Вопрос 37. Увод автомобильного колеса.

При изучении качения колеса на повороте принято называть плоскость симметрии обода колеса, перпендикулярную оси вращения, плоскостью вращения, точку пересечения оси вращения с плоскостью вращения центром колеса, а скорость её перемещения – скоростью колеса. Точку пересечения следа плоскости качения на плоскость дороги с перпендикуляром к нему, опущенным из центра колеса, называют центром контактной площадки, прямую, проходящую через центр контактной площадки параллельно вектору скорости колеса, - продольной, а перпендикулярную ей прямую, проходящую через этот центр, поперечной осями контактной площадки.

Взаимодействие колеса с дорогой характеризуется продольной реакцией дороги R , боковой реакцией дороги R и нормальной реакцией дороги R и соответствующими моментами: М - моментом сопротивления качения, М - восстанавливающим моментом и М - стабилизирующим моментом.

Со стороны автомобиля на колесо действуют приложенные к его центру: продольная Р , боковая Р и нормальная Р , а также моменты: М – тяговый (или тормозной), М - опрокидывающий и М - поворачивающий. Соответственно скорости колеса: V - продольная, V - поперечная, V - нормальная.

У колеса, снабженного эластичной шиной, под действием боковой силы происходит боковая деформация элементов, расположенных между контактной площадкой и ободом. В результате этого катящееся колесо движется одновременно со скоростями V (в плоскости вращения) и V (перпендикулярно этой плоскости). Вектор результирующей скорости V , равный геометрической сумме этих скоростей, направлен под углом к плоскости вращения. Отклонение вектора скорости эластичного колеса от плоскости его вращения при действии любой по величине боковой силы называется явлением бокового увода, а угол между этим вектором и плоскостью вращения – углом увода .

С увеличением боковой силы угол увода растет при прочих равных условиях, однако этот процесс ограничивается при появлении зон скольжения в контакте колеса с дорогой. Рассмотрим экспериментально полученную кривую зависимости Р = f(). На этой кривой условно выделяются три участка. На участке 0b зависимость практически линейна, он соответствует значениям Р , при которых зона скольжения практически отсутствует. Для этого участка:

Р = , (7.1)

где: - к-т сопротивления уводу. Он численно равен боковой силе в Н, вызывающий угол увода в 1 градус или 1 радиан.

На участке bc значения Р такие, при которых скольжение происходит в значительной части контактной площадки и тем больший, чем больший угол увода. В точке с сила Р достигает значений максимально возможных по условиям сцепления колес с дорогой, а на участке cd она равна: Р = R .

К-т = Р / R называют к-том поперечного сцепления.

Условно на участке 0с боковое перемещение колеса под действием боковой силы Р называют боковым уводом, а на участке cd – боковым скольжением.

Значение угла , при котором начинается боковое скольжение, зависит от конструкции шины, нормальной нагрузки, к-та и ряда других факторов. Обычно на сухой твердой опорной поверхности = 12…20 . К-т зависит от тех же факторов, что и к-т .

Действие боковой силы вызывает появление боковой реакции R . Предельное по сцеплению значение этой боковой реакции: R = R , (7.2)

где: К = R / R - к-т продольной силы.

Влияние различных факторов на явление увода было изучено Д.А. Антоновым, который предложил целый ряд эмпирических зависимостей. Так, для прямолинейного установившегося качения эластичного колеса по гладкой недеформируемой дороге: = q q q q , (7.3)

где: - к-т сопротивления уводу ведомого колеса на линейном участке зависимости Р = f()

q -к-т коррекции, учитывающий зависимость к-та сопротивления уводу от угла при движении по дорогам с различным

q -к-т коррекции, учитывающий влияние отклонения нормальной нагрузки от оптимальной

q -к-т коррекции, учитывающий влияние на продольных сил, действующих на колесо

q -к-т коррекции, учитывающий влияние отклонения давления от нормального значения.

Т.к. при действии на колесо боковой силы, вектор его скорости в результате увода или бокового скольжения отклоняется от плоскости вращения, то происходит и обратное явление: при движении колеса таким образом, что вектор его скорости не совпадает с плоскостью вращения, возникает боковая реакция R . На этом основано направляющее действие управляемых колес, т.е. их способность создавать силы, изменяющие направление движения автомобиля. При повороте колес их центры в первое мгновение по инерции движутся вместе с автомобилем в первоначальном направлении, не совпадающем после поворота колес с их плоскостями вращения. В результате этого возникают реакции R , направленныетак, что их моменты относительно центра масс, преодолевая инерцию автомобиля, вызывают его поворот.

Боковая сила возникает и в том случае, когда плоскость вращения катящегося колеса совпадает с плоскостью, перпендикулярной дороге, (угол развала). Данная сила пропорциональна углу развала: Р = к . К-т к приближенно можно принимать равным R .