Силы действующие на автомобиль при движении

Силы, действующие на автомобиль

Автомобиль перемещается с определенной скоростью в результате действия на него движущих сил и сил, оказывающих сопротивление движению (рис. 1).

К силам, препятствующим движению автомобиля, относятся: силы сопротивления качению Рf, сопротивление, создаваемое подъемом дороги Рa, сопротивление воздуха Pw, сопротивление сил инерции PJ. Для преодоления этих сил автомобиль оснащен источником энергии — двигателем. Возникающий в результате работы двигателя крутящий момент передается через силовую передачу и полуоси на ведущие колеса автомобиля. Их вращению препятствует сила трения, которая появляется между колесами и поверхностью дороги.

Во время вращения ведущие колеса создают окружные силы, которые действуют на дорогу, стремясь как бы оттолкнуть ее назад. Дорога, в свою очередь, оказывает равное противодействие (касательную реакцию) на колеса, что и вызывает движение автомобиля.

Силу, которая приводит автомобиль в движение, называют силой тяги и обозначают Ph. Связь между этими величинами или предельное условие движения автомобиля, при котором обеспечивается равновесие между силой тяги и силами сопротивления движения, можно выразить формулой

Это уравнение называется уравнением тягового баланса и позволяет установить, как тяговая сила распределяется по различным видам сопротивлений.

Сопротивление качению шины по дороге является следствием затрат энергии на гистерезисные (внутренние) потери в шине и на образование колеи (внешние) потери. Кроме того, часть энергии теряется в результате поверхностного трения шин о дорогу, сопротивления в подшипниках ступиц ведомых колес и сопротивления воздуха вращению колес. Ввиду сложности учета всех факторов сопротивление качению колес автомобиля оценивают по суммарным затратам, считая силу сопротивления качению внешней по отношению к автомобилю. При качении эластичного колеса по твердой дороге внешние потери незначительны. Слои нижней части шины то сжимаются, то растягиваются. Между отдельными частицами шины возникает трение, выделяется тепло, которое рассеивается, и работа, затрачиваемая на деформацию шины, не возвращается полностью при последующем восстановлении формы шины. При качении эластичного колеса деформации в передней части шины возрастают, а в задней — уменьшаются.

Когда жесткое колесо катится по мягкой деформируемой дороге (грунт, снег), потери на деформацию шины практически отсутствуют и энергия затрачивается лишь на деформацию дороги. Колесо врезается в грунт, выдавливает его в сторону, спрессовывая отдельные частицы, образуя колею.

Когда же деформируемое колесо катится по мягкой дороге, энергия затрачивается на преодоление как внутренних, так и внешних потерь.

При качении упругого колеса по мягкой дороге деформация его меньше, чем при качении по твердой дороге, а деформация грунта меньше, чем при качении жесткого по тому же грунту.

Величина силы сопротивления качению может быть определена из формулы

Pf — сила сопротивления качению;

G — вес автомобиля;

а — угол, характеризующий крутизну подъема или спуска;

f — коэффициент сопротивления качению, который учитывает действие сил деформации шин и покрытия, а также трение между ними в различных дорожных условиях.

Величина коэффициента сопротивления качению колеблется от 0,012 (асфальтобетонное покрытие) до 0,3 (сухой песок).

Рис. 1. Силы, действующие на движущийся автомобиль

Сопротивление подъему. Автомобильные дороги состоят из чередующихся между собой подъемов и спусков и крайне редко имеют горизонтальные участки большой длины. Крутизну подъема характеризуют величиной угла а (в градусах) или величиной уклона дороги t, представляющей собой отношение превышения Н к заложению В (см. рис. 1):

Вес автомобиля G, движущегося на подъеме, можно разложить на две-составляющие силы: G sina, направленную параллельно дороге, и Gcosa, перпендикулярную к дороге. Силу G sin a называют силой сопротивления подъему и обозначают Ра.

На автомобильных дорогах с твердым покрытием углы подъема невелики и не превышают 4 — 5°. Для таких малых углов можно считать

sin а, тогда Ра — G sin а = Gi.

При движении на спуске сила Ра имеет противоположное направление и действует как движущая сила. Угол а и уклон i считают положительными на подъеме и отрицательными при движении на спуске.

У современных автомобильных дорог нет четко выраженных участков с постоянным уклоном; их продольный профиль имеет плавные очертания. На таких дорогах уклон и сила Р непрерывно меняются в процессе движения автомобиля.

Сопротивление неровностей. Ни одно дорожное покрытие не является абсолютно ровным. Даже новые цементобетонные и асфальтобетонные покрытия имеют неровности высотой до 1 см. Под действием динамических нагрузок неровности быстро увеличиваются, уменьшая скорость автомобиля, сокращая срок его службы и увеличивая расход топлива. Неровности создают дополнительное сопротивление движению.

При попадании колеса в длинную впадину оно ударяется о ее дно и подбрасывается вверх. После сильного удара колесо может отделиться от покрытия и снова удариться (уже с меньшей высоты), совершая затухающие колебания. Переезд через короткие впадины и выступы сопряжен с дополнительной деформацией шины под действием силы, возникающей при ударе о выступ неровности. Таким образом, движение автомобиля по неровностям дороги сопровождается непрерывными ударами колес и колебаниями осей и кузова. В результате происходит дополнительное рассеивание энергии в шине и деталях подвески, достигающее иногда значительных величин.

Дополнительное сопротивление, вызываемое неровностями дороги, учитывают, условно увеличивая коэффициент сопротивления качению.

Величины коэффициента сопротивления качению f и уклона i в совокупности характеризуют качество дороги. Поэтому часто говорят о силе сопротивления дороги Р, равной сумме сил Рf и Ра:

Р = Pf — f Ра = G (f cos а — f sin а)

Выражение, стоящее в скобках, называют коэффициентом сопротивления дороги и обозначают буквой Ф. Тогда сила сопротивления дороги

Р = G (f cos a — f sin а) = G ф.

Сопротивление воздуха. При движении автомобиля на него оказывает сопротивление и воздушная среда. Затраты мощности на преодоление сопротивления воздуха складываются из следующих величин:

— лобового сопротивления, появляющегося в результате разности давлений спереди и сзади движущегося автомобиля (около 55 — 60 % всего сопротивления воздуха);

— сопротивления, создаваемого выступающими частями: подножками, крыльями, номерным знаком (12 — 18 %);

— сопротивления, возникающего при прохождении воздуха через радиатор и подкапотное пространство (10–15 %);

— трения наружных поверхностей о близлежащие слои воздуха (8 — 10 %);

— сопротивления, вызванного разностью давлений сверху и снизу автомобиля (5 — 8 %).

При увеличении скорости движения увеличивается и сопротивление воздуха.

Прицепы вызывают увеличение силы сопротивления воздуха вследствие значительного завихрения воздушных потоков между тягачом и прицепом, а также из-за увеличения наружной поверхности трения. В среднем можно принять, что применение каждого прицепа увеличивает это сопротивление на 25 % по сравнению с одиночным автомобилем.

Кроме сил сопротивления дороги и воздуха влияние на движение автомобиля оказывают силы инерции Р). Всякое изменение скорости движения сопровождается преодолением силы инерции, и ее величина тем больше, чем больше обитая м, аееа автомобиля:

Время равномерного движения автомобиля обычно мало по сравнению с общим временем его работы. Так, например, при работе в городах автомобили движутся равномерно 15 — 25 % времени. От 30 % до 45 % времени занимает ускоренное движение автомобиля и 30 — 40 % — движение накатом и торможение. При трогании с места и увеличении скорости автомобиль движется с ускорением — его скорость при этом неравномерна. Чем быстрее автомобиль увеличивает скорость, тем больше ускорение автомобиля. Ускорение показывает, как за каждую секунду возрастает скорость автомобиля. Практически ускорение автомобиля достигает 1 — 2 м/с2. Это значит, что за каждую секунду скорость будет возрастать на 1 — 2 мс.

Читайте также:  Как работает дифференциал на ниве

Сила инерции изменяется в процессе движения автомобиля в соответствии с изменением ускорения. Для преодоления силы инерции расходуется часть тяговой силы. Однако в тех случаях, когда автомобиль движется накатом после предварительного разгона или при торможении, сила инерции действует по направлению движения автомобиля, выполняя роль движущей силы. Принимая это во внимание, некоторые труднопроходимые участки пути можно преодолевать с предварительным разгоном автомобиля.

Величина силы сопротивления разгону зависит от ускорения движения. Чем быстрее разгоняется автомобиль, тем большей становится эта сила. Ее величина меняется даже при трогании с места. Если автомобиль трогается плавно, то сила эта почти отсутствует, а при резком трогании она может даже превысить тяговую силу. Это приведет или к остановке автомобиля, или к буксованию колес (в случае недостаточной величины коэффициента сцепления).

В процессе работы автомобиля непрерывно меняются условия движения: тип и состояние покрытия, величина и направление уклонов, сила и направление ветра. Это приводит к изменению скорости автомобиля. Даже в наиболее благоприятных условиях (движение по усовершенствованным автомагистралям вне городов и населенных пунктов) скорость автомобиля и тяговая сила редко остаются неизменными в, течение продолжительного времени. На средней скорости движения (определяемой как отношение пройденного пути ко времени, затраченному на прохождение этого пути с учетом времени остановок в пути) сказывается помимо сил сопротивления влияние весьма большого количества факторов. К ним относятся: ширина проезжей части, интенсивность движения, освещенность дороги, метеорологические условия (туман, дождь), наличие опасных зон (железнодорожные переезды, скопление пешеходов), состояние автомобиля и т. д.

В сложных дорожных условиях может случиться так, что сумма всех сил сопротивления превысит тяговую силу, тогда движение автомобиля будет замедленным и он может остановиться, если водитель не примет необходимых мер.

Сцепление колеса автомобиля с дорогой

Для того чтобы неподвижный автомобиль привести в движение, одной силы тяги недостаточно. Необходимо еще трение между колесами и дорогой. Иначе говоря, автомобиль может двигаться лишь при условии сцепления ведущих колес с поверхностью дороги. В свою очередь, сила сцепления зависит от сцепного веса автомобиля Gv, т. е. вертикальной нагрузки на ведущие колеса. Чем больше вертикальная нагрузка, тем больше сила сцепления:

где Pсц — сила сцепления колес с дорогой, кгс; Ф — коэффициент сцепления; GK — сцепной вес, кгс. Условие движения без буксования колес

Внешние силы, действующие на автомобиль в процессе движения, подразделяют на две группы:

сила движения (тяговая сила на ведущих колесах);

силы сопротивления (силы сопротивления качению ведомых и ведущих колес, силы сопротивления подъему автомобиля, силы сопротивления воздуха и силы сопротивления разгону (сила инерции)).

Радиус колеса. Движителем автомобиля является колесо с пневматической (эластичной) шиной, у которого различают следующие радиусы:

статический радиус rс – расстояние от оси неподвижного колеса до опорной поверхности (дороги);

динамический радиус rд– расстояние от оси катящегося колеса до опорной поверхности;

радиус качения rк – отношение линейной скорости оси колеса к его угловой скорости. Радиус качения можно также определить так: rк = rоλ(где rо — свободный радиус колеса, λ – коэффициент деформации шин, λ = 0,94…0,96).

Тяговая сила на ведущих колесах автомобиля

Если бы крутящий момент передавался от вала двигателя к ведущим колесам без механических потерь, тяговая сила на ведущих колесах при равномерном движении была бы равна

где Mкр – крутящий момент двигателя; Uк – передаточное число коробки передач, Uо – передаточное число главной передачи; rк – радиус качения колеса.

В действительности некоторая часть передаваемого момента идет на преодоление сопротивления в механизмах трансмиссии, что учитывается путем введения в расчет механического кпд ηтр трансмиссии. В соответствии с этим тяговую силу на ведущих колесах определяют так:

Коэффициент полезного действия трансмиссии ηтр представляет собой отношение мощности Nк на ведущих колесах к мощности Nе двигателя:

где Nтр – мощность, расходуемая на преодоление сопротивления в механизмах трансмиссии.

Механический кпд трансмиссии ηтр = 0,80…0,95.

Максимальный крутящий момент, развиваемый двигателем, не всегда может быть использован, так как тяговое усилие автомобиля не должно превышать силу сцепления колес с дорогой. Максимальная тяговая сила по условию сцепления с дорогой

где G2 сила тяжести, приходящаяся на ведущие колеса автомобиля; φ – коэффициент сцепления шин ведущих колес с дорогой, зависящий от типа и состояния дорожного покрытия и шин. Для асфальтобетонного покрытия φ = 0,5…0,8.

Таким образом, качение ведущих колес без буксования будет происходить при условии PкPсц = G2φ.

Во время движения автомобиля тяговое усилие на ведущих колесах расходуется на преодоление ряда сопротивлений движению.

Силы сопротивления движению автомобиля

Сопротивление качению колес автомобиля вызывается деформацией шин, деформацией дороги под шинами и трением шин о дорогу. К сопротивлению качению обычно относят также трение в подшипниках колес и в элементах подвески. Во время качения колеса между частями шины вследствие их деформации возникает трение. Выделяющаяся теплота при этом рассеивается, что также приводит к потере энергии.

Деформация шин зависит от нагрузки на колесо, профиля шины, давления воздуха в шинах, величины приложенного к колесу крутящего момента, скорости движения, материала и типа корда, а также многих других факторов. Деформация дороги зависит от вида, качества и состояния ее покрытия. Трение шин о дорогу зависит от формы протектора, размера шины, деформации шины и дороги.

При качении эластичного колеса по твердой дороге деформации в передней части контакта шины с дорогой нарастают, а в задней части уменьшаются. Поэтому элементарные вертикальные реакции, действующие со стороны дороги на точки протектора, в передней части пятна контакта больше, чем в задней. Схема сил, действующих на колесо при его качении, показана на рисунке 2.1.

Рис. 2.1. Силы, действующие на колесо

Анализ этой схемы показывает, что точка приложения равнодействующей Zк нормальных реакций, равной по величине Gк, смещается от вертикального диаметра на некоторую величину аш. В результате такого смещения возникает пара сил Zки Gк, создающая момент Мск = Zк аш,противодействующий качению колеса. Чтобы колесо катилось равномерно, к нему необходимо приложить толкающую силу Тк, которая вместе с горизонтальной реакцией дороги Рf образует пару сил. Момент этой пары уравновесит момент Мск = Zк аш. Величину силы сопротивления качению Рf находят из условия равновесия колеса

откуда следует, что

Отношение аш / rк называется коэффициентом сопротивления качению. Для асфальтобетонного покрытия f = 0,014…0,018. Величину коэффициента f можно определить как соотношение силы Рf, способной вызвать равномерное качение колеса, к величине вертикальной нагрузки автомобиля Gа:

Для движения по горизонтальной дороге сила сопротивления качению пропорциональна полной массе автомобиля:

Сила сопротивления подъему. Автомобильная дорога обычно имеет много чередующихся подъемов и спусков. Крутизну подъема характеризуют углом αд (град) или уклоном дороги, который выражается как отношение превышения Н к заложению (базе отсчета) Вд. Базу отсчета обычно принимают равной 100 м (рис. 2.2.).

Читайте также:  Компрессор качок официальный сайт производителя

Рис. 2.2. Сила сопротивления подъему:

G – вес автомобиля; H – высота уклона;

Bд – заложение (база отсчета); αд – угол уклона

Вес автомобиля G может быть представлен в виде двух составляющих: силы G sin αд, параллельной дороге, и силы G cos αд, перпендикулярной ей.

Силу G sin αд называют силой сопротивления подъему и обозначают Рп. На автомобильных дорогах с твердым покрытием углы подъема обычно невелики (не превышают 4…5°). Для таких углов можно принять, что 1/100 уклона соответствует 35′ угла αд. При этом уклон i = tg αд ≈ sin αд. Тогда сила сопротивления при движении на подъем Рп = G sin αд = Gi.

При движении на спуске сила Рп направлена в сторону движения автомобиля и является движущей. Угол αд и уклон дороги i считают положительным при движении автомобиля на подъем и отрицательными при его движении на спуск.

Суммарная сила сопротивления дороги. При движении автомобиля на подъеме и спуске составляющая силы тяжести, перпендикулярная дороге, равна G cos αд. Сила сопротивления качению Рf при движении на этих участках дороги равна Рf = f G cos αд, т.е. она несколько меньше, чем при движении по горизонтальному участку. Однако для малых углов cos αд ≈ 1, что позволяет определить силу Рf по формуле Рf = Zк f также и для негоризонтальных участков дороги.

Коэффициент f и уклон i дороги в совокупности характеризуют качество дороги, поэтому введено понятие о силе сопротивления дороги Рд , равной сумме сил Рп и Рf :

Выражение (f + i) называют коэффициентом сопротивления дороги и обозначают буквой ψ. Тогда сила сопротивления дороги

Сила сопротивления воздуха. Автомобиль во время движения перемещает частицы окружающего воздуха, и в каждой точке поверхности автомобиля в результате соприкосновения ее с окружающей средой возникают элементарные силы, перпендикулярные к поверхности и касательные к ней. Касательные силы являются силами трения. Нормальные силы создают давление на поверхность автомобиля.

Для упрощения расчетов элементарные силы сопротивления воздуха заменяют сосредоточенной силой сопротивления воздуха Рв. Опытным путем установлено, что сила сопротивления воздуха

где Сx – коэффициент сопротивления воздуха (коэффициент обтекаемости), зависящий от формы и качества отделки поверхности автомобиля, Н∙с 2 / м 4 ; Fв – лобовая площадь автомобиля, м 2 ; υ – скорость движения автомобиля.

Лобовой называют площадь проекции автомобиля на плоскость, перпендикулярную его продольной оси. Определить точное значение лобовой площади довольно трудно, так как для этого нужно провести измерения размеров автомобиля и начертить его наружный контур. Поэтому при определении Fв пользуются приближенными формулами:

для грузового автомобиля и автобуса

где В – колея, м; На – наибольшая высота автомобиля, м;

для легкового автомобиля

где В – наибольшая ширина автомобиля, м.

Средние значения коэффициентов сопротивления воздуха и лобовой площади автомобиля приведены в таблице.

Автомобиль Сx, Н с 2 / м 4 Fв, м 2
Легковые автомобили с кузовом: закрытым открытым Грузовой автомобиль Автобус с кузовом вагонного типа Гоночный автомобиль 0,2…0,35 0,4…0,5 0,6…0,7 0,24…0,4 0,13…0,15 1,6…2,8 1,5…2,0 3,0…5,0 4,5…6,0 1,0…1,3

При взаимодействии автомобиля и воздуха также возникает вертикальная сила. У большинства серийных автомобилей эта сила обычно направлена вверх и называется подъемной. У скоростных автомобилей (гоночных, спортивных) благодаря специальной форме кузова эта сила направлена вниз и увеличивает силу сцепления шин с дорогой. При скоростях до 120 км/ч вертикальная сила невелика и ее можно не учитывать в расчетах.

Сила сопротивления разгону Рвозникает при ускоренном движении и представляет собой силу инерции, зависящую от массы автомобиля mа и ускорения jа его движения:

Кроме затрат энергии на разгон массы автомобиля, движущейся поступательно, часть тяговой силы при ускорении движения расходуется на ускорение вращающихся частей. Самая большая часть энергии затрачивается на разгон маховика, деталей сцепления и колес автомобиля. Остальные вращающиеся детали обладают сравнительно малыми моментами инерции, и их влияние на разгон автомобиля можно не учитывать. Сила Р", необходимая для углового ускорения вращающихся масс автомобиля, также оказывает определенное сопротивление движению автомобиля при его разгоне.

Общая сила сопротивления разгону равна сумме сил инерции массы автомобиля и силы инерции его вращающихся частей:

Нормальные реакции дороги. Для автомобиля, стоящего на горизонтальной дороге, нормальные реакции Rz1 и Rz2, действующие на колеса соответственно переднего и заднего мостов, равны составляющим G1 и G2 веса автомобиля, приходящимся на колеса этих мостов (рис. 2.3). Из условия равновесия следует, что

При движении автомобиля нормальные реакции дороги не остаются постоянными, а изменяются под действием сил и моментов, приложенных к автомобилю (например, реактивного момента ведущего моста автомобиля, моментов сил инерции колес при неравномерном движении, моментов сил сопротивления качению и т.п.).

Нормальная реакция дороги на передние колеса автомобиля уменьшается, а на задние возрастает с увеличением крутизны подъема, интенсивности разгона автомобиля, а также с ростом сил сопротивления Рк, Рв или силы тяги Рт, необходимой для их преодоления.

Рис. 2.3. Силы, действующие на неподвижный автомобиль:

на колеса переднего и заднего мостов; L – база автомобиля;

l1, l2 – расстояние центра тяжести до осей переднего и заднего мостов

Коэффициент изменения нормальных реакций mр представляет собой отношение нормальной реакции к силе тяжести, действующей на мост автомобиля, стоящего на горизонтальной дороге:

где mр1 и mр2 – коэффициенты изменения нормальных реакций передних и задних колес.

Во время разгона автомобиля предельные значения коэффициентов составляют mр1 = 0,55…0,7; mр2 = 1,2…1,35.

Приведенные значения коэффициентов свидетельствуют о том, что во время разгона нагрузка на передний мост автомобиля уменьшается, а на задний мост – возрастает по сравнению с нагрузками при статическом положении автомобиля. При торможении происходит обратное явление. Этим объясняется подъем передней части автомобиля при разгоне и наклон ее вниз («клевок») при торможении.

Тяговая характеристика автомобиля. График зависимости силы тяги от скорости автомобиля на различных передачах называется его тяговой характеристикой. Сила тяги Рт определяется как отношение тягового момента Мт на ведущих колесах к радиусу r ведущих колес:

где Mкр – крутящий момент двигателя; Uтр – передаточное число трансмиссии; ηтр – механический кпд трансмиссии.

Скорость автомобиля определяют так:

где ωе – угловая скорость коленчатого вала.

Определив Mкр, ηтр и υдля нескольких значений ωе, можно, пользуясь приведенными выше формулами, найти зависимость силы тяги от скорости автомобиля во всем диапазоне изменения угловой скорости и момента и построить тяговую характеристику автомобиля (рис. 2.4). Для каждой передачи строится отдельная кривая. Поэтому число кривых на этом графике (РтI, РтII, РтIII) соответствует числу ступеней в коробке передач.

Рис. 2.4. Тяговая характеристика автомобиля

Читайте также:  Алгоритм расчета контрольной суммы

Уравнение движения автомобиля. Это уравнение связывает все силы, действующие на автомобиль, и позволяет определить характер движения автомобиля в любой момент времени. При изучении динамичности автомобиля считают, что его возможности ограничены лишь мощностью двигателя и сцеплением ведущих колес с дорогой. Остальные ограничения, накладываемые, например, требованиями безопасности движения или комфортабельности, не учитывают. В связи с этим рассмотрим лишь прямолинейное движение автомобиля. Особенности криволинейного движения будут рассмотрены далее в главах, посвященных устойчивости и управляемости автомобиля.

Рассмотрим силы, действующие на автомобиль на подъеме во время разгона (рис. 2.5). К центру тяжести автомобиля приложены сила тяжести G = mg, а также сила инерции P’и = ma поступательно движущихся масс, направленная противоположно ускорению а. Колесам автомобиля приложены моменты сопротивления качению Мк1 и Мк2. Со стороны дороги на шины действуют нормальные реакции Rz1 и Rz2 и касательные реакции Rx1 и Rx2. На высоте hв приложена сила сопротивления воздуха Рв. Кроме того, к тяговому крюку автомобиля может быть приложена сила Рпр сопротивления движению прицепа.

Рис. 2.5. Силы и моменты, действующие на автомобиль при движении на подъем

Спроектировав все силы на плоскость дороги, получим

При движении одиночного автомобиля (без прицепа)

Проведя ряд преобразований, уравнение движения автомобиля в общем виде можно записать так:

Согласно этому уравнению, сила тяги на ведущих колесах расходуется на преодоление следующих сил: сопротивления подъему, сопротивления воздуха и сопротивления дороги.

Условие возможности движения автомобиля. Согласно уравнению движения автомобиля, длительное и безостановочное его движение возможно лишь при условии

Это неравенство связывает конструктивные параметры автомобиля с сопротивлением движению. Выполнение такого условия необходимо, но недостаточно для безостановочного движения автомобиля, которое возможно лишь при отсутствии буксования ведущих колес. Поэтому точнее условие безостановочного движения можно определить так:

Если суммарная сила сопротивления движению больше силы тяги, то останавливается двигатель. Если сила тяги больше силы сцепления колес с дорогой, то пробуксовывают ведущие колеса. Для автомобиля с передними ведущими колесами в эту формулу вместо Rz2 подставляют Rz1, а для автомобиля со всеми ведущими колесами – G cos αд.

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 — касательная реакция (см. рис. 72), равная по величине окружной силе, но направленная в противоположную сторону. Суммарная касательная реакция ведущих колес передается на задний мост и вызывает движение всего 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 тепления ведущих колес с дорогой.

Если тяговая сила превысит силу сцепления, то ведущие колеса будут пробуксовывать.

Сила сцепления равна произведению коэффициента сцепления на сцепной вес. Для тягового автомобиля сцепной вес равен чесу, приходящемуся на ведущие колеса автомобиля. При торможении сцепной вес автомобиля равен его весу, приходящемуся на затормаживаемые колеса.

Коэффициент сцепления зависит от типа и состояния покрытия дороги, от конструкции и состояния шины (давление воздуха, рисунок протектора), от нагрузки и скорости движения автомобиля.

Величина коэффициента сцепления снижается при мокрой и влажной поверхностях дороги, особенно с увеличением скорости движения и при изношенных шинах.

Например, для сухой дороги 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 , или вес, 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 полный вес легкового автомобиля распределяется по его осям примерно поровну, т. е. сцепной вес равен 50% полного веса. Высота расположения центра тяжести у грузовых автомобилей 0,65—1,0 м. У полностью груженых грузовых автомобилей сцепной вес составляет 60— 75% полного веса. У автомобилей со всеми ведущими осями сцепной вес равен полному весу автомобиля.

При движении автомобиля указанные соотношения изменяются, так как происходит продольное перераспределение полного веса автомобиля между его осями: при передаче ведущими колесами тяговой силы больше нагружаются задние колеса, а при торможении автомобиля — передние колеса.

Кроме того, перераспределение полного веса автомобиля между передними и задним и колесами имеет место при движении на подъем и под уклон.

Перераспределение нагрузки, изменяя величину сцепного веса, влияет на сцепление колес с дорогой и устойчивость автомобиля.

Силы сопротивления движению автомобиля

Тяговая сила на ведущих колесах обеспечивает преодоление внешних сил, возникающих при движении автомобиля.

При равномерном движении автомобиля по горизонтальной дороге такими силами являются: сила сопротивления качению и сила сопротивления воздуха.

При движении автомобиля в гору ( рис. 138 ) возникает сила сопротивления подъему, а при разгоне автомобиля — сила сопротивления разгону (сила инерции).

Рис. 138. Схема сил, действующих на автомобиль при равномерном движении на подъеме

Сила сопротивления качению возникает вследствие деформации шин и поверхности дороги. Она равна произведению полного веса автомобиля на коэффициент сопротивления качению.

Коэффициент сопротивления качению зависит от типа и состояния покрытия дороги, конструкции шин, их износа и давления воздуха в них, скорости движения автомобиля.

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.

Коэффициент сопротивления качению возрастает с ростом скорости движения, а также с увеличением как крутящего, так и тормозного момента.

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 (если скорость возрастает в 2 раза, сопротивление воздуха увеличивается в 4 раза).

Сила сопротивления воздуха возрастает пропорционально квадрату скорости движения автомобиля (если скорость возрастает в 2 раза, сопротивление воздуха увеличивается в 4 раза).

Сила сопротивления подъему тем больше, чем больше вес автомобиля и крутизна подъема дороги, которая оценивается углом подъема в градусах пли 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%. Если коэффициент сопротивления качению принять равным 0,02, то общее сопротивление дороги составит 8% от полного веса автомобиля.

Сила сопротивления разгону зависит от массы автомобиля, его ускорения (прироста 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.

Оцените статью
Добавить комментарий

Adblock detector