ОБРАЗОВАНИЕ СИЛЫ ТЯГИ НА ОБОДЕ КОЛЕСА

 

Как было отмечено выше тяговая сила P_к – это отношение момента на полуосях к радиусу ведущих колес при их равномерном вращении. Следовательно, P_к является окружной силой, величина которой не учитывает внутренние потери в шинах ведущих колес. При качении нагруженного ведомого колеса его шина деформируется и эпюра (экспериментальная) нормальных реакций в пятне контакта шины с твердой поверхностью дороги выглядит примерно так – Рисунок 1-а. Реакция Z смещена вперед и создает момент сопротивления качению:

a∙Z = M_ѓ (9)

а ) б ) в )

Рисунок 1 Схема сил и моментов,действующих на колесо автомобиля: а - эпюра нормальных реакций дороги; б - качение ведомого колеса; в - качение ведущего колеса по твердой поверхности

 

Перенеся силу Z под ось колеса получим схему сил и моментов действующих на
ведомое колесо – Рисунок 1-б. Сила P, толкающая ось колеса, стремится сдвинуть его вперед. Этому препятствует сила трения (или сцепления) X, и под воздействием момента P∙r_д=M_ѓ происходит равномерное качение ведомого колеса. Из схемы на рисунке 1-б видно, что Z_к=G_к, тогда

P=G_к(a/r_д) (10)

Следовательно, для равномерного качения ведомого колеса к его оси должна быть приложена толкающая сила P, пропорциональная нагрузке на колесо. Коэффициент пропорциональности между ними (a/r_д) называется коэффициентом сопротивления качению ѓ.

Тогда P=G_к∙ѓ (11)

Условно эту силу называют силой сопротивления качению колеса и обозначают P_ѓк. При рассмотрении качения ведущего колеса также перенесем равнодействующую нормальных реакций грунта Z под ось колеса, получим схему – Рисунок 1-в.

R_к – реакция рамы на ведущее колесо;M_к – крутящий момент на ободе колеса. Момент сопротивления качению M_ѓ=Z_к∙a ;

Z_к и X_к – равнодействующие нормальных и касательных реакций грунта.

Взяв сумму моментов относительно оси (точка О на рисунке 1-в), можем определить касательную реакцию грунта.

X_к=(M_к-M_ѓ)/r_д=M_к/r_д-M_ѓ/r_д (12)

Первое слагаемое равенства (12) M_к/r_д – окружная сила на ободе колеса, которую называют полной касательной силой и обозначают P_к:

P_к=M_к/r_д=M_е∙i_тр∙η_тр/r_д (13)

Второе слагаемое, по аналогии с ведомым колесом (равенство 11) условно называют силой сопротивления качению ведущего колеса:

P_ѓк=M_ѓ/r_д=ѓ∙Z_к=ѓ∙G_к (14)

С учетом равенств (12), (13) и (14) можем записать:

X_к=P_к - P_ѓк (15)

Следовательно, касательная реакция ведущего колеса X_к (свободная сила тяги ведущего колеса) определяется разностью полной касательной силы тяги P_к и той ее части, которая идет на преодоление момента сопротивления качению самого ведущего колеса. В теории автомобиля принимают коэффициенты ѓ для ведомых и ведущих колес одинаковыми, силы сопротивления качению всех ведомых и ведущих колес объединяют в общую силу сопротивления качению P_ѓ, которая определяется:

P_ѓ=ѓ(Z₁+Z₂)=ѓ∙G_{а ,} (16)

где G_а – вес автомобиля, с приходящейся на него нагрузкой (равной грузоподъемности).

Кроме того, касательные силы тяги всех ведущих колес объединяют в одну общую силу P_к.

Максимальная величина полной касательной силы тяги ограничена максимальными значениями момента двигателя и передаточного числа трансмиссии. Вместе с тем предельное значение тяговой силы ограничено сцеплением шин (гусениц) с дорогой.

Максимальное значение силы тяги по сцеплению с грунтом определяется:

P_сц=φ∙G_сц , (17)

где φ – коэффициент сцепления движителя с грунтом;

G_сц – сцепной вес, равный сумме нормальных реакций дороги приходящихся на ведущие колеса машины. Коэффициент φ – численно равен отношению силы, вызывающей равномерное скольжение колеса, к нормальной реакции дороги и зависит от многих факторов: высоты и формы почвозацепов гусеницы или протектора шин, глубины их врезания в грунт, удельного давления, сопротивления грунта сдвигу, смятию и др. Таким образом, следует различать силу тяги по двигателю P_к, и силу тяги по сцеплению - P_сц.

Если P_к < P_{сц ,} то ведущее колесо катится без буксования.

Если P_к > P_{сц ,} то ведущее колесо буксует или движется с пробуксовкой.