Вопрос. Силы и моменты, действующие на автомобиль при движении.
Стр 1 из 10Следующая ⇒
Вопрос. Силы и моменты, действующие на автомобиль при движении.
Ответ. При движении на автомобиль действует целый ряд сил, которые называются внешними. К ним относятся (рис. 3.1) сила тяжести G, силы взаимодействия между колесами автомобиля и дорогой (реакции дороги) Rx1, Rx2, Rz1, Rz2и сила взаимодействия автомобиля с воздухом (реакция воздушной среды) Рв.
Рис. 3.1. Силы, действующие на автомобиль с прицепом при движении: а — на горизонтальной дороге; б — на подъеме; в — на спуске
Одни из указанных сил действуют в направлении движения и являются движущими, другие — против движения и относятся к силам сопротивления движению. Так, сила
Основной движущей силой автомобиля является касательная реакция дороги Rx2на ведущих колесах. Она возникает в результате подвода мощности и крутящего момента от двигателя через трансмиссию к ведущим колесам.
По дисциплине «Конструкция и эксплуатационные свойства ТиТТМО»
Вопрос. Уравнение тягового баланса автомобиля.
Ответ.
Движение автомобиля по дороге возможно только в том случае, если сила тяги, развиваемая на ведущих колесах автомобиля, больше или равна сумме сил дорожных сопротивлений. Если величина силы тяги PТ превышает сумму сил дорожных сопротивлений, то этот запас используется либо на ускорение автомобиля, либо на буксировку автомобилем дополнительного груза. Математически это положение описывается с помощью уравнения тягового баланса автомобиля. Уравнение тягового баланса автомобиля имеет следующий вид
РТ = РΨ + РW + Рj,
где РΨ — cила сопротивления дороги, Н;
РW — сила сопротивления воздуха, Н;
Рj — сила инерции автомобиля при его неравномерном движении (при ускорении или замедлении), Н.
Уравнение тягового баланса автомобиля проще и наглядней решать графическим способом, при котором строим графики зависимости каждого из слагаемых уравнения от скорости движения автомобиля, и производим сравнение положения точек кривой с положением точек суммарной кривой РΨ и РW.
Для построения графика зависимости силы тяги РТ на ведущих колесах автомобиля от скорости его движения используется выражение 13
, Н (13)
где Ме- вращающий момент на выходном конце коленвала двигателя при соответствующей его частоте вращения, Нм;
Скорость движения автомобиля при различных частотах вращения коленвала двигателя определяется по формуле-14
, км/ч (14)
Значения сил тяги РТ и скоростей автомобиля V следует определять для частот вращения коленвала двигателя nе, которые являются границами интервалов при разбиении всего диапазона частот вращения коленвала.
По дисциплине «Конструкция и эксплуатационные свойства ТиТТМО»
Рис.5. Распределение нагрузки на колеса двухосного автомобиля.
Очевидно, G1+ G2 = G. Практически величины G1 и G2 определяются путем взвешивания отдельно передней и задней частей автомобиля. По экспериментально определенным значениям G 1 и G2 легко рассчитать (обратная задача) положение центра массы (отрезки а и b), используя для этого приведенные выше формулы.
При движении автомобиля возникают дополнительные силы и моменты, которые перераспределяют нагрузки на колеса. Например, сила сопротивления воздуха и подъему, бокового ветра, сила инерции при ускоренном или замедленном движении автомобиля и др.
Коэффициент сцепления ведущего колеса с дорогой
Коэффициент сцепления колеса с дорогой φ представляет собой отношение той силы, которая может вызвать относительное перемещение опорной поверхности шины колеса по дороге, к реакции дороги на колесо, направленное нормально к поверхности дороги. Это определение аналогично установленному в механике определению коэффициента трения первого рода между двумя твердыми телами. Поэтому часто считают, что коэффициент сцепления и коэффициент трения -–понятия равнозначащие. Это положение весьма близко к действительности для дорог с твердым покрытием. Здесь передача тангенциальных усилий от колеса к дороге обуславливается почти исключительно трением между опорной поверхностью шины и дорогой.
Коэффициент сцепления колеса на таких дорогах трудно определим расчетным путем и выясняется проведением экспериментальных исследований. Исследуемый автомобиль с полностью заторможенными колесами буксируется с помощью специального тягача при одновременном измерении усилия на сцепке с помощью динамометра. Отношение этого усилия к полному весу буксируемого автомобиля представляет собой коэффициент сцепления.
Этим способом можно определить величину φ на дорогах с покрытиями различного типа. Существуют и другие способы определения φ, например, торможением автомобиля на исследуемом участке дороге с одновременным измерением тормозных путей.
Автомобиль с одинарными шинам обладает более высокой проходимостью по сравнению с автомобилем, оснащенным спаренными шинами. Объясняется это тем, что при наличии второй шины при движении по мягкой дороге (глина, песок, снег) дополнительно расходуется мощность на образование второй колеи. Кроме того, при переходе от спаренных колес к одинарным неизбежно должен быть увеличен диаметр шины (по соображениям сохранения заданного удельного давления в зоне контакта колеса с дорогой), что также благоприятно сказывается на повышении проходимости.
Большое влияние на тягово-сцепные качества автомобиля оказывают геометрические параметры грунтозацепов протектора шины. Грунтозацепы шины ведущего колеса, погружаясь в грунт, деформируют его не только в радиальном, но и в тангенциальном направлении, и постепенно уплотняют. По мере уплотнения грунта в тангенциальном направлении, его сопротивление сдвигу возрастает до некоторого предела, после чего начинается разрушение (сдвиг) грунта. Соответственно этому по мере деформации грунта, внешним проявлением чего служит частичная пробуксовка шины (ее поворачивание на угол, соответствующей величине уплотнения грунта), коэффициент сцепления возрастает до некоторого максимума, а затем падает до величины, характеризуемой внутренним трением между частицами грунта.
По дисциплине «Конструкция и эксплуатационные свойства ТиТТМО»
Торможение двигателем
Торможение двигателем
Этот способ подходит для транспортных средств с механической коробкой передач. Данный способ для уменьшения числа оборотов двигателя и понижения скоростного режима предполагает включение пониженной передачи. Эффективен при спокойной езде.
Если этого не достаточно для эффективного замедления движения авто, придется включить более низкие передачи. Только поэтапно: с пятой на четвертую и дальше. Смысл этих действий в том, что чем более низкая передача применяется, тем сильнее торможение.
Технически весь процесс выглядит так. При бросании газа сцепление автомобиля остается по-прежнему на включенной передаче. Отпуская тормозную педаль, выжимается сцепление, включается более низкая передача. После этого постепенно отпускается педаль сцепления.
Советы: Система автопилота в легковых автомобилях
Чаще всего торможение двигателем применимо на крутых спусках, в сложных погодных условиях (гололед, дождь, листопад), когда сцепление колес с поверхностью проезжей части не достаточно.
Что касается крутых склонов, тут есть одна хитрость. Дело в том, что при постоянной работе тормозов их колодки и диски перегреваются, значительно снижая эффективность торможения. Чтобы избежать тепловой эффект, следует выбирать соответствующую крутизне склона передачу: чем круче склон, тем должна быть ниже передача. Тормозить лучше двигателем, работая педалью газа. Как обеспечить равномерное движение? Жмем газ для ускорения и отпускаем эту педаль для снижения скорости.
Импульсное торможение
Импульсное торможение
Для снижения скорости движения при помощи тормозной системы используется импульсное (прерывистое) торможение.
Здесь педаль тормоза нужно выжать до упора, кратковременно отпуская тормоз.
Важно знать, что момент начала торможения не должен быть слишком интенсивным во избежание блокировки ведущих колес, а должно осуществляться на грани блокировки.
Потом кратковременно усилие на тормоз ослабляется и вновь идет торможение на грани. Весь процесс повторяется до полного прекращения движения автомобиля (или до достижения необходимой скорости).
Советы: Правильное переключение передач
Как показывает практика, этот способ лучше использовать совместно с торможением двигателем.
Для автомобилей, оборудованных системой антиблокировки, этот способ не актуален. На ABS-автомобилях импульсное торможение в случае необходимости происходит на автомате. Нажал водитель на тормоз до упора – и ему достаточно просто удерживать его в этом положении. Пусть водителя не пугает вибрация педали: это происходит при срабатывании антиблокировки.
Ступенчатое торможение
Это ежедневное штатное торможение. Его использует практически каждый водитель. Различают торможение с повышенным и пониженным усилием.
Повышение усилия торможения применяется во время плохих погодных условиях. Суть приема в увеличении степени нажатия на педаль тормоза и его продолжительности. Способ позволяет водителю прочувствовать качество дорожного полотна и способность автомобиля совершить необходимый маневр.
Понижение усилия используется при хорошем сцеплении автошин с поверхностью проезжей части, когда возможно движение на высокой скорости. Чтобы затормозить, педаль тормоза нужно выжать до упора, удержав в таком положении некоторое время. Дальнейшие нажатия должны происходить быстро и, в то же время, непродолжительно, позволяя водителю контролировать степень снижения скорости. Способ подходит для быстрого замедления движения, но применим только при благоприятных дорожных условиях.
По дисциплине «Конструкция и эксплуатационные свойства ТиТТМО»
Избыточная поворачиваемость
Пример избыточной поворачиваемости
Если боковой увод колес задней оси больше, чем увод колес передней оси, и угол поворота машины относительно центра масс увеличивается, то это называется избыточной поворачиваемостью. (англ. oversteering). В этом случае у автомобиля сносит заднюю ось, вплоть до разворота.
В случае возникновения заноса задних колёс:
- на заднеприводном автомобиле повернуть руль в сторону противоположную направлению поворота (в сторону заноса) и либо отпустить газ (но не доводя автомобиль до торможения двигателем и не очень резко), либо нажать на газ, переведя автомобиль в режим управляемого заноса;
- на полноприводном автомобиле: повернуть руль в сторону противоположную направлению поворота, а реакция на работу с тягой индивидуальна в зависимости от схемы полного привода, развесовки машины и прочих факторов. Именно из-за неоднозначных реакций управление полноприводными машинами с традиционными межосевыми дифференциалами считается намного более сложным.
- на переднеприводном автомобиле повернуть руль в сторону противоположную направлению поворота, и увеличить тягу. Педаль тормоза не трогать в случае отсутствия системы АБС.
Совет о нежелательности торможения при заносе на данный момент устарел, современные системы АБС и стабилизации эффективно гасят занос, помогая управляющим действиям водителя, а в случае ошибки руления, тяжесть последствий снижается из-за снижения скорости движения машины.
Если избыточную поворачиваемость не удаётся скорректировать, следует приготовиться к тому, что автомобиль перейдет в неконтролируемое вращение..
Заднеприводной автомобиль склонен к избыточной поворачиваемости при максимальной тяге на ведущих колесах, на нём избыточная поворачиваемость корректируется сложнее, чем на переднеприводном, ввиду возможности срыва колес в скольжении как при переизбытке тяги, так и при излишнем торможении двигателем. Современные заднеприводные автомобили при включенных системах контроля устойчивости вполне безопасны, но на скользкой дороге избыточная поворачиваемость всё равно чувствуется. Будьте внимательнее.
Стоит заметить, что автомобили для ралли могут иметь любую поворачиваемость (не обязательно избыточную). Для прохождения поворотов в управляемом заносе избыточную поворачиваемость создают искусственно такими приёмами, как контрсмещение, использование ручного тормоза, избыток газа (не для переднеприводгого автомобиля), динамическое перераспределение веса на переднюю ось (загрузка передней оси торможением или сбросом газа), и т. д. Автомобили, подготовленные для ралли по скользким дорогам (лед, грязь, гравий) могут иметь недостаточную поворачиваемость из-за особенностей трансмиссии: жесткие межосевые и межколесные дифференциалы могут препятствовать тому, что внутренние колеса в повороте крутятся медленнее. Это мешает автомобилю двигаться по дуге с колесами, повернутыми на угол, соответствующий крутизне поворота. Поэтому пилоты таких автомобилей создают поворачиваемость искусственно вышеуказанными приемами, а у зрителей создается впечатление, что автомобиль проходит повороты «боком» или «веером».
По дисциплине «Конструкция и эксплуатационные свойства ТиТТМО»
ПОД ГРАДУСОМ
Какие «подводные камни» со стороны «развальщиков» могут ожидать владельца машины при выполнении операции «развал»? Какие работы должен выполнить специалист и как оценить его работу?
В соответствии с технологией технического обслуживания и ремонта работа должна начинаться с проверки технического состояния автомобиля, а именно: свободного хода рулевого колеса, радиального и осевого биения дисков колес, деталей и узлов подвески, люфта в подшипниках ступиц, давления воздуха в шинах. Говоря проще, развальщик должен поднять машину на подъемнике и осмотреть ее снизу, подергать за тяги, за колеса, взять манометр и проверить, а при необходимости довести до нормы давление воздуха в шинах. Это естественно, так как регулировать углы на автомобиле с изношенной подвеской и спущенными шинами — «мартышкин труд». Поэтому логично будет сперва отремонтировать машину, а затем регулировать углы.
Обязательная подготовительная операция при «развале» — «компенсации биения обода колеса», чтобы исключить влияние геометрической формы колесного диска на конечный результат. Внешне это выглядит так: вывешивается передний мост автомобиля, навешиваются приборы на колеса, и каждый прибор индивидуально регулируется под то колесо, на котором он находится. Если эта операция пропущена, то как минимум становится ясно, с кем вы имеете дело. На стендах последнего поколения мосты не вывешиваются, а компенсация выполняется при прокатывании машины взад-вперед на несколько сантиметров.
Также «развальщик» должен выставить рулевую рейку в среднее положение. «Вычисляется» поворотом рулевого колеса вправо-влево до упора. Иными словами, после «развала» при движении автомобиля по прямой спица рулевого колеса должна занять горизонтальное положение, а само рулевое колесо должно поворачиваться в разные стороны на одинаковое число оборотов. Если «развальщик» по какой-либо причине забыл это сделать, то автомобиль будет поворачивать в одну из сторон с меньшим радиусом, в другую — с большим. Особенно это заметно при спуске-подъеме по винтовой дороге: вверх автомобиль поднимается, имея значительный запас места до стены, а вниз катится, едва её не задевая, или вообще не «вписывается» в поворот. Это следствие неправильного положения рейки.
Непосредственно установка углов проводится всегда в строгой последовательности: продольный наклон – развал – схождение. У рычажных подвесок наклон и развал устанавливаются с помощью подбора толщины пакета специальных регулировочных шайб между поперечиной подвески и нижним либо верхним рычагом. У подвесок «МакФерсон» развал, как правило, регулируется «изломом» стойки с помощью эксцентрикового болта или ползунковым механизмом, а продольный наклон – толщиной шайб на растяжке или стабилизаторе подвески. (У некоторых машин, например Audi, развал регулируется перемещением шаровой опоры вдоль рычага, либо – например, Mitsubishi – вращением эксцентрика в основании рычага). Ряд автомобилей (BMW, некоторые Daewoo, Mercedes) конструктивно вообще не имеют регулировки развала и продольного наклона. Схождение же делают на всех автомобилях, регулируют при этом одинаково – изменением длины рулевых тяг.
Самая трудоемкая операция «развала» — регулировка кастера, который, например, на ВАЗ-2110 регулируется путем удаления-добавления регулировочных шайб на наконечниках растяжки, для чего необходимо изрядно поработать гаечными ключами. Поэтому «развальщику» всегда удобнее посчитать, что параметры этого угла находятся в пределах допуска, и отрегулировать только углы развала и схождения колес. Все равно клиент не разберется в показаниях прибора. В лучшем случае (если кастер при ударе «уплыл» катастрофически) прибегают к помощи зубила и просто срубают «лишние» шайбы, по возможности выравнивая величину углов справа и слева, чтобы автомобиль «не уводило» в сторону.
Еще одна сложность для «развальщика» при проведении регулировочных работ — это прикипевшие резьбовые соединения: эксцентриковый болт передней телескопической стойки и регулировочная тяга в рулевом управлении. Особенно эксцентриковый болт, ответственный за угол развала. Пытаясь повернуть его на необходимый угол, можно сорвать головку. По этой причине недобросовестный слесарь, почувствовав значительное сопротивление, оставляет болт в покое, уже не заботясь о том, чтобы выставить «правильные» углы развала. Опытный (не путать с порядочным) «развальщик» может сделать так, что машина поедет прямо, без уводов в сторону, но при этом углы колес будут не в норме. Рядовой автолюбитель заметит это только тогда, когда протектор шин будет значительно неравномерно изношен и потребуется замена покрышек. Именно поэтому к выбору станции технического обслуживания, где будет проводиться «развал», надо подойти как можно серьезнее.
По дисциплине «Конструкция и эксплуатационные свойства ТиТТМО»
Профильная проходимость
Профильная проходимость зависит от компоновки автомобиля и оценивается геометрическими параметрами проходимости, которые определяют по компоновочным чертежам или путем измерения натурных образцов. Все измерения проводятся при полной нагрузке автомобиля на горизонтальной площадке с твердым и ровным покрытием.
Дорожный просвет — расстояние от опорной поверхности до наиболее низкой точки автомобиля, расположенной между колесами. Обычно это точки под картерами главных передач ведущих мостов и в местах расположения рессор. В технических характеристиках автомобилей могут приводиться несколько значений дорожного просвета. Например, дорожный просвет под передним и задним мостами. У современных легковых автомобилей дорожный просвет составляет 150…220 мм, автобусов — 220…300 мм, а у грузовых автомобилей ограниченной и повышенной проходимости — 240…300 мм. В нормативах СЭВ рекомендуется для грузовых автомобилей обеспечивать дорожный просвет не менее 270 мм. У автомобилей высокой проходимости за счет применения колесных передач и крупноразмерных шин дорожный просвет достигает 400…500 мм.
Передним и задним углами свеса ограничивается проходимость автомобиля при проезде через канавы, пороги, крутые переломы. Углы свеса — это углы между плоскостью опорной поверхности и плоскостью, касающейся колес и наиболее выступающей точки автомобиля. Большие углы свеса обеспечивают возможность преодоления, автомобилем крутых препятствий, не задевая их. Наибольшие углы свеса имеют автомобили высокой проходимости: передний 60…70° и задний 50…60°.
Продольный радиус проходимости — радиус условной цилиндрической неровности, через которую автомобиль может проехать, не задевая ее наинизшей точкой, расположенной в его средней части.
В некоторых случаях для оценки проходимости автомобилей через препятствия соизмеримые с колеей автомобиля, используют понятие поперечный радиус проходимости.
Способность автомобиля приспосабливаться к неровностям местности без потери контакта колес с дорогой зависит от возможных углов перекоса мостов. Угол перекоса находится как сумма углов перекоса переднего и заднего мостов относительно горизонтальной плоскости. У автомобилей, имеющих ведущие мосты, которые сгруппированы в балансирную тележку, определяют также возможные углы перекоса мостов тележки.
Способность автопоезда двигаться по пересеченной местности оценивается углами гибкости в вертикальной плоскости. По существующим нормативам угол гибкости g у автопоезда с двухосным прицепом должен быть не менее ±62°, а у седельного автопоезда — ±8°.
Способность автомобиля или автопоезда маневрировать в ограниченном пространстве характеризуется минимальным радиусом поворота и шириной габаритного коридора поворота. Для автопоездов дополнительно определяют углы гибкости в горизонтальной плоскости. Они должны быть не менее 55° у автопоездов с двухосными прицепами и 90° — у седельных автопоездов.
Профильная проходимость автомобилей в значительной мере определяется их способностью преодолевать отдельные препятствия.
Максимальный подъем, который автомобиль может преодолеть, зависит от окружной силы, развиваемой ведущими колесами, и от угла его продольной устойчивости — угла между плоскостью, нормальной к опорной поверхности и проходящей через центр масс, и плоскостью, проходящей через центр масс и точки контакта задних колес с дорогой. Этот угол определяет возможность опрокидывания автомобиля относительно задней оси. У автомобилей обычной компоновки он всегда больше угла максимального подъема, преодолеваемого ими, и поэтому опрокидывание относительно задней оси оказывается практически невозможным. Только для автомобилей специальной компоновки с очень высоким расположением центра масс следует анализировать устойчивость при преодолении максимальных подъемов. Максимальная окружная сила, развиваемая ведущими колесами автомобиля, как правило, ограничена сцеплением ведущих колес с опорной поверхностью.
Иногда у дорожных автомобильных поездов она ограничивается вследствие недостаточного крутящего момента, передаваемого через трансмиссию к ведущим колесам. Найдем максимальный угол подъема, преодолеваемого автопоездом с тягачом 4X2, при условии, что его значение ограничено сцеплением ведущих колес с опорной поверхностью. Примем, что сцепление под обоими колесами моста одинаково.
Автомобили и автопоезда способны преодолевать подъемы по твердым склонам следующей крутизны: автопоезда с неполноприводными тягачами — 11…13°; одиночные неполноприводные автомобили — 20…25; автопоезда с полноприводными тягачами — 15…20; полноприводные одиночные автомобили — 27…35°.
Нормативными документами определено, что автомобильные поезда должны преодолевать подъемы с твердой опорной поверхностью крутизной не менее 18 % (10,2°), а одиночные автомобили — 25 % (14°).
Спуск опасен тем, что на нем возможно опрокидывание автомобиля относительно передних колес. У автомобилей обычной компоновки при равномерной скорости движения потеря устойчивости вследствие опрокидывания может произойти лишь на спусках крутизной более 45°. Если же автомобиль на спуске встречает препятствие, возникает инерционная сила, направление которой совпадает с направлением движения автомобиля. В силу увеличения опрокидывающего момента вероятность опрокидывания возрастает. Аналогичные явления происходят при резком торможении на спуске. Опрокидывание автомобиля может произойти также и в конце спуска, когда сопротивление движению в момент перехода с наклонного участка на горизонтальный резко возрастает.
При опрокидывании автомобиля в рассматриваемых условиях затрачивается энергия на подъем центра масс за счет кинетической энергии автомобиля. Поэтому для уменьшения вероятности опрокидывания скорость спуска не должна быть большой. Расчеты показывают, что для автомобилей обычной компоновки при предельных углах спуска до 30° скорость движения во избежание опрокидывания не должна превышать 10 км/ч.
Возможность преодоления рва определяется числом и расположением мостов, размером колес и положением центра масс автомобиля по базе. Для двухосных и трехосных автомобилей (если центр масс расположен не над средним мостом), ширина преодолеваемого рва зависит от размеров колес. Испытания показывают, что такие автомобили способны преодолеть ров с прочными кромками шириной до 1… 1,3 радиуса колеса (большие значения относятся к автомобилям со всеми ведущими колесами).
Для трехосных автомобилей с равномерным расположением мостов и четырехосных ширина преодолеваемого рва может быть значительной и определяется базой автомобиля, расстановкой колес и положением центра масс по длине.
Высота преодолеваемого автомобилем порогового препятствия зависит главным образом от размера колеса и жесткости кромки порога. Максимальная высота преодолеваемого неполноприводными автомобилями порога составляет 0,3…0,5 радиуса колеса, а полноприводными — 0,5…0,8.
Максимальная глубина преодолеваемого брода зависит от конструкции автомобиля. Лимитирующими элементами при твердом основании брода являются уровни расположения лопастей вентилятора, всасывающего патрубка, аккумулятора, генератора, системы зажигания, воздухосоединительных отверстий картеров механизмов трансмиссии. Для увеличения глубины преодолеваемого брода у автомобилей повышенной и высокой проходимости выходы всасывающих и выхлопных патрубков стремятся расположить высоко, вентилятор изготовляют с отключающимся приводом, а генератор, систему зажигания, картеры мостов и колесные тормоза — герметичными. При таком конструктивном выполнении автомобили могут преодолевать брод глубиной до 1,6…1,8 м.
Опорно-сцепная проходимость
Опорно-сцепная проходимость автомобиля зависит от эффективности использования несущих свойств грунта и определяется главным образом конструкцией движителя и трансмиссии автомобиля. Опорно-сцепная проходимость зависит также от формы корпуса, типа подвески, удельной мощности автомобиля и др.
Грунты и снег относятся к дисперсным средам, основным отличием которых от сплошных является то, что находящиеся в них твердые частицы не образуют сплошной массы, а занимают лишь часть объема. При этом прочность связи между отдельными частицами значительно меньше прочности материала этих частиц. При действии внешней нагрузки происходят перемещения, сдвиги отдельных твердых частиц относительно друг друга.
По составу различают минеральные грунты и грунты органического происхождения. Минеральные грунты подразделяются на ряд категорий. В основу такого деления положены размеры и соотношение частиц двух фракций: глинистой и песчаной. Классификация по этим признакам называется гранулометрической. В зависимости от относительного содержания глинистых и песчаных фракций минеральные грунты делятся на глины (содержание глинистых частиц по массе более 30%), суглинистые грунты — (10…30%), супесчаные (3…10 %) и песчаные (менее 3 %).
Грунты, состоящие из отложений частиц органического вещества, занимают особое место. К ним относятся различные виды торфяно-болотных и илистых грунтов, которые различаются по влажности, составу и происхождению.
Механические свойства грунтов в большой степени зависят от их влажности. При незначительном увлажнении связных грунтов вода находится в них в виде тонких пленок или заполняет тончайшие волосяные промежутки между частицами. В таком состоянии она малоподвижна, слабо испаряется и способствует повышению связности грунта.
С повышением содержания воды заполняются более крупные поры грунта и увеличивается толщина водяных пленок на его частицах. Превышение определенных пределов влажности, характерных для каждого грунта.
Опорно-сцепная проходимость
Основными параметрами шин, определяющими характер их взаимодействия с опорной поверхностью, являются наружный диаметр и форма поперечного сечения шины. Шины в зависимости от отношения ширины профиля к его высоте делят на четыре типа: тороидные, широкопрофильные, арочные, пневмокатки.
Тороидные шины с нерегулируемым давлением устанавливают обычно на дорожных автомобилях. Радиальная деформация их под номинальной нагрузкой не превышает 12… 15 % высоты профиля. Поэтому опорная площадь небольшая и соответственно давление относительно высокое. Рисунок протектора, как правило, дорожный, мелкий. Такие шины на деформируемых грунтах не обеспечивают высокой проходимости автомобиля.
В настоящее время изготовляют тороидные шины, способные работать при переменном давлении (шины с регулируемым давлением). Эти шины, установленные на автомобилях повышенной проходимости, обеспечивают их движение по грунтам со слабой несущей способностью.
Широкопрофильные шины первоначально создавались как специальные шины для автомобилей повышенной и высокой проходимости. При нормальном давлении воздуха опорная площадь у широкопрофильных шин на 30…35 % больше, чем у тороидных такой же грузоподъемности. При понижении давления опорная площадь увеличивается более чем в два раза. Рисунок протектора характерен для шин высокой проходимости. В последнее время широкопрофильные шины применяются также и для дорожных легковых и грузовых автомобилей. Такие шины работают при постоянном давлении воздуха в них. Рисунок протектора — дорожный.
Арочные шины имеют профиль в виде арки и сильно развитые грунтозацепы. Работают при постоянном давлении воздуха 0,05…0,15 МПа. Это позволяет обеспечить относительно низкое давление на грунт и хорошее сцепление колес. Скорость движения автомобилей по твердым дорогам ограничена. Такие шины применяют в основном как средство для повышения проходимости автомобилей в определенные сезоны года, устанавливая их вместо сдвоенных колес.
Пневмокатки — специальные шины, имеющие тонкую резинокордную оболочку и работающие при малом внутреннем давлении воздуха (0,02…0,1 МПа). Применяются только на специальных машинах, предназначенных для движения в особо трудных условиях.
Наиболее труднопроходимые для автомобиля грунтовые и заснеженные поверхности в первом приближении могут быть сведены к четырем видам, различным по физико-механическим свойствам и характеру взаимодействия с движителем: переувлажненный грунт, болото, сухой песок, снег.
Движение по переувлажненному грунту сопровождается образованием колеи, глубина которой оказывает непосредственное влияние на сопротивление качению. Из формулы следует, что глубина колеи зависит от диаметра колеса, ширины профиля и нагрузки на колесо. Этими параметрами определяется среднее давление колеса на грунт. Если бы шина была абсолютно эластичной, давление колеса на грунт определялось бы давлением воздуха в шине. Поскольку часть нагрузки передается через каркас шины, давление на грунт зависит от соотношения жесткости шины и грунта.
Если жесткость шины больше, чем жесткость грунта, она будет погружаться в грунт не деформируясь, т. е. пневматическая шина будет работать как жесткое колесо. Если же жесткость шины меньше жесткости грунта, шина деформируется. Это приведет к увеличению поверхности контакта шины с грунтом, уменьшению на него давления и сопротивления качению. На деформируемых грунтах площадь опорной поверхности может быть увеличена за счет увеличения ширины шины и ее диаметра и уменьшения давления воздуха в ней. Наиболее предпочтительным является увеличение диаметра колеса и снижение внутреннего давления в шине, так как с увеличением ее ширины растет объем деформируемого грунта и тем самым увеличивается сопротивление качению. Поскольку при уменьшении давления воздуха в шине площадь контакта растет в большей степени по длине, для повышения проходимости автомобиля целесообразно применять шины, давление воздуха в которых можно уменьшать при движении по деформируемым поверхностям.
Как следует из формулы, коэффициент сопротивления качению по деформируемым грунтам определяется гистерезисными потерями энергии в шине и затратами ее на перемещение и деформацию грунта. Минимальное сопротивление качению соответствует определенному давлению воздуха в шине. При увеличении давления воздуха в шине свыше этого значения сопротивление качению возрастает из-за увеличения глубины следа (колеи), а при уменьшении — из-за большой деформации шины.
Очевидно, что для каждого типа и состояния грунта может быть найдено оптимальное давление воздуха в шине, при котором сопротивление качению будет минимальным. Оптимальное давление обеспечивается при установке на автомобилях повышенной и высокой проходимости систем регулирования давления воздуха в шинах.
Возможность движения по деформируемым грунтам определяется также реализуемой окружной силой, максимальное значение которой по аналогии со случаем качения колеса по недеформируемой поверхности будем характеризовать коэффициентом сцепления.
При движении по связным грунтам коэффициент сцепления в значительной степени зависит от давления воздуха в шине, размеров и формы грунтозацепов. С уменьшением давления в шине увеличивается площадь контакта и большее число грунтозацепов вступает в работу. Форма грунтозацепов оказывает влияние на сцепление, самоочищаемость и эластичность шины.
При грунтозацепах с наклонной упорной поверхностью повышается уплотнение грунта между ними, вследствие чего возрастает сопротивление грунта срезу. Сужение грунтозацепа к вершине, а также расположение грунтозацепов под углом 45° к продольной оси шины способствует самоочищаемости протектора и обеспечивает хорошее сцепление ее с грунтом во всех направлениях.
Рекомендуемые страницы:
lektsia.com
5. Эксплуатационные показатели транспортных средств
5.1. Силы, действующие на транспортное средство при движение
Крутящий момент двигателя, подведенный через механизмы трансмиссии к ведущим колесам автомобиля, вызывает их вращение. В месте соприкосновения колеса с дорогой от крутящего момента возникает окружная сила, а со стороны дороги – продольная реакция (рис. 5.1), равная по величине окружной силе, по направленная в противоположную сторону. Суммарная продольная реакция ведущих колес передается на ведущие мосты и вызывает движение автомобиля, поэтому называется тяговой силой.
Величина тяговой силы тем больше, чем больше крутящий момент двигателя и передаточные числа коробки передач и главной передачи. Но величина тяговой силы не может превысить силу сцепления ведущих колес с дорогой. Если тяговая сила превысит силу сцепления колес с дорогой, то ведущие колеса будут пробуксовывать.
Сила сцепления равна произведению коэффициента сцепления на сцепной вес. Для тягового автомобиля сцепной вес равен нормальной нагрузке, приходящейся на затормаживаемые колеса.
Коэффициент сцепления зависит от типа и состояния покрытия дороги, от конструкции и состояния шин (давление воздуха, рисунок протектора), от нагрузки и скорости движения автомобиля. Величина коэффициента сцепления снижается при мокрой и влажной поверхностях дороги, особенно при увеличении скорости движения и изношенном протекторе шин. Например, при сухой дороге с асфальтобетонным покрытием коэффициент сцепления равен 0,7 – 0,8, а для мокрой – 0,35 – 0,45. При обледенелой дороге коэффициент сцепления снижается до 0,1 – 0,2.
Сила тяжести автомобиля приложена в центре тяжести. У современных легковых автомобилей центр тяжести располагается на высоте 0,45 – 0,6 м от поверхности дороги и примерно посередине автомобиля. Поэтому нормальная нагрузка легкового автомобиля распределяется по его осям примерно поровну, т.е. сцепной вес равен 50 % нормальной нагрузки.
Высота расположения центра тяжести у грузовых автомобилей 0,65 – 1 м. У полностью груженных грузовых автомобилей сцепной вес составляет 60 75 % нормальной нагрузки. У полноприводных автомобилей сцепной вес равен нормальной нагрузке автомобиля.
При движении автомобиля указанные соотношения изменяются, так как происходит продольное перераспределение нормальной нагрузки между осями автомобилям при передаче ведущими колесами тяговой силы больше нагружаются задние колеса, а при торможении автомобиля – передние колеса. Кроме того, перераспределение нормальной нагрузки между передними и задними колесами имеет место при движении автомобиля на спуск или на подъем.
Перераспределение нагрузки, изменяя величину сцепного веса, влияет на величину сцепления колес с дорогой, тормозные свойства и устойчивость автомобиля.
Силы сопротивления движению. Тяговая сила на ведущих колесах
автомобиля. При равномерном движении автомобиля по горизонтальной дороге такими силами являются: сила сопротивления качению и сила сопротивления воздуха. При движении автомобиля на подъем возникает сила сопротивления подъему (рис. 5.2), а при разгоне автомобиля – сила сопротивления разгону (сила инерции).
Сила сопротивления качению возникает вследствие деформации шин и поверхности дороги. Она равна произведению нормальной нагрузки автомобиля на коэффициент сопротивления качению.
Рис.5.1 Схема сил и моментов, действующих на ведущее колесо автомобиля |
Рис.5.2. Схема сил, действующих на автомобиль при равномерном движении на подъем |
Коэффициент сопротивления качению зависит от типа и состояния покрытия дороги, конструкции шин, их износа и давления воздуха в них, скорости движения автомобиля. Например, для дороги с асфальтобетонным покрытием коэффициент сопротивления качению равен 0,014 0,020, для сухой грунтовой дороги –0,025 – 0,035.
На твердых дорожных покрытиях коэффициент сопротивления качению резко увеличивается при снижении давления воздуха в шинах, и возрастает с ростом скорости движения, а также с увеличением тормозного и крутящего моментов.
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 воздуха возрастает пропорционально квадрату 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.
На автомобильных дорогах с асфальтобетонным покрытием продольный уклон обычно не превышает 6%. Вели коэффициент сопротивления качению принять равным 0,02, то общее сопротивление дороги составит 8% от нормальной нагрузки 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.
studfile.net
Силы действующие на автомобиль | Сумской автомобильный клуб
Источник
the-cars.ru
Независимо от того, движется автомобиль, или он неподвижен, на него действует сила тяжести (вес), направленная отвесно вниз. Сила тяжести прижимает колеса автомобиля к дороге. Равная ей и направленная вверх действует сила реакции дороги.
Равнодействующая этих сил размещена в центре тяжести. Распределение веса автомобиля по осям зависит от расположения центра тяжести. Чем ближе к одной или другой оси центр тяжести, тем большей будет нагрузка на эту ось.
На груженых легковых автомобилях нагрузка на оси распределяется поровну. Большое влияние на устойчивость и управляемость автомобиля имеет расположение центра тяжести. Чем выше центр тяжести, тем менее устойчивым будет автомобиль.
Если автомобиль находится на горизонтальной поверхности, то сила тяжести направлена отвесно вниз. На наклонной поверхности она раскладывается на две силы, одна из которых прижимает колеса к поверхности дороги, а другая стремится опрокинуть автомобиль.
Во время движения, кроме силы тяжести, на автомобиль действует и ряд других сил, на преодоление которых затрачивается мощность двигателя.
Сила инерции движения – величина, которая состоит из силы, необходимой для ускорения движения, и силы, необходимой для углового ускорения вращающихся частей автомобиля. Движение автомобиля возможно только при условии, что его колеса будут иметь достаточное сцепление с поверхностью дороги. Если сила сцепления будет недостаточной (меньше величины силы тяги ведущих колес), то колеса пробуксовывают.
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.
| № п/п | Покрытие дороги | Коэффициент сцепления на сухой поверхности | Коэффициент сцепления на мокрой поверхности |
| 1 | Асфальтобетонное | 0,70 — 0,80 | 0,30 — 0,40 |
| 2 | Щебенчатое | 0,60 — 0,70 | 0,30 — 0,40 |
| 3 | Булыжное | 0,50 — 0,60 | 0,30 — 0,35 |
| 4 | Грунтовые дороги | 0,50 — 0,60 | 0,30 — 0,40 |
| 5 | Глина | 0,50 — 0,60 | 0,20 — 0,40 |
| 6 | Песок | 0,50 — 0,60 | 0,40 — 0,50 |
| 7 | Уплотненный снег | 0,20 — 0,30 | — |
| 8 | Обледенелая дорога | 0,08 — 0,10 | — |
На дорогах с асфальтобетонным покрытием коэффициент сцепления резко уменьшается, если на поверхности имеется влажная грязь, пыль. В жаркую погоду на асфальте появляется маслянистая пленка из выступающего битума, которая снижает коэффициент сцепления.
Уменьшение коэффициента сцепления колес с дорогой наблюдается также при увеличении скорости движения на сухой дороге с асфальтобетонным покрытием с 30 до 60 км/час, коэффициент сцепления уменьшается на 0,15.
Сила сопротивления качению – сила, затрачиваемая на:
- деформирование шины и дороги;
- трение шины о дорогу;
- трение в подшипниках ведущих колес.
Сила сопротивления воздуха – величина этой силы зависит от формы или обтекаемости автомобиля, относительной скорости движения и плотности воздуха.
Значение коэффициента лобового сопротивления и лобовая площадь определяется заводом-изготовителем. Изменение этих параметров может произойти из-за установки на кузове-кабине автомобиля разных вспомогательных устройств: дополнительное зеркало заднего вида, багажник на крыше автомобиля.В большинстве случаев это отрицательно сказывается на эксплуатационных свойствах автомобиля.
Установка на крыше автомобиля багажника и езда с ним без груза увеличивает силу сопротивления воздуха настолько, что расход топлива возрастает на 5% – 10%.
Особенно опасно изменение обтекаемости автомобиля при его движении. Если при движении автомобиля со скоростью более 80 км/час открыть, а затем захлопнуть боковую дверь, то весьма вероятна, даже на сухой дороге, потеря автомобилем курсовой устойчивости.
Сила сопротивления подъему – зависит от веса автомобиля и угла подъема.
Опрокидывающая сила – действует на автомобиль при торможении и разгоне.
Разгон, ускорение, накат, торможение.
Ускорением называется прирост скорости за единицу времени. Если мощность двигателя, затраченная на приведение во вращение ведущих колес автомобиля и преодоление сил трения больше, чем суммарная сила сопротивления движению, то автомобиль будет двигаться с ускорением, то есть разгоном. В этом случае можно говорить о том, что крутящий момент на двигателе будет увеличиваться, что и вызовет разгон автомобиля.
Во время движения накапливается определенный запас кинетической энергии и автомобиль приобретает инерцию. Благодаря инерции автомобиль может двигаться накатом. Это происходит тогда, когда двигатель отсоединяется от трансмиссии, а его дальнейшее движение происходит за счет кинетической энергии, накопленной при разгоне.
Торможение как вид изменения движения – это снижение скорости движения, которое может осуществляться по различным причинам и разными способами. Основными видами снижения скорости движения являются:
- Снижение скорости за счет потери инерции – при движении на подъеме, при движении накатом;
- Торможение двигателем – когда крутящий момент на двигателе уменьшается (убираем ногу с педали «Газ»), и при включенном сцеплении это вызывает снижение скорости движения автомобиля.
- Торможение тормозной системой – снижение скорости с использованием тормоза.
Устойчивость в движении.
Само понятие устойчивости или устойчивого движения автомобиля определяется его способностью сохранять постоянный контакт всех колес с дорогой при отсутствии бокового скольжения. Автомобиль может потерять устойчивость под действием центробежной и разворачивающей силы.
Центробежная сила – возникающая во время движения автомобиля на повороте и направленная в сторону, противоположную приложенной центростремительной силы. Если центробежная сила не превышает центростремительную силу, то автомобиль движется по устоявшейся кривой поворота. Если же центробежная сила превышает центростремительную силу, то автомобиль выбрасывает с дороги по результирующему вектору, направленному от центра поворота.
Разворачивающая сила является следствием несоответствия силы инерции движения и коэффициенту сцепления колес с дорогой. В этом случае она будет направлена в сторону колес с меньшим коэффициентом сцепления, а рычагом разворота автомобиля будет его база. Центром вращения (разворота) будут колеса с большим коэффициентом сцепления.
Результатом действия этой силы будет возникновение бокового заноса автомобиля, а в некоторых случаях, кроме того бокового вращения.
В большинстве случаев скользят колеса заднего моста, но с этим можно и нужно бороться. Причинами возникновения бокового заноса чаще всего на скользкой дороге является разгон и торможение. Поэтому для предотвращения тяжелых последствий начинающегося заноса необходимо прекратить начатый разгон или торможение. Необходимо помнить, что при торможении ВСЕГДА задние колеса разгружаются, коэффициент их сцепления с дорогой уменьшается тем больше, чем сильнее мы тормозим! При таком торможении они более всего подвержены блокировке, а автомобиль начинает движение юзом (с заблокированными колесами). При движении юзом автомобиль ВСЕГДА становится неуправляемым, так как невозможно осуществить поворот не вращающимися управляемыми колесами, а при заблокированных колесах тормозной путь ВСЕГДА (в том числе и на сухой дороге) увеличивается!
Если не принять своевременных мер для прекращения бокового заноса и вывода автомобиля из него он, как правило, переходит в неуправляемое боковое вращение. Это гораздо опаснее бокового заноса.
Для прекращения бокового заноса и вывода автомобиля из него нужно повернуть рулевое колесо в сторону заноса. Как только амплитуда заноса станет уменьшаться нужно плавно, опережающими действиями, вернуть рулевое колесо в нейтральное положение, а при необходимости, когда занос пойдет в обратную сторону, и в сторону, противоположную другой амплитуде заноса. Дополнительно:
- на заднеприводных автомобилях плавно уменьшить подачу топлива (плавно убрать ногу с педали «Газ»)
- на переднеприводных автомобилях наоборот, плавно увеличить подачу топлива.
Помимо бокового заноса в повороте на скользкой дороге может возникнуть боковое скольжение. Если при боковом заносе от прямолинейного движения уходит одна, как правило, задняя ось, то при боковом скольжении автомобиль уходит от траектории движения (кривой поворота) всем корпусом (всеми колесами). Да и причины возникновения бокового скольжения иные. Оно возникает тогда, когда водитель повернет управляемые колеса на угол больший, чем способен повернуть автомобиль при текущем коэффициенте сцепления и действующем крутящем моменте на колесах. Особенно ярко это проявляется в повороте с торможением. Для прекращения бокового скольжения необходимо увеличить траекторию движения, и плавно уменьшить подачу топлива.
Во всех случаях возникновения бокового заноса или бокового скольжения, для вывода автомобиля из этих ситуаций водитель должен пользоваться только рулем и педалью «Газ». Запомните: НИКОГДА не нажимать на педаль тормоза, как бы Вам этого не хотелось, не выключать сцепление, и не переключать передачи. Это ВСЕГДА только ухудшает ситуацию!
Влияние центробежной силы на движение автомобиля в повороте столь велико, что водитель просто обязан четко представлять, как действует эта сила на автомобиль. Она будет тем больше, чем больше будет скорость движения, и чем на больший угол будут повернуты управляемые колеса (когда траектория движения будет очень крутой).
Следовательно, влияние этой силы можно уменьшить, зная, чем она вызвана.
Для этого необходимо заблаговременно, до входа в поворот, уменьшить скорость движения до безопасной, а поворот проходить по более пологой кривой, уменьшив угол поворота управляемых колес.
При движении с прицепом нужно помнить о том, что на прицеп большее воздействие оказывает центростремительная, а не центробежная сила. Именно центростремительная сила перемещает прицеп к центру поворота.
Четкое представление водителем того, как поведет себя, управляемый им автомобиль в сложной ситуации, облегчает управление им, предотвращая ДТП.
www.auto.sumy.ua
7. Силы, действующие на автомобиль при прямолинейном движении.
Силы, действующие на автомобиль – внешние и массовые. Силы взаимодействия механизмов и узлов – это внутренние(не оказывают влияния на движение).
Внешние: Реакции дороги и аэродинамические реакции
Массовые(приложены к центру масс): составляющие силы тяжести, инерционная сила(разгон), центробежная(поворот), вертикальная(инерционная) сила(на вогнутых и выпуклых участках дороги).
Реакции дороги приложены к контактным поверхностям колес. Заменяют равнодействующей реакцией.
При изучении прямолинейного движения учитывают только продольные и нормальные составляющие.
Аэродинамические реакции заменяют результирующими силами Pв и PвZ, прилож. к ц. масс и MвY
Массовые силы к центру масс.
Снаряженная(заправлен и тд) и полная(с людьми и грузом) масса авто
Вес автомобиля полной массы Ga=mag
К центру масс приложена также сила сопротивления подъему, поскольку она является составляющей силы тяжести:
Pп=Gasinα=Gai α – угол продол. наклона дороги(рад), i – угол продол. наклона(%)
8. Внешняя скоростная характеристика двс. Хар. Точки, методы построения.
9. Силы сопротивления движению автомобиля(качения, подъему, дороги)
Уравнение проекций всех сил, действ. на ось X авто
Окончательное ур-ние прямолинейного движения автомобиля
Сила сопротивлению качению Рк автомобиля, движущегося по плоской поверхности, является суммой сил сопротивления качению, приложенной ко всем колесам на поверхностях их контакта с дорогой
= + = f*cosα, где f -коэффициент сопротивления качению, – вес автомобиля
Сила сопротивления подъему Pп : Рп= *sinα=*i
i=tgα – эта сила приложена к центру масс
i – уклон дороги, для спуска «+», для подъема «-»
На спуске явл-ся движущей силой(способствующей разгону)
Сила сопротивления дороги Рд – это сумма сил сопротивления качению и подъему: Рд= Рк+Рп=(f+i)+Ψ*
Ψ = f + i – суммарное дорожное сопротивление
Она определяется суммой двух Р, зависящих от рельефа и покрытия дороги
Ψ = f + i/100
10. Сила сопротивления воздуха. Коэф. Лобового сопротивления. Коэф. Обтекаемости. Лобовая площадь.
Сила сопротивления воздуха Рв(вдоль оси х) является составляющей полной аэродинамической силы, приложенной к центру лобовой площади:
𝑃в=0,5∗ ∗𝐹∗=∗𝐹∗=
Cх – коэффициент аэродинамического сопротивления вдоль оси Х
𝜌в — плотность воздуха, F – лобовая площадь обтекания воздухом автомобиля
v – скорость обтекания воздухом автомобиля
Кв – коэффициент обтекаемости воздухом
Wв – фактор обтекаемости воздуха
Для грузовых автомобилей F=BHг, для легковых F=0,8BгНг
В – колея, Нг – габаритная высота, Вг –габаритня ширина авто
Скорость обтекания воздухом : 𝑉= при угле между направлением ветра и продольной осью авто
Рв – результирующая сила элементарных аэродинамических сил. Состоит из: сопротивления формы( обусловл. разностью между повышенным фронтальным и пониженным давлением позади авто)(50-60% от Рв), внутреннего сопротивления(проходящ. внутри авто потоки, охлаждение двигателя, вентиляция)(10-15% от Рв), сопротивления поверхности трения(в пограничном слое, зависит от шероховатости пов-ти)(5-10% от Рв), индуктируемое сопротивление(вызвано взаимодейств. сил, действ. в направлении продольн. оси авто, и перпендикулярное ей)(5..10% от РВ), дополнительное сопротивления(выступы)(15% от Рв)
На коэф. CX оказывают влияние различные мелкие изменения формы автомобиля. Уменьшение CX и лобовой площади имеет наибольшее значение для автомобилей, часто используемых при высоких скоростях движения. Заметное влияние оказывают многие геометрические параметры.
studfile.net
Силы сопротивления движению автомобиля — Силы, действующие на движущийся автомобиль — Ходовая часть — Автомобиль
Автомобиль по ровному шоссе надо толкать с меньшей силой, чем в гору. Против ветра автомобилю двигаться труднее, чем по ветру.
Сопротивление качению колес автомобиля. Трение качения объясняется тем, что при перекатывании одного тела по другому оба тела деформируются и на это затрачивается работа. Чем сильнее деформация, тем больше сила трения качения. Благодаря упругости шины значительно уменьшается тряска во время движения, но одновременно увеличивается сопротивление качению. У автомобильного пневматического колеса оно значительно больше, чем у металлических колес железнодорожных вагонов.
Силу сопротивления качению колес определяют динамометром, буксируя автомобиль по дороге.
Установлена следующая зависимость между силой Fк сопротивления качению колес и силой тяжести автомобиля:
где: G — сила тяжести автомобиля; f — коэффициент трения качения колеса автомобиля; по дороге с асфальтобетонным покрытием он равен 0,015; по каменному покрытию — 0,020; по проселочной дороге — 0,03 и по песку — 0,15.
Сопротивление воздуха движению автомобиля тем больше, чем выше скорость движения и значительнее лобовая площадь автомобиля. Сила Fω сопротивления воздуха также зависит от формы кузова автомобиля — его обтекаемости.
Установлено, что:
где: S — лобовая площадь автомобиля, м2; υ — скорость движения автомобиля, м/сек; k — коэффициент обтекаемости автомобиля, н * сек2/м* (кгс Х сек2/м4).
Поскольку при движении на автомобиль всегда действуют сила Fк сопротивления качению колес и сила Fω сопротивления воздуха, то для поддержания равномерного движения на горизонтальной дороге необходимо, чтобы тяговая сила Рс была равна сумме этих двух сил:
Сопротивление движению на подъем. При движении на подъем необходимо затрачивать некоторую дополнительную силу Fh.
Схема движения автомобиля на подъеме
Если обозначить силу тяжести автомобиля через G, а угол между осью дороги и горизонтальной плоскостью через а, то вследствие разложения сил:
Подъемы и спуски на автомобильных дорогах принято характеризовать не углом α, а так называемым уклоном, равным отношению высоты h подъема к его основанию b.
Очевидно, уклон численно равен тангенсу угла α:
Обычно уклоны на автомобильных дорогах не превышают 0,06 — 0,08. В случае равномерного движения автомобиля на подъем сила тяги должна быть равна сумме сил сопротивления качению, сопротивления воздуха и сопротивления движению на подъем:
На спусках сила Fh направлена в сторону движения автомобиля.
В этом случае:
Если к ведущим колесам подвести момент, обеспечивающий превышение силы тяги над суммой сил сопротивления движению, то автомобиль будет двигаться ускоренно.
Сила Fj, вызывающая ускорение автомобиля, будет равна:
Работа этой силы на пути S разгона, выражающаяся произведением FjS, идет на увеличение кинетической энергии движущегося автомобиля (повышение его скорости).
Когда тяговая сила окажется меньшей, чем сумма сил сопротивления движению, автомобиль будет двигаться замедленно.
Величина силы Fj, вызывающей замедление и направленной в этом случае противоположно движению автомобиля, равна:
Контрольные вопросы
Как возникает тяговая сила на ведущих колесах автомобиля?
Как увеличить коэффициент сцепления колес с дорогой?
Как увеличить тяговую силу автомобиля?
Назовите силы сопротивления движению автомобиля.
От чего зависит сопротивление качению колес автомобиля?
От чего зависит сопротивление воздуха движению автомобиля?
Нарисуйте схему, объясняющую возникновение сопротивления движению автомобиля на подъем.
«Автомобиль», под. ред. И.П.Плеханова
www.carshistory.ru
Силы, действующие на автомобиль при движении
Каждый автомобилист должен знать физические законы и физические силы, действующие на автомобиль при движении. Это необходимо для того, чтобы соблюдать необходимые правила безопасности, правильно реагировать в сложных ситуациях и иметь представление о том, как поведет себя в сложной ситуации ваше транспортное средство. На автомобиль во время движения оказывается самое различное физическое влияние. За счет этого воздействия и формируется положение автомобиля на дороге.
Разные силы, действующие на автомобиль, существуют при езде, главная из них – сила тяжести. Причем эта сила действует на автомобиль вне зависимости от того, находится ли он в движущемся состоянии или же нет. Сила тяжести всегда направлена вертикально вниз и распространяется равномерно по всему корпусу автомобиля, действуя при этом на все транспортные оси и колеса. Благодаря этому влиянию силы тяжести на автомобиль, увеличивается вес транспортного средства и сам автомобиль давит при этом на дорожное покрытие. Тем самым увеличивается сцепление транспортного средства с дорожным покрытием, сцепление увеличивается прямо пропорционально. В бытовом плане воздействие силы тяжести особенно заметно тогда, когда автомобиль трогается с места и при последующем движении колес. Равной силе тяжести является сила реакции дорожного покрытия. Равнодействующая этих сил располагается точно в центре тяжести. От расположения центра тяжести в автомобиле зависит распределение веса всех транспортных осей автомобиля. Чем выше располагается центр тяжести в автомобиле, тем неустойчивее он. Если центр тяжести располагается близко к какой-либо оси автомобиля, то это значит, что нагрузка на эту ось будет максимальной. Если автомобиль находится в ровном горизонтальном положении, то сила тяжести давит непосредственно вертикально вниз. Если же автомобиль при движении меняет свое положение с горизонтального на положение под углом к горизонтальной поверхности, то в таком случае сила тяжести отделяется от силы реакции. В данном случае происходит следующее: одна из сил все еще продолжает прижимать колеса к дорожному полотну, а другая стремится опрокинуть корпус автомобиля. Соответственно во время движения автомобилист должен соблюдать определенные нормы эксплуатации технического средства с учетом расположения центра тяжести машины. При этом необходимо соблюдать установленные рамки возможного наклона автомобиля, правила разгона и т. д.
К силам, действующим на автомобиль при движении, относится также и сила инерции движения.
Это сила состоит из следующих факторов:
·сила, необходимая для ускорения,
·сила, необходимая для углового ускорения вращающихся элементов автомобиля.
Вообще само перемещение автомобиля возможно только в том случае, если сила сцепления достаточно велика для того, чтобы удерживать автомобиль в этом состоянии. Если же сила сцепления мала, то в таком случае происходит пробуксовка колес автомобиля. Инерционные силы возникают в том случае, если изменяется угол или направление движения автомобиля. Сила инерции мешает разгону автомобиля и его торможению. А это значит, что при движении также необходимо учитывать действие этой силы. Необходимо правильно рассчитывать расстояние до возможного препятствия и производить торможение или же разгон в соответствии с действием этой силы.
Сила сцепления – это еще одна физическая сила, действие которой оказывает существенное влияние на движение автомобиля и на поведение его во время движении. Эта сила зависит от качества дорожного покрытия, вернее, от его гладкости. Кроме того, на силу сцепления также оказывает непосредственное влияние вес каждого отдельного колеса, который складывается из веса автомобиля, равномерно распределенному по всем транспортным осям автомобиля. Наиболее лучшее сцепление обеспечивает асфальт, причем коэффициент сцепления уменьшается, если на дорожном полотне имеется грязь, пыль, песок и т. д. Наиболее низкой силой сцепления обладает обледеневшая дорога. Также стоит помнить о том, что мокрая дорога обеспечивает более низкую степень сцепления автомобиля с дорогой. Кроме того, сила сцепления уменьшает свое воздействие при движении автомобиля по сухому асфальтовому покрытию на большой скорости (сцепление уменьшается в два раза).
Также на автомобиль во время движения оказывает определенное воздействие сила сопротивления качению. Эта сила оказывает непосредственное влияние на физический износ колес и всех элементов автомобиля, которые с ними соприкасаются.
Также происходит влияние силы сопротивления воздуха. Эта сила и ее уровень воздействия зависит от качества корпуса автомобиля и от его обтекаемости. Чем более обтекаемая форма у автомобиля, тем более низкая возникает сила сопротивления, а значит, тем более высокую скорость может развивать автомобиль. Изменить эти параметры можно только в случае полной замены корпуса кузова автомобиля. Так еще следует помнить о том, что установка багажника на крышу автомобиля также влияет на обтекаемость корпуса автомобиля. К слову сказать, чем больше сила сопротивления воздуха, тем больше расход топлива на 100 километров. Обтекаемость корпуса можно временно изменить (правда, в худшую сторону) во время движения автомобиля. Так, например, если во время быстрого движения резко открыть, а потом закрыть дверь, то весьма вероятно, что автомобиль может потерять необходимый уровень устойчивости. Это очень опасно, особенно на оживленных дорогах.
Кроме вышеперечисленных фических сил, на автомобиль также оказывают влияние следующие действующие силы:
·сила сопротивления подъему,
·разгон,
·ускорение,
·торможение,
·накат,
·центробежная сила,
·разворачивающая сила и т. д.
Необходимо помнить о том, что во время резкого торможения также резко уменьшается сила сцепления задних колес с дорожным полотном. При таком торможении колеса более всего подвержены блокировке, а значит, увеличивается вероятность возникновения на дороге аварийной ситуации.
portalvaz.ru
Поперечная устойчивость автомобиля на повороте
У автомобиля, движущегося с большой скоростью, потеря поперечной устойчивости (опрокидывание) может произойти при совершении им поворота.
При движении автомобиля с установившейся скоростью на повороте с радиусом Rна него действует центробежная силаРс:
,
где v – скорость автомобиля;
g – ускорение силы тяжести.
Действие результирующей центробежной силы Рс, приложенной к центру масс, создает опрокидывающий момент на плечеhgвысоты центра масс автомобиля относительно опорной поверхности. Если момент этой силы будет больше восстанавливающего момента от сил весаGВ/2(рис.6), то произойдет опрокидывание автомобиля, то есть:
.
Откуда предельная допустимая (критическая) скорость движения автомобиля на повороте vкропределиться как:
vкр=
.
Рис.6. Силы, действующие на автомобиль при его движении
на повороте радиуса R.
С увеличением скорости движения и уменьшением радиуса поворота центробежная сила резко возрастает. Например, даже при относительно небольшой скорости движения автомобиля на вираже v = 15м/с(54км/ч) и не очень крутом радиусе поворотаR= 40мбоковая составляющая центробежной силы уже начинает превышать половину веса автомобиля (Рс> 0,5G).
Период перехода автомобиля от прямолинейного движения к криволинейному движению на вираже сопровождается непрерывным изменением углового положения его продольной оси в плоскости дороги, что приводит к изменению центра О1и радиуса поворотаR. При этом происходит ускоренное вращение центра масс машины в горизонтальной плоскости относительно центральной точки задней осиО2. Вследствие этого возникает дополнительная центробежная силаР’с. При входе машины в поворот направление действия этой силы такое же, что и силыРс, а при выходе из поворота оно меняется на противоположное. Вследствие этого резкий поворот приводит к интенсивному росту суммарной силыРΣ=Рс+Р’с, снижению поперечной устойчивости и потере управляемости машины.
Если во время поворота автомобиль начинает терять управляемость или резко накренился, то прервать этот процесс можно увеличением радиуса поворота, то есть выходом из поворота. Тогда инерционная сила Р’сбудет действовать противоположно основной центробежной силеРси этим способствовать установлению устойчивости машины.
Занос автомобиля на повороте.Практика показывает, что в большинстве случаев скольжение автомобиля вбок при его повороте наступает прежде, чем опрокидывание. Предельная величина центробежной силы, которая может вызвать это скольжение, ограничивается силой сцепления шин с дорогойРφ = φG. Боковое скольжение автомобиля наступает при условии, когда:
Рс≥ Рφили
.
Из последнего соотношения следует, что предельное допустимое значение скорости движения автомобиля на повороте по устойчивости против скольжения равно:
vкр (φ) =
.
При движении автомобиля на повороте под действием центробежной силы нормальные к опорной поверхности реакции на его внутренних (по отношению к центру поворота) колесах уменьшаются, а на внешних – увеличиваются. Пробуксовывание внутреннего колеса способствует потере устойчивости задней ведущей оси автомобиля на скользкой дороге.
Наличие на колесах автомобиля тяговой силы способствует возникновению буксования, а наличие тормозной силы – скольжению. Менее нагруженное внутреннее колесо ведущего моста начинает пробуксовывать раньше, чем внешнее, на которое воздействует нормальная реакция большей величины. Поэтому занос автомобиля чаще всего происходит при резком торможении или резком нажатии на педаль газа на скользкой дороге.
Рис. 7. Занос осей автомобиля на скользкой дороге:
а – задней оси; б – переднее оси; в – гашение заноса.
Согласно схеме (рис.7) распределения сил на повороте, занос передней оси заднеприводного автомобиля автоматически гасится, а занос задней оси прогрессирует под действием боковой составляющей центробежной силы. Для предотвращения аварии необходимо повернуть управляющие колеса в сторону заноса, что увеличивает радиус поворота и, соответственно, уменьшает центробежную силу.
studfile.net
