Нормальная и касательная реакция дороги, действующие на колесо (ведомое, ведущее, тормозное)

При движении подвижного состава его колеса могут катиться в различных режимах: тяговом ведомом и тормозном. При этих режимах качения со стороны дороги на колеса действуют различные реакции. Для определения их велечины рассмотрим качение колеса подвижного состава по жесткой дороге.

Силы Р_х и Р_z и момент М действуют на колесо со стороны подвижного состава. Силы R_х и R_z действуют на колесо со стороны дороги и представляют собой реакции дороги.

Рассмотрим указанные силы и момент.

Р_z - вертикальная нагрузка на колесо, направлена вниз перпендикулярно поверхности дороги и представляют собой реакции дороги

Р_х – продольная сила, параллельна поверхности дороги. В зависимости от режима качения колеса может быть направлена как в сторону так и против движения подвижного состава

М – момент, подводимый к колесу полуосью или от тормозного барабана (диска). Иногда момент может быть равен нулю (не подводится к колесу). Момент считается положительным, если его направление совпадает с направлением вращения колеса, и наоборот

R_z - нормальная реакция дороги, направлена вверх перпендикулярно поверхности дороги. Точка приложения нормальной реакции смещена относительно оси колеса на некоторую велечину a_ш изза большой деформации шины в набегающей на дорогу части, чем в сбегающей с дороги части

R_х - касательная реакция дороги, расположена в плоскости дороги. В зависимости от режима качения колеса модет быть направлена в сторону, или против движения подвмжного состава. Касательная реакция считается положительной если она направлена по движению, и наоборот

Составим уравнение моментов относительно центра О колеса:

 

где J_к - момент инерции колеса относительно оси его вращения.

Из указанного выражения находим касательную реакцию дороги

 

Обозначим отношение а_ш/r_к через f и определив значение из выражения ускорения подвижного состава, получим выражение касательной реакции дороги в общем случае (для всех режимов качения колес)

Рассмотрим наиболее характерные режимы качения колеса

Тяговый режим характерен для ведущего колеса. Момент М подводится к колесу через полуось, и направление момента совпадает с направлением врощения колеса. Момент в этом случае называется крутящим. Подставим в выражение касательной реакции дороги вместо момента М значение момента М_к подводимого к ведущим колесам, и, учитывая значение ускорения j подвижного состава, для ведущего колеса получим

где Р_т =М_т/r_к – тяговая сила.

Для ведущего колеса касательная реакция R_x >0. Следовательно, она направлена в сторону движения.

Ведомый режим характерен для ведомого колеса. Момент М к колесу не подводитсяи следовательно он равен нулю. Для ведомого колеса касательная реакция дороги

знак минус говорит о том, что у ведомого колеса касательная реакция дороги направлена против движения

Тормозной режим характерен для тормозящего колеса (ведущего, ведомого). Момент М подводится к колесу от тормозного барабана или диска, и направление его противоположно направлению вращения колеса. Момент в этом случае называется тормозным. Подставив в выражение касательной реакции дороги вместо момента М значение тормозного момента (М=-М_тор) для тормозящего колеса, получим

знак минус говорит о том, что у тормозящего колеса касательная реакция дороги направлена против движения

 

 

Скорость и ускорение подвижного состава.

Линейную скорость колеса, м/с, можно определить с помощью выражения

v_К=r_Кω_К

где r_к — радиус колеса, м; ω_к— угловая скорость колеса, рад/с.

Скорость автомобиля при его прямолинейном движении равна линейной скорости колеса, т.е. v = vк.

Так как скорость автомобиля v обычно выражается в км/ч, а скорость колеса vк — в м/с, то для получения скорости автомобиля v в км/ч необходимо ввести переводной коэффициент 3,6. С учетом этого коэффициента скорость автомобиля, км/ч:

 

Аналогично при прямолинейном движении ускорение автомобиля равно линейному ускорению колеса:

 

(3.15)

 

 

Сила тяги и тяговая мощность на ведущих колесах