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 = Gк смещена относительно оси колеса перед на величину "с" и образует момент сопротивления качению колеса ¦×N Этот момент уравнивается моментом от силы Р на плече Rd:
N × с = P × Rd.
Откуда необходимая для качения колеса сила P = N×с/Rd. Отношение с/Rd 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:
Mк = N×с + E×Rd.
Тяговая сила Е из этого уравнения может быть выражена
E = Mк/Rd – Nс/Rd = Mк/Rd – Nצ, (3)
где Mк/Rd – 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.