Сопротивление качению колеса

   Сопротивление качению автомобильного колеса зависит от свойств материалов и конструкции шины, шероховатости дороги, глубины образуемой колесом колеи и др.

   Если качение колеса происходит под действием силы, приложенной к его оси, оно называется в е д о м ы м. Если колесо катится под действием подведенного к нему крутящего момента, то оно называется в е д у щ и м.

   На рис. 22 показаны силы, действующие на ведомое колесо, катящееся по твердой дороге. Деформацией дороги можно пренебречь. Толкающая сила, заставляющая колесо катиться, обозначена Р и приложена к оси колеса. Нормальная реакция со стороны дороги – N = G_к смещена относительно оси колеса перед на величину "с" и образует момент сопротивления качению колеса ¦×N Этот момент уравнивается моментом от силы Р на плече R_d:

N × с = P × R_d.

   Откуда необходимая для качения колеса сила P = N×с/R_d. Отношение с/R_d называемое коэффициентом трения второго рода, в теории автомобиля его принято называть коэффициентом сопротивления качению колеса. 

    

 

 

Рис. 22. Силы, действующие на

ведомое колесо автомобиля

      На рис. 23 показаны силы и момент, действующие на ведущее колесо автомобиля, рановесие которого можно описать следующим уравнением:

M_к = N×с + E×R_d.

  Тяговая сила Е из этого уравнения может быть выражена

E = M_к/R_d – N_с/R_d = M_к/R_d – Nצ,    (3)

 

где M_к/R_d – окружная сила, действующая на колесо в зоне его контакта с дорогой; ¦ – коэффициентом сопротивления качению колеса.

Величина  коэффициента сопротивления зависит от скорости автомобиля, типа протектора и числа слоев нитей корда, радиуса колеса, температуры шины, давлния воздуха в шине, и др.

Рис. 23. Силы и момент, действую-

щие на  ведущее колесо автомобиля

    Снижение давления воздуха при движении по сухому асфальту ведет к увеличению коэффициента сопротивления. На мягком грунте, сухом песке, заснеженной поверхности, где при качении колеса образуется колея, снижение давления воздуха наоборот ведет к уменьшению сопротивления качения колеса, т.к. при снижение давления воздуха площадь контата колеса с опорной поверхностью увеличивается, колесо менее тонет, глубина образуемой колеи уменьшается, затраты мощности на образование колеи снижаются.

Летом в жару шина сильно нагреваться и становится мягче, затраты мощности на её деформацию в зоне контакта с дорогой уменьшаются, что можно выразить уменьшением коэффициента сопротивления качению. Так при увеличении температуры шины с 30 до 70⁰С коэффициент сопротивления качению колеса уменьшается на 25-30 %.

Сопротивление качению колеса с бóльшим радиусом меньше, чем колеса с меньшим радиусом. Это объясняется тем, что имеющиеся на дороге неровности оказыают меньшее влияние на то колесо, которое больше. Поэтому на  автомобили высокой проходимости, например, на джипах  ставят колеса большого диаметра.

    Шины, протектор которых состоит из редких крупных грунтозацепов, имеют более высокое  сопротивление качению, чем дорожные шины с плотно расположенными шашками на беговой части. Сопротивление качению изношенных шин, протетор на которых отсутствует, на 15 % меньше, чем новых.

   Шины с шестью слоями нитей кодра  при скорости 50 км/ч имеют сопротивление на 7 % больше, чем шины с четырьмя слоями нитей корда. При скорости 100 км/ч эта разница составляет только  4 %.

Сопротивление качению ведущего колеса несколько больше, чем ведомого, т.к. ведущее колесо деформируется ещё в окружном направлении. Однако в практических расчетах сопротивления качению ведомого и ведущего колес принимаются одинаковыми.

По условиям создания шин требуется, чтобы коэффициент сопротивления качению колеса при увеличении скорости с 20 км/ч до 100 км/ч возрастал не более, чем на 70 %.

  Численные значения коэффициентов сопротивления качению f для различных типов дорог при скорости движения 10...15 км/ч приведены в табл. 2.

Таблица 2

Дорога	Коэффициент сопротивления качению колеса
Асфальтированная, накатанная,                                     неизношенная                                                               Асфальтированная с небольшими                                    разрушениями           Грунтовая сухая, укатанная                                             Грунтовая влажная                                                    Песчаная	0,012...0,018          0,018...0,02 0,025...0,035 0,05...0,15 0,1...0,3

    

   С увеличением скорости коэффициент сопротивления качению существенно увеличивается. С достаточной для практических расчетов точностью он может определен по следующей эмпирической зависимости:

                                              ¦ = ¦_о  ,                                             (4)

где  ¦_о – коэффициент сопротивления качению колеса при скорости 10...12 км/ч; V – скорость автомобиля, км/ч.

  Коэффициенты сопротивления определяются экспериментально с помощью динамометрической тележке, которую тянет автомобиль.