реакции, действующие в контакте колеса с дорогой.

Энергия вращения, вырабатываемая двигателем, преобразуется в поступательное движение транспортного средства движетелем, в качестве которого в автомобиле выступает система колес с эластичными пневматическими шинами. Пневматическая шина представляет собой оболочку, наполненную сжатым воздухом. При качении колеса по дороге происходит деформация этой оболочки и проскальзывание элементов протектора относительно поверхности дороги.

При описании и анализе процесса качения колеса используют параметры, которые называют радиусами колеса. Различают свободный радиус, статический радиус, динамический радиус, кинематический радиус (радиус качения).

Свободный радиус – половина диаметра наибольшего сечения беговой дорожки колеса, не нагруженного внешними силами, плоскостью, перпендикулярной оси вращения, при отсутствии контакта колеса с опорной поверхностью.

Статический радиус – расстояния от центра неподвижного колеса, нагруженного только нормальной силой, до опорной поверхности.

Динамический радиус – расстояние от центра катящегося колеса до опорной поверхности дороги.

Кинематический радиус – отношение продольной составляющей поступательной скорости к его угловой скорости: rк = Vк/ωк

Шина соприкасается с дорогой бесконечно большим числом точек. В каждой из них на шину действует бесконечно малая сила — элементарная реакция дороги. Существуют нормальные, продольные и боковые реакции опорной поверхности. Есть еще касательная реакция, она действует в точках соприкосновения шин ведущих колес с дорогой.

7.Рассказать о силах, действующих на автомобиль при движении.

Каждый автомобилист должен знать физические законы и физические силы, действующие на автомобиль при движении.

Сила сопротивления качению возникает вследствие деформации шин и поверхности дороги. Она равна произведению нормальной нагрузки автомобиля на коэффициент сопротивления качению. Коэффициент сопротивления качению зависит от типа и состояния покрытия дороги, конструкции шин, их износа и давления воздуха в них, скорости движения автомобиля.

Сила сопротивления подъему тем больше, чем больше масса автомобиля и крутизна подъема дороги, которая оценивается углом подъема в градусах или величиной уклона, выраженной в процентах. При движении автомобиля под уклон сила сопротивления подъему, наоборот, ускоряет движение автомобиля.

Сила сопротивления дороги. Взаимодействие автомобиля и дороги сопровождается затратами энергии, которые можно разделить на три группы.

1. Затраты энергии на подъем автомобиля при движении в гору. При движении на подьеме сила больше чем на спуске и зависит от угла уклона.

2. Деформацию шин и дороги.

3. Колебания частей автомобиля.

Сила сопротивления воздуха зависит от коэффициента сопротивления воздуха, лобовой площади и скорости движения автомобиля. Коэффициент сопротивления воздуха определяется типом автомобиля и формой его кузова, а лобовая площадь - колеей колес (расстоянием между центрами шин) и высотой автомобиля.

Сила сопротивления разгону (сила инерции) зависит от массы автомобиля, его ускорения (приросту скорости в единицу времени) и массы вращающихся частей (маховик, колеса), на ускорение которых также затрачивается тяговая сила. При разгоне автомобиля сила сопротивления разгону направлена в сторону, обратную движению. При торможении автомобиля и замедлении его движения сила инерции направлена в сторону движения автомобиля.

Сила сцепления с дорогой зависит от веса, приходящегося на колесо, от состояния покрытия дороги, давления воздуха в шинах и рисунка протектора.

Коэффициент сцепления зависит от вида покрытия дороги и от его состояния: наличие влаги, грязи, снега, льда.

8.Сформулировать понятие силового баланса автомобиля.

Силовой баланс - равенство движущей силы сумме сил сопротивления движению транспортного средства.

С помощью уравнений силового баланса можно определить оценочные показатели тягово-скоростных свойств автомобиля. Разработаны как графические, так и аналитические методы решения этих уравнений.

9.Рассказать о графике силового баланса автомобиля. Рассказать о задачах, решаемых с помощью графика силового баланса и методах их решения.

10.Сформулировать понятие динамического фактора, динамической характеристики.

Динамический фактор – это безразмерная величина, выражаемая в долях единицы или процентах, который равен: D = ( РТ – РВ)/ Gа

Значения динамического фактора позволяют судить о тягово-скоростных свойствах конкретного автомобиля при разных нагрузках и сравнивать тягово-скоростные свойства различных автомобилей.

Динамической характеристикой автомобиля называется зависимость динамического фактора от скорости на различных передачах.

По динамической характеристике можно судить о тягово-скоростных свойствах АТС, в частности:

D max на высшей передаче показывает диапазон возможных дорожных сопротивлений, когда автомобиль может двигаться, не переключаясь на предшествующую передачу; Dmax на низшей передаче определяет максимальные дорожные сопротивления, преодолеваемые автомобилем.

11.Рассказать, какие задачи решаются с помощью динамической характеристики, дать методику их решения.

При помощи динамической характеристики можно определять основные параметры динамичности автомобиля — максимальную скорость движения на заданной дороге, предельную величину коэффициента сопротивления дороги при движении автомобиля на той или иной передаче и ускорение при разгоне, максимальный подъем, преодолеваемый на дороге, определение возможности буксования ведущих колес.

12.Сформулировать понятие мощностного баланса автомобиля.

Для решения ряда вопросов теории автомобиля иногда удобно вместо уравнения тягового баланса пользоваться мощностным балансом автомобиля, который имеет вид Nт = Nк + NП + NВ + NИ

Уравнение мощностного баланса показывает, как распределяется мощность, подводимая к ведущим колесам автомобиля для преодоления различных сопротивлений движению.

13.Рассказать о графике мощностного баланса. Рассказать о задачах, решаемых с помощью графика мощностного баланса и методах их решения.

Пользуясь графиком мощностного баланса, можно решать различные задачи по определению сопротивлений, преодолеваемых автомобилем при заданной скорости.

14.Рассказать о графике ускорений.

Ускорение, определяемое из уравнения силового баланса автомобиля , представленного в безразмерной форме, имеет вид

j=(D-ψ)g/δвр

Для расчета ускорения при разгоне выберем на динамической характеристике автомобиля пять-шесть значений скорости v, определим соответствующие им значения динамического фактора D и коэффициента сопротивления дороги ψ. Затем, решив уравнение, найдем значения ускорений при разгоне на различных передачах. По результатам расчетов построим график ускорений при разгоне автомобиля.

Из графика видно, что ускорение на низших передачах больше, чем на высших. Это связано с более высоким динамическим фактором на низших передачах. Область графика ускорений при V < Vmin соответствует троганию автомобиля с места при пробуксовке сцепления, которое продолжается незначительное время. Поэтому считается, что разгон начинается с минимальной скорости Vmin. Как видно из графика, у легковых автомобилей при максимальной скорости Vmax ускорение равно нулю. Это обусловлено тем, что при максимальной скорости запас мощности отсутствует.

Графики ускорений позволяют сравнить приемистость различных автомобилей на дорогах с одинаковым сопротивлением движению. Однако такое сравнение не совсем точно. Поэтому более точное сравнение приемистости обеспечивают графики времени и пути.

15.Описать методику расчетного определения времени и пути разгона. Изобразить график времени и пути разгона.

16.Дать понятие об условиях движения автомобиля по силе тяги и сцеплению ведущих колес с дорогой.

Трогание и движение автомобиля по дороге возможны только при условии, что сила тяги, развиваемая двигателем и приложенная в месте контакта колес с дорогой, превышает суммарные силы сопротивления, действующие на автомобиль. При этом обязательным условием является достаточное сцепление колес автомобиля, особенно ведущих, с поверхностью дороги, иначе они будут буксовать. Сила сцепления зависит от массы, приходящейся на колесо, от состояния покрытия дороги, давления воздуха в шинах и рисунка протектора. Если прекратить приложение силы тяги, то на горизонтальной дороге автомобиль под действием сил сопротивления постепенно остановится.

Pт > Рд + Рв + Ри, где Рт - сила тяги на ведущих колесах, Рд - сила сопротивления качению, Рв - сила сопротивления воздуха, Ри - сила инерции поступательно движущейся массы G автомобиля.