Сила сцепления колеса с дорогой.

При качении колеса вследствие напряжений сжатия – растяжения передняя (по ходу) часть шины сжимается, задняя – растягивается (см. рис.2.8).

Элементарные площадки, выделенные на поверхности протектора за счет деформации резины при растяжении – сжатии совершают микроперемещения (микропроскальзывание) относительно поверхности дороги.На рис. 2.8 показано перемещение элементарной площадки на поверхности шины при качении колеса в передней по ходу (набегающей) части из точки «В» в точку «А», в задней (сбегающей) части из точки «С» в точку «D». Таким образом, суммарное перемещение элементарной площадки на участке l_к составит АВ+СD.

Рис. 2.8 Перемещение элементарной площадки на поверхности шины при качении колеса.

При воздей­ствии на колесо крутящего мо­мента протектор дополнительно деформируется в тан­генциальном направлении. Если направление передаваемого момента совпадает с направлением угловой скорости колеса, элементы шины, находящиеся в набегающей полуокружности, подвергаются сжатию, а с противопо­ложной стороны — растяжению, как это показано на рис. 2.9. На этом же рисунке показана эпюра тангенциаль­ных напряжений в протекторе шины.

Элементы шины, находящиеся в контакте с опорной поверхностью, на­гружены в тангенциальном направле­нии неодинаково: элементы, входящие в контакт, сжимаются, а выходящие — растягиваются.

Рис. 2.9.Деформация шины (а) и эпюра на­пряжений в протекторе (б) при приложении к колесу крутящего момента:
Å - зона сжатия; - - зона растяжения.

При возрастании передаваемого крутящего момента увеличивается площадь, в пределах которой происходит проскальзывание шины относительно дороги (рис. 2.10).

Рис. 2.10 Зависимость площади скольжения ко­леса (заштрихованная зона) от передаваемого им момента М_к:

а - М_к = 0; б - М_к = 0,46М_max; в - М_к= 0,5М_max; г- М_к = М_max.

При некотором значении момента начинается одновременное перемещение всех нахо­дящихся в зоне контакта точек колеса.

Перемещение части точек колеса, на­ходящихся в контакте с дорожным по­крытием, относительно опорной по­верхности, когда в зоне контакта есть точки, неподвижные относительно этой поверхности, называется упругим про­скальзыванием колеса.Одновременное перемещение всех находящихся в контакте точек колеса называется скольжением колеса.

Величину проскальзывания колеса оценивают коэффициентом λ:

, или ,

где V_авт – скорость движения автомобиля (поступательная скорость движения центра колеса);

ω_к – угловая скорость вращения колеса;

r_к – радиус качения колеса.

При ω_к r_к > V_авт колесо пробуксовывает в направлении своего вращения;

при ω_кr_к < V_авт колесо проскальзывает в сторону противоположную направлению вращения (тормозной режим), в случае ω_к = 0 колесо движется юзом.

При ω_кr_к = V_авт колесо катится без проскальзывания из рис. 2.10 следует, что такой режим движения является идеальным и на практике не осуществим.

Как видно из рис. 2.10 касательная сила, которую колесо может передать поверхности дороги Р_х, определяемая как Р_х=М_к/r_к ограничена проскальзыванием колеса.

Отношение касательной силы к вертикальной нагрузке на колесо

(2.17)

называют коэффициентом продольного сцепления шины с дорогой.

Значение φ_х обусловлено многими факторами, прежде всего элементарными силами сцепления и силами трения на элементарных площадках контакта (неподвижных и скользящих) шины с дорогой. При полном скольжении, когда λ = 1, значение φ_х определяется силами трения и поэтому представля­ет собой коэффициенттренияφ_тр шины по поверхности дороги, который на 10...30 % меньше коэффициента сцепления φ_х.

На рис. 2.11 показана зависимость изменения величины коэффициента сцепления φ_х от коэффициента скольжения λ, полученная опытным пу­тем.

Рис. 2.11 Зависимость изменения величины коэффициента сцепления φ_х от коэффициента скольжения λ.

Участок графика от φ₀ до φ_{х max} соответствует по­степенному увеличению упругого скольжения, при этом возрастает момента М_к, и увеличивается площадь кон­тактной поверхности шины, проскальзывающей относительно дороги. При определенной величине λ = 10…20% φ_х достигает максимума.

В справочной литературе обычно приводятся значения φ_х,определяемые экспериментально (табл. 2.3). Используются два способа определения φ_х. Один из них заключается в протаскива­нии нагруженного силой Р_z и заблокированного тормозом коле­са по горизонтальному участку дороги с постоянной скоростью V_K и измерении при этом толкающей силы Р_x. При втором спо­собе, удерживая ось вращения колеса от продольного перемещения, подводят к нему момент М_к и после достижения буксования с постоянной угловой скоростью ω_к замеряют про­дольную силу Р_x на оси колеса.

Таблица 2.3

Коэффициент сцепления φ_х

Дорожные условия	Величина
Асфальт или цементобетон	сухой, чистый; влажный; покрытый снегом; обледенелый.	0,7…0,85 0,35…0,45 0,2…0,3 0,1…0,2
Гравийная дорога	сухая, влажная	0,5…0,55
Грунтовая дорога	глинистая сухая; влажная.	0,5…0,6 0,2…0,4
Песчаная дорога	сухая; влажная.	0,2…0,3 0,4…0,5
Снег	уплотненный сыпучий.	0,15…0,2 0,1…0,2
Лед	0,07…0,15

На дороге с твердым покрытием большое влияние на коэф­фициент φ_х оказывает шероховатость и влажность поверхности, рисунок протектора, степень изношенности шины, наличие гря­зи или ледяной корки. Влияние давления воздуха в шинах зави­сит от вида и состояния поверхности дороги. На дороге с твер­дым покрытием максимальное значение φ_х достигается при определенном давлении воздуха, а на деформируемых поверхно­стях φ_х возрастает с уменьшением давления благодаря увеличе­нию площади контакта. Недостаточная величина φ_х является причиной многих дорожно-транспортных происшествий.

В табл. 2.4 приведены данные по коэф­фициентам сцепления в различных дорожных условиях.

При наличии на поверхности дороги водяной пленки может наступить явление аквапланирования,заключающееся в том, что вода не успевает вытесняться из зоны контакта шины с дорогой, поэтому колеса скользят по поверхности воды и касательные ре­акции практически равны нулю. Склонность к аквапланированию зави­сит от толщины водяной пленки, скорости автомобиля, формы рисунка протектора, его износа, давления в шине и т.д. Широкопрофильные шины более подвержены аква­планированию.

Таблица 2.4

Коэффициенты сцепления φ_х для пневматических шин на различных поверхностях дороги

Большое влияние на коэффициент сцепления оказывает скорость движения автомобиля. В табл. 2.5 представлены результаты экспериментальных исследований по изучению влияния скорости автомобиля на φ_х.

Таблица 2.5

Влияние скорости автомобиля на коэффициент сцепления шин с дорогой

При воздействии на колесо поперечной силы Р_y может воз­никнуть боковое скольжение. Коэффициент поперечного сцепле­ния φ_y зависит от тех же факторов, что и φ_х он несколько выше коэффициента продольного сцепления φ_х, однако их различием обычно пренебрегают.

Поиск по сайту: