Коэффициент сопротивления уводу шины

Увод колеса и поворачиваемость автомобиля

При наличии достаточной силы сцепления между шиной и дорогой эластичное колесо, нагруженное поперечной силой, может катиться без скольжения под некоторым углом к своей средней продольной плоскости. Такое качение называется уводом колеса, а угол, образованный вектором скорости центра колеса с этой плоскостью, – углом увода колеса δ_ув.

Угол увода колеса можно определить по формуле:

(9.4)

где k_ув – коэффициент сопротивления уводу колеса, Н/рад, показывающий, какую по величине силу нужно приложить к колесу, чтобы оно катилось с углом увода, равным 1 рад.

Рисунок 9.2 – Качение эластичного колеса при отсутствии (а) и действии (б) боковой силы

Поворачиваемость – свойство автомобиля изменять направление движения без поворота управляемых колес. Основные причины поворачиваемости: увод колес, вызываемый эластичностью шин; поперечный крен кузова, связанный с эластичностью подвески автомобиля. В зависимости от соотношения углов увода передних и задних колес (мостов) автомобиль может иметь нейтральную, недостаточную и излишнюю поворачиваемость.

Нейтральная поворачиваемость характеризуется тем, что углы увода передних и задних колес равны (δ₁ = δ₂), и, следовательно, R_э = R. Однако траектории движения автомобиля с жесткими шинами не совпадает с траекторией движения автомобиля с эластичными шинами (рис. 9.3, а). В этом случае вследствие увода центр поворота находится не в точке О, как у автомобиля с жесткими шинами, а в месте пересечения перпендикуляров к векторам скоростей переднего и заднего мостов (точка О₁).

а

б

в

Рисунок 9.3 – Схемы движения автомобиля с различной степенью поворачиваемости: а – нейтральная; б – недостаточная; в – избыточная

Недостаточная поворачиваемость характеризуется тем, что угол увода передних колес больше, чем угол увода задних колес (δ₁ > δ₂), и R_э > R. Для движения автомобиля с недостаточной поворачиваемостью по траектории заданного радиуса управляемые колеса необходимо повернуть на больший угол, чем при жестких колесах (рис. 9.3, б). Следовательно, автомобиль с недостаточной поворачиваемостью безопасен при движении на повороте, так как у него имеется некоторый резерв «подруливания».

Излишняя поворачиваемость характеризуется тем, что угол увода передних колес меньше, чем угол увода задних колес (δι δ₂ имеет отрицательное значение.

Для количественной оценки шинной поворачиваемости автомобиля применяют коэффициент поворачиваемости η_пов, равный:

(9.6)

При излишней поворачиваемости (η_пов > 1), при нейтральной – (η_пов = 1), а при недостаточной – (η_пов

Дата добавления: 2016-02-27 ; просмотров: 7809 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Расчет коэффициентов сопротивления увода колес

У колеса, снабженного эластичной шиной, под действием боковой силы происходит боковая деформация элементов, расположенных между контактной площадкой и ободом. В результате этого катящееся колесо движется одновременно со скоростями Vx (в плоскости вращения) и Vy (перпендикулярно этой плоскости). Вектор скорости Vк колеса, равный геометрической сумме скоростей Vx и Vу, отклоняется от плоскости вращения на некоторый угол d.

Отклонение вектора скорости эластичного колеса от плоскости его вращения при действии любой по величине боковой силы называется явлением бокового увода (или просто уводом), а угол между этим вектором и плоскостью вращения – углом увода.

Скольжение в контакте не изменяет формы траектории установившегося качения колеса с уводом, но влияет на соотношение между боковой силой Py и обусловленным ею углом увода. На экспериментально полученной кривой зависимости Ру от d (рис. 1) можно условно выделить три участка. При изменении d от нуля до некоторого значения, различного для разных шин, нормальных нагрузок и коэффициентов трения между шиной и опорной поверхностью, зависимость Py от d почти линейна (участок ob)

Этот участок соответствует значениям Ру, при которых зона скольжения мала.

Коэффициент Кy называется коэффициентом сопротивления уводу. Он равен боковой силе, вызывающей увод с углами d = 1° (d = 1 рад) и выражается в Н / ° (Н / рад).

Участок bс соответствует значениям Ру, при которых скольжение происходит на значительной части контактной площадки, тем большей, чем больше d. В точке с сила Ру достигает значения, максимально возможного по условиям сцепления, а на участке cd определяется равенством

где Rz – радиальная нагрузка на колесе; jy – коэффициентом поперечного сцепления.

Условно на участке 0с боковое перемещение колеса под действием силы Ру называют боковым уводом, а на участке cd – боковым скольжением. Значение угла dj, при котором начинается боковое скольжение, зависит от конструкции шины, нормальной нагрузки, коэффициента jy и ряда других факторов. Обычно на сухой твердой опорной поверхности dj =12–20°.

Рис. 1. Зависимость боковой силы Ру от угла увода

Величина коэффициента сопротивления уводу зависит от множества конструктивных и эксплуатационных факторов. К ним относятся ширина и высота профиля шины, угол наклона нитей корда и число их слоев, давление воздуха в шине, нормальные и касательные нагрузки, режим движения колеса и многое другое. Влияние размеров шин тороидного сечения на коэффициент сопротивления боковому уводу с достаточной степенью точности описывается эмпирической формулой

Ку = 780(dш + 2Вш)Вш(98 + рш)

где dш и Вш – посадочный диаметр и ширина профиля шины соответственно, м; Рш – давление воздуха в шине, кПа.

Увеличение слоев корда и уменьшение угла наклона нитей приводит к росту Ку, причем у шин с радиальным расположением нитей корда больше, чем у диагональных, оказывает влияние конструкция бреккера и материал корда. Радиальные шины с металлическим кордом имеют на 30–50 % более высокие коэффициенты Ку, чем такие же шины с текстильным кордом. При износе протектора шины коэффициент сопротивления уводу также растет, и у значительно изношенной шины он увеличивается на 30–40 %. С увеличением внутреннего давления в шине коэффициент сопротивления боковому уводу также растет, причем наибольшего значения для шин под номинальной нагрузкой Ку достигает при давлении, значительно большем рекомендуемого для данной шины. Однако при дальнейшем увеличении давления коэффициент уменьшается, что объясняется уменьшением длины контакта шины с опорной поверхностью. Для шин уже заданной конструкции и размера наиболее существенное влияние оказывают силы, действующие на колесо. Прежде всего, это нормальная нагрузка (или нормальная реакция опорной поверхности), с увеличением которой сопротивление боковому увеличивается, затем несколько падает. Максимума коэффициент сопротивления боковому уводу достигает при номинальной нагрузке для данной шины. Значительное влияние на сопротивление уводу оказывают продольные касательные реакции при качении колеса в тяговом и тормозном режимах. С увеличением этих сил сопротивление уводу уменьшается.

Это важно:

Движение в сложных погодных условиях

Если вам надо срочно ехать, а на улице сильный дождь, ночь или ослепительно яркое солнце, то, скорее всего, это вас не остановит. Но если уж вы решились на поездку в таких условиях, только одного осознания трудностей предстоящей поездки недостаточно.

Источник

Коэффициенты сопротивления уводу шин

Размерность шин	Модель шины	К-т сопр. уводу, кгс/град

Боковая жесткость радиальных шины на 10-15 % меньше и увод колес на таких шинах соответственно больше.

Центры поворота автомобиля при различных углах увода передних и задних колес показаны на рис. 97. Угол увода передних колес – d₁, задних – d₂, средний угол поворота передних колес – θ, центр поворота автомобиля с учетом увода колес – О, радиус поворота с учетом увода колес – R₁, база автомобиля – L.

Если d₂ ³ d₁, т.е. угол увода задних колес больше, чем передних, радиус поворота уменьшается. Такая поворачиваемость автомобиля называется излишней.

Эксплуатация автомобиля с разнотипными шинами, когда на одной оси устанавливаются радиальные шины, на другой диагональные, опасна и потому не рекомендуется. Нужное соотношение между углами увода передних и задних колес легковых автомобилей с однотипными шинами устанавливается разным давлением воздуха в шинах. Так на автомобиле ВАЗ-2105 давление в шинах передних колес рекомендуется 0,17 МПа, в шинах задних колес – 0,2 МПа.

Определить радиус поворота автомобиля с учетом увода его колес можно следующим образом. Опустив перпендикуляр из центра поворота автомобиля точки О на его продольную ось, который пересекаeтся с осью в точке А (рис. 92), составим зависимости:

R₁ = .

Если углы в радианах,

R₁ = . (70)

Нетрудно заметить, что в приведенной выше зависимости радиус поворота автомобиля может иметь конечное значение даже, если поворот колес будет отсутствовать. т.е. θ = 0. Для этого необходимо чтобы d₂ ³ d₁. При скорости, называемой критической, двигавшийся в прямом направлении автомобиль в результате действия поперечной силы от дорожной неровности сначала незначительно, а далее все более интенсивно движется по спирали к центру поворота, что может привести к опрокидыванию автомобиля

Рис. 98. Поворот автомобиля

Определить критическую скорость можно следующим образом. На рис. 98 показана зависимость между разностью углов увода задних и передних колес от удельной поперечной силы для различных постоянных скоростей автомобиля. Одна из таких скоростей V_кр – критическая.

Используя рис. 93, составим следующие зависимости:

где G₂ – сила тяжести автомобиля, приходящаяся на задние колеса; G₁ – сила тяжести автомобиля, приходящаяся на передние колеса; К_{d 2} – коэффициент сопротивления уводу задних колес автомобиля; К_d1 – коэффициент сопротивления уводу передних колес.

Кроме того, для критической скорости d₂ – d ₁ = L / R₁.

Из рис. 99 можно записать:

После подстановки выражения для P_j = G_a V 2 _кр /g R₁ и преобразований получим

Приравняв правые части tq a в первом и во втором случаях, напишем выражение для определения критической скорости:

Откуда

V_кр = (71)

Критическая скорость должна быть выше максимальной. Определять критическую скорость при проектировании легковых автомобилей совершенно необходимо. Если максимальная скорость оказалась выше критической, изменением параметров выражения (71) добиваются её увеличения.

Рис. 99. Диаграмма управляемости автомобиля

Дата добавления: 2020-06-09 ; просмотров: 137 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Устройство автомобилей

Увод колеса и поворачиваемость автомобиля

Увод колеса

При прохождении автомобилем поворота возникающая боковая сила Р_у действует на весь автомобиль, в том числе и на колеса, которые находятся в контакте с дорогой. Поскольку колеса снабжены эластичными шинами, то боковая сила Р_у вызовет деформацию шин в зоне контакта колес с дорогой.

Отклонение вектора скорости эластичного колеса от плоскости его вращения при действии любой по величине боковой силы называется боковым уводом (или просто уводом), а угол между этим вектором и плоскостью вращения колеса – углом увода.

Боковая сила, вызывающая увод, может быть связана с углом увода соотношением:

где k_ув – коэффициент сопротивления уводу, показывающий какую по величине поперечную силу надо приложить к колесу, чтобы оно катилось с углом увода, равным 1 рад.

Для малых углов увода (до 6˚) коэффициент k_ув приближенно можно считать постоянным. Для легковых автомобилей k_у изменяется от 15 до 40 Н/рад, а для грузовых автомобилей и автобусов – от 30 до 100 Н/рад.

Коэффициент k_ув можно считать постоянным лишь приближенно. Увеличение вертикальной нагрузки и давления воздуха в шинах сопровождается повышением сопротивления уводу.
При возникновении увода происходит деформация шины в радиальном и поперечном направлении, в результате чего возрастает внутреннее трение в шине. При дальнейшем увеличении углов увода начинается скольжение протектора по дороге. Результатом этого является то, что сила, необходимая для качения колеса с уводом должна быть больше, чем для его качения без увода.

Поворачиваемость автомобиля

Свойство автомобиля изменять направление движения без поворота управляемых колес называется поворачиваемостью автомобиля. Поворачиваемость проявляется в результате бокового увода колес вследствие эластичности шин или поперечного крена кузова вследствие эластичности упругих элементов подвески. Поэтому различают поворачиваемость шинную и креновую.

Если в автомобиле с жесткими шинами центр поворота находится в точке О (рис. 2) пересечения продолжения осей передних и задних колес, то у автомобиля с эластичными шинами центр поворота будет находиться в точке О₁ пересечения перпендикуляров к векторам скоростей v₁ и v₂ переднего и заднего мостов. Тогда можно записать:

где δ₁ и δ₂ – углы увода соответственно переднего и заднего мостов;
ρ_э – радиус поворота автомобиля с эластичными шинами;
L – база автомобиля.

Для автомобиля с жесткими шинами углы увода равны нулю: δ₁ = δ₂ = 0, и для радиуса поворота справедлива формула:

где ρ – радиус поворота автомобиля с жесткими шинами.

При действии поперечной силы на автомобиль с жесткими шинами он будет сохранять свое прежнее направление движения, пока обеспечивается его устойчивость по сцеплению колес с дорогой. Автомобиль же на эластичных шинах с нейтральной поворачиваемостью при действии боковой силы будет двигаться прямолинейно под углом δ_ув к прежнему направлению движения.

Чтобы понять влияние различных видов поворачиваемости на устойчивость автомобиля, рассмотрим воздействие на автомобиль боковой силы Р_у в случае, когда угол поворота управляемых колес равен нулю: θ = 0.

В случае нейтральной поворачиваемости (рис. 3, а) автомобиль будет двигаться под углом δ_ув = δ₁ = δ₂ к траектории своего прежнего движения.

Креновая поворачиваемость автомобиля зависит от конструкции подвески. На рис. 4 показан задний мост с подвеской на листовых полуэллиптических рессорах, который поворачивает направо. Передние концы рессор соединены с кузовом простым шарниром, а задние – при помощи серьги.

Под действием поперечной силы Р_у кузов автомобиля наклоняется, вызывая сжатие левых рессор и распрямление правых. Левая рессора, сжимаясь, перемещает задний мост назад (в точку А ), а правая распрямляясь перемещает его вперед (в точку В ). В результате задний мост поворачивается в горизонтальной плоскости.

Если вследствие крена углы поворота переднего и заднего мостов неодинаковы по величине и направлению, то автомобиль поворачивает, хотя передние колеса относительно балки моста не повернуты. Так, при действии одной и той же силы Р_у один автомобиль (рис. 5, а) повернет вправо, а второй автомобиль (рис. 5, б) – влево.

У автомобиля с излишней креновой поворачиваемостью при действии поперечной силы кривизна траектории непрерывно увеличивается. Это приводит к росту центробежной силы и дальнейшему уменьшению радиуса поворота. Однако максимальное значение угла поперечного крена обычно ограничивается упорами, предусмотренными конструкцией подвески.

Креновая поворачиваемость связана с шинной поворачиваемостью, так как увод колеса возникает не только под действием моментов, но и при наклоне колеса к вертикали (развале).
Если направление поперечной силы совпадает с направлением развала, то увод возрастает. Один градус развала вызывает увод в 10…20 градусов.
У автомобилей с независимой подвеской на поперечных рычагах крен кузова вызывает изменение развала.
При двухрычажной подвеске колеса наклоняются в сторону крена кузова и направления поперечной силы, что увеличивает общий увод моста.
При однорычажной подвеске колеса наклоняются в сторону, противоположную крену кузова и навстречу поперечной силе, при этом общий увод моста уменьшается.

Так как автомобиль, имеющий недостаточную поворачиваемость, обладает большей устойчивостью, то при его конструировании и эксплуатации стремятся обеспечить именно недостаточную поворачиваемость. Поэтому у легковых автомобилей наиболее распространена подвеска на двух рычагах. Заднюю подвеску выполняют зависимой или же независимой на одном поперечном рычаге.
Если сделать наоборот (впереди установить зависимую, а сзади двухрычажную независимую подвеску), то это приведет к резкому ухудшению управляемости автомобиля.

При эксплуатации для сохранения недостаточной поворачиваемости автомобиля при перевозке грузов их размещают так, чтобы их центр тяжести находился ближе к передней оси автомобиля.
Во всех случаях давление воздуха в шинах колес передней оси поддерживают ниже, чем в задних шинах, а в случае вынужденного использования шин разной конструкции следует более жесткие шины устанавливать на заднюю ось, а менее жесткие – спереди.

Автомобиль с излишней поворачиваемостью может вообще потерять управляемость. Из формулы (3) получим:

При прямолинейном движении автомобиля δ₁ = δ₂ = θ = 0, ρ_э = ∞ и обе части уравнения (3) равны нулю.
Если на автомобиль кратковременно подействует боковая сила (например, порыв ветра), то возникает большой увод колес. В этом случае в уравнении (3) δ₁ > 0, δ₂ > 0 и δ₂ > δ₁ (автомобиль имеет излишнюю поворачиваемость), θ = 0, следовательно,

Допустим, что сила Р_ц параллельна силам боковых реакций R_у1 и R_у2 дороги на колеса автомобиля. Такое допущение основывается на том, что после возникновения центробежная сила Р_ц и радиус поворота ρ_э достаточно велик.
Тогда из уравнения равновесия автомобиля следует (рис. 6)

На основании отношения (1) и с учетом уравнений (5) и (6) получим:

где k_ув1 и k_ув2 – коэффициенты сопротивления боковому уводу шин переднего и заднего мостов соответственно.

Из выражений (5), (7) и (8) определяется критическая скорость автомобиля по условиям управляемости:

У автомобилей с недостаточной или нейтральной поворачиваемостью критическая скорость vув отсутствует, так как при δ₂ δ₁ подкоренное выражение отрицательно, а при δ₂ = δ₁ оно равно бесконечности.

Источник

Кинематика поворота

При повороте автомобиля, кроме сил, действующих по продольной оси, возникают силы в перпендикулярном направлении. Эти силы называются боковыми. Движение автомобиля по дуге происходит под действием центростремительных сил, возникающих в результате поворота управляемых колес и действующих в плоскости соприкосновения колес с дорогой. Центростремительные силы уравновешивают центробежные силы, стремящиеся вернуть автомобиль к прямолинейному движению. Равнодействующую центробежных сил считают приложенной к центру масс автомобиля и направленной по радиусу окружности от центра, называемого центром поворота автомобиля.

Качение колеса при действии на него боковых сил. Понятие об уводе эластичного колеса

До сих нор мы рассматривали прямолинейное движение автомобиля и считали, что все внешние силы, действующие на него, направлены либо но движению, либо против движения. При повороте автомобиля, кроме этих сил, возникают также силы, перпендикулярные направлению движения, которые будем называть боковыми силами.

Из механики известно, что движение любого тела по дуге окружности возможно только в результате действия на это тело центростремительной силы. У автомобиля центростремительной силой является сумма боковых сил Y сцепления колес с дорогой (рис. 39), возникающих в результате поворота его управляемых колес. Центростремительная сила уравновешивает центробежную силу, стремящуюся сохранить прямолинейное движение автомобиля. Центробежную силу считают приложенной в центре тяжести автомобиля и направленной по радиусу окружности, описываемой центром тяжести в сторону от центра этой окружности, называемого центром поворота автомобиля.

Боковые силы сцепления колес с дорогой возникают также и при движении автомобиля по любой другой криволинейной траектории.

Рис. 39. Схема сил, действующих на автомобиль при повороте

Таким образом, при повороте автомобиля на каждое из его колес действуют три силы взаимодействия с дорогой (рис. 40): нормальная реакция касательная реакция R_x и боковая реакция R_y. Соответственно, сила, действующая на колесо со стороны автомобиля, также будет иметь три составляющие: нормальную нагрузку Р_г, толкающую силу Р_х и боковую силу Р_у.

Поэтому можно записать неравенство:

Рис. 40. Силы, действующие на колеса автомобиля при повороте

Источник