Боковой увод колеса: Боковой увод колеса, как предотвратить занос на скорости

Содержание

Управляемость автомобиля. Критическая скорость по условиям управляемости. Поворачиваемость автомобиля, страница 2

Машиностроение \ Конструкция, расчет и потребительские свойства изделий

В результате совместного действия Ру и Ry происходит деформация упругой шины. Деформируется и беговая дорожка. Если бы не было деформации шины, то беговая дорожка оставляла бы на плоскости дороги прямолинейный след аб, являющийся линией пересечения плоскости качения колеса с плоскостью дороги. Однако в результате боковой деформации шины точки следа получают смещение, и линия следа ав будет наклонена к линии аб под некоторым углом δув увода. Отклонение вектора скорости эластичного колеса от плоскости его вращения при действии любой по величине боковой силы, называется боковым уводом (или просто уводом), а угол между вектором и плоскостью вращения – углом увода.

Боковая сила, вызывающая увод, может быть связана с углом увода соотношением

где kув – коэффициент сопротивления уводу, показывающий какую по величине поперечную силу надо приложить к колесу, чтобы оно катилось с углом увода, равным 1 рад.

Для малых углов увода (до 6°) коэффициент kув приближенно можно считать постоянным. Для легковых автомобилей kув от 15 до 40 Н/рад, а для грузовых автомобилей и автобусов от 30 до 100 Н/рад. Коэффициент kув можно считать постоянным лишь приближенно. Увеличение вертикальной нагрузки и давления воздуха в шинах сопровождаются повышением сопротивления уводу., что сила, необходимая для качения колеса с уводом должна быть больше, чем для его качения без увода.

При возникновении увода происходит деформация шины в радиальном и поперечном направлениях, в результате чего возрастает внутреннее трение в шине. При больших же углах увода начинается скольжение протектора по дороге. Результатом этого является то, что сила, необходимая для качения колеса с уводом должна быть больше, чем для его качения без увода. Увод колеса без скольжения по дороге возможен только до тех пор, пока боковая сила Ру, приложенная к колесу не превысит его сцепные возможности.

Поворачиваемость автомобиля

Свойство автомобиля изменять направление движения без поворота управляемых колес называется поворачиваемостью автомобиля. Поворачиваемость проявляется в результате бокового увода колес вследствие эластичности шин или поперечного крена кузова вследствие эластичности подвески. Поэтому различают поворачиваемость шинную и креповую. Шинная поворачиваемость Если в автомобиле с жесткими шинами центр поворота находится в точке О (см. рис.) пересечения продолжения осей передних и задних колес, то у автомобиля с эластичными шинами центр ворота будет находиться в точке О1, пересечения перпендикуляр векторам V1, и V2 скоростей соответственно переднего и заднего мостов.

Тогда

где δ1, и δ2 — углы увода соответственно переднего и заднего мостов; ρэ – радиус поворота автомобиля с эластичными шинами; L – база автомобиля.

Схемы движения автомобилей с различной поворачиваемостью: а – нейтральная, б – недостаточная, в – избыточная

Так как углы δ1, и δ2 обычно невелики, то

Для автомобиля с жесткими шинами δ1 = δ2 = 0, и для радиуса поворота справедлива формула

где ρ – радиус поворота автомобиля с жесткими шинами.

Таким образом, траектория движения автомобиля с жесткими шинами зависит только от угла θ поворота управляемых колес. У автомобиля с эластичными шинами на нее влияют углы δ1, и δ2. Кривизна траектории зависит от соотношения углов δ1, и δ2. Если δ1 = δ2, то это называется нейтральной поворачиваемостью..

При этом, ρэ = ρ, однако траектория движения автомобиля с эластичными шинами не совпадает с траекторией движения автомобиля, имеющего нейтральную поворачиваемость, так как центры поворота в этих случаях занимают различные положения (рис. а). При действии поперечной силы на автомобиль с жесткими шинами он будет сохранять свое прежнее направление движения, пока обеспечивается его устойчивость по сцеплению колес с дорогой. Автомобиль же на эластичных шинах с нейтральной поворачиваемостью при действии боковой силы будет двигаться прямолинейно под углом δув, к прежнему направлению движения.

Если δ1, > δ2, то ρэ > ρ (рис. б), и для движения автомобилях с эластичными шинами по кривой радиусом ρ управляемые колеса нужно повернуть на больший угол, чем при жестких шинах. В этом случае имеет место недостаточная поворачиваемость.

Если угол δ1, < δ2, то ρэ < ρ (рис. в), и для движения автомобиля с эластичными шинами по кривой радиусом ρ управляемые колеса нужно повернуть на угол, меньший чем при жестких шинах, т. е. наблюдается излишняя поворачиваемость.

Чтобы понять влияние различных видов пово-рачиваемости на устойчивость автомобиля, рассмот-рим воздействие на автомобиль боковой силы Ру в случае, когда угол поворота управляемых колес θ = 0.

Скачать файл

УВОД ШИН В ПОВОРОТЕ

УВОД ШИН В ПОВОРОТЕ

© Tony Foale 1985 — 1997

ЗАКОНЫ ПРИРОДЫ

Когда Ньютон впервые изложил миру свою теорию механики, несомненно он не имел ввиду взаимодействие шин мотоцикла с поверхностью дороги. Тем не менее, его предположения также верны и в этой ситуации. В частности то, которое утверждает, что

«Для каждой прилагаемой силы существует равная и противоположно направленная приложенная сила» или, если сформулировать это иначе, «Действие и противодействие равны и противоположны». В отношении работы шины это означает, что когда шина толкает дорогу, дорога с равной силой толкает шину в обратном направлении. Это справедливо вне зависимости от того, рассматриваем ли мы поддержание равновесия байка или сопротивление в повороте, торможение или перевозку груза. Данный закон Ньютона не рассматривает лишь то, какая сила является изначальной, а также он не имеет значения для многих целей анализа. Но его стоит знать как направление в понимании некоторых физических систем. Силы, которые действуют в связке земля – шина, существенно определяют поведение наших машин, но часто их просто считают уже доказанными.

ТОРМОЖЕНИЕ

При торможении вращающий момент передается через колесо к пятну контакта, где он проявляет себя как линейная горизонтальная сила по поверхности дороги. При ускорении ситуация аналогична, за исключением того, что направление сил обратно. Достаточно очевидно и легко понять, что шина начинает действие, а дорога реагирует на него.

ДВИЖЕНИЕ В ПОВОРОТЕ

Но когда мы хотим изучить действие сил при движении в повороте и то, как они генерируются, то все становится слегка туманно. Когда мы движемся по кривой, генерируются центробежные силы вследствие стремления байка двигаться по прямой линии – силы инерции. Для противодействия этому стремлению дорога должна взаимодействовать с шиной так, чтобы возникла сила, направленная в центр кривой. Но очевидно, что дорога не знает, когда мы хотим повернуть, так что сама шина, через сигналы, которые ездок передает ей, начинает процесс.

Подробности механизма того, как это происходит в действительности, не столь очевидны и более сложны, чем может показаться с первого взгляда. И у автомобилистов и у мотоциклистов может возникнуть вопрос, почему необходимо поворачивать передние колеса на автомобиле больше, чем на мотоцикле для прохождения одного и того же поворота при одинаковой скорости. Существенная разница в том, что байк необходимо наклонять внутрь поворота для сохранения баланса, в то время как автомобиль остается по сути в вертикальном положении.

Рассмотрим колесо в вертикальном положении, как в автомобиле, двигающееся по кривой траектории (рис. 1). Если колесо следует направлению кривой в каждой конкретной ее точке (т.е. указывает в направлении движения), то оно будет стремиться двигаться по касательной к кривой и не будет генерировать боковую реакцию колес (поворачивающую силу).

Теперь ясно, что необходимо сделать еще что-то, чтобы заставить связку шина – дорога генерировать требуемую центробежную силу. В автомобиле или в другом самобалансирующемся транспортном средстве это достигается путем поворота колеса дальше линии кривой внутрь. Угол между направлением шины и касательной к кривой известен как «угол бокового увода колеса» (угол увода). Рис 2 показывает, как это работает.

Так как колесо больше не движется точно по направлению, в котором оно смотрит, мы можем разложить его скорость, касательную к кривой, на составляющие, совпадающие с направлением колеса и перпендикулярные ему. Это значит, что окружная скорость шины будет слегка меньше скорости относительно дороги на повороте, но также существует боковая скорость, приложенная к шине, т. е. она скользит вбок. Это боковое движение создает силу под прямым углом к направлению колеса. Величина этой силы зависит от угла увода, возрастая до 15°, а затем резко падая – когда колесо начинает заносить. Эту боковую силу колеса можно, в свою очередь, разложить на составляющие под прямым углом к направлению движения, поворачивающую силу и на силу, совпадающую по направлению с движением – тяговую силу. Именно тяговая сила вызывает замедление автомобиля при резком повороте при постоянной мощности. Итак, теперь мы видим, что именно генерирует и контролирует силы, вынуждающие автомобиль поворачивать, а также почему колеса должны быть повернуты на больший угол, чем необходимо для совпадения с направлением кривой.

Рис 3 показывает вид сзади на наклоненное колесо байка и то, как его можно рассматривать в виде части конуса.

Так как внутренний угол шины движется по меньшему радиусу, чем внешний угол, то при заданной скорости вращения колеса, внутренний угол будет скорее двигаться при меньшей дорожной скорости, что и происходит, когда колесо может вращаться вокруг вертикальной оси через вершину конуса – так же, как и цельный конус на столе, если его толкнуть. Но если байк наклоняется больше, чем на 45°, то при шине нормального размера горизонтальный радиус по оси конуса составляет примерно 1,5 фута – невозможно крутой поворот. Однако, попытка сделать такой поворот вызовет центробежную силу, которая старается выбросить байк из центра поворота, вследствие чего он опишет больший радиус. Это и есть основной механизм генерирования поворачивающей силы у мотоцикла, и он часто называется и неправильно понимается как «УВОД ШИН В ПОВОРОТЕ». Повторим еще раз – когда колесо наклоняется – уводится – оно старается вести себя как часть конуса и повернуть под резким углом, но центробежная сила генерирует силы, спрямляющие этот резкий поворот и заставляет колесо следовать по тому радиусу, по которому желает водитель.

Таким образом поворачивающая сила может генерироваться без угла увода, так необходимого в автомобиле.

Но так как угол увода байка определяется необходимостью балансировать машину при данной скорости и при данном радиусе поворота, вряд ли во всех этих случаях увод шин в повороте будет точно равен теоретической величине. Так, скажем, размер шин и их структура будут влиять на эту силу при определенном угле наклона. Следовательно, необходимо иметь дополнительный метод корректировки поворачивающей силы до нужного нам значения, чтобы совершить такой поворот. Это делается просто применением небольшого угла увода при помощи руля. Если появляющаяся сила увода шин при повороте недостаточна для соответствия требуемой поворачивающей силы, то мы просто чуть доворачиваем руль в сторону центра поворота, или, другими словами, используем положительный угол увода. При условиях же, когда имеется излишек поворачивающей силы, приходится применять отрицательные углы увода, т.е. отворачивать в сторону от поворота. Так что в следующий раз, когда вы увидите фотографии какой-либо гонки, где переднее колесо байка будет чуть-чуть вывернуто в сторону, противоположную повороту, не считайте сразу же, что водителя заносит. Возможно его широкие шины с большим коэффициентом сцепления просто создали слишком большую поворачивающую силу в повороте, исправляемую отрицательным углом увода. Положение руля зависит от требуемого угла увода, но вращающий момент, который должен применяться для получения такого положения, зависит от многих других факторов. Диаметр колеса, ширина шины, угол наклона и пятно сцепления с дорогой – лишь некоторые из влияющих параметров. На некоторых машинах возможно необходимо применять негативный вращающий момент для поддержания позитивного угла скольжения на требуемом уровне, геометрия может попытаться привести байк к более крутой линии, если будут работать его собственные устройства. Байк, установленный таким образом, имеет тенденцию к легкому сваливанию и может дать ощущение, что водителю нужно приподнимать его. В то же время другому типу машины может понадобиться позитивный вращающий момент для поддержания желаемого угла поворота, и такой байк будет ощущаться как требующий заваливания набок. Некоторые цифры могут помочь показать, как разные скорости и углы поворота влияют на угол наклона, а следовательно, на эффективный радиус поворота, и на силу увода при повороте. – При повороте с углом в 45° и скоростью 70 миль/ч радиус поворота будет равен 327 футам, а при половинной скорости, 35 миль/ч, радиус будет равен четверти предыдущего или 83 фута — но как было показано ранее радиус конуса будет всего 1,5 фута.

Можно видеть, что существует очень большая разница между радиусом поворота и эффективным радиусом конуса, крутой радиус конуса генерирует большую силу увода для поддержания имеющихся больших поворачивающих сил на уровне поворота в 45°. Теперь, если мы снизим скорость до 7 м/ч и будем выполнять тот же поворот, нам понадобиться наклониться только на 2.5°, при этом радиус конуса будет составлять вплоть до 25 футов для поворота с радиусом в 82 фута; наклон на 0.57° и радиус конуса в 100 футов подойдут для поворота с радиусом в 327 футов. Для таких случаев радиусы конуса намного больше и приблизительно составляют 1/3 радиуса поворота. Следовательно, сила увода значительно сокращается, одновременно с меньшими требованиями к скорости прохождения таких плавных поворотов.

Те из вас, кто в последние годы следил за техникой гонок, увидят изменение стилей вождения у действительно быстрых гонщиков, которые теперь довольно значительно выворачивают переднее колесо в сторону, противоположную повороту. Рис. 4 показывает экстремальный случай увода, как это случается в спидвее.

Сила движения в повороте создается двумя источниками:

  1. Боковой реакцией шин и углом скольжения, как описано выше.
  2. Составляющей силы тяги двигателя, которая действует в направлении центра поворота.

Сама эта сила тяги действует по линии заднего колеса, но так как оно находится на значительном угле к направлению движения, ее можно разложить на две составляющие. Одна из них действует в направлении движения и поддерживает скорость на повороте, а другая действует под прямым углом к первой и толкает байк к центру поворота, т.е. создает некоторую поворачивающую силу. Так как переднее колесо не ведущее, оно должно вкладывать свою долю поворачивающей силы более обычными средствами. Но так как это колесо поставлено более прямо, чем в случае отсутствия скольжения, боковая реакция шин уменьшается, и тем больше силы поворота должно создаваться от угла скольжения, тем больше колесо должно быть повернуто в направлении поворота, чем меньше скользит заднее колесо. По большей части усилие поворота создается двигателем, не удивительно, что положение дросселя имеет основное влияние на линию движения в повороте. Бесчисленное количество раз демонстрировалось в спидвее, что нарушение работы двигателя в середине поворота или неопытное уменьшение его оборотов приводит к немедленному близкому изучению ограждения периметра. Такое резкое снижение мощности двигателя приводи к равному по значению снижению поворачивающей силы, и байк становится жертвой эффекту центробежной силы. Требуемый угол наклона изменяется при изменении угла скольжения (угла скольжения заднего колеса), причину чего можно видеть на рис. 5 – опрокидывающая сила, действующая на байк, является составляющей поворачивающей силы, которая действует под прямым углом к линии машины.

Итак, чем больше угол скольжения, тем меньше тенденция опрокидывания, которую нужно компенсировать наклоном внутрь. Следовательно требуется меньший угол наклона, но эффект этого часто преувеличивают, что и продемонстрируют еще несколько цифр. Представим гонщика, поворачивающего с боковым ускорением в 1G, а также допустим, что заднее колесо на 1 фут выходит за линию переднего колеса наружу, и колесная база составляет 57 дюймов. Тогда угол скольжения будет 12°. Совсем без скольжения угол наклона совокупности байка и гонщика должен составлять 45°, но при скольжении под углом в 12° этот угол уменьшается до 44,4° — небольшая, но разница! Вернемся к стилям прохождения поворотов в спидвее, где более типичный угол скольжения может составлять, скажем, 50°. Тогда для того же случая в 1G угол наклона уменьшается до 33°. Так мы можем видеть, что для уменьшения угла наклона на значительную величину требуется больший угол увода переднего колеса, в действительности больше, чем обычно при гонках на твердом покрытии. Так в чем же выигрыш заноса? – Ну, любой гонщик знает, что максимальное сцепление при торможении достигается тогда, когда шина все еще немного вращается. В действительности производители шин говорят нам, что примерно 10-20% проскальзывания – почти оптимально на бетонном покрытии. Так что если имеется достаточная мощность, чтобы вызвать эту степень вращения, общая сила трения шины слегка увеличится и немного ее можно разложить в направлении центра поворота (если байк находится в положении заноса), таким образом увеличивая поворачивающую силу и скорость.

Экстремальный занос в спидвее необходим по несколько другим причинам. Рыхлая поверхность неспособна поддерживать большие поворачивающие силы посредством обычного механизма бокового сопротивления шин и угла скольжения, но значительная сила может вырабатываться от вращения заднего колеса. Часть ее генерируется обычными процессами трения, но дополнительный эффект вызывается хвостом глины, выбрасываемой назад. Шине приходится прилагать усилие для выброса этих частиц земли, и в соответствии с вышеупомянутым законом Ньютона, эти частицы должны толкать шину в обратном направлении. Это аналогично принципу ракеты, когда быстрое выбрасывание сжигаемого материала толкает ее вперед. Для выгодного использования этого ракетного эффекта в повороте необходимо. Чтобы байк был направлен в центр поворота, чтобы значительная составляющая этой силы использовалась как поворачивающее усилие.

РЕЗЮМЕ

Автомобиль получает свою поворачивающую силу посредством угла скольжения, т.е. водитель поворачивает колеса больше, чем в соответствии с линией поворота. Как если бы он хотел пройти более крутой поворот. С другой стороны, байк достигает этого за счет эффекты, известного как боковой увод шин, что является следствием наклона в повороте. Шина действует как часть конуса с старается пройти более крутой поворот, чем фактический. Центробежная сила спрямляет эту дугу к желаемой линии поворота, а относительно небольшие углы скольжения используются для исправления ошибок. Вышесказанное применяется при нормальных скоростях движения, при очень медленной скорости угол наклона мал, а подруливающие углы больше.

Есть определенная схожесть между механизмами рулевого управления байка и автомобиля, т.е. в обоих случаях необходимо создавать для каждого транспортного средства тенденцию прохождения более крутого поворота, чем желаемый радиус. Отличается именно метод генерирования этой тенденции. Занос – полезный способ использования излишка мощности двигателя для получения некоторой дополнительной поворачивающей силы, но на бетонном покрытии уменьшение угла наклона обычно не так велико. Увеличивающееся применение этой техники в гонках стало возможным благодаря значительным мощностным возможностям современных двигателей.

Разве физика не занимательна?



Сайт создан в системе uCoz

Все четыре колеса.

.. — журнал «АБС-авто»

Количество полноприводных моделей автомобилей, способных преодолевать тяжелое бездорожье, неуклонно стремится к нулю. Одновременно с этим полноприводными трансмиссиями все чаще оснащаются «подорожные» автомобили.

Что заставляет автопроизводителей идти по пути усложнения конструкции трансмиссии, как эволюционировал полный привод и как он устроен?

У большинства людей понятие «полный привод» прочно ассоциируется с внедорожником. Действительно, один из неотъемлемых атрибутов настоящего «проходимца» – колесная формула 4 × 4 (четыре колеса, все четыре – ведущие). Острословы метко именуют автомобили повышенной проходимости «четыре везде», имея в виду одно из принятых обозначений полноприводников – 4WD (Four Wheel Drive), или в русской транскрипции – «четыре вэ дэ». Однако в этот раз речь пойдет не об автомобилях, на которых можно смело «лезть в говны». Таких в программах автопроизводителей, к сожалению для многих любителей путешествий и автомобильного экстрима, осталось буквально единицы. Темой разговора будут полноприводные автомобили, предназначенные для передвижения по дорогам, пусть заметенным снегом и покрытым льдом, но все-таки дорогам.

В эту категорию можно отнести на вид обычные легковые автомобили и всю многочисленную группу так называемой автотехники спортивного назначения – SUV (Sport Utility Vehicles). Кстати, трудно придумать более абсурдное название – какое отношение к спорту имеет чрезмерно большой и тяжелый «шарабан» с немаленьким прожорливым мотором? Ровно такое же, как и к форсированию бездорожья. Ведь полный привод и увеличенный дорожный просвет – далеко не единственные атрибуты настоящих «проходимцев». Тем более что и конструкция трансмиссии не совсем та, и просвет не так светел, о чем предупреждают сами автопроизводители. Единственная доступная «сувам» зона вне дорог – придорожные бордюры и обочины, что не без риска демонстрируют некоторые их владельцы. Пожалуй. ближе к истине многочисленные критики этой выдуманной маркетологами автобизнеса абракадабры. Они расшифровывают аббревиатуру SUV как Super Useless Vehicle, т. е. «супер бесполезный автомобиль» – совсем не городской, на трассе – далеко не лучший, вне дорог – так себе. Впрочем, поговорку «понты дороже денег» тоже неглупые люди придумали, а если продолжить «…и важнее практичности», то и производителей, и потребителей «излишеств разных нехороших» понять можно. По большому счету, нам все равно, как называют этот «мейнстрим» мирового автомобилестроения. Главное, что «сувы» – автомобили дорожные и, по большей части, полноприводные.

Прежде чем продолжить, внесем ясность в терминологию. За рубежом (правда, не везде и не всегда) термином 4WD принято называть трансмиссии, которые могут работать в двух основных режимах: с передачей крутящего момента от двигателя ко всем колесам или к колесам одной из осей. Причем переключение режимов – забота водителя, которую он осуществляет с помощью различных устройств: механических, пневматических, электрических и т. п. Режим выбирается в зависимости от дорожных условий. Вторую ось рекомендуется подключать только в случае, когда они никудышные: в снег, гололед или при движении без дорог. На покрытии с высокими сцепными свойствами это делать запрещено, так как грозит поломкой трансмиссии (почему – выясним позже). Трансмиссии типа 4WD также называют part time, по-русски – подключаемый полный привод. Поскольку на «реальных жыпах» традиционно использовались трансмиссии с такой логикой работы, к ним (жыпам) и приклеилось выражение «четыре везде», в смысле «воткнул» все четыре – и гоняй везде и всюду.

Столь же часто употребляемая аббревиатура AWD (All Wheel Drive) используется для обозначения трансмиссий типа full time, т. е. с постоянно включенным полным приводом или полным приводом, который подключается автоматически вне зависимости от воли драйвера. AWD-трансмиссиям не страшны любые дорожные условия. Это, безусловно, не значит, что не существуют правила их эксплуатации, ограничения или рекомендации автозавода. Иногда общепринятую терминологию нарушают, порой по незнанию, порой – намеренно, в интересах поминавшегося выше маркетинга. Поскольку нам чужды маркетинговые интересы, постараемся следовать правилу, по крайней мере там, где это зависит от нас.

Вначале прикинем, чем «грозит» дорожному автомобилю полноприводная трансмиссия. Сразу оговоримся, что на этот счет существуют противоречивые мнения. Апологеты полного привода доказывают, что он – чистое благо. Противники выкатывают внушительный перечень недостатков.

Jensen FF, английский автомобиль класса GT (1966–1971), на который задолго до известной всем Audi 80 Quattro (1980) устанавливалась полноприводная трансмиссия типа AWD. Кстати, и электромеханическая АБС

В стремлении доказать свою правоту и те и другие слегка шельмуют, выбирая в качестве примеров трансмиссии таких конструктивных схем и принципов действия, которые наилучшим образом иллюстрируют их аргументы. Рассуждая логически и не вдаваясь в детали устройства, можно отметить следующие недостатки полного привода в сравнении с приводом колес одной оси.

Во-первых, в полноприводной трансмиссии выше потери мощности. Каждая «лишняя» пара шестерен, карданный шарнир, цепная передача, ШРУС и т. д. имеют КПД меньше единицы и неумолимо съедают суммарный КПД трансмиссии, так что «на круг» набегает немало. Во-вторых, все эти «излишки» добавляют автомобилю веса, по самым скромным оценкам, килограммов 50–100. Это равносильно тому, что владелец полноприводного авто постоянно возит с собой лишнего пассажира: кто-то миниатюрную девушку, кто-то – здоровенного бугая. Отсюда проистекают (при прочих равных и в обычных условиях движения) такие следствия, как больший расход топлива, вредные выбросы и худшая динамика. В-третьих, согласно всеобщему закону техники увеличение количества компонентов системы однозначно отражается на ее надежности – вероятность отказа повышается. В-четвертых, более сложная трансмиссия стоит дороже. Следовательно, растет и цена автомобиля. Помимо этого отметим менее однозначный момент. Наличие тяги на всех четырех колесах способно значительно изменить характеристики управляемости и поворачиваемости автомобиля, а также реактивную силу на рулевом колесе («чувство руля»). В общем случае не в лучшую сторону. Чтобы выправить ситуацию, конструкторам приходится поломать голову над подвеской, рулевым механизмом, распределением массы между осями (развесовкой) и т. п. Казалось бы, какое дело до этого покупателю автомобиля – не его проблемы. Но давайте не будем забывать, что в конечном счете все оплачиваем мы, потребители. В том числе и усилия разработчиков.

Пока читающие эти «лживые строки» поборники идеи полного привода не закипели от негодования, спешим сообщить, что правда есть и на их стороне. Если бы у полнопривод­ных трансмиссий не было достоинств, причем таких, которые перевешивают озвученные недостатки, кому пришло бы в голову применять их в конструкции серийных дорожных автомобилей? Что же дает полный привод «подорожным» автомобилям? Если не умничать, можно сказать, что полноприводная трансмиссия «дает» не автомобилю, а драйверу: она позволяет увереннее контролировать автомобиль. Подчеркнем – при движении в сложных дорожных условиях. Как следствие, улучшаются потребительские качества автомобиля и, главное, возрастает безопасность «ездоков». А за безопасность, сами понимаете, не жалко заплатить и довольно высокую цену.

Как полный привод улучшает контроль над автомобилем? Начнем с самого простого и понятного. У автомобиля с четырьмя ведущими колесами меньше вероятность попасть в «безвыходную ситуацию». Многим из личного опыта известно, что машина с одноосным приводом обездвиживается довольно просто – достаточно заехать одним ведущим колесом на скользкую поверхность. Крутящий момент на проскальзывающем колесе станет близким к нулевому, свободный дифференциал моментально обнулит момент и на другом колесе оси и – приехали. В подобных случаях преимущества на стороне автомобилей со всеми ведущими колесами. Конечно, если в конструкции полноприводной трансмиссии приняты меры для независимого распределения крутящего момента между колесами. Такие меры, как правило, применяются. Полноприводник с продвинутой трансмиссией сохраняет способность к передвижению до тех пор, пока хотя бы одно колесо имеет сцепление с дорогой.

Полноприводные автомобили испытывают меньше проблем при резком ускорении. А какие вообще тут могут быть проблемы? Да никаких, если автомобиль стартует на дороге с хорошими сцепными свойствами и тяговые характеристики его двигателя не избыточны. В противном случае крутящий момент, который способно передать колесо, будет ограничиваться не тягой двигателя, а сцепными свойствами колеса с покрытием. Если сила сцепления, зависящая от коэффициента трения и весовой нагрузки, будет превышена, начнется проскальзывание колеса. С увеличением скольжения коэффициент трения вначале растет, а затем начинает быстро уменьшаться и проскальзывание развивается. Ускорение со значительным скольжением колес (с пробуксовкой) выглядит эффект­но, но абсолютно не эффективно – шума, а то и дыма много, а толку мало. Не составит труда понять, что опасность пробуксовки у полноприводного автомобиля в общем случае вдвое меньше – крутящий момент двигателя распределяется между четырьмя, а не двумя колесами. По этой же причине полноприводный автомобиль позволит водителю чувствовать себя увереннее на горных дорогах, особенно в условиях скользкого покрытия. Он сможет преодолеть такие подъемы, на которых обычный автомобиль будет безнадежно буксовать. При движении под уклон полный привод «простит» водителю ошибки, которые в случае обычной трансмиссии могут вызвать опасное скольжение колес ведущего моста.

Это то, что касается случаев прямолинейного движения автомобиля. Если говорить о маневрировании, тем более с довольно высокими скоростями, у полноприводников и здесь есть преимущества и, что не менее важно, большой потенциал для наращивания своего превосходства. Управляемый полный привод с регулируемым распределением крутящего момента все чаще используется в качестве одной из систем активной безопасности. Пояснить это не умничая не получится. Придется вспомнить такие характеристики автомобиля, как управляемость, устойчивость, поворачиваемость, и оценить, как полный привод может их улучшить. Этим мы и сейчас и займемся.

Теория движения колесных машин (для краткости будем называть эту науку ТДКМ) утверждает, что прямолинейное движение – понятие условное. Автомобили большую часть времени движутся криволинейно: изменяют траекторию под действием боковых сил, перестраиваются, объезжают препятствия, поворачивают. Собственно поворотом принято называть такое криволинейное движение, которое совершается по желанию водителя и при его содействии. Каждому водителю из личного опыта известно, что желание выполнить поворот на высокой скорости может привести к буквально катастрофическим последствиям. К каким и почему? Вот как отвечает на эти вопросы теория.

Погружение в теорию

ТДКМ – штука довольно сложная для восприятия. Поэтому погружаться в нее будем с осторожностью и лишь настолько, чтобы в принципе разобраться, в чем может быть польза полноприводной трансмиссии при скоростном маневрировании. Согласно теории предельными случаями потери устойчивости автомобиля являются неконтролируемое боковое скольжение (занос) одной или нескольких осей и опрокидывание. Первый из них наиболее распространенный. Так что будем искать условие возникновения заноса оси при прохождении поворота.

При повороте автомобиля с высокой скоростью главным «возмутителем спокойствия» является центробежная сила (ЦС):

Fцб = mаV2/rп ,

где mа – масса автомобиля; V – скорость; rп – радиус траектории поворота.

По направлению действия ЦС является боковой (или поперечной) силой. Ее равнодействующая считается приложенной в центре масс автомобиля. Поскольку ЦС имеет инерционный характер, она «делится» между колесами в соответствии с распределением массы по автомобилю (его развесовкой). Чем ближе к оси расположен центр масс, тем большая часть ЦС приходится на ось и, в свою очередь, на каждое ее колесо. Таким образом, каждое колесо автомобиля в повороте нагружается боковой силой.

Не будь никакого механизма противодействия боковым силам, колеса (а вместе с ними и автомобиль) бесконтрольно смещались бы на внешнюю часть траектории. Что удерживает их от перемещения? Логика и знание основ физики подсказывают: «тут не обходится без сил сцепления колеса с дорогой». Действительно, они имеют место быть. Но ограничиться такой фразой значило бы профанировать науку о движении автомобилей – она не отражает всей сложности процессов в контактной зоне колеса, описанию которых посвящена примерно треть увесистого «талмуда» ТДКМ. Поэтому позволим себе еще несколько фраз.

Согласно ТДКМ, как только на катящееся эластичное колесо действует любая поперечная сила (центробежная, сила ветра и т. д.), возникает его боковой увод. Вектор скорости колеса отклоняется от плоскости вращения в направлении действия боковой силы. Иными словами, колесо движется под углом к плоскости вращения, который называют углом увода. В результате движения колеса с уводом в пятне контакта возникает так называемая боковая реакция (Ry), которая уравновешивает ЦС и препятствует скольжению колеса. Механизм ее формирования объясняется так. Боковая сила смещает колесо в поперечном направлении, в то время как часть шины в районе опорной площадки остается на месте за счет сцепления. В результате происходит сложная боковая деформация шины, изменяются форма и ориентация пятна контакта. В зоне деформации возникают поперечные касательные напряжения, которые в сумме и составляют боковую реакцию колеса. Она действует на колесо со стороны дороги. «По Ньютону» боковая реакция равна по величине боковой силе и направлена противоположно ей. Соответственно, сумма боковых реакций всех колес равна равнодействующей ЦС.

Явление бокового увода важно как минимум по двум причинам. Во-первых, уводом определяется способность колеса воспринимать боковую нагрузку. Эта способность появляется только тогда, когда колесо катится под углом к направлению движения. Во-вторых, установившиеся под действием боковой силы углы увода колес в конечном счете определяют кинематику движения автомобиля при маневрировании. В реальных условиях они могут достигать величины порядка 10°, что соизмеримо с углом поворота управляемых колес. Не случайно соотношение углов увода колес передней и задней оси характеризует поворачиваемость автомобиля. Колеса могут одновременно двигаться с разными углами увода, что создает сложную для анализа картину. Для ее упрощения рассматривают «велосипедную» схему. Пару колес одной оси представляют в виде одного колеса, расположенного на оси симметрии автомобиля, а угол его увода принимают равным среднему значению.

Определим граничные условия устойчивого движения автомобиля в интересующем нас случае скоростного поворота в свете концепции бокового увода. По мере роста боковой силы (ЦС) углы увода колес автомобиля возрастают. В свою очередь, это приводит к увеличению боковых реакций. В то время как для роста боковой силы теоретически нет предела, боковая реакция небеспредельна. Это видно из кривой зависимости боковой реакции от угла увода (график 1). На ней можно выделить три характерных участка. Участок 0b соответствует повороту с умеренной скоростью (или небольшой кривизной траектории), когда центробежные силы невелики. В этом случае боковая реакция и угол увода связаны прямо пропорциональной зависимостью:

Ry = kyδ.

Здесь Ry – боковая реакция, δ – угол увода, ky – коэффициент сопротивления боковому уводу шины.

Коэффициент сопротивления боковому уводу – важная характеристика шины, зависящая от большого количества ее технических и эксплуатационных параметров: конструкции, геометрии профиля, внутреннего давления, весовой нагрузки на колесо и др. Численно коэффициент равен тангенсу угла наклона отрезка 0b к оси абсцисс. Чем он выше, тем большую боковую реакцию способна генерировать шина при данном угле увода и тем большую боковую силу она может воспринимать. Увеличению коэффициента сопротивления боковому уводу способствуют, например, такие меры, как использование широких, низкопрофильных шин, повышение давления в шине и прижимной силы.

Когда углы увода становятся больше 2–4°, в пятне контакта начинается частичное проскальзывание участков шины и рост боковой реакции замедляется (участок bс). При дальнейшем увеличении угла увода (т.е. боковой силы) проскальзывание растет. В точке с боковая реакция достигает критического значения и начинается полное скольжение контактной зоны колеса в боковом направлении (участок сd). Максимальная боковая реакция колеса определяется силой его сцепления с дорогой:

Ry max = φуRz,

где φу – коэффициент сцепления в поперечном направлении (по сути – коэффициент трения скольжения), в наибольшей степени зависящий от свойств шины и состояния дорожного покрытия;

Rz – вертикальная реакция, равная весовой нагрузке на колесо.

Отсюда можно выразить условие возникновения заноса оси автомобиля:

Ryo ≥ φуRzo,

где Ryo и Rzo – боковая и вертикальная реакции, действующие на пару колес оси.

Видно, что с уменьшением нагрузки на ось опасность ее заноса увеличивается. Нужно отметить, что занос одной из осей не всегда означает потерю устойчивости всего автомобиля. Он наиболее опасен, если возникающая в результате заноса оси сила инерции суммируется с ЦС. В этом случае неустойчивость развивается лавинообразно. Такая картина наблюдается при скольжении задней оси, в то время как занос передней оси гасится автоматически.

Ближе к теме

Если все сказанное до сих пор понятно, остается непонятным одно – какое отношение к этому имеет схема трансмиссии автомобиля. Действительно, полученное нами условие заноса оси не содержит величин, непосредственно зависящих от типа привода. Разве что вертикальная реакция оси Rz0, которая определяется развесовкой автомобиля. По идее, наиболее склонными к потере устойчивости под действием ЦС должны быть переднеприводные автомобили с их наименее нагруженной задней осью. И наоборот, задне- и полноприводные машины с их более равномерной развесовкой должны демонстрировать лучшую устойчивость. Но, во‑первых, развесовка не всегда строго определяется типом привода. Во-вторых, она изменяется с загрузкой автомобиля. В-третьих, мы судим об устойчивости автомобиля в условиях действия только боковой силы. А это всего лишь частный случай динамичного маневра, соответствующий повороту с отпущенной педалью газа.

В повороте автомобиль испытывает значительно большее сопротивление движению, чем при езде по прямой. Если не принять контрмер, скорость автомобиля на вираже быстро падает. Причем падение тем больше, чем выше начальная скорость и меньше радиус траектории. Техника прохождения поворотов с потерей скорости устроит разве что чайника. Настоящие драйверы, поклонники героев сериала «Двойной форсаж», не смирятся с этим и обязательно «прибавят газу». Проанализируем, каковы возможные последствия с точки зрения ТДКМ.

С ростом угла увода боковая реакцк увеличивается. Ее предельное значение определяется силой сцепления: k y – коэффициент сопротивления уводу; 1 – продольные реакции отсутствуют; 2 – в условиях действия тяговых (тормозных) сил

Прибавить газу – значит передать на колеса ведущей оси крутящий момент. При этом в зонах контакта колес с дорогой возникают продольные реакции – силы тяги. В этом случае ведущее колесо будет испытывать действие результирующей силы, которая равна геометрической сумме боковой и продольной реакций:

RΣ = √Ry2 Rx2.

Соответственно, изменится условие возникновения заноса оси:

√Ry0 + Rx02 ≥ φRz0 ,

где Rx0 – суммарная продольная реакция колес ведущей оси;

φ – коэффициент сцепления в направлении действия RΣ.

Анализ этого соотношения показывает, что продольные реакции увеличивают опасность заноса. Даже если прибавка газа не привела к увеличению центробежной силы! Любопытно, что условие выполняется независимо от «знака» реакции. Что сила тяги, что сила торможения – эффект одинаков. Мало того, что выросла левая часть соотношения, так еще и правая уменьшилась. Коэффициент сцепления φ оказывается меньше φу. Понять это проще, если принять полную силу сцепления шины с дорогой за константу. Чем большая часть сцепления используется для передачи продольных реакций, тем меньшая остается для реакций боковых. И наоборот. Получается, что с увеличением крутящего момента ведущие колеса приближаются к пределу по сцеплению в поперечном направлении.

Теория бокового увода дает этому факту более наукообразное объяснение. Если взглянуть на зависимость коэффициента сопротивления боковому уводу от продольной реакции (график 2), видно, что она имеет симметричный эллиптический характер. С увеличением продольной силы коэффициент сопротивления боковому уводу уменьшается (углы увода растут). Происходит это тем быстрее, чем ближе сила к своему максимальному значению, определяемому сцеплением в продольном направлении. Когда тяговые или тормозные силы достигают предела, возникает соответственно пробуксовка или блокировка колеса. В этот момент ky становится равным нулю, т. е. колесо полностью теряет способность воспринимать боковую нагрузку.

Здесь напрашивается первый серьезный аргумент в пользу полного привода. Ведь если крутящий момент передать не на одну ось, а перераспределить его между двумя осями, у каждой останется больший «запас» для передачи боковых сил. Это означает, что можно пройти поворот с большей скоростью без опасности срыва автомобиля в занос. Данное преимущество наиболее ощутимо на скользкой дороге, когда легко «переборщить» с газом, получить пробуксовку колес и, как результат, неуправляемую ось. Справедливости ради нужно сказать, что этот аргумент не самый неотразимый. Его «отражают» переднеприводные автомобили, у которых наиболее «опасная» задняя ось вообще не передает тяговых сил, да и тормозит менее эффективно. По этой причине они считаются самыми устойчивыми к заносу в условиях действия продольных сил. Машины же с симметричным полным приводом с этой точки зрения занимают промежуточное положение между передне- и заднеприводными. Вот если полный привод несимметричный, то, как говорится, возможны варианты. А если распределением крутящего момента между осями и отдельными колесами оперативно управлять, то открываются заманчивые перспективы для оптимизации устойчивости автомобиля в повороте.

Как упоминалось, соотношение углов увода задней и передней осей является одной из характеристик поворачиваемости. Поворачиваемость изначально зависит от распределения массы по осям автомобиля (чем задаются величины вертикальных нагрузок и боковых инерциальных сил) и коэффициентов сопротивления боковому уводу шин. Исходя из развесовки переднеприводные автомобили считают склонными к недостаточной поворачиваемости, заднеприводные – к избыточной, а машины с полным приводом – к нейтральной. Конечно, если в их конструкции не предусмот­рено специальных мер для изменения этой ситуации. Таковыми могут быть, например, оптимизация компоновки или характеристик подвески.

Принимая в расчет влияние продольных реакций на углы увода колес, нетрудно понять, что при маневрировании в тяговом режиме поворачиваемость автомобиля может изменяться. С ростом тяговых реакций углы увода ведущих колес растут. При этом у переднеприводных автомобилей увеличивается тенденция к недостаточной поворачиваемости, а у заднеприводных – к избыточной. Поворачиваемость автомобилей с симметричным полным приводом не меняется. Хорошо это или не очень – вопрос неоднозначный. Многие идеалом считают недостаточную поворачиваемость на входе в поворот, нейтральную – в его средней части и избыточную – на выходе. Но не в этом соль. Соль опять же в том, что, используя в конструкции полноприводного автомобиля трансмиссию с несимметричным распределением крутящего момента между осями, можно придать автомобилю желаемую управляемость в тяговом режиме. Более того, можно сделать трансмиссию регулируемой, чтобы оптимизировать поведение автомобиля на разных режимах движения и даже на разных фазах поворота.

Еще активнее воздействовать на поворачиваемость автомобиля можно с помощью полностью управляемой трансмиссии, которая также позволяет перераспределять крутящий момент между колесами каждой оси. Об этом мы поговорим в следующий раз.

  • Сергей Самохин
  • Евгений Тимофеев

трансмиссия

ОСТОРОЖНО, ПОВОРОТ! | Наука и жизнь

Поведение автомобиля на повороте: 1 — все колеса одинаковые; 2 — передние колеса более мягкие; 3 — передние колеса более жесткие.

Боковой увод шины на повороте.

Проверка угла развала управляемых колес подручными средствами.

Схождение колес можно проверить самостоятельно с помощью веревки и двух спичечных коробков.

Открыть в полном размере

У каждой машины свой характер, порой очень капризный. Чаще всего он проявляется при прохождении поворотов на высокой скорости. Один автомобиль точно “слушается” руля, другой “сопротивляется”, третий стремится повернуть больше, чем надо. Характер автомобиля выражается еще и в том, как быстро он реагирует на управляющее воздействие — немедленно или с небольшим запаздыванием. Словом, ответная реакция автомобиля не всегда адекватна действиям водителя.

Если при повороте управляемых колес одно из них (или оба) начинает проскальзывать, автомобиль перестает “слушаться” руля и сходит с намеченной траектории. Чаще всего он продолжает двигаться по касательной к ней или попадает в занос (задняя ось как бы обгоняет переднюю). Может произойти и потеря курсовой устойчивости, тогда машина начинает “рыскать” на дороге, и ее приходится “ловить” (постоянно подруливать).

Для практической езды очень важен и такой фактор, как боковой увод шин. Если все колеса одинаковые, то траектория поворота при боковом уводе не меняется, хотя и смещается вперед. В том случае, если боковой увод задних колес больше, чем передних, радиус поворота уменьшается, а это при резких маневрах может привести к заносу и даже к потере управляемости. Если же боковой увод больше у передних колес, то радиус поворота увеличивается (рис. 1, 2). Это тоже опасно, но потеря контроля над машиной маловероятна. Чтобы избежать подобных неприятностей, нужно ставить на автомобиль одинаковые колеса. В крайнем случае разные колеса могут быть на передней и задней оси, но на одной оси оба колеса должны быть одинаковые. Кстати, радиальные шины, у которых в боковом направлении каркас жестче, чем у диагональных, менее склонны к боковому уводу. В любом случае увод будет тем меньше, чем выше давление воздуха в шинах, поэтому в задних колесах оно должно быть на 0,1-0,2 кг/см2 больше, чем в передних.

Чтобы стабилизировать управляемые колеса, обеспечить их минимальное сопротивление качению и хорошую управляемость автомобиля, нужно их правильно установить. Установка управляемых колес задается углами поперечного и продольного наклона шкворневой оси (ее еще называют осью поворота), углом развала и величиной схождения. Увеличение углов наклона оси поворота заставляет автомобиль быстрее и четче реагировать на повороты рулевого колеса. Угол развала стабилизирует колеса в продольном направлении. Чем он больше, тем выше приподнимается передняя часть машины при повороте колес и тем быстрее она возвращается в исходное положение под действием собственного веса.

В переднеприводных автомобилях ведущие колеса при движении стремятся к схождению, а в автомобилях классической схемы — к расхождению, поэтому величины схождения у них разные: в переднеприводных (ВАЗ-2108,
-2109) — +1 мм, в заднеприводных (ВАЗ-2101 — ВАЗ-2107) — 2-4 мм. Правильная установка углов развала и схождения колес важна не только для улучшения управляемости автомобиля, но и для продления срока службы шин: если углы установлены неверно, шины быстрее и неравномерно изнашиваются.

Углы установки колес проверяют и регулируют не часто, в основном после замены резино-металлических шарниров рычагов и самих рычагов передней подвески, амортизаторных стоек, деталей рулевого механизма, включая рычаги, тяги и поворотные кулаки. После такого ремонта нужно отрегулировать все углы на станции техобслуживания.

Если же в дороге погнется рычаг подвески или рулевая тяга, придется проделать эту работу самостоятельно. Отрегулировать в полевых условиях углы наклона шкворневой оси практически невозможно. А углы развала и схождение колес поддаются проверке и установке и без стенда, правда, дело это трудоемкое. Прежде всего, нужно запастись тонкой, прочной веревкой длиной около 4 метров, грузиком, например гайкой, двумя стандартными спичечными коробками и двумя монетами достоинством 1 рубль (у них толщина 1,5 мм) — вот и все измерительные инструменты.

Для проверки угла развала колес привяжите гайку к веревке — получится отвес. Один спичечный коробок приоткройте и вставьте в отверстие вертикально две монеты, тогда он не закроется и станет на 3 мм длиннее. Перед началом работы постарайтесь поставить машину горизонтально. Приложите пустой коробок к середине боковой поверхности покрышки в верхней части колеса и прислоните к торцу коробка отвес. Другой коробок (с рублями) прижмите к покрышке в нижней части колеса. Если шнур отвеса касается нижнего коробка или проходит от него на расстоянии 2-3 мм (в ту или другую сторону), то регулировать угол развала не нужно (рис. 3). Если же шнур отходит от коробка дальше, угол развала следует установить, воспользовав шись руководством по эксплуатации.

Чтобы проконтролировать схождение колес, зацепите веревку за детали передней подвески и обведите ее спереди вокруг переднего колеса на уровне оси. Затем, туго натягивая, подведите веревку к заднему колесу, на котором также на уровне оси приложите плашмя два сложенных лицевыми поверхностями спичечных коробка (рис. 4). Если веревка одновременно коснется боковины передней покрышки и коробков на задней, то ехать можно. Если веревка, коснувшись боковины передней покрышки, к коробкам на заднем колесе не прилегает, то схождение нужно уменьшить, а если прилегает к коробкам, но не касается передней покрышки, колеса нужно свести. Работе могут помешать выпуклые декоративные колпаки, тогда снимите их или проводите измерения на 5-8 см выше либо ниже оси.

Такой приблизительный метод измерения поможет вовремя подкорректировать установку колес, чтобы не “сжевать” покрышки до конца пути. Точно отрегулировать углы развала и схождение управляемых колес можно только на станции техобслуживания.

Литература

Раймпель Й. Шасси автомобиля. Рулевое управление. М.: Машиностроение, 1987.

Цыбин В. С., Галашин В. А. Легковые автомобили . М.: Просвещение, 1996.

Колеса и шины. Краткий справочник. М.: За рулем, 1997.

ГОСТ 17697-72 Автомобили. Качение колеса. Термины и определения / 17697 72

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

 

АВТОМОБИЛИ.
КАЧЕНИЕ КОЛЕСА

ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

 

ГОСТ 17697-72

 

 

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СТАНДАРТОВ
СОВЕТА МИНИСТРОВ СССР

Москва

 

РАЗРАБОТАН Центральным ордена Трудового Красного знамени научно-исследовательским автомоторным и автомобильным институтом (НАМИ)

Зам. директора по научной работе д-р техн. наук Петрушов В.А.

Зав. отделом автомобилей высокой проходимости Родионов А.В.

Зав. отделом стандартизации Шебалин Ю.А.

Ст. научный сотрудник канд. техн. наук Раш А.В.

Зав. лабораторией автомобилей высокой проходимости особого назначения Стригин И.А.

Ст. научный сотрудник канд. техн. наук Шуклин С.А.

Инженер Евграфов А.Н.

Всесоюзным научно-исследовательским институтом технической информации, классификации и кодирования (ВНИИКИ)

Зам. директора по научной работе Попов-Черкасов И.Н.

Зав. отделом Каплун Л.М.

Ст. инженер Соколова И.А.

ВНЕСЕН Министерством автомобильной промышленности СССР

Зам. министра Строкин Н.И.

ПОДГОТОВЛЕН К УТВЕРЖДЕНИЮ Управлением машиностроения Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР

Зам. начальника Управления Акинфиев Л.Л.

Ст. инженер Бадо Б. Е.

Всесоюзным научно-исследовательским институтом технической информации, классификации и кодирования (ВНИИКИ)

Зам. директора по научной работе Попов-Черкасов И.Н.

Зав. отделом Каплун Л.М.

Ст. инженер Соколова И.А.

УТВЕРЖДЕН Государственным комитетом стандартов Совета Министров СССР 10 марта 1972 г. (протокол № 30)

Председатель отраслевой научно-технической комиссии член Комитета Шахурин В.Н.

Члены комиссии: Бергман В.П., Доляков В.Г., Баранов Н.Н., Златкович Л.А., Федин Б.В.

ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 6 мая 1972 г. № 924

 

 

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

АВТОМОБИЛИ. КАЧЕНИЕ КОЛЕСА

Термины и определения

Vehicles. Rolling wheel.

Terms and definitions

ГОСТ

17697-72

Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 6/V 1972 г. № 924 срок введения установлен

с 1/VII 1973 г.

Настоящий стандарт устанавливает применяемые в науке, технике и производстве термины и определения основных понятий в области качения колеса с упругой шиной автомобильного типа.

Термины, установленные настоящим стандартом, обязательны для применения в документации всех видов, учебниках, учебных пособиях, технической и справочной литературе. В остальных случаях применение этих терминов рекомендуется.

Для каждого понятия установлен один стандартизованный термин. Применение терминов-синонимов стандартизованного термина запрещается.

Для отдельных стандартизованных терминов в стандарте приведены в качестве справочных их краткие формы, которые разрешается применять в случаях, исключающих возможность их различного толкования.

В случаях, когда все необходимые и достаточные признаки понятия содержатся в буквальном значении термина, определение не приведено и в графе «Определение» поставлен прочерк.

В стандарте в качестве справочных приведены буквенные обозначения величин, установленных настоящим стандартом, и чертежи, поясняющие определения понятий.

В стандарте приведен алфавитный указатель содержащихся терминов.

Стандартизованные термины набраны полужирным шрифтом, их краткая форма светлым.

Термин

Буквенное обозначение

Определение

Чертеж

Исходные геометрические элементы и параметры

1. Ось вращения колеса

Ось вращения подшипников ступицы колеса

2. Плоскость вращения колеса

Плоскость, перпендикулярная оси вращения колеса

3. Поперечная плоскость колеса

Плоскость, перпендикулярная опорной плоскости и параллельная оси вращения колеса

Примечание. Термин «Опорная плоскость» не устанавливается ввиду условности данного понятия применительно к неплоским опорным поверхностям

4. Продольная плоскость колеса

Плоскость, перпендикулярная опорной и поперечной плоскостям колеса

5. Центральная плоскость вращения колеса

Плоскость вращения колеса, проходящая на равных расстояниях от основных посадочных поверхностей обода для шины

6. Центр колеса

О

Точка пересечения оси вращения колеса с его центральной плоскостью вращения

7. Центральная плоскость колеса

Плоскость, проходящая через центр колеса

8. Центральная продольная плоскость колеса

9. Центральная поперечная плоскость колеса

10. Радиальная плоскость колеса

Плоскость, содержащая ось вращения колеса

11. Центральная продольная ось колеса

Линия пересечения центральной плоскости вращения колеса с центральной плоскостью, параллельной опорной

12. Наружный диаметр колеса

D

Диаметр наибольшего окружного сечения беговой дорожки колеса при отсутствии контакта колеса с опорной поверхностью

См. чертеж к терминам 5 и 6.

13. Свободный радиус колеса

rс

Половина наружного диаметра колеса

14. Площадь контакта по выступам рисунка протектора

Fв

Сумма площадей контакта наружных поверхностей выступов рисунка протектора с опорной поверхностью

15. Контурная площадь контакта

Fк

Площадь, ограниченная внешней огибающей участков контакта, образованных наружными поверхностями выступов рисунка протектора с опорной поверхностью

16. Коэффициент насыщенности контакта

Кн

Отношение площади контакта по выступам рисунка протектора к контурной площади контакта:

Кинематические характеристики и параметры

17. Упругое проскальзывание колеса

Проскальзывание колеса

Перемещение части точек колеса, находящихся в контакте, относительно опорной поверхности при одновременном наличии в контакте точек, неподвижных относительно этой поверхности

18. Скольжение колеса

Одновременное перемещение всех находящихся в контакте точек колеса относительно опорной поверхности

19. Продольное скольжение колеса

Скольжение колеса в продольной плоскости

20. Буксование колеса

Продольное скольжение колеса, направление которого совпадает с направлением тангенциальных скоростей точек колеса в контакте

21. Юз колеса

Продольное скольжение колеса, направление которого противоположно направлению тангенциальных скоростей точек колеса в контакте

22. Боковое скольжение колеса

Скольжение колеса в поперечной плоскости

23. Качение колеса

Вращение колеса, находящегося в контакте с опорной поверхностью, при наличии перемещения центра колеса в продольной плоскости

24. Боковой увод колеса

Увод колеса

Явление перемещения в поперечной плоскости центра колеса, катящегося без бокового скольжения

25. Поступательная скорость колеса

V

Скорость центра колеса, вектор которой лежит в центральной плоскости колеса, параллельной опорной

26. Угловая скорость вращения колеса

Угловая скорость колеса

ω

Угловая скорость вращения обода вокруг оси вращения колеса

27. Радиус качения колеса

rk

Отношение продольной составляющей поступательной скорости колеса к его угловой скорости:

28. Тангенциальная скорость точки колеса в контакте

Vt

Составляющая окружной относительно оси вращения колеса скорости точки, находящейся в контакте, касательная опорной поверхности

29. Коэффициент продольного скольжения колеса

Коэффициент скольжения колеса

s

Отношение скорости продольного скольжения колеса к произведению его угловой скорости на радиус качения колеса без скольжения:

где Vs — скорость продольного скольжения;

rк— радиус качения без скольжения

30. Коэффициент буксования колеса

sб

Коэффициент продольного скольжения колеса при буксовании

31. Угол бокового увода колеса

Угол увода колеса

δ

Угол между вектором поступательной скорости колеса и его центральной продольной осью при качении без бокового скольжения

Внешние силы, моменты и реакции, приложенные к колесу

32. Нормальная нагрузка колеса

Pz(G)

Составляющая равнодействующей всех сил, приложенных к колесу со стороны автомобиля, перпендикулярная к опорной плоскости

Примечание. Обозначение G употребляется для случаев горизонтальной опорной поверхности

33. Продольная сила колеса

Рx

Составляющая равнодействующей сил, приложенных к колесу со стороны автомобиля, перпендикулярная к поперечной плоскости

34. Сила тяги колеса

Рк

Продольная сила колеса, противоположная по направлению скорости его продольного перемещения

35. Толкающая сила колеса

Рв

Продольная сила колеса, совпадающая по направлению со скоростью его продольного перемещения

36. Боковая сила колеса

Ру

Составляющая равнодействующей всех сил, приложенных к колесу со стороны автомобиля, перпендикулярная к продольной плоскости колеса

См. чертеж к терминам 32 и 33

37. Крутящий момент колеса

М

Момент пары сил, действующей в плоскости вращения колеса, приложенный к колесу со стороны автомобиля

38. Полная окружная сила колеса

Рко

Условная количественная характеристика нагружения колеса, имеющая размерность силы и равная отношению крутящего момента колеса к радиусу качения без скольжения:

где: rк — радиус качения без скольжения

39. Поворачивающий момент колеса

Мп

Момент пары сил, действующей в плоскости, параллельной опорной, приложенный к колесу со стороны автомобиля

См. чертеж к термину 37

40. Опрокидывающий момент колеса

моп

Момент пары сил, действующей в поперечной плоскости колеса, приложенный к колесу со стороны автомобиля

См. чертеж к термину 37

41. Нормальная реакция опорной поверхности

Rz

Равнодействующая нормальных к опорной плоскости составляющих элементарных реакций, приложенных к колесу со стороны опорной поверхности

42. Продольная реакция опорной поверхности

Rx

Равнодействующая перпендикулярных к поперечной плоскости колеса элементарных реакций, приложенных к колесу со стороны опорной поверхности

43. Боковая реакция опорной поверхности

Ry

Равнодействующая перпендикулярных к продольной плоскости колеса элементарных реакций, приложенных к колесу от опорной поверхности

44. Результирующая реакция в опорной плоскости

RΣ

Геометрическая сумма продольной и боковой реакций опорной поверхности:

RΣ= Rx+ Ry

Координаты центра колеса и линий действий реакций

45. Статический радиус колеса

rcт

Расстояние от центра неподвижного колеса, нагруженного только нормальной нагрузкой, до опорной плоскости

46. Динамический радиус колеса

rg

Расстояние от центра колеса до опорной плоскости при движении колеса

47. Продольный снос нормальной реакции

b

Расстояние от линии действия нормальной реакции опорной поверхности до центральной поперечной плоскости колеса

48. Поперечный снос нормальной реакции

Расстояние от линии действия нормальной реакции опорной поверхности до линии пересечения центральной плоскости вращения колеса с опорной плоскостью

49. Снос продольной реакции

Расстояние от линии действия продольной реакции опорной поверхности до линии пересечения центральной плоскости вращения колеса с опорной плоскостью

50. Снос боковой реакции

Расстояние от линии действия боковой реакции опорной поверхности до центральной поперечной плоскости колеса

См. чертеж к терминам 47, 48, 49

Удельные силовые показатели взаимодействия колеса с дорогой

51. Среднее давление колеса в контакте

pконт

Среднее в контурной площади контакта давление, равное отношению нормальной реакции опорной поверхности к контурной площади контакта:

52. Среднее давление колеса по выступам рисунка протектора

Давление по выступам рисунка

pв

Среднее в площади контакта по выступам рисунка протектора давление, равное отношению нормальной реакции опорной поверхности к площади контакта по выступам рисунка протектора:

53. Коэффициент продольной силы колеса

К

Отношение продольной реакции опорной поверхности к нормальной реакции:

54. Коэффициент тяги колеса

Кт

Коэффициент продольной силы колеса в ведущем режиме качения

55. Коэффициент сцепления колеса

j

Отношение результирующей реакции в опорной плоскости к соответствующему значению нормальной реакции при данном значении коэффициента продольного скольжения:

Режимы силового нагружения колеса при его качении

56. Ведущий режим качения колеса

Ведущий режим

Режим, при котором колесо нагружено силой тяги и приводится во вращение крутящим моментом, вектор которого совпадает с вектором угловой скорости

57. Свободный режим качения колеса

Свободный режим

Режим, при котором колесо приводится во вращение крутящим моментом, а продольная сила равна нулю

См. чертеж к термину 56

58. Нейтральный режим качения колеса

Нейтральный режим

Режим, при котором колесо приводится во вращение одновременно крутящим моментом и толкающей силой

То же

59. Ведомый режим качения колеса

Ведомый режим

Режим, при котором колесо приводится во вращение толкающей силой, а крутящий момент равен нулю

» »

60. Тормозной режим качения колеса

Тормозной режим

Режим, при котором колесо нагружено крутящим моментом, вектор которого противоположен вектору угловой скорости, и приводится во вращение толкающей силой

» »

Упругие перемещения (прогибы шины) колеса

61. Нормальный прогиб шины

hz

Линейное смещение центра колеса относительно опорной поверхности под действием нормальной нагрузки, измеренное по нормали к опорной поверхности

62. Боковое упругое смещение колеса

hy

Линейное смещение центра колеса относительно площади контакта за счет упругих свойств шины под действием боковой силы, измеренное в центральной плоскости, параллельной опорной

63. Угол закрутки шины

b

Угловое смещение точки обода колеса вокруг оси вращения колеса относительно неподвижной в контакте точки шины в результате приращения крутящего момента, измеренное в плоскости вращения колеса

64. Угловое упругое смещение колеса

Θ

Угловое смещение точки обода колеса относительно неподвижной в контакте точки шины вокруг нормали, проходящей через центр колеса, под действием приращения поворачивающего момента, измеренное в плоскости, параллельной опорной

Коэффициенты, характеризующие упругие свойства шины колеса

65. Коэффициент нормальной жесткости шины

сг

Первая производная нормальной нагрузки колеса по нормальному прогибу шины:

66. Коэффициент боковой жесткости шины

сy

Первая производная боковой силы колеса по боковому упругому смещению колеса

67. Коэффициент крутильной жесткости шины

сb

Первая производная крутящего момента колеса по углу закрутки шины:

68. Коэффициент угловой жесткости шины

сΘ

Первая производная поворачивающего момента колеса по угловому упругому смещению колеса:

69. Коэффициент тангенциальной эластичности шины

λ

Первая производная радиуса качения колеса без скольжения по крутящему моменту:

70. Коэффициент сопротивления боковому уводу шины

Коэффициент сопротивления уводу шины

ку

Первая производная боковой силы колеса по углу бокового увода:

Характеристики сопротивления качению колеса

71. Мощность сопротивления качению колеса

Nf

Разность между мощностью, подведенной к колесу, и мощностью, отведенной от колеса, при его качении

72. Момент сопротивления качению колеса

Mf

Условная количественная характеристика сопротивления качению колеса, имеющая размерность момента и равная отношению мощности сопротивления качению за вычетом мощности скольжения колеса к угловой скорости колеса:

 

где Nc— мощность скольжения колеса

73. Сила сопротивления качению колеса

Рf

Условная количественная характеристика сопротивления качению колеса, имеющая размерность силы и равная отношению момента сопротивления качению колеса к радиусу качения без скольжения:

74. Коэффициент сопротивления качению колеса

f

Условная количественная характеристика сопротивления качению колеса, равная отношению силы сопротивления качению колеса к его нормальной нагрузке:

75. Плечо сопротивления качению колеса

а

Часть продольного сноса нормальной реакции, характеризующая рассеяние энергии при качении колеса и равная отношению момента сопротивления качению колеса к нормальной нагрузке:

АЛФАВИТНЫЙ УКАЗАТЕЛЬ ТЕРМИНОВ

Буксование колеса                                                                                                           20

Давление колеса в контакте среднее                                                                           51

—         по выступам рисунка                                                                                     52

—         колеса по выступам рисунка протектора среднее                                  52

Диаметр колеса наружный                                                                                            12

Качение колеса                                                                                                                 23

Коэффициент боковой жесткости шины                                                                    66

—             буксования колеса                                                                                30

—             крутильной жесткости шины                                                             67

—             насыщенности контакта                                                                      16

—             нормальной жесткости шины                                                            65

—             продольного скольжения колеса                                                       29

—             продольной силы колеса                                                                     53

—             тяги колеса                                                                                             54

—             скольжения колеса                                                                                  29

—             сопротивления боковому уводу шины                                             70

—                         —                качению колеса                                                         74

—                         —                уводу шины                                                                 70

—             сцепления колеса                                                                                   55

—             тангенциальной эластичности шины                                               69

—             угловой жесткости шины                                                                    68

Момент колеса крутящий                                                                                              37

—             —        опрокидывающий                                                                              40

—             —        поворачивающий                                                                               39

—         сопротивления качению колеса                                                                    72

Мощность сопротивления качению колеса                                                               71

Нагрузка колеса нормальная                                                                                        32

Ось вращения колеса                                                                                                     1

—   колеса продольная центральная                                                                          11

Плечо сопротивления качению колеса                                                                       75

Плоскость вращения колеса                                                                                         2

—                    —               —       центральная                                                                 5

—           колеса поперечная                                                                                       3

—                    —               —       центральная                                                                 9

—                    —   продольная                                                                                      4

—                    —               —       центральная                                                                 8

—                    —   радиальная                                                                                      10

—                    —   центральная                                                                                    7

Площадь контакта контурная                                                                                      15

—                 —         по выступам рисунка протектора                                            14

Прогиб шины нормальный                                                                                           61

Проскальзывание колеса                                                                                                  17

—                     —       упругое                                                                                    17

Радиус качения колеса                                                                                                   27

—        колеса динамический                                                                                        46

—             —       свободный                                                                                               13

—             —       статический                                                                                            45

Реакция в опорной плоскости результирующая                                                       44

—        опорной поверхности боковая                                                                      43

—              —                  —             нормальная                                                              41

—              —                  —             продольная                                                               42

Режим ведомый                                                                                                                 59

—       ведущий                                                                                                                 56

Режим качения колеса ведомый                                                                                  59

—               —             —       ведущий                                                                                   56

Режим качения колеса нейтральный                                                                          58

—               —             —       свободный                                                                               57

—               —             —       тормозной                                                                                60

—        нейтральный                                                                                                         58

—        свободный                                                                                                            57

—        тормозной                                                                                                             60

Сила колеса боковая                                                                                                       36

—         —        окружная полная                                                                                     38

—         —        продольная                                                                                                33

—         —        толкающая                                                                                                35

—     сопротивления качению колеса                                                                         73

—     тяги колеса                                                                                                             34

Скольжение колеса                                                                                                         18

—                  —       боковое                                                                                          22

—                  —       продольное                                                                                   19

Скорость вращения колеса угловая                                                                           26

—           колеса поступательная                                                                                25

—              —        угловая                                                                                               26

—           точки колеса в контакте тангенциальная                                               28

Смещение колеса упругое боковое                                                                               62

—                —             —        угловое                                                                              64

Снос боковой реакции                                                                                                    50

—    нормальной реакции поперечный                                                                      48

—             —                  —         продольный                                                                      47

—    продольной реакции                                                                                              49

Увод колеса                                                                                                                        24

—        —        боковой                                                                                                        24

Угол бокового увода колеса                                                                                          31

—    закрутки шины                                                                                                       63

—    увода колеса                                                                                                             31

Центр колеса                                                                                                                     6

Юз колеса                                                                                                                          21

 

 

Движение эластичного колеса, основные динамические и кинематические характеристики

Колесо — движитель колесной машины, посредством которого осуществляется взаимодействие ТС с дорогой. Через колесо передаются силы, которые позволяют ТС двигаться, удерживаться на дороге и изменять направление движения.

Под действием нормальной реакции дороги RZ, обусловленной нормальной нагрузкой на колесо РZ, колесо и опорная поверхность, соприкасаясь, деформируются. При этом колесо касается опорной поверхности не в точке или по линии, параллельной оси колеса, а по опорной площадке, форма которой приближается к эллипсу.

При нагружении неподвижного (эластичного) колеса нормальной нагрузкой РZ  элементы профиля шины деформируются симметрично относительно центральных поперечной и продольной плоскостей колеса. Следовательно, нормальная реакция RZ опорной поверхности будет проходить через ось колеса.

При качении колеса с угловой скоростью характер его деформирования изменяется. Силы упругого и неупругого сопротивлений при качении колеса в передней части шины складываются, а в задней — вычитаются. Центр давления, или точка приложения нормальной реакции RZ, оказывается расположенным впереди оси колеса, называемого продольным сносом нормальной реакции. При действии на ось колеса продольной силы РХ ось колеса смещается в направлении этой силы. За счет смещения нормальной реакции RZ создается момент Мf

= аRZ  относительно оси колеса. Этот момент направлен в сторону,

противоположную вращению колеса, и препятствует его качению (момент сопротивления качению колеса).

Режимы силового нагружения. В зависимости от характера и направления сил и моментов, действующих на колесо, различают следующие режимы силового нагружения колеса.

1. Ведомый режим качения колеса, при котором колесо приводится во вращение продольной силой РХ (толкающая сила), приложенной к оси колеса и совпадающей по направлению со скоростью его продольного перемещения. Такие колеса являются ведомыми.

2. Ведущий режим качения колеса, при котором колесо приводится во вращение крутящим моментом МК, вектор которого совпадает с вектором угловой скорости ωК, и нагружено продольной силой РХ (равной силе тяги колеса), противоположной по направлению скорости продольного перемещения колеса. Колесо, работающее в таком режиме, является ведущим.

3. Свободный режим качения колеса, при котором колесо приводится во вращение крутящим моментом, а продольная сила равна нулю.

4. Нейтральный режим качения колеса, при котором колесо приводится во вращение одновременно крутящим моментом и толкающей силой.

5. Тормозной режим качения колеса, при котором колесо приводится во вращение толкающей силой и нагружено крутящим моментом, вектор которого противоположен вектору угловой скорости.

Наиболее распространенными являются ведущий, ведомый и тормозной режимы.

Радиусы колеса. У эластичного колеса можно различить следующие радиусы, величина и наименование которых условны.

Свободный радиус колеса (геометрический радиус) rГ равен половине диаметра (по беговой дорожке) колеса при отсутствии его контакта с опорной поверхностью.

Статический радиус колеса rC  — расстояние от центра неподвижного колеса, на которое действует только нормальная нагрузка, до опорной плоскости

rC = rГ – hZ,

где hZ = РZ/CШ — прогиб шины под действием нормальной нагрузки РZ;

СШ нормальная жесткость шины.

Динамический радиус колеса rd — расстояние от центра колеса до

опорной плоскости при движении колеса. Под действием тангенциальной силы или крутящего момента колеса расстояние от оси колеса до опорной плоскости уменьшается за счет искривления радиального сечения шины.

Радиус качения колеса rK отношение продольной составляющей поступательной скорости колеса к его угловой скорости: rK = VX/ωK.

Радиус качения, являющийся одной из важнейших кинематических характеристик. Радиус качения обычно определяют экспериментально путем замера пройденного колесом пути S за n его оборотов. Радиус качения колеса не является величиной постоянной. Он уменьшается с увеличением крутящего момента.

Коэффициент сопротивления качению. К ведущему колесу мощность подводится посредством крутящего момента МК. Часть этой мощности затрачивается на сопротивление качению самого колеса, а другая — передается через ось к несущей конструкции ТС, приводя ее вместе со всеми остальными частями ТС в поступательное движение со скоростью, равной скорости колеса V. Таким образом, сила, приводящая колесо в движение, будет представлять собой разность между полной окружной силой РКО = МК/rK и силой сопротивления качению

Pf = Мf/rK. . Эта сила называется полной тяговой силой

РK = PKO Pf = МК/rd.

Общей количественной характеристикой сопротивления качению

колеса является безразмерная величина — коэффициент сопротивления качению: f = Pf /PZ.

Расчеты и экспериментальные работы показывают, что сопротивление качению увеличивается с увеличением скорости более 50 км/ч.. Это объясняется тем, что с определенного значения скорости качения частота деформации элементов шины совпадает с их собственной частотой колебаний. При учете влияния скорости на изменение коэффициента сопротивления качению можно написать f = fO + КfV,

где fO  – табличная величина коэффициента сопротивления качению,

полученная для ведомого режима стандартной шины в зависимости от

покрытия и состояния дороги; Кf  – коэффициент, определяющий характер изменения коэффициента сопротивления качению с ростом скорости движения ТС. (Ориентировочная величина Кf  в зависимости от конструкции шины находится в диапазоне 0,0003…0,00015).

Сцепление колеса с опорной поверхностью. Контакт деформируемого колеса с опорной поверхностью осуществляется по определенной площадке, поэтому при действии направленной в любую сторону реакции этой поверхности происходит скольжение хотя бы части элементов шины. При рассмотрении качения колеса большее практическое значение имеет не скорость скольжения, а коэффициент скольжения sb колеса.

При прямолинейном движении колеса величина продольной реакции при полном скольжении называется силой сцепления колеса

Рϕ(РСЦ). Отношение силы сцепления к нормальной нагрузке колеса называется коэффициентом сцепления ϕ = Рϕ/РZ.

 

Коэффициент сцепления колеса с опорной поверхностью ϕ зависит от рода и состояния сцепляющих тел — шины и опорной поверхности.

.

Рис. 1 П4. Действие боковой силы на эластичное колесо

(вид сверху)

Боковой увод колеса. При движении на колесное ТС всегда действует какая-либо боковая сила, вызываемая боковой составляющей ускорения (центробежная сила, составляющая веса при боковом уклоне дороги, сила ветра и т. п.) Если к оси вертикально установленного и нагруженного вертикальной силой РZ колеса приложить, кроме этого, боковую силу РУ  (рис.1 П4), то вследствие боковой эластичности шины изменится форма ее поперечного профиля. Нижняя часть шины, находящаяся в сцеплении с опорной поверхностью, остается на месте, а верхняя часть шины вместе с колесом перемещается в направлении приложенной силы. На шину будут действовать боковая реакция RУ  и момент МУ.Форма отпечатка шины искажается. При качении колеса, непрерывная боковая деформация участков шины приводит к перемещению плоскости колеса в направлении действия силы РУ.

Колесо катится уже не в плоскости своего вращения, а под некоторым углом δ к этой плоскости. Качение колеса, скорость  которого направлена под углом к плоскости его вращения, называется боковым уводом, а сам угол δ — углом бокового увода. В реальных эксплуатационных условиях углы бокового увода могут достигать  7…12°. При повороте  колесных  ТС  эти  углы  соизмеримы  с   углами   поворота управляемых колес, поэтому они оказывают существенное влияние на кинематику поворота, а соответственно и на эксплуатационные свойства ТС.

Характеристикой бокового увода является коэффициент сопротивления боковому уводу шины КУ = RУ/δ.

Величина КУ зависит от ряда конструктивных и эксплуатационных

факторов. К ним относятся высота и ширина профиля шины, угол наклона нитей и количество слоев корда, давление воздуха в шине, нагрузка колеса и многое другое. С увеличением размеров профиля шины, особенно ширины, повышается жесткость шины, что приводит к росту коэффициента КУ. У широкопрофильных шин этот коэффициент больше, чем у тороидных. С увеличением количества слоев корда коэффициент КУ увеличивается. Несмотря на меньшее количество слоев корда у шин с регулируемым давлением воздуха, коэффициент КУ высокий, что объясняется повышенной жесткостью брекерного слоя. Коэффициенты сопротивления боковому уводу камерных и бескамерных шин примерно одинаковы. На величину КУ влияет высота протектора. С уменьшением глубины рисунка у изношенной шины этот коэффициент возрастает на 30 … 40%.

Для шин конкретной конструкции и размера наиболее существенно влияют на коэффициент КУ силы, действующие на колесо. С увеличением внутреннего давления воздуха рВ, повышается жесткость шины и увеличивается коэффициент КУ. На величину коэффициента КУ большое влияние оказывает нормальная нагрузка RZ (или нормальная реакция RZ) колеса. С увеличением RZ сопротивление боковому уводу увеличивается. Существенное влияние на  сопротивление боковому

уводу оказывают продольные (тяговые и тормозные) реакции. С увеличением этих сил сопротивление уводу уменьшается.

Рис. 2 П4. Увод наклоненного колеса

Кроме силового увода, может быть так называемый кинематический увод. Управляемые колеса имеют наклон в поперечной вертикальной плоскости (развал колес), а также наклон колес, в том числе и неуправляемых, вызываемый соответствующей кинематической схемой подвески. Наклоненное колесо всегда стремится катиться с уводом в сторону наклона (см. рис.2 П4) под углом δγ. При этом, угол увода δγ при наклоне колеса на угол γК при малых углах определяется зависимостью δγ = γК/Кγ, где Кγ = 4…6.

Соответственно колесо, нагруженное боковой силой RУ   и катящееся с наклоном γК, имеет угол увода δ = RУ/КУ + γК/Кγ.

Литература

1. Гладов, Г.И. Специальные транспортные средства. Проектирование и конструкции: учебник для вузов / Г.И. Гладов, А.М. Петренко; под ред. Г.И. Гладова. – М.: ИКЦ «Академкнига», 2004. – 320 с.: ил.

2.  Гладов,  Г.И.  Специальные  транспортные  средства:  Теория:

учебник для вузов /Г.И. Гладов, А.М. Петренко; под ред. Г.И. Гладова.

– М.: ИКЦ «Академкнига», 2006. – 215 с.: ил.

3. Литвинов, А.С. Автомобиль: Теория эксплуатационных свойств:

учебник для вузов по специальности «Автомобили и автомобильное хозяйство» /А. С Литвинов, Я.Е. Фаробин – М.: Машиностроение, 1989.

– 240 с.: ил.

4. Методические указания к расчетно-теоретической части курсового проекта по дисциплине «Автотранспортные средства»М., 1995.

5. Смирнов, Г.А. Теория движения колесных машин: учебник для вузов. 2-е изд., доп. и перераб. /Г.А. Смирнов. – М.: Машиностроение,

1990. — 352 с.

Учебное издание

Петренко Александр Михайлович

Расчет тягово-скоростных свойств и топливной экономичности транспортных средств

Учебное пособие

Редактор Н.П. Лапина

Подписано в печать…………… Формат 60х84/16. Бумага офсетная. Гарнитура «Ариал». Печать офсетная. Усл. печ. л. 4,5. Уч. изд. л. 3,8……… Тираж  100 экз. Заказ ……

Цена  80  руб……

Ротапринт МАДИ

125319, Москва, Ленинградский проспект, 64

Материал взят из книги Расчет тягово-скоростных свойств и топливной экономичности специальных транспортных средств (А.М. Петренко)

Крутящий момент, тяга и проскальзывание колес — Крутящий момент, тяга и проскальзывание колес

Крутящий момент — это крутящая сила, которую производит двигатель. Крутящий момент двигателя — это то, что приводит в движение вашу машину. Различные шестерни в трансмиссии и дифференциале умножают крутящий момент и распределяют его между колесами. На первой передаче на колеса может передаваться больший крутящий момент, чем на пятой, потому что первая передача имеет большее передаточное число, на которое умножается крутящий момент.

Приведенная ниже гистограмма показывает величину крутящего момента, развиваемого двигателем. Отметка на графике указывает величину крутящего момента, которая вызовет проскальзывание колеса. Автомобиль, который хорошо стартует, никогда не превышает этот крутящий момент, поэтому шины не скользят; автомобиль, который плохо стартует, превышает этот крутящий момент, поэтому шины буксуют. Как только они начинают проскальзывать, крутящий момент падает почти до нуля.

Advertisement

Что интересно в отношении крутящего момента, так это то, что в ситуациях с низким тяговым усилием максимальный крутящий момент, который может быть создан, определяется величиной тягового усилия, а не двигателем. Даже если в вашем автомобиле установлен двигатель NASCAR, если шины не будут прилипать к земле, просто невозможно использовать эту мощность.

Для целей этой статьи мы определим сцепление как максимальную силу, которую шина может приложить к земле (или которую земля может приложить к шине — это одно и то же). Вот факторы, влияющие на тягу:

Вес шины — Чем больше вес шины, тем выше ее сцепление. Вес может смещаться во время движения автомобиля. Например, когда автомобиль делает поворот, вес смещается на внешние колеса. При разгоне вес смещается на задние колеса. (Дополнительную информацию см. в разделе Как работают тормоза.)

Коэффициент трения — Этот коэффициент связывает величину силы трения между двумя поверхностями с силой, удерживающей две поверхности вместе. В нашем случае он связывает величину сцепления между шинами и дорогой с весом, приходящимся на каждую шину. Коэффициент трения в основном зависит от типа шин на транспортном средстве и типа поверхности, по которой движется транспортное средство. Например, шина NASCAR имеет очень высокий коэффициент трения при движении по сухой бетонной трассе. Это одна из причин, по которой гоночные автомобили NASCAR могут проходить повороты на таких высоких скоростях. Коэффициент трения той же шины в грязи был бы почти нулевым. Напротив, огромные, узловатые внедорожные шины не будут иметь такого высокого коэффициента трения на сухой трассе, но в грязи их коэффициент трения чрезвычайно высок.

Проскальзывание колес — Существует два вида контакта шин с дорогой: статический и динамический.

  • статический контакт — Шина и дорога (или земля) не скользят друг относительно друга. Коэффициент трения при статическом контакте выше, чем при динамическом, поэтому статический контакт обеспечивает лучшее сцепление.
  • динамический контакт — Шина проскальзывает относительно дороги. Коэффициент трения для динамического контакта ниже, поэтому у вас меньше сцепление.

Попросту говоря, проскальзывание колеса происходит, когда сила, приложенная к шине, превышает тяговое усилие, доступное этой шине. Сила прикладывается к шине двумя способами:

  • Продольная — Продольная сила исходит от крутящего момента, прилагаемого к шине двигателем или тормозами. Он имеет тенденцию либо ускорять, либо замедлять автомобиль.
  • Боковая — Боковая сила создается, когда автомобиль движется по кривой. Чтобы заставить автомобиль изменить направление, требуется сила — в конечном счете, боковую силу создают шины и земля.

Допустим, у вас достаточно мощный заднеприводный автомобиль, и вы едете по мокрой дороге в повороте. У ваших шин достаточно сцепления, чтобы применить боковую силу, необходимую для удержания автомобиля на дороге, когда он проходит поворот. Скажем, вы нажимаете на педаль газа в пол в середине поворота ( не делайте этого! ) — ваш двигатель передает гораздо больший крутящий момент на колеса, производя большое продольное усилие. Если вы добавите продольную силу (создаваемую двигателем) и поперечную силу, создаваемую при повороте, и сумма превысит доступное сцепление, вы просто создадите проскальзывание колеса.

Большинство людей даже близко не приближается к превышению доступного сцепления на сухом или даже на ровном мокром асфальте. Полноприводные и полноприводные системы наиболее полезны в ситуациях с низким сцеплением, например, на снегу и на скользких холмах.

Преимущество полного привода легко понять: если вы едете на четырех колесах вместо двух, вы можете удвоить величину продольной силы (силы, которая заставляет вас двигаться), к которой прикладывают шины. земля.

Это может помочь в различных ситуациях. Например:

  • В снегу — Чтобы толкнуть машину по снегу, требуется большое усилие. Количество доступной силы ограничено доступной тягой. Большинство полноприводных автомобилей не могут двигаться, если на дороге больше нескольких дюймов снега, потому что на снегу каждая шина имеет лишь небольшое сцепление с дорогой. Полноприводный автомобиль может использовать сцепление всех четырех колес.
  • Бездорожье — В условиях бездорожья по крайней мере один комплект шин довольно часто оказывается в ситуации с плохим сцеплением, например, при пересечении ручья или грязной лужи. С полным приводом другой комплект шин все еще имеет сцепление с дорогой, поэтому они могут вытащить вас.
  • Восхождение на скользкие холмы — Эта задача требует большого сцепления. Полноприводный автомобиль может использовать сцепление всех четырех колес, чтобы поднять машину в гору.

Также бывают ситуации, когда полный привод не дает преимуществ перед приводом на два колеса. В частности, системы полного привода не помогут вам остановиться на скользком покрытии. Все дело в тормозах и антиблокировочной системе (ABS).

Теперь давайте посмотрим на детали, из которых состоит полноприводная система.

Процитируйте это!

Пожалуйста, скопируйте/вставьте следующий текст, чтобы правильно цитировать эту статью HowStuffWorks.com:

Карим Найс «Как работает полный привод» 18 апреля 2001 г.
HowStuffWorks.com. 14 сентября 2022 г.

Борьба с проскальзыванием колес — журнал Tire Review Magazine

Проскальзывание колес уже давно вызывает озабоченность в шинной промышленности, как правило, для двигателей с высокой мощностью и высоким крутящим моментом, в первую очередь для сельскохозяйственной техники и грузовых автомобилей.

По большей части эти ситуации с проскальзыванием шин/колес вызывали не более чем краткий ужас и оказывали минимальное влияние на характеристики шин или автомобиля. Как правило, они возникали после установки новой шины, и их причиной можно было назвать чрезмерно агрессивную смазку борта и обода, неправильные методы монтажа, повреждение области борта или проблемы, связанные с колесом.

Иногда проскальзывание колес может быть значительным и привести к повреждению шин или автомобиля. Но в большинстве случаев шина быстро устанавливалась на место, и не было никаких долгосрочных проблем с производительностью.

Но теперь один производитель шин говорит, что проскальзывание колес является «основной причиной» жалоб на комфорт при езде в легковом автомобиле и вибрацию со стороны покупателей высокопроизводительных шин.

Технические специалисты Toyo Tire (США) провели серию дорожных испытаний с использованием шин различных марок и размеров, установленных как на оригинальных стальных, так и на легкосплавных нестандартных колесах. Тестирование было результатом усилий Toyo, направленных на то, чтобы помочь некоторым из ее дилеров определить причину постоянных жалоб на вибрацию при движении с рядом марок шин и дисков.

Производитель шин обнаружил, что почти в каждом случае причиной проскальзывания шины/колеса было «чрезмерное использование смазки на бортах шины и ободе».

В большинстве случаев, как обнаружили технические специалисты, использовались пастообразные смазочные материалы, но они были обильно нанесены на область борта, посадочное место борта и области фланца обода колеса — слишком много пасты в слишком многих местах, заключили инженеры. .

Причина и следствие

В наши дни более легких переднеприводных автомобилей со спортивными характеристиками высокий крутящий момент, вызванный резким ускорением и/или торможением, делает эти автомобили очень восприимчивыми к проскальзыванию шин/колес. Скорее всего, пострадают и более легкие автомобили с задним приводом.

Современные системы подвески и рулевого управления, которые автопроизводители сделали легче, но прочнее, чтобы увеличить пробег и общую производительность CAFE, гораздо более чувствительны к вибрации, вызванной шинами и колесами. Подгонка и тщательная балансировка на высоких скоростях — самые популярные способы борьбы с жалобами, связанными с плавностью хода шин и колес, у дилеров шин.

Но проскальзывание колеса может быть настолько сильным – три дюйма и более, как обнаружили технические специалисты, ®“ что предыдущие усилия по установке и балансировке были напрасными.

В ходе расследования технические специалисты Toyo установили различные новые шины на оригинальные и неоригинальные колеса. Они обильно использовали обычную пастообразную смазку как для бортов шины, так и для посадочных мест борта колеса, имитируя процесс, используемый некоторыми из пострадавших дилеров. Затем шины были пронумерованы по отношению к их колесам с помощью карандашной метки на шинах у штоков клапанов. Затем шины/колеса в сборе были отбалансированы с использованием Hunter GSP9700.

После ожидания от 30 минут до часа каждый комплект шин эксплуатировался с использованием трех различных стилей вождения – мягкое/медленное ускорение и торможение, агрессивное ускорение и агрессивное торможение ®“, чтобы оценить влияние каждого из них.

В каждом случае, независимо от марки шин или режима вождения, шины значительно проскальзывали как на оригинальных, так и на кастомных дисках. Проверки после испытаний показали, что каждый случай проскальзывания приводил к дисбалансу шины и колеса в сборе. А проверки у других дилеров шин подтвердили проблемы с балансировкой, связанные с проскальзыванием.

Борьба с проблемой

Что же делать дилеру? Очевидный ответ — не использовать так много смазки для бусинок. Но технические специалисты Toyo предлагают другие меры предосторожности, чтобы предотвратить жалобы на вибрацию, вызванную проскальзыванием шин/колес.

1) При необходимости установите шины и колеса. Обязательно следуйте специальным инструкциям по монтажу, предоставленным производителем шин.

2) Тщательно очистите борта новых шин, чтобы удалить любые остатки производственной смазки. Используйте утвержденный очиститель резины, обычно используемый при ремонте шин.

3) Также очистите посадочное место борта колеса. На старых колесах убедитесь, что фланец обода и посадочные места обода не имеют ржавчины или грязи. На новых колесах убедитесь, что вся защитная упаковка снята, а все наклейки удалены с фланца обода и посадочных мест обода. Вымойте область водой с мылом и полностью высушите.

4) Вместо кисти используйте губку меньшего размера для нанесения пастообразной смазки для шариков. Наносите смазку только на бортовую подошву и внутренний защитный выступ. Держите оба фланца обода чистыми и сухими; смазки на подошве борта будет более чем достаточно, чтобы надеть борт на фланец.

5) Колеса европейского производства могут иметь более жесткие допуски на посадку борта, чем колеса отечественного производства. Имейте в виду, что для посадки бортов низкопрофильных шин на эти колеса может потребоваться более высокое давление накачки.

6) Убедитесь, что все индикаторные метки производителя шин на боковине совпадают с отверстием штока клапана на колесе.

7) Если для посадки бортов шины требуется давление более 40 фунтов на кв. дюйм, демонтируйте шину, повторно смажьте и снова установите шину. Обязательно тщательно соблюдайте максимальные уровни монтажного давления, установленные производителями шин и колес.

8) Отметьте шину относительно колеса с помощью отметки мелом или карандашом на боковине над штоком клапана. Это позволит вам подтвердить любое проскальзывание шины/колеса, если клиент вернется с жалобой на вибрацию.

9) Тщательно отбалансируйте каждую шину/колесо в сборе, следуя инструкциям производителя балансировочного станка. Убедитесь, что все необходимые адаптеры используются правильно.

10) Стандартная отраслевая практика показывает, что если клиент по-прежнему будет жаловаться на вибрацию – даже без явного проскальзывания шины/колеса ®“, снимите все грузы с колес и выполните повторную балансировку узла. Если установочная метка сместилась, спустите шину и совместите метку со штоком клапана. Не демонтируйте сборку, если нет необходимости в подгонке.

В этой статье:Технология шин

Каков процент проскальзывания при тяжелых нагрузках?

Вы хотите, чтобы 100 % мощности вашего двигателя передавалось на тяговое оборудование? Как оказалось — нет. Некоторое проскальзывание на самом деле сделает вас БОЛЕЕ эффективным.

Почему нулевое проскальзывание может повредить ваш трактор

Если бы вы передавали 100% мощности оси на движение вперед (без проскальзывания), вы создавали бы невероятную нагрузку на трансмиссию вашего трактора. Шины, трансмиссия и другие компоненты трансмиссии будут изнашиваться намного быстрее. Вот почему производители также предостерегают от буксировки тяжелых грузов со скоростью менее 4 или 5 миль в час: такая операция создает слишком большую нагрузку на компоненты трансмиссии вашего трактора.

Слишком большое проскальзывание лишит вас прибыли

С другой стороны, слишком большое проскальзывание приведет к преждевременному износу шин, а также к трате топлива и времени. На самом деле, при слишком большом проскальзывании вы можете передавать на дышло только 60–70 процентов мощности вашего трактора или даже всего 50 процентов.

Небольшое проскальзывание сделает вас БОЛЬШЕ Эффективным

Когда дело доходит до фактического проскальзывания колес трактора, небольшое проскальзывание – это хорошо. Есть только одна ситуация, в которой вам нужна нулевая пробуксовка колес: при движении по дороге. Слишком малая пробуксовка в поле на самом деле означает, что ваш трактор перегружен балластом и не работает с максимальной эффективностью.

При слишком малом скольжении вы одновременно увеличиваете уплотнение и расход топлива. Трактору, который слишком тяжел для той работы, которую вы выполняете, приходится постоянно вылезать из собственной колеи . Другими словами, вы тратите энергию только на то, чтобы продвинуть трактор по земле. И по мере того, как вы увеличиваете уплотнение, вы влияете на долгосрочное здоровье ваших полей. Сильно уплотненная почва затрудняет развитие прочной корневой системы, что отрицательно скажется на поглощении питательных веществ и росте в ближайшие годы.

Идеальная величина проскальзывания колес составляет от 8 до 12 процентов для трактора с полным приводом и от 10 до 15 процентов для трактора с двумя ведущими колесами.

На приведенной ниже диаграмме показано, как эффективность вашего трактора и процент проскальзывания коррелируют в зависимости от состояния почвы.

Измерение проскальзывания колес

Почти каждый современный трактор включает проскальзывание колес среди данных, которые можно просмотреть из кабины. Если у вас нет этой опции на вашей машине, вы всегда можете измерить проскальзывание старомодным способом: сначала отметьте внутреннюю часть задней шины, чтобы вы могли видеть отметку с сиденья. Затем поместите флаг в 100 футах от вашей стартовой позиции. Найдите окружность вашей шины (3,14 x ДИАМЕТР). Затем подъезжайте к флажку, считая обороты колеса. Умножьте число оборотов на длину окружности шины (в футах) и разделите на 100 (ОБОРОТЫ ШИНЫ x ОКРУЖНОСТЬ) / 100. Если ваша шина прошла 108,5 футов, двигаясь по полю на 100 футов (8,5 футов дальше), у вас пробуксовка колес составляет 8,5%.

Еще один способ оценить проскальзывание колес — посмотреть на гусеницы трактора. Гусеницы без определенных отпечатков грунтозацепов указывают на слишком большое проскальзывание. С другой стороны, гусеницы с очень четкими отпечатками грунтозацепов — без нарушения почвы между грунтозацепами — показывают, что ваш трактор слишком тяжелый и/или испытывает слишком малое скольжение. В идеале вы хотите видеть отпечатки выступов с некоторым нарушением почвы между ними.

3 фактора, которые НЕОБХОДИМО учитывать

Чтобы найти баланс между приемлемым уровнем проскальзывания и сцеплением, необходимо учитывать шины, балластировку трактора и рабочую скорость.

1. Рабочая скорость
Как мы упоминали ранее, производители тракторов предостерегают от чрезмерной тяги на скорости ниже 4 или 5 миль в час. Это может привести к преждевременному износу трансмиссии и резкому снижению эффективности. Вы хотите подобрать комбинацию трактор/навесное оборудование так, чтобы выполнять обработку почвы и т. д. в кратчайшие сроки.

2. Правильная балластировка трактора
В приведенной ниже таблице, любезно предоставленной отделом развития штата Миссури, показано правильное распределение веса для различных типов тракторов и навесного оборудования. Несмотря на то, что в Интернете вы найдете вариации этой диаграммы, это хорошее обобщение идеального распределения веса. Вы можете добавить балласт с пластинами на переднюю часть трактора, колесные крепления или жидкий балласт для шин внутри шин. Возможно, вам будет легче работать с железом: демонтаж двойников, заполненных жидкостью, может быть опасным.

3. Правильная установка шин
Чем больше размер вашего трактора и объем работ, тем важнее сделать правильный выбор шин для достижения идеального проскальзывания колес при одновременном ограничении вредного уплотнения почвы.

Хотите защитить свою прибыль? Обратите внимание на свои шины.

Шины являются основным фактором, ограничивающим проскальзывание колес. Поскольку тракторы и навесное оборудование тяжелее, чем когда-либо, вам следует инвестировать в шины, которые минимизируют воздействие вашего оборудования на почву, обеспечивая при этом надежное сцепление. Замените стандартные радиальные шины на современные радиальные шины IF/VF, и вы увидите немедленные результаты. Эти шины предназначены для перевозки тяжелых грузов при более низком давлении в шинах, сохраняя при этом постоянную большую площадь контакта для более надежной управляемости и сцепления с дорогой. Это означает меньшее изменение процента проскальзывания колес и лучшую защиту вашей почвы.

В NTS Tire Supply мы можем помочь вам оснастить вашу почвообрабатывающую машину и другие тракторы шинами, которые лучше всего подходят для обеспечения максимальной эффективности и минимизации нарушений ваших полей за счет уплотнения. Инвестиции в шины сегодня — наряду с выполнением других приведенных выше рекомендаций по удержанию проскальзывания колес — могут помочь вам избежать долгосрочных проблем, связанных с уплотнением и износом оборудования.

Проблемы с проскальзыванием шин / колесных дисков

Шины

Проскальзывание колес уже давно вызывает озабоченность в шинной промышленности, как правило, для мощных двигателей и автомобилей с высоким крутящим моментом, в первую очередь для сельскохозяйственной техники и грузовых автомобилей.

По большей части эти ситуации с проскальзыванием шин/колес вызывали не более чем краткий ужас и оказывали минимальное влияние на характеристики шин или автомобиля. Как правило, они возникали после установки новой шины, и их причиной можно было назвать чрезмерно агрессивную смазку борта и обода, неправильные методы монтажа, повреждение области борта или проблемы, связанные с колесом.

Иногда проскальзывание колес было значительным и приводило к повреждению шин или автомобиля. Но в большинстве случаев шина быстро садилась на место, и не было никаких долгосрочных проблем с производительностью. Но теперь один производитель шин говорит, что проскальзывание колес является «основной причиной» дискомфорта при езде на легковых автомобилях и жалоб на вибрацию со стороны покупателей шин с высокими эксплуатационными характеристиками. Производитель шин обнаружил, что почти в каждом случае «чрезмерное использование смазки на бортах шины и ободе» было причиной проскальзывания шины/колеса.

В большинстве случаев, как обнаружили технические специалисты, использовались пастообразные смазочные материалы, но они были обильно нанесены на область борта, посадочные места борта и области фланца обода колеса — слишком много пасты в слишком многих местах, заключили инженеры. .

Причина и следствие

В наши дни более легких переднеприводных спортивных автомобилей высокий крутящий момент, вызванный резким ускорением и/или торможением, делает эти автомобили восприимчивыми к проскальзыванию шин/колес.

Современные системы подвески и рулевого управления, которые автопроизводители сделали легче, но прочнее, чтобы увеличить пробег и общую производительность CAFE, гораздо более чувствительны к вибрации, вызванной шинами/колесами. Подгонка и тщательная высокоскоростная балансировка — самые популярные способы борьбы с жалобами, связанными с плавностью хода шин и колес.

Но когда проскальзывание колеса настолько сильное, три дюйма или более, техники обнаружили, что предыдущие усилия по установке и балансировке были напрасными. В ходе эксперимента технические специалисты установили множество новых шин на оригинальные и неоригинальные колеса. Они обильно использовали обычную пастообразную смазку как для бортов шины, так и для посадочных мест борта колеса, имитируя процесс, используемый некоторыми из пострадавших дилеров. Затем шины были пронумерованы по отношению к их колесам с помощью карандашной метки на шинах у штоков клапанов. Затем шины и колеса в сборе были отбалансированы с помощью Hunter GSP9.700.

После ожидания от 30 минут до часа каждый комплект шин эксплуатировался с использованием трех различных стилей вождения — мягкое/медленное ускорение и торможение, агрессивное ускорение и агрессивное торможение, чтобы оценить влияние каждого из них.
В каждом случае, независимо от марки шин или режима вождения, шины значительно проскальзывали как на оригинальных, так и на нестандартных колесах. Проверки после испытаний показали, что каждый случай проскальзывания приводил к дисбалансу шины и колеса в сборе. А проверки у других дилеров шин подтвердили проблемы с балансировкой, связанные с проскальзыванием.

Борьба с проблемой
Что же делать магазину? Очевидный ответ — не использовать так много смазки для бусинок. Но вот 10 предложений и других мер предосторожности, которые помогут предотвратить жалобы на вибрацию, вызванную проскальзыванием шины/колеса.
1. Установите шины и колеса, если это необходимо. Обязательно следуйте специальным инструкциям по монтажу, предоставленным производителем.

2. Тщательно очистите борта новых шин, чтобы удалить любые остатки производственной смазки. Используйте утвержденный очиститель резины, обычно используемый при ремонте шин.

3. Также очистите посадочное место борта колеса. На старых колесах убедитесь, что фланец обода и посадочные места обода не имеют ржавчины или грязи. Вымойте область водой с мылом и полностью высушите.

4. Вместо кисти используйте губку меньшего размера для нанесения пастообразной смазки для шариков. Наносите смазку только на бортовую подошву и внутренний защитный выступ. Держите оба фланца обода чистыми и сухими; смазки на подошве борта будет более чем достаточно, чтобы надеть борт на фланец.

5. Колеса европейского производства могут иметь более жесткие допуски на посадку борта, чем колеса отечественного производства. Имейте в виду, что для посадки бортов низкопрофильных шин на эти колеса может потребоваться более высокое давление накачки.

6. Убедитесь, что все индикаторные метки производителя шин на боковине совмещены с отверстием штока клапана на колесе.

7. Если для посадки бортов шины требуется давление более 40 фунтов на кв. дюйм, демонтируйте шину, повторно смажьте и снова установите шину.

8. Отметьте шину относительно колеса с помощью отметки мелом или карандашом на боковине над штоком клапана. Это позволит вам подтвердить любое проскальзывание шины/колеса, если клиент вернется с жалобой на вибрацию.

9. Тщательно отбалансируйте каждую шину/колесо в сборе, следуя инструкциям производителя балансировочного стенда.

10. Если жалобы клиента на вибрацию по-прежнему возникают, даже без видимого проскальзывания шины, снимите грузы с колес и отбалансируйте сборку. Если установочная метка сместилась, спустите шину и совместите метку со штоком клапана. Не спешивайтесь, если только нет необходимости в подгонке.

В этой статье:

ньютоновская механика — Физика пробуксовки колес

спросил

Изменено 8 лет, 4 месяца назад

Просмотрено 25 тысяч раз

$\begingroup$

Предположим, что я в машине и резко ускоряюсь. Теперь колеса будут проскальзывать, и, следовательно, автомобиль не сильно смещается.

Но если я стартую с некоторым постоянным ускорением, пробуксовка не появляется и машина едет нормально. Я думаю, что это связано с каким-то фрикционным механизмом.

Но я не понимаю, почему колесо пробуксовывает на высоких скоростях, а не на малых. Это похоже на то, что когда скорость высока, правила меняются.

Кроме того, на каждом этапе F(s) (трение) должно быть равно F (сила в другом направлении). Не так ли? Есть физические объяснения?

  • ньютоновская механика
  • классическая механика
  • ускорение
  • трение
  • скорость

$\endgroup$

2

$\begingroup$

Трудно заставить колеса вращаться на высоких скоростях, потому что вы находитесь на более высокой передаче, поэтому крутящий момент на колесах меньше. Итак, я предполагаю, что вы спрашиваете только о пробуксовке колес на первой передаче, т.е. довольно легко раскрутить колеса при трогании с места на первой передаче, но гораздо сложнее, если, например. вы едете со скоростью 10 миль в час на первой передаче.

Причина в том, что если вы стоите на месте и отпускаете сцепление, угловой момент двигателя влияет на крутящий момент. То есть крутящий момент на колесах представляет собой крутящий момент от двигателя плюс крутящий момент от углового момента, хранящегося в маховике, коленчатом валу и т. д. Это происходит потому, что двигатель вращается быстрее, чем при включенном сцеплении, поэтому включение сцепления замедляется. скорость двигателя. Дополнительный крутящий момент определяется по формуле:

$$ \tau = I\frac{d\omega}{dt} $$

где $I$ — момент инерции вращающихся частей двигателя, а $\omega$ — скорость двигателя, поэтому $d\omega/dt$ — скорость изменения скорости двигателя. Если вы отпустите сцепление, скорость двигателя изменится быстро, поэтому $d\omega/dt$ будет большим, а дополнительный крутящий момент будет большим. Если вы отпустите сцепление, $d\omega/dt$ будет небольшим, поэтому дополнительный крутящий момент невелик, и колеса не будут пробуксовывать.

Когда вы едете (например) со скоростью 10 миль в час, скорость двигателя соответствует скорости вращения колес, поэтому, если вы сейчас внезапно нажмете на педаль газа, для вращения колес будет доступен только крутящий момент двигателя. Вы не получаете вклад от $d\omega/dt$.

Чтобы увидеть это, попробуйте ехать со скоростью 5 миль в час, затем выключить сцепление, увеличить обороты двигателя и выжать сцепление. При включении сцепления колеса будут вращаться так же, как когда автомобиль стоит на месте.

Стоит отметить, что мощный автомобиль может крутить колеса на первой передаче, даже не играя сцеплением. На самом деле старый спортивный автомобиль, который у меня был много лет назад, крутил колеса на второй передаче по сухой дороге и на третьей по мокрой дороге!

$\endgroup$

1

$\begingroup$

Двигатель автомобиля может управлять только угловым ускорением, обеспечиваемым колесам. Чем сильнее давишь на газ, тем больше угловое ускорение колес.

В обязанности трения входит преобразование углового ускорения колес в линейное ускорение автомобиля.

Теперь рассмотрим колесо радиуса $r$, вращающееся с угловым ускорением $\alpha$. Если пробуксовки нет, значит, колесо движется вперед с линейным ускорением $\alpha r$. А если масса автомобиля $m$, то это означает, что на автомобиль должно действовать трение величиной $m\alpha r$. Однако, если это количество больше, чем может выдержать земля, колеса будут проскальзывать.

$\endgroup$

3

$\begingroup$

Сцепление (трение между движущимся телом относительно поверхности) играет здесь важную роль, потому что одна или несколько шин в автомобиле теряют сцепление с дорогой и приводят к пробуксовке колес (т. Тяга. Это лучше всего объясняется с помощью Starting Tractive Effort. Это важный фактор, которому в железнодорожном машиностроении уделяется более высокое внимание. Они используют «Локомотивную пробуксовку» вместо нашей «Пробуксовки»..!

Это связано с тем, что вес автомобиля слишком велик, чтобы тянуть сразу в заданный период времени (т. е.) Следует также обратить внимание на соотношение мощности и веса. Но это меньше для транспортных средств и отличного для локомотивов, и оно рассчитывается с использованием снаряженной массы транспортных средств.

Состояние поверхности: Это проскальзывание чаще встречается зимой, потому что коэффициент трения слишком низок для смазочных материалов, таких как вода, смазка, грязь и т. д. Следовательно, более холодная вода между дорогой и шинами предотвращает их прилипание к дорогам. Говоря более конкретно, дифференциалы обеспечивают достаточный крутящий момент для вращения колес. Аналогичная вещь применима к шайба в хоккее..!

Здесь также играет инерция движения, потому что инерция двигателя и колеса регулятора (маховика) имеет более высокие обороты, чем шестерня, которая пытается привести вал трансмиссии тяжелого автомобиля к той же скорости, начиная с отдыхать. .! (что усложняет ситуацию…)

Вы могли видеть это в наиболее распространенных гонках Drag , и это называется Burnout , где эти гонщики отпускают сцепление и ускоряются, удерживая тормоза. Они даже используют зарезервированные мокрые гусеницы в качестве Коробки Burnout для проверки их фристайл . Но с той лишь разницей, что те ребята делают это целенаправленно, а здесь — бывает, когда у тебя нет опыта в этом..!

Примечание: Проголосовавшие против: Пожалуйста, оставьте комментарии..!

$\endgroup$

$\begingroup$

Пробуксовка происходит, когда сила, приложенная для движения автомобиля, превышает силу трения между колесом и землей. Трение необходимо для предотвращения проскальзывания колеса.

Существует разница между статическим и кинетическим трением. Пока колеса не скользят, точка контакта остается неподвижной по отношению к земле и действует статическое трение. Как только колеса проскальзывают, точка контакта фактически перемещается по земле, то есть кинетическое трение. Пока точка контакта неподвижна, приложенная сила точно соответствует силе трения — до точки, где сила больше, чем максимально возможное трение между шиной и землей.

Кинетическое трение ниже, чем статическое трение, поэтому, как только приложенная сила достаточна для преодоления трения, необходимая сила падает, что еще больше облегчает вращение колес. В этот момент вам нужно значительно уменьшить усилие, чтобы остановить скольжение.

Если вы уменьшите трение (например, на льду), скольжение станет намного легче, но все равно будут применяться те же правила. Те же правила действуют и в обратной ситуации, когда вы тормозите. Если вы приложите слишком много силы, колеса заблокируются, и вы попадете в кинетическое трение. В этот момент вам нужно отпустить тормоза и повторить попытку. Это то, что системы ABS делают автоматически — отсюда и «дребезжание» при резком торможении.

Дополнительную информацию о статическом и кинематическом трении можно найти здесь.

$\endgroup$

$\begingroup$

Есть две вещи, которые ограничивают максимальное сцепление (F) автомобиля. Один из них определяется формулой трения F = µR (Тяга = коэффициент трения x вес автомобиля), выше которой колеса начинают пробуксовывать. Другое уравнение мощности. P = Fv или F = P / v (Тяга = мощность / скорость), которую двигатель не может превысить. Обратите внимание, что максимальное сцепление, обусловленное уравнением трения, не зависит от скорости, в то время как максимальное сцепление, обусловленное уравнением мощности, уменьшается по мере того, как вы движетесь быстрее. Из-за этого уравнение трения (пробуксовки колес) ограничивает максимальную тягу на низких скоростях, тогда как мощность двигателя ограничивает максимальную тягу на высоких скоростях.

$\endgroup$

Хотите знать все о пробуксовке колес трактора?

Автор: Эксперт по шинам для тракторов | 19 ноября 2021 г.

Пробуксовка колес трактора, если она чрезмерная, приносит только неудобства: она увеличивает количество часов, которые вы должны потратить на каждую кампанию, увеличивает расход топлива, вызывает уплотнение почвы, способствует уплотнению почвы и, наконец, быстро увеличивает износ шин. Таким образом, игнорирование вашего коэффициента проскальзывания окажет крайне негативное влияние на прибыльность ваших кампаний.
Чтобы лучше контролировать его, вы должны помнить, что минимальное проскальзывание необходимо для обеспечения сцепления, но только до определенного предела, который вы должны полностью контролировать.

В этой статье мы объясняем, что необходимо проверить, и какие регулировки помогут вам достичь оптимального коэффициента проскальзывания:

1. Пробуксовка напрямую связана с типом почвы и погодными условиями

Различные факторы могут вызвать колёса трактора. скользить, начиная со структуры почвы вашего участка в момент начала работы. Эта структура будет результатом сочетания типа почвы с уровнем влажности и погодными условиями.

Чтобы двигаться вперед, ваши шины раздавливают землю до точки сопротивления почвы, чтобы передать крутящий момент на обод.

Эта точка сопротивления почвы будет меняться каждый день в зависимости от плохой погоды и состава почвы. Это сопротивление соответствует коэффициенту проскальзывания колеса, учитывая, что потеря мощности, связанная с проскальзыванием, может достигать 30% и более в зависимости от погодных условий и особенностей шин:

  • технология,
  • дизайн,
  • внутреннее давление.

Поэтому лучше учитывать эти факторы перед началом работы и адаптировать оборудование, чтобы избежать чрезмерного коэффициента проскальзывания.

Какой тип почвы у вас на участке?

Тип почвы напрямую влияет на проскальзывание колес трактора.

Чтобы работать в наилучших условиях при сохранении почвы, рекомендуется сначала проанализировать тип почвы и состояние вашей земли.

Насыщенный глинистый грунт повышает риск застревания

Твердая, сухая земля:

Когда земля сухая и достаточно плотная, вы можете управлять любым типом транспортного средства без риска поскользнуться, земля обеспечивает хороший уровень сопротивления, шины не утопают очень глубоко. и легко поддерживаются землей. В этом случае коэффициент скольжения очень низкий.
Однако остерегайтесь большого количества скользких остатков, которые могут повлиять на проскальзывание даже на твердом грунте.

Сухая, но песчаная земля:

Если почва сухая, но не очень плотная, выступы не испытывают большого сопротивления, если почва имеет песчаную текстуру, у них возникнут проблемы склеивания. Некоторое тяговое усилие будет потеряно, потому что проушины не смогут хорошо зацепиться. Шина будет иметь тенденцию погружаться в землю, пока не войдет в контакт с более плотной почвой глубже.
Это приведет к высокому уровню проскальзывания, увеличению расхода топлива и более быстрому износу шин.

В этой ситуации единственная возможность — работать с шинами низкого давления, чтобы увеличить пятно контакта шины с землей и увеличить сцепление грунтозацепов.

Мягкая, легкая земля:

Земля рассыпчатая и очень слегка влажная, когда сжимаешь ком земли в руке, комочки земли легко раздавливаются между пальцами.

Вы можете работать без риска поскользнуться, а сцепление должно быть оптимальным.

Влажная, липкая земля:

При влажной глинистой почве предпочтительнее отложить кампанию (если возможно) в надежде работать на полностью высохшей почве, чтобы избежать проскальзывания и риска уплотнения под малейшее давление в шинах.

Очень влажная почва вызывает проскальзывание колес, что неизбежно ускоряет повреждение почвы, расход топлива и быстрый износ шин.

Адаптированы ли погодные условия и время года для обработки почвы?

Погодные условия и времена года являются решающими факторами, если вы хотите оптимизировать качество работы и производительность.

Пробуксовка: будьте осторожны с погодными условиями


Если вам приходится работать во влажных условиях, для обработки почвы в начале сезона или уборки кукурузы или свеклы в конце сезона, риск проскальзывания колес очень высок. .

Будет важно и необходимо производить расчеты и корректировки давления в начале каждой кампании. В этом случае решающее значение будет иметь качество шин. Гибкость каркаса, тип профиля грунтозацепов и степень износа шин будут влиять на способность шины удалять землю, скопившуюся между грунтозацепами.

 

2. Пробуксовка зависит от размера колеса

Существует несколько способов уменьшить пробуксовку колеса. Одним из эффективных решений, если вы работаете во влажном регионе с глинистыми почвами, является увеличение контакта шин с почвой для улучшения сцепления и тяги путем выбора шин большего размера при замене старого комплекта: серии 75, 70, 65 или даже 60. если необходимо.

Увеличение ширины шины эффективно увеличивает пятно контакта с землей, но также позволяет вам работать с более тяжелым грузом, ограничивая степень погружения шины в землю, что означает, что проскальзывание колеса остается под контролем на мокрой дороге условия.

 

3. Выбор правильного давления в шинах в зависимости от нагрузки

При работе в поле с тяжелыми орудиями мы часто склонны повышать давление, чтобы избежать чрезмерного сдавливания шин. Тем не менее чрезмерная инфляция не всегда является хорошим решением, а в определенных обстоятельствах даже нежелательна.

Пробуксовка, связанная с избыточным давлением на тяжелой почве

Перекачанные шины увеличивают проскальзывание, сопротивление качению и уплотнение почвы.

Для простоты можно считать, что уровень давления в шине соответствует силе толкания, действующей на землю.

Во влажных условиях крайне не рекомендуется чрезмерно накачивать шины, потому что при увеличении давления для компенсации нагрузки шина будет стремиться погрузиться в землю, встречая сопротивление, что может привести к значительному увеличению коэффициента скольжения. Чем выше коэффициент скольжения, тем больше увеличивается расход топлива, учитывая, что коэффициент скольжения 30% может привести к увеличению расхода топлива на 20%.

Шины, которые глубже погружаются в землю, также приводят к увеличению сопротивления качению. Количество земли, которое можно найти перед шинами, намного выше. Таким образом, шинам требуется больше мощности, чтобы продолжать двигаться вперед с той же скоростью, учитывая, что дополнительная глубина в 1 см приведет к увеличению расхода топлива на 10%.

Чтобы компенсировать эти проблемы со скольжением и сопротивлением качению, рекомендуется работать при очень низком давлении накачки около 0,8 бар, если у вас достаточно высокотехнологичные шины.

 

4. Как рассчитать коэффициент скольжения в начале кампании

Если кабина вашего трактора не оборудована бортовой системой контроля скольжения, важно перед началом работы определить коэффициент скольжения вашей машины с учетом используемых инструментов, типа почвы и погодных условий.
Этот коэффициент скольжения позволит вам адаптировать внутреннее давление в зависимости от результата и добиться лучшей передачи тягового усилия.

Вот как рассчитать коэффициент скольжения тракторных шин

Чтобы просто и точно определить коэффициент скольжения по прибытии в поле, выполните следующие действия:


ШАГ 1. Сделайте отметку на боковине задней шины трактора: сделайте отметку в месте соприкосновения колеса с землей.


ШАГ 2. Сделайте 10 оборотов заднего колеса во время вспашки, затем отметьте точку прибытия на земле.


ШАГ 3. Вернитесь к исходной точке: как только вы вернетесь в исходную точку, проедьте такое же расстояние между двумя точками с поднятым плугом, затем посчитайте количество оборотов колеса.


Представьте, например, что вы насчитали 9,1 оборота колеса во время второго прохода с поднятым плугом.

Расчет будет следующим:

Таким образом, коэффициент скольжения в этом примере = [(10 – 9,1) / 10] x 100 = 9%,
что идеально подходит для хорошей передачи мощности двигателя на землю.

Если коэффициент скольжения выше 15%, это чрезмерно; Затем вы можете уменьшить давление, чтобы увеличить пятно контакта шины с землей. Если коэффициент скольжения больше 20 на 25%, однозначно стоит попробовать отложить операцию до тех пор, пока почва не высохнет.

 

5. Преимущество шин IF в снижении скольжения

Среди решений для лучшего контроля проскальзывания сельскохозяйственных шин использование шин с технологией IF (Improved Flexion) позволяет работать при очень низком давлении для уменьшения проскальзывания при одновременном увеличении тяговой способности.

Благодаря низкому внутреннему давлению эти шины имеют большую площадь контакта с почвой, что увеличивает площадь контакта грунтозацепов.

Шины IF имеют большую способность к изгибу боковин, что связано с использованием более прочных, технологичных материалов при производстве каркаса. На практике эти шины нового поколения позволяют ездить при очень низком давлении в шинах, при этом грузоподъемность увеличивается на 20 % по сравнению со стандартными сельскохозяйственными шинами.

Этот тип кожуха IF имеет и другие важные преимущества, в частности, с точки зрения экономии времени на регулировку давления в шинах. Эти шины эффективно предназначены для использования в поле и на дороге без регулировки давления в зависимости от скорости. Вам больше не нужно выходить из трактора, чтобы изменить настройки давления каждый раз, когда вы переходите с одного типа почвы на другой.

Они обеспечивают исключительный комфорт при вождении и снижают риск повреждения корпуса, например, из-за неправильной регулировки давления. Они также являются хорошей альтернативой более дорогостоящему решению, заключающемуся в использовании сдвоенных колес при работе во влажных условиях.

 


Для получения дополнительной информации о тракторных шинах

Приобретая Firestone, вы получаете тракторные шины, дающие реальное преимущество, и что, выбрав нашу марку, вы можете работать без забот.

Большинство людей, прочитавших эту статью, также читали некоторые из следующих статей:

  • Какие сельскохозяйственные шины помогут мне максимально сэкономить?
  • 5 вещей, которые нужно знать о коэффициенте опережения вашего трактора
  • Как изменить размер шин трактора?
  • Проверка параллельности шин моего трактора в 3 этапа
  • 10 пунктов проверки шин вашего трактора за 10 минут
  • Лучшие правила хранения и обращения с сельскохозяйственными шинами
  • В каких случаях шины трактора больше всего влияют на расход
  • Улучшите сцепление шин вашего трактора, чтобы сэкономить время
  • Почему существуют разные типы дисков для сельскохозяйственных шин
  • 13 правила техники безопасности при работе с сельскохозяйственными шинами
  • Перегрузка шин трактора: каких 6 ловушек следует избегать?
  • 3 правила для увеличения нагрузки на шины вашего комбайна на 70%

Тема: Техническая консультация по шинам

Эта информация предназначена только для того, чтобы ознакомить вас с техническими и функциональными аспектами сельскохозяйственных шин и их использования.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.