Всего на сайте:
282 тыс. 988 статей

Главная | Управление и эксплуатация транспортных средств

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ТЯГОВО-СКОРОСТНЫХ СВОЙСТВ АВТОМОБИЛЯ  Просмотрен 46

Глава 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ТЯГОВО-СКОРОСТНЫХ СВОЙСТВ АВТОМОБИЛЯ

Тягово-скоростными называют совокупность свойств, определяющих возможные по характеристикам двигателя и сцеплению ведущих колес с дорожным покрытием диапазоны изменения скоростей движения автомобиля и его максимальные ускорения разгона.

 

Введение в теорию качения колеса

Прежде чем приступить к изучению закономерностей движения автомобиля (колесной машины), необходимо познакомиться с работой его главного движущего и направляющего устройства – колеса.

В зависимости от соотношения деформаций колеса и опорной поверхности различают четыре вида взаимодействия колеса с дорогой:

1) качение жесткого колеса по жесткой (практически недеформируемой) поверхности (рис. 1, а);

2) качение эластичного колеса по недеформируемой поверхности (рис. 1, б);

3) качение жесткого колеса по деформируемой (податливой) поверхности (рис. 1, в);

4) качение эластичного колеса по деформируемой поверхности (рис. 1, г).

Первый из рассматриваемых случаев относится к варианту качения стального колеса трамвая или поезда по рельсовому пути и в теории автомобиля обычно не используется. Три остальных случая характеризуют взаимодействие колеса автомобиля с различными дорожными поверхностями. При этом наиболее типичным является второй случай, соответствующий движению колеса с эластичной шиной по дороге с твердым покрытием (асфальт, асфальтобетон, брусчатка). В реальной эксплуатации встречается также третий случай, когда автомобиль движется по свежевыпавшему снегу и деформации шины значительно меньше деформаций снежного покрытия, а также четвертый случай, когда автомобиль (или колесный трактор) движется по податливым грунтовым дорогам.

 

На рис. 2 показаны основные геометрические параметры автомобильного колеса и шины. Здесь Dн – диаметр наибольшего окружного сечения беговой дорожки шины ненагруженного колеса; d – посадочный диаметр обода; Вш – ширина профиля шины; Нш – высота профиля шины; Dш = Нш / Вш – коэф- фициент высоты профиля шины.

 

Рис. 2. Основные геометрические размеры и пример маркировки шины автомобильного колеса

 

 

В маркировке автомобильной шины обычно присутствуют все необходимые данные для определения перечисленных параметров. Например, маркировка на боковине шины 175/70–R13 свидетельствует о том, что посадочный диаметр d равен 13 дюймам, т.е. (25,4 мм) ·13 = 330 мм, ширина профиля шины Вш = 175 мм, коэффициент высоты профиля шины Dш = 70%, т.е. 0,7 (если Dш не показан, он равен 82-86%). Отсюда высота профиля шины

Нш = Вш Dш = 175 · 0,7 = 122,5 мм.

Соответственно (см. рис. 2),

Dн = d + 2 Нш , т.е. Dн = 330 + 2 · 122,5 = 575 мм.

Для шин автомобилей повышенной проходимости используется другая маркировка. Например, 1300х530–533, что обозначает наружный диаметр шины в ненагруженном состоянии 1300±15 мм и ширину профиля шины 530±15мм.

Очень важным, с точки зрения теоретических расчетов, является правильный выбор радиуса качения автомобильного колеса. В теории качения эластичного колеса по твердой (недеформируемой) поверхности оперируют четырьмя основными радиусами.

Свободный радиус rc – радиус наибольшего окружного сечения беговой дорожки шины ненагруженного колеса (т.е. при отсутствии его контакта с поверхностью дороги).

rc = 0,5 Dн . (1)

Статический радиус rст – расстояние от центра неподвижного колеса, нагруженного вертикальной силой Fz , до опорной поверхности (см. рис. 3)

rcт = 0,5 d + lш = 0,5 d + lzВш , (2)

где lz – коэффициент вертикальной деформации шины; lz = 0,8-0,86 – для радиальных шин легковых автомобилей; lz = 0,85-0,91 – для шин грузовых автомобилей и автобусов, а также для диагональных шин легковых автомобилей.

Коэффициент lz зависит от величины вертикальной нагрузки на шину и от давления воздуха в шине, при этом с увеличением нагрузки lz уменьшается, а с увеличением давления – увеличивается.

Динамический радиус rд – расстояние от центра катящегося колеса до опорной поверхности (см. рис. 4). На величину rд , точно также, как на rcт , влияют вертикальная нагрузка на колесо и давление воздуха в шине. Кроме того, динамический радиус несколько увеличивается с ростом угловой скорости wк вращения колеса и уменьшается с ростом передаваемого колесом крутящего момента Тк. Противоположное влияние wк и Тк на изменение rд обусловило то, что для дорог с твердым покрытием часто принимают rд @ rст .

Радиус качения rк (кинематический радиус) – условная величина, определяемая отношением продольной скорости колеса к его угловой скорости вращения wк

rк = Vх / wк . (3)

Радиус качения сильно зависит от величины и направления передаваемого колесом крутящего момента Тк и сцепных свойств шины с дорожным покрытием. Если Тк не превышает 60% значения, при котором наступает буксование колеса или его юз, то эту зависимость можно считать линейной. При этом в ведущем режиме зависимость имеет вид

rк = rко - lт Тк , (4)

а в тормозном режиме (т.е. когда Тк меняет направление)

rк = rко + lт Тк , (5)

где rко – радиус качения колеса в ведомом режиме (когда Тк = 0 ); lт - коэффициент тангенциальной эластичности шины.

Радиус качения колеса в ведомом режиме rко определяется экспериментально путем прокатывания нагруженного заданной вертикальной нагрузкой Fz колеса на 5-10 полных оборотов (п оборотов) и замера его пути качения S . Так как S = 2prко п , то

rко = S / 2pп . (6)

Рассмотрим характерныеслучаи.

1. Ведомый режим . Тк = 0; rк = rко ; wк ¹ 0. Ситуацию иллюстрирует рис. 5 а. В этом случае V1 = 2 ; V2 = 0.

2. Режим полного буксования (рис. 5 б). Tк > Ткmax (максимальный момент колеса по сцеплению с дорогой) ; V1 = -V2 ; = 0 . Тогда rк = Vх / wк = 0 .

3. Режим юза (рис. 5 в). Тк < - Ткmax ; V1 = V2 = ; wк = 0. Тогда rк = Vх / wк = ¥ .

 

Рис. 5. Радиусы качения колеса: а – ведомый режим; б – режим буксования; в – режим юза

 

Рассмотренные случаи показывают, что диапазон возможных значений радиуса качения rк автомобильного колеса в реальных условиях изменяется от нуля до бесконечности, т.е. 0 £ rк £ ¥ . Это хорошо иллюстрирует график зависимости rк от Тк (рис. 6). Видно, что в диапазоне значений Тк от 0,6 Ткmax до - 0,6 Ткmax происходит некоторое увеличение rк практически по линейному закону. Для большинства шин при работе в указанном диапазоне передаваемых колесом моментов rк = rд = (0,94 ÷ 1,06) rко . В зонах от 0,6Ткmax до Ткmax и от -0,6Ткmax до -Ткmax зависимость сложная нелинейная, при этом в первой зоне по мере увеличения передаваемого колесом крутящего момента rк резко устремляется к нулю (полное буксование), а во второй зоне по мере возрастания тормозного (отрицательного) момента величина rк быстро уходит в бесконечность (режим чистого скольжения без вращения, т.е. так называемый «юз»).

 

 
 
Рис. 6. Зависимость радиуса качения rк от величины и направления передаваемого колесом момента Тк

 

 

Предыдущая статья:Координатно-измерительные машины Следующая статья:Динамика качения колеса по недеформируемой поверхности
page speed (0.0137 sec, direct)