Качение автомобильного колеса
1.1.1. Общие сведения об автомобильном колес
Автомобильное колесо представляет собой шину, надетую на металлический (или иной, равноценный по прочности) обод, при этом внутреннее герметизированное пространство шины заполнено воздухом под определенным давлением. Маркировка автомобильных шин зависит от их типа. В современных автомобилях применяются шины трех основных типов: тороидные, низкопрофильные и широкопрофильные. Тороидные шины маркируются двумя цифрами, из которых первая обозначает - ширину профиля шины, вторая - диаметр обода. Эти размеры могут приводиться в дюймах, миллиметрах или смешанно - первый размер в миллиметрах, второй в дюймах. (Пример: 6,45 - 13. Здесь оба размера приведены в дюймах, ширина шины составляет 6,45 дюйма, диаметр обода -13 дюймов. Эта же шина может маркироваться размером 165 - 13 . В этом случае ширина профиля шины приведены в мм., а диаметр обода - в дюймах. И может встретиться вариант маркировки 165 - 330. В этом случае все размеры приведены в мм.) Специального знака, обозначающего размерность приведенных размеров, не ставится, определить, в дюймах или в мм приведен размер, можно только по порядку размера. Низкопрофильные шины маркируются тремя цифрами, из которых первая обозначает ширину профиля шины, вторая - процентное отношение высоты профиля шины к ее ширине, а третья - диаметр обода. Первый и третий размер также могут приводится в дюймах, миллиметрах или смешанно -первый размер в дюймах, второй в миллиметрах ( Пример: 6,75 / 80 - 14 или для той же шины 170 / 80 - 14, или 170 / 80 - 355)
Широкопрофильные шины применяются на грузовых автомобилях высокой проходимости. Маркируются они тремя цифрами, из которых первая обозначает наружный диаметр шины, вторая - ширину профиля шины а третья -диаметр обода. У широкопрофильных шин все размеры приводятся только в миллиметрах.
Одним из определяющих факторов при проведении расчетов, как это будет показано ниже, является величина от центра колеса до опорной поверхности неподвижного колеса, нагруженного нормальной нагрузкой. Строго говоря, учитывая, что шина эластична и при приложении нагрузки деформируется, эта величина представляет собой расстояние от центра колеса до хорды, однако в теории автомобиля эту величину принято называть статическим радиусом (rст). В технических данных часто величина статического радиуса не приводится 
, а вместо нее указывается маркировка шины. Очевидно, что если обозначить диаметр обода - d, ширину профиля шины - B, процентное отношение высоты профиля шины к ее ширине - П, наружный диаметр шины - D, то статический радиус определится:
Для тороидных шин -
1.1
Для низкопрофильных шин 
1.2
Для широкопрофильных шин
1.3
Здесь: 
- коэффициент радиальной деформации шины.
Для шин легковых автомобилей с внутренним давлением в диа- пазоне 0,15 - 0,25 МПа в первом приближении можно принять = 0,15, для шин грузовых автомобилей с внутренним давлением 0,5 МПа = 0,1.
Таким образом, сведем воедино общие сведения о колесе.
Радиус автомобильного колеса:
v Свободный радиус r0 – радиус беговой дорожки при отсутствии внешних сил;
v Статический радиус rc – расстояние от центра неподвижного колеса, нагруженного только нормальной силой, до опорной поверхности (дороги);
где d – посадочный диаметр шины, м; Н – высота профиля шины, м;
λсм = 0,85…0,9 – диагональные шины легкового автомобиля (ЛА);
λсм = 0,8…0,85 – радиальные шины ЛА.
v Динамический радиусrд – расстояние от центра катящегося колеса до опорной поверхности (дороги). Зависит от сил и моментов, действующих на колесо;
v Кинематический радиусrк – отношение продольной составляющей поступательной скорости колеса к его угловой скорости
rк = 0 при буксовании; rк → ∞ при торможении юзом.
Классификация шин:
ü Тороидные H = B
Маркировка В – d в дюймах или миллиметрах (in или mm)
Пример: 6,15 – 13 (обозначение дюймовне приводится, отличить метрические размеры от дюймовых можно только по порядку цифр)
ü Низкопрофильные Н<B
Маркировка: (Высота)/(доля ширины в высоте в процентах – посадочный диаметр)
Посадочный диаметр (in или mm)
Пример: 6.45/70 – 13
ü Широкопрофильные (шины автомобилей высокой проходимости)
Маркировка: D×B – d, только в мм
Пример: 1500×550 – 630
ü Арочные (шины спец. машин)
Маркировка: см. Широкопрофильные шины
Радиальные и диагональные шины отличаются направлением укладки корда при их изготовлении, а также наличием брекера у радиальных. В обозначении радиальных шин присутствует буква R перед посадочным диаметром.
Брекер – прочное кольцо под беговой дорожкой шины. Образован несколькими слоями корда, не выходящими на боковину шины. Улучшает коэффициент увода шины и управляемость автомобиля в целом, но из-за «жесткого» качения ухудшает акустические и вибрационные характеристики шины.
1.1.2. Статическое нагружение автомобильного колеса
Из-за податливости шины при приложении к колесу через подшипник нормальной нагрузки имеет место радиальная деформация шины, при этом в процессе деформации шины необходимо преодолеть упругое сопротивление оболочки шины и воздуха в ней и сопротивление сил внутреннего трения в конструкции шины. На рис. 1 показана зависимость деформации шины от приложенной нагрузки; - верхняя кривая иллюстрирует зависимость необходимого усилия Gk от вызванного этим усилием деформации . Заметим, что в случае увеличения нагрузки силы упругого сопротивления воздуха и оболочки шины совпадают по направлению и их сумма противодействует внешней нагрузке Gk. При снятии нагрузки шина восстанавливает первоначальный размер под действием упругих сил воздуха и оболочки шины, силы внутреннего трения действуют в этом случае против сил упругости. Кривая зависимости нормального усилия, приложенного к ступице колеса от вызванной этим усилием деформации при разгружении шины иллюстрируется на рис нижней кривой. Площадь под верхней кривой характеризует работу сил упругости и сил внутреннего трения при нагружении шины, площадь под нижней кривой - работу сил упругости при разгружении. Площадь между кривыми характеризует работу сил внутреннего трения в шине. Вывод, который можно сделать из этого исследования, в первую очередь заключается в том, что при нагружении шины требуется приложить к ее ступице большее усилие, чем прикладывается к этой же шине при разгружении.
Деформация шины при нагружении – разгружении
При нагружении колеса преодолеваем силу упругости и силу внутреннего трения в материале шины. При разгружении сила упругости восстанавливает форму шины, а сила внутреннего трения в материале шины вновь сопротивляется (петля гистерезиса). Таким образом, в процессе нагружения – разгружения шины часть энергии затрачивается на внутреннее трение в шине –шина нагревается.
1.1.3. Области взаимодействия колеса с опорной поверхностью.
При рассмотрении качения автомобильного колеса прежде всего необходимо квалифицировать возможные области взаимодействия шины и опорной поверхности.
а) Жесткость опорной поверхности во много раз превосходит жесткость шины и соответственно деформация опорной поверхности при взаимодействии с шиной во много раз меньше деформации шины. В этом случае деформацией опорной поверхности можно с достаточной точностью пренебречь. Этот вариант взаимодействия шины с опорной поверхностью будем называть качением упругого колеса по твердой опорной поверхности.
В главе "Тяговая динамика автомобиля" будем рассматривать только этот вариант взаимодействия колеса с опорной поверхностью.
б) Податливость опорной поверхности сравнима с деформацией контактирующей с ней шины. Этот вариант взаимодействия будем называть качением упругого колеса по деформируемой опорной поверхности.
Этот вариант взаимодействия колеса с опорной поверхностью будем рассматривать в главе "Проходимость автомобиля".
в) Податливость и соответственно деформация опорной поверхности во много раз превосходят деформацию шины. Этот вариант называем качением жесткого колеса по деформируемой опорной поверхности. Этот вариант имеет место, например, при взаимодействии металлического колеса трактора с грунтом. Такой вариант взаимодействия колеса с опорной поверхностью в курсе "Теория автомобиля" не рассматривается.
1.1.4. Режимы качения автомобильного колеса
Движение колеса по опорной поверхности может быть вызвано либо приложением к оси колеса через подшипники толкающей силы, либо приложением к диску колеса крутящего момента. Первый случай называется ведомым режимом качения, второй - ведущим режимом качения.
В главе "Тяговая динамика автомобиля" будем рассматривать только силы и моменты, приложенные к колесу в продольной плоскости (плоскости качения диска колеса).
Дата добавления: 2016-03-15; просмотров: 1741;