АТЗ

Зміна профілю шини відбувається, як у зоні контакту з дорогою, так і за її межами. Це викликає, так називаний, бічне відведення шини, що виражається тим, що колесо відхиляється від первісного напрямку руху і починає рухатися під деяким кутом ув . Даний кут називають кутом бічного відведення.

Для характеристики шини опору бічного відведення використовують коефіцієнт бічного відведення: kув=z/ ув . Таким чином, бічне відведення шини – це зміна первісного напрямку руху під дією бічної сили на деякий кут убік качения цієї шини і дії шини.

Опір кутової деформації.

Якщо до колеса, крім нормальної сили, додатково прикласти момент, що повертається, спрямований поверхности поверхні шляху, то виникає кутова деформація шини. Ця деформація виявляється в тім, що середня лінія протектора відхиляється на деякий кут від середньої лінії площі контакту лінії з дорогою.

М / =k 1, де k - коефіцієнт кутової деформації (кутова твердість).

Три основних випадки руху колеса.

Колесо є складним пристроєм, робота якого, у залежності від поставленої мети дослідження і необхідної точності, може зображуватися й описуватися за допомогою різних моделей.

Розглянемо рух колеса в площині перпендикулярної до опорної поверхні, при цьому площина обертання колеса збігається з подовжньою площиною. У залежності від співвідношень твердості колеса і твердості опорної поверхні, умовно розглядають три випадки руху:

1)Рух твердого колеса по деформируемой поверхні.

2)Рух колеса, деформируемого під дією нормальної реакції по твердій опорній поверхні не деформируемой.

3)Рух деформируемого колеса по деформируемой поверхні.

1.Сили і моменти, що діють на колесо.

У загальному випадку, автомобільне колесо випробує нагружение нормальним навантаженням від ваги АТС, що приходиться на колесо.

2.Реакцію дороги на дію навантаження, що прикладається. 3.Сила опору качению колеса.

Напрямок моменту залежить від темпу силового нагружения. Виникнення сили опору качению колеса Рk ,було докладно розглянуте при вивченні дисципліни «Основи теорії експлуатації АТС». Как відзначалася основна причина виникнення сили зсуву рівнодіючої реакції дороги в плямі контакту і виникаємий момент опору від дії сили.

Режими силового навантаження колеса.

У залежності від характеру і напрямку сил і моментів, що діють на колесо, розрізняють наступні 5 режимів силового навантаження:

1.Ведучий

2.Вільний

3.Нейтральний

4.Відомий

5.Гальмовий

Виходячи з динаміки колеса при качении его по недеформируемой поверхні, з боку АТЗ діють сили:

Рz – вагова складова (нормальне навантаження колеса). Спрямована перпендикулярно до площини дороги. Крім того діє сила Рх – подовжня сила колеса рівнобіжна площини дороги. Може змінювати свій напрямок у залежності від режиму руху колеса, тобто або збігатися з рухом АТС, або мати протилежний напрямок. Момент М (з боку АТС, момент на колесі), або від півосі, або від гальмового барабана

– це обумовлюється режимом руху. Іноді М = 0. З боку дороги діє Rz – нормальна реакція дорогі. Крапка розташування сили Rz зміщена на величину відстані. Подовжня реакція дороги Rх – розташовується в площині дороги, може мати напрямок, що збігається з напрямком руху АТЗ, або протилежне, у залежності від режиму руху колеса.

Рівняння руху колеса щодо центра О.

mk g = Rx - Px

У випадку руху колеса по гладкій поверхні : Rz = Pz

Умовну кількісну характеристику руху колеса що представляє собою відношення сили опору качению колеса до нормальної реакції опорної поверхні – називають

коефіцієнтом опору качению:

Рf / Rz = f , де f = fc + fk,

Де fc - складова, враховуючі силові втрати.

fc = ам / rg , де rg – динамічний радіус качения колеса, що представляє собою відстань від центра колеса, що котиться, до опорної поверхні.

fk – складова коефіцієнта, що враховує кінематичні втрати: fk = М (rg – rк) / Rz rg rк ,

де rк – радіус качения колеса (кінематичний радіус), що представляє собою відношення подовжньої складової поступальної швидкості колеса до його кутової швидкості:

rк = до / Wк

Відношення моменту на колесі до радіуса качения, називають повної окружн силой колеса : М / rк = Рко

Відношення моменту на колесі до динамічного радіуса називають повної тяговий силой колеса: М / rg = Ркт

Ця сила дорівнює подовжній силі, що діє з боку колеса на автомобіль при відсутності силових утрат на качение колеса, і зміна его кінетичної енергії в обертальному русі.

У загальному виді рівняння силового балансу колеса :

Rx = M / rg – Rz fc - k Ik / rk rg (1)

Вид рівняння силового балансу колеса змінюється в залежності від режиму качения колеса, що визначається напрямком прикладеного моменту М и подовжньою реакцією дороги Rx.

Ведучий режим качения колеса.

Схема сил діючих на колесо: Pz – нормальна складова.

М – момент, що збігається з напрямком кутової швидкості W.

При цьому виникає подовжня сила Рх діюча противоположно напрямку руху колеса, і как результат виникають сили з боку опорних поверхонь Rz і Rx. Якщо зобразити залежність дотичної реакції на колесі моменту у виді графіка, то ведучий режим характеризується у виді відрізка .

Умова роботи колеса у ведучому режимі – це момент прикладений до колеса, що повинний бути :

М Rz rg fc – це з урахуванням витрат на розгін колеса.

М Rz rg fc + Ik I / rk, (2)

При этом тягова сила на колесі: Рт = М / rg = Мn т I / rg

Дане вираження характеризує повну тягову силу, при сталій швидкості руху автомобіля. Виходячи з рівняння (1), видно что можливо режими качения колеса при який до нього може підводитися позитивний момент М, але воно не є ведучим, оскільки не буде виконуватися умова (2).

Вільний режим качения колеса.

Прикладається нормальна сила Рz, як результат дії цієї сили, виникає реакція Rz, крім того, до колеса прикладається момент М, що збігається з напрямком кутової швидкості.

У даному випадку, согласно рівності (1), виконується умова: М=Rz rg fc+Ik j/rk. Величина моменту на колесі характеризується, согласно графика, крапкою 1, колесо в цьому випадку називається вільним, тому що відсутний вплив подовжньої складовий Rx.

Нейтральний режим.

Схема сил діючих на колесо.

Виникає подовжня сила Рx і, протилежно спрямована, реакція Rx. М 0, Rx 0. У даному випадку, согласно рівняння силового балансу колеса (1), буде виконуватися умова: 0 М Rz, що характеризується на графике залежності дотичної сили від моменту відрізком . Колесо в даному випадку називається нейтральним.

Відомий режим.

Це режим, при якому отсутствует момент на колесі. М=0 Даний режим на графике залежності дотичної сили від моменту буде

характеризуватися крапкою 2. (М=0, Rx 0). Знак «-» сили Rx указує, что напрямок сили убік протилежну руху.

Гальмовий режим.

Це режим, при якому до колеса підводиться гальмовий момент, зворотний по напрямку обертання даного колеса.

Схема сил діючих на колесо. Даний режим характеризується на графіку дотичної

реакції відрізком . Таке колесо називають гальмуючим.

Обмеження сил діючих на колесо АТЗ.

При русі по дорозі з твердим покриттям, дія нормальної сили на колесо Рz обмежується умовами міцності шини і дорожнього покриття.

На деформируемой поверхні нормальне навантаження Рz обмежується несучою здатністю опорної поверхні. Граничне значення реакції дороги Rx визначається досягненням граничних реакцій контактною поверхнею.

На недеформируемой поверхні цими силами є: сила тертя спокою в передній частині площадки контакту, і сила тертя ковзання задньої частини контактної поверхні.

При качении колеса і передачі їм значного моменту, зростає реакція Rx. В міру росту моменту, за рахунок часткового прослизання і деформації шини, змінюється радіус качения колеса: rk =vk/ k.

Для характеристики возникаемого явища використовують залежність безрозмірної величини, що представляє собою відношення: Rx/Rz= , зв'язане з

радіусом качения і коефіцієнт буксування . Виходячи з визначення кінематичного радіуса колеса і, з огляду на процеси, що зявляються при буксуванні, коефіцієнт буксування може бути визначений, согласно формули:

=((vт-vд)/vт) 100, де vт – теоретична швидкість колеса: vт=rk0 k (3), де rk0 – радіус качения колеса у вільному режимі,

vд – дійсна швидкість колеса; vд=rk k, і відповідає, переданому через колесо, моменту, з огляду на представлені залежності коефіцієнта буксування, може бути визначений, згідно наступного вираження: = (1-rk/rk0) 100 (3). При этом можливо установити поняття коефіцієнта ковзання, що буде визначатися, відповідно до наступного формули: S=((vд-vт)/vд) 100 (4). Згідно приведених формул (3) і (4) випливає, что обидва коефіцієнти змінюються від 0, при Rx=0, до 100%, при повному буксуванні у ведучого і повному ковзанні в гальмуючого колеса.

Схема сил і моментів діючих на АТЗ

Основною силою визначальною процес і характер руху автомобіля є сила ваги автомобіля ( ): Ga = m g ( Маса автомобіля на прискорення). Результати впливу ваги автомобіля на дорогу через опорні елементи є сили реакції дороги на колеса АТС – Z1, Z2.

З огляду на, что число коліс на осі 2, то 2Z1, 2Z2. Реакція дороги від ваги автомобіля залежить від положення автомобіля щодо обрію. При розташуванні авто

під кутом до обрію ( ), сила ваги автомобіля розкладається на дві складові: 1) Перпендикулярно опорні поверхні Ga cos

2) Паралельно опорної поверхні Ga sin

Горизонтальна складова сили ваги автомобіля при розташуванні его під кутом до обрію утворить сили опору підйому автомобіля: Рпод.

Дана сила може бути, як позитивної , так і негативної. Позитивна при русі АТЗ на спуску, негативна при підйомі. Величина підйому сучасних доріг ( ) розходяться в межах 4...5…5,тому можна записати, что sin tg = i

З огляду на усе вище сказане, а також силу опору качению коліс Pf2 і Pf1, що результирует сила опору автодороги на підйом (Р ),

Р = Рf Рп = fk Ga Ga sin f = Ga (fk sin f) = Ga(fk I) – множник, прийнято називати коефіцієнтом опору дороги, і позначають:

= fk i

Сила опору повітря при русі автомобіля

Виникає при опорі повітря. Виникає дві складові Pw1 – сили що розсовує повітря, Pw2

-сила від розрядження повітря.

Опір повітря тим вище , чим більше его геометричні розміри. У загальному виді

сила опору повітря визначається по формулі: Pw = K F V2,

Де ДО – коефіцієнт опору повітря, що представляє собою силу опору повітря приходиться на 1метр лобової площі автомобіля, що рухається зі швидкістю 1метр/сек. щодо деякої системи координат з визначеним прискоренням.

F – лобова площа автомобіля. У загальному виді рівнодіюча всіх сил опору повітряного середовища називається аеродинамічною силою і може бути представлена у виді формули: Pw = Cw F g, де

Cw – безрозмірний коефіцієнт повної аеродинамічної сили; F – площа поперечного переріза автомобіля;

G – швидкісний напір рівний кінетичної енергії (м3) повітря автомобіля, що

рухається зі швидкістю руху, щодо зовнішнього середовища. Pw = Cw F g = Cx F 0.5 V2

Величину коефіцієнта Сх визначаємо досвідченим шляхом. У довідковій літературі приводять значення коефіцієнта отриманого при продувці автомобіля в аеродинамічній трубі. При розрахунку сил опору повітря руху автомобіля, можна прийняти величини щільності повітря постійної, тоді:

Cx, , 0.5 = ДО – коефіцієнт обтічності автомобіля.

При розгляданні питань рухи автомобілів, що стосується, істотне значення має характер руху: стале і нестале. У випадку несталого руху : розгін, гальмування на автомобіль додатково впливає сила опору розгону Рj, що представляє собою силу інерції автомобіля залежну від маси і від прискорення. При розгоні автомобільне прискорення піддається не тільки що поступально рухається масі автомобіля; необхідно враховувати і инерционность обертових мас автомобіля, масу авто,коліс,

валів трансмісії і т.д. Как показують дослідження – зусилля на розгін коліс і валів автомобіля мізерно малі в порівнянні з зусиллям, необхідним для розгону маховика. Момент затрачуваний на розгін маховика по формулі: Mj = Jmax dWm/dt, де

Jmax – момент інерції маховика,

dWm/dt -кутове прискорення обертового маховика.

Для переходу від моменту до сили опору розгону потрібно привести момент інерції маховика до коліс:

Jmax U тр dWm/dt, тоді величина сили необхідна для розгону маховика складе:

Pum = Jmax Uтр тр/rk d/dt

Сумарні сили опору розгону АТЗ

Відношення приведеної маси автомобіля до постійної маси автомобіля, що рухається, називають - коефіцієнтом обліку обертових мас АТЗ:

= 1+ (Jmax U2 тр + Ik) g / Ga r2.

Зміна реакції опорної поверхні на колеса АТЗ при русі

Нормальна реакція дороги діюча на колеса АТЗ змінюється в залежності від умов руху АТС і від моментів діючих на АТЗ. При нерухомому автомобілі нормальні реакції на колесах залежать від положення центра ваги автомобіля: 2Z1+2Z2= Ga

Позначимо параметри розташування вагових параметрів АТЗ:

a- відстань від передньої осі до його центра ваги. b- від задньої осі до центра ваги.

L – база автомобіля.

Відповідно до схеми вага автомобіля розповсюджена по його осях назад пропорційно їхнім відстаням до центра ваги. Отже: a+b = L – база автомобіля.

Розглянемо руху автомобіля не з огляду на виникнення опору качению коліс, тобто P = 0 і вважаючи, что крапка додатка силі опору повітря збігається з висотою розташування центра ваги.

Gacos a+(Pw+Pi+Ga sin ) hg-z2 L=0

(Pw+Pj Ga sin )=Pт ; PT=Pk=Ga ; Ga cos a+Ga hg-z2 L=0

, де - кут похилої поверхні до обрію. З огляду на то обставину, що сума сил, прикладених до колеса: z1+z2=Ga cos - величина реакції на передніх колесах буде дорівнює: .

Відношення величин реакції на передніх і задніх осях автомобіля, у загальному випадку, рух автомобіля до їхніх значень для нерухомо коштує на горизонтальній площині автомобіля називають коефіцієнтом подовжнього перерозподілу навантаження АТЗ.

При цьому для передньої осі:

і, з урахуванням значень цих сил, параметри будуть наступні: , де - коефіцієнт зчеплення.

Відношення G2 – коефіцієнти подовжнього розподілу навантаження для задньої осі: , де hg – координата центра ваги.

Сила руху автомобіля.

Основною силою, що приводить АТЗ у рух, є сила, подводимая від двигуна до коліс, як результат дії моменту двигуна, що крутить: .

Тягова динаміка АТЗ.

Для розгляду питання руху АТС, необхідно скласти рівняння руху автомобіля, що зв'язує сили рушійні автомобіль із силами опору і дозволяють визначити характер прямолінійного руху автомобіля в кожен момент часу. При прямолінійному русі автомобіля, автомобіль переборює опір руху, що складається з опорів дороги, повітря і розгону: Pc=Pw+Pj+Рд. У випадку руху автомобіля з постійною швидкістю, тобто при усталеному русі, сили опору