Силы сопротивления движению

Сила сопротивления качению P_{f .} Эта сила вызвана гистерезисными потерями в шине (трением в резинокордной оболочке, резине протектора и в контакте колеса с дорогой) при ее радиальной, тангенциальной и боковой деформациях и скольжением в зоне контакта.

Сопротивление качению зависит от следующих основных факторов :

вида и состояния опорной поверхности, типа шины и ее конструкции, скорости движения, давления воздуха, передаваемого крутящего момента, температуры шины, степени износа протектора и др.

Поскольку невозможно учесть условия работы каждого колеса в отдельности, то используется усредненное значение коэффициентов сопротивления качению, а суммарное сопротивление качению автомобиля определяется по формуле

, (5.1)

где G_а- вес автомобиля в Н; - угол уклона в град.; f-коэффициент сопротивления качению.

Коэффициент сопротивления качению f зависит от вида и состояния опорной поверхности. В качестве примера, в таблице 5.1 приведены его значения на некоторых дорогах.

Таблица 5.1 Коэффициенты сопротивления качению

Из анализа таблицы видно, что коэффициент сопротивления качению минимален на асфальтной дороге. Коэффициент f зависит от конструктивных параметров шин: числа слоев корда, расположения нитей корда, толщины протектора.

Повышение температуры и давления, увеличение износа протектора уменьшает f.

На дорогах с твердым покрытием коэффициент f зависит от размеров и характера неровностей.

На деформируемых дорогах, в отличие от дорог с твердым покрытием, затрачивается дополнительная работа на деформацию грунта, выдавливание грязи и влаги с контакта колеса с дорогой, а поэтому его значение выше.

Что же касается влияния скорости движения на величину коэффициента сопротивления качению, то оно учитывается приведенной ранее эмпирической зависимостью (3.1).

Сила сопротивления воздуха Р_в

Аэродинамическое сопротивление автомобиля разделяют на пять составляющих:

- сопротивление формы или лобовое порядка – 60 …75 % ;

- сопротивление выступов и впадин порядка – 5..17 %;

- сопротивление внутренних потоков порядка - 5¸7 %;

-индуктивное сопротивление, которое обусловлено подъемом кузова автомобиля при больших скоростях;

- поверхностное сопротивление.

Основной составляющей аэродинамического сопротивления является лобовое сопротивление. Оно вызвано зоной повышенного давления воздуха спереди автомобиля при его движении и зоной разрежения сзади. За счет разницы давлений и создается сила лобового сопротивления. При этом она будет тем больше, чем больше вихреобразование как спереди, так и сзади автомобиля. Что же касается величины вихреобразования, то она зависит прежде всего от формы движущихся тел.

Рис.5.2 Значения коэффициентов лобового сопротивления при различной форме

Из анализа приведенного видно, что наиболее существенное влияние на сопротивление движению оказывает передняя часть. Так, если создать закругления в передней и задней части фигуры, имеющей плоские стенки, то сопротивление можно уменьшить на 72 %.

Сила лобового сопротивления Р_вл определяется по формуле

Р_вл=с_х , (5.2)

где с_х – коэффициент лобового сопротивления (обтекаемости);

r - плотность воздуха;

F_в –площадь лобового сопротивления (миделевого сечения) определяется по формуле

F_в=a×H×B, (5.3)

где a=0,7¸0,9 – коэффициент заполнения площади;

H,B - габаритные высота и ширина автомобиля.

В теории автомобиля пользуются не отдельными составляющими сопротивления воздуха, а суммарной силой сопротивления воздуха, учитывающей все пять составляющих аэродинамического сопротивления.

Эта сила определяется по формуле

Р_в=к_вF_вV^{2 ,} (5.4)

где к_в - коэффициент сопротивления воздуха. Принимается в расчетах согласно данным, приведенным ниже в табл. 5. 2

Таблица 5.2 Коэффициенты сопротивления воздуха

Тип автомобиля	Коэффициент кв
Гоночные	0,13¸0,15
Легковые	0,15¸0,3
Автобусы	0,25¸0,4
Грузовые	0,4¸0,7
Автопоезда	0,85¸0,95

Сила сопротивления воздуха направлена противоположно вектору скорости движения автомобиля. Ее принято рассматривать в виде сосредоточенной силы, приложенной в точке, называемой центром парусности автомобиля, который, как правило, не совпадает с центром масс автомобиля.

Сила сопротивления подъему Р_i

Под силой сопротивления подъему понимается составляющая веса автомобиля, параллельная опорной поверхности и приложенная в его центре масс. Определяется эта сила по формуле

Р_i = G_a sin a , (5.5)

где a - угол подъема.

Однако в практике строительства дорог крутизну подъема характеризуют уклоном-тангенсом угла наклона плоскости дороги к горизонтальной поверхности.

В дорожной документации уклон обозначают буквой i и задают в тысячных (промиле), сотых (процентах) или величиной тангенса угла уклона ( i = tg a).

Например: i = 0,07; i = 7 %; i = 70%₀, Учитывая, что i = tg a, имеем a = arctg i=arctg0,07 =4⁰. Если учесть, что уклоны невелики, то можно принять с достаточной для практических расчетов точностью sin a » tg a = i.

Тогда Р _i = iG_a.

При расчетах рассматривают суммарное сопротивление качению и подъему. Такое сопротивление принято называть сопротивлением дороги

Р_y = Р_f + P_i .

После подстановки значений сил сопротивления качению и воздуха уравнение примет вид

Р_y = f G_a ×cosa + G_a ×sin a = G_a (f cosa + sin a).

Величину в скобках принято называть коэффициентом дорожного сопротивления y. Тогда коэффициент сопротивления качению равен

y = f× cosa + sin a . (5.6)

C учетом изложенного сила сопротивления дороги Р_y запишется

Р_y =y G_{a .}

Сила сопротивления разгону поступательно движущейся массы автомобиля.

В общем случае сопротивление разгону автомобиля состоит из сопротивления разгону поступательно движущей массы и сопротивления разгону вращательных масс. Такими вращательными массами на автомобиле являются маховик двигателя и связанные с ним детали трансмиссии и колеса автомобиля. Сила сопротивления разгону поступательно движущейся массы автомобиля, согласно второму закону И. Ньютона, определяется по формуле

Р_j = m_a ,

где m_a – масса автомобиля; - ускорение центра масс.