Динамический радиус колеса автомобиля

Колеса современных автомобилей снабжаются пневматическими шинами, обеспечивающими колесам большую эластичность во всех направлениях: радиальном, тангенциальном и боковом. Поэтому радиус автомобильного колеса не является величиной постоянной, а изменяется под влиянием действующих на него сил. Различают следующие радиусы колеса автомобиля: статический, динамический и радиус качения.

Статическим радиусом колеса r c называется расстояние от оси неподвижного колеса до опорной поверхности. Колесо при этом нагружено лишь вертикальной нагрузкой. Величина статического радиуса зависит от вертикальной нагрузки и давления воздуха в шине.

Динамическим радиусом колеса r _д называется расстояние от оси колеса до опорной поверхности, по которой оно катится. Колесо при этом испытывает вертикальную нагрузку и подвергается воздействию окружной и боковой сил. Поэтому величина динамического радиуса зависит не только от вертикальной нагрузки и давления воздуха в шине, но также от скорости вращения колеса и передаваемого момента.

Радиусом качения колеса r _к называется радиус условного недеформирующегося колеса, которое имеет с действительным одинаковую угловую и линейную скорости. Радиус качения колеса определяется измерением пути S k , пройденного колесом за определенное число его оборотов n k :

При отсутствии проскальзывания r _к = r _д .

Так как радиус качения в процессе движения автомобиля не является величиной постоянной, то при расчетах для определения r _к пользуются приближенной формулой

где d — посадочный диаметр обода колеса в дюймах; В’ — ширина профиля шины в мм.

Теория и конструкция автомобиля. Кленников В. М., Кленников Е. В. — 1967

Динамический и кинематический радиусы колеса

При качении эластичного (деформированного) колеса под действием силовых факторов происходит тангенциальная деформация шины, при которой действительное расстояние от оси вращения колеса до опорной поверхности уменьшается. Это расстояние называют динамическим радиусом r_д колеса. Его величина зависит от ряда конструктивных и эксплуатационных факторов, таких, например, как жесткость шины и внутреннее давление в ней, вес автомобиля, приходящейся на колесо, скорость движения, ускорение, сопротивление качению и др.

Динамический радиус уменьшается с увеличением крутящего момента и с уменьшением давления воздуха в шине. Величина r_д несколько возрастает с увеличением скорости движения автомобиля вследствие роста центробежных сил. Динамический радиус колеса является плечом приложения толкающей силы. Поэтому его называют еще силовым радиусом.

Качение эластичного колеса по твердой опорной поверхности (например, по асфальтовому или бетонному шоссе) сопровождается некоторым проскальзыванием элементов протектора колеса в зоне его контакта с дорогой. Это объясняется разностью длин участков колеса и дороги, вступающих в контакт. Это явление называют упругим проскальзыванием шины, в отличие от скольжения (буксования), когда все элементы протектора смещаются относительно опорной поверхности. Упругого проскальзывания не было бы при условии абсолютного равенства этих участков. Но это возможно лишь в том случае, когда колесо и дорога имеют контакт по дуге. В действительности же, опорный контур деформированного колеса вступает в контакт с плоской поверхностью недеформированной дороги, и проскальзывание становится неизбежным.

Для учета этого явления в расчетах используют понятие кинематического радиуса колеса (радиуса качения) r_к. Таким образом, расчетный радиус качения r_к представляет собой такой радиус фиктивного недеформированного колеса, которое при отсутствии проскальзывания имеет с реальным (деформированным) колесом одинаковые линейные (поступательные) скорости качения v и углового вращения ω_к. То есть величина r_к характеризует условный радиус, который служит для выражения расчетной кинематической зависимости между скоростью движения v автомобиля и угловой скоростью вращения колеса ω_к:

Особенностью радиуса качения колеса является то, что он не может быть измерен непосредственно, а определен только теоретически. Если переписать приведенную выше формулу как:

, (τ — время)

то из полученного выражения видно, что определить величину r_к можно расчетом. Для этого необходимо замерить путь S, проходимый колесом за n оборотов, и разделить его на угол поворота колеса (φ_к = 2πn).

Величина упругого проскальзывания растет при одновременном увеличении эластичности (податливости) шины и жесткости дороги или, наоборот, при увеличении жесткости шины и мягкости дороги. На мягкой грунтовой дороге повышенное давление в шине увеличивает потери на деформацию грунта. Снижение внутреннего давления в шине позволяет на мягких грунтах уменьшить перемещение частиц почвы и деформации ее слоев, что обуславливает снижение сопротивления качению и повышению проходимости.

Однако, на твердой опорной поверхности при малом давлении происходит чрезмерный прогиб шин с увеличением плеча трения качения а. Компромиссным решение данной проблемы является использование шин с регулируемым внутренним давлением.

В практических расчетах радиус качения колеса оценивается по приближенной формуле:

Для дорог с твердым покрытием (движение колеса с минимальным проскальзыванием) принимают: r_к = r_d.

Радиусы автомобильного колеса

Все силы, действующие на автомобиль со стороны дороги, передаются через колеса. Радиус колеса, снабженного пневматической шиной, в зависимости от веса груза, режима движения, внутреннего давления воздуха, износа протектора, может изменяться.

У колес различают следующие радиусы:

1) свободный; 3) динамический;

2) статический; 4) кинематический.

Свободный радиус (r_св) — это расстояние от оси неподвижного и ненагруженного колеса до наиболее удаленной части беговой дорожки. Для одного и того же колеса величина Rсв зависит только от величины внутреннего давления воздуха в шине.

Свободный радиус колеса указывается в технической характеристике шины. Если указанная характеристика отсутствует в справочных данных, то ее значение можно определить по маркировке шины.

Статический радиус (r_ст) — это расстояние от центра неподвижного колеса, нагруженного только нормальной силой, до опорной плоскости. Значение статического радиуса меньше свободного на величину радиальной деформации:

где h_z = R_z/С_ш — радиальная (нормальная) деформация шины, м;

R_z — нормальная реакция дороги, Н;

С_ш — радиальная (нормальная) жесткость шины, Н/м.

Нормальную реакцию дороги, действующую на одно колесо можно определить по формуле:

где G_О — вес автомобиля, приходящийся на определенную ось.

Из формулы (1) находим значение радиальной жесткости шины:

Радиальная жесткость шины зависит от ее конструкции и внутреннего давления воздуха р_ш. Если известна зависимость С_ш от р_ш, то величину деформации шины можно определить при любом внутреннем давлении воздуха. При номинальном давлении воздуха и нагрузке значение статического радиуса колеса можно найти по формуле:

где d_o — диаметр обода колеса, м;

Н_ш — высота профиля шины в свободном состоянии, м;

l_ш — коэффициент радиальной деформации шины.

Для шин обычного профиля, а также широкопрофильных шин l_ш = 0,10 — 0,15; для арочных и пневмокатков l_ш =0,20 — 0,25.

Номинальное значение r_ст колеса применительно к номинальной нагрузке и внутреннему давлению воздуха указывается в технической характеристике шины.

Динамический радиус (r_д) — это расстояние от центра катящегося колеса до опорной плоскости. Величина r_д зависит в основном от внутреннего давления воздуха в шине, вертикальной нагрузки на колесо и скорости его движения. При увеличении скорости автомобиля динамический радиус несколько возрастает, что объясняется растяжением шины центробежными силами инерции.

Кинематический радиус (r_к) — это радиус условного не дефомирующегося катящегося без скольжения колеса, которое имеет с данным эластичным колесом одинаковые угловую и линейную скорости:

Величину r_к определяют опытным путем, для этого замеряют путь S, проходимый автомобилем за n_к полных оборотов:

где V_x — линейная скорость колеса;

w_к — угловая скорость колеса;

t — время движения.

Разница между радиусами r_д и r_к обусловлена наличием проскальзывания в области контакта шины с дорогой.

В случае полного буксования колеса путь, проходимый колесом равен нулю S = 0, а следовательно r_к = 0. Во время скольжения заторможенных невращающихся (блокированных) колес, т.е. при движении юзом , n_к = 0 и r_к ® ¥.

При движении автомобиля по дорогам с твердым покрытием и хорошим сцеплением приближенно принимают r_к = r_д = r_с = r.

Радиусы автомобильного колеса

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КОЛЕСА С ОПОРНОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ

ВВЕДЕНИЕ

Теория автомобиля представляет собой научную дисциплину, изучающую эксплуатационные свойства автомобиля, а также расчетные и экспериментальные методы определения этих свойств. Теория автомобиля имеет большое значение для повышения научно технических знаний автомобильного инженера-механика.

В данной дисциплине рассматривают эксплуатационные свойства, непосредственно связанные с движением автомобиля. К ним относят динамичность, топливную экономичность, тормозные свойства, управляемость, маневренность, устойчивость, проходимость и плавность хода автомобиля. Остальные эксплуатационные свойства (вместимость, прочность, приспособленность автомобиля к техническому обслуживанию, ремонту и т.д.) рассматриваются в других курсах.

Значение данных свойств необходимо для различных типов автомобилей. Для автомобиля, работающего в городе, наиболее важны динамичность, топливная экономичность, тормозные свойства, а вопросы устойчивости и проходимости второстепенны. Для гоночного первостепенное значение имеет динамичность, устойчивость, управляемость, тормозные свойства. Таким образом, цель теории автомобиля, как научной дисциплины состоит в повышении производительности и экономичности, обеспечении необходимой безопасности и создании удобств для водителей и пассажиров.

Основные положения теории автомобилей как науки были разработаны академиком Е.А. Чудаковым и сформулированны в учебнике «Теория автомобилей», впервые вышедшем в 1935 г. В последующем отдельные разделы теории автомобилей получили дальнейшее развитие в трудах многих советских и зарубежных ученых.

Совершенствование методов расчета тягово-динамических и топливно-экономических свойств автомобиля нашло отражение в трудах Зимелева Г.В., Фалькевича Б.С., Яковлева Н.А. Вопросы управляемости и устойчивости автомобиля разрабатывались Литвиновым А.С., Певзнером Я.М., методы расчетов плавности хода автомобиля и обоснование выбора параметров автомобиля как колебательной системы – Ротенбергом Р.В., Певзнером Я.М. и др.. В работах Бухарина И.А., Фрумкина А.К. изложены методы расчета тормозной динамики автомобиля. Большой вклад в развитие теории автомобиля сделали зарубежные ученые М. Мичке, Дж. Вонг, В. Камм, А. Янте и другие.

У колес различают следующие радиусы:

1) свободный; 3) динамический;

2) статический; 4) кинематический.

где h_z = R_z/С_ш — радиальная (нормальная) деформация шины, м;

R_z — нормальная реакция дороги, Н;

С_ш — радиальная (нормальная) жесткость шины, Н/м.

Радиальная жесткость шины зависит от ее конструкции и внутреннего давления воздуха. Если известна зависимость С_ш от р_ш, то величину деформации шины можно определить при любом внутреннем давлении воздуха. При номинальном давлении воздуха и нагрузке значение статического радиуса колеса можно найти по формуле:

где d_o — диаметр обода колеса, м;

Н_ш — высота профиля шины в свободном состоянии, м;

l_ш — коэффициент радиальной деформации шины.

Для шин обычного профиля, а также широкопрофильных шин l_ш = 0,10 — 0,15; для арочных и пневмокатков l_ш =0,20 — 0,25. Номинальное значение r_ст колеса применительно к номинальной нагрузке и внутреннему давлению воздуха указывается в технической характеристике шины.

где V_x — линейная скорость колеса;

w_к — угловая скорость колеса;

t — время движения.

Разница между радиусами r_д и r_к обусловлена наличием проскальзывания в области контакта шины с дорогой. В случае полного буксования колеса путь, проходимый колесом равен нулю S = 0, а следовательно r_к = 0. Во время скольжения заторможенных невращающихся (блокированных) колес, т.е. при движении юзом , n_к = 0 и r_к ® ¥. При движении автомобиля по дорогам с твердым покрытием и хорошим сцеплением приближенно принимают r_к = r_д = r_с = r.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет