Определение коэффициента сопротивления качению колёс автомобиля на стенде с беговыми барабанами

Коэффициент сопротивления качению увеличивается с увеличением скорости движения автомобиля. Наиболее простой и удобный стенд для определения коэффициента сопротивления качению при различных скоростях движения (рис. 2.2) представляет собой укрепленные на оси беговые барабаны, на которые наезжает, имеющий расчётную массу, автомобиль правым и левым ведущими колесами. Для уменьшения сопротивления перемещению автомобиля в продольном направлении, автомобиль подвешивается на тросах

 

Рис. 2.2

 

за передние колеса. Трос, соединяющий автомобиль с неподвижной опорой, должен находится на уровне осей колес автомобиля. К колесам приложен крутящий момент, вращающий колёса и беговой барабан. При увеличении подачи топлива в двигатель увеличивается крутящий момент Т_к и скорость вращения колёс, что позволяет определить коэффициент сопротивления качению в широком диапазоне изменения скоростей по величине R_x натяжения троса, удерживающего испытываемый автомобиль в продольном направлении.

Изменение подачи топлива в двигатель осуществляется вне автомобиля на общем пульте управления посредством механического или гидравлического привода. Там же установлен датчик числа оборотов барабанов, содержащий дополнительную шкалу с указанием условной скорости движения автомобиля. На том же пульте помещён прибор с тензометрическим датчиком, определяющим силу R_x натяжения троса.

Некоторые считают, что сила R_x натяжения троса равна силе сопротивления качению двух колес по барабанам, в действительности это не так. Рассмотрим процесс качения колес по барабанам более подробно с использованием схемы (рис.2.3) сил и моментов, действующих на одиночное колесо и

Рис. 2.3

 

барабан. К колесу приложен крутящий момент Т_к. Колесо нагружено половиной снаряжённого веса автомобиля приходящегося на заднюю ось 0,5 G₂. Эта нагрузка уравновешивается нормальной реакцией R_z со стороны барабана. Реакция R_z сдвинута относительно оси колеса в результате гистерезисных потерь в шине на величину а плеча сопротивления качению. Точно такая же сила R_z действует на барабан.

Со стороны вращающегося колеса под действием крутящего момента к барабану прикладывается продольная сила R_хб создающая на барабане крутящий момент R_хбr_б. Этот момент преодолевает момент сопротивления вращению барабана R_z a, т.е. имеет место равенство:

R_xб r_б = R_z a

Откуда:

a =

 

Равная по величине силе R_xб, сила реакции R_xк, действует на колесо, которая в свою очередь, равна половине силы R_x натяжения троса, поскольку сила R_x вызвана качением двух ведущих колес. Тогда:

 

a = (2.4)

 

Сила сопротивления качению колеса в ведомом режиме:

 

= (2.5)

 

Подставив полученное выражение (2.4) в формулу (2.5), найдем:

 

=

 

Поскольку коэффициент сопротивления качению f_о = F _f /R_z, то учитывая что R_z=G₂/2, получим для каждого колеса одинаковый коэффициент сопротивления качению:

f_о = (2.6)

 

где G₂ – снаряжённый вес автомобиля, приходящийся на ведущие колёса. При распределении массы автомобиля по осям 50х50 снаряжённый вес автомобиля, приходящийся на заднюю ось, определяют как G₂ = 9,81 m_с/2.

Найденная сила и f_о относятся к ведомому режиму качения колеса.

Испытания проводят при нескольких значениях скорости автомобиля V, равной окружной скорости барабана, которую рассчитывают по формуле:

 

V = 12πr_бn_б / 100, км/ч (2.7)

 

где:

n_б – экспериментально замеряемое число оборотов барабана в минуту;

r_б – радиус барабана, равный 0,7 м.

При испытаниях увеличивают подачу топлива в двигатель и крутящий момент Т_к на колесах. При каждом числе оборотов n_в замеряют силу R_x натяжения троса и по формуле (2.6) рассчитывают коэффициент сопротивления качению f_о. Результаты экспериментальных замеров приведены в таблице 2.4.

Таблица 2.4

 

nб об/мин	75,8	151,6	227,5	303,3	379,1	455,0	530,8	606,6
Rx, H	Вариант № 1	14,8	15,6	16,6	17,2	18,1	20,0	24,2	30,6
Вариант № 2	19,1	20,1	21,2	22,4	23,6	25,8	30,3	38,1
Вариант № 3	29,4	30,1	33,0	34,4	36,7	39,7	46,2	58,8
V, км/ч^*
fо

^*- полученные при расчётах значения скорости V следует округлить до целых единиц.

После этого по экспериментальным точкам строят зависимость f от V, принимая масштаб: 10мм – 10 км/ч, 25мм – 0,005 f_о.

Здесь следует указать, что формула (2.6) является приближённой – она не учитывает силу сопротивления воздуха вращению беговых барабанов. Вышеупомянутую формулу можно уточнить, однако это требует дополнительных исследований.

Лабораторная работа № 4