Силы действующие на автомобиль – Силы сопротивления движению автомобиля — Силы, действующие на движущийся автомобиль — Ходовая часть — Автомобиль

Силы, действующие на автомобиль

Любое транспортное средство, находящееся в движении или в состоянии покоя, испытывает действие физических сил.

Сила – это физическая величина, характеризующая взаимодействие между телами. Но у силы есть не только её абсолютная величина, но и точка приложения этой силы, кроме того, в физике и механике немаловажным фактором является и направление приложения.

Условно силы, действующие на автомобиль, можно разделить на два вида: силы, помогающие движению, и силы, которые оказывают сопротивление движению. автомобиль двигатель колесо

Рассмотрим силы и моменты сил, действующие на автомобиль при движении по прямолинейной траектории, то есть, по прямому участку дороги (рис. 2.1).

Рис. 2.1 — Силы и моменты сил, действующие на автомобиль при движении по прямолинейной траектории

Вначале выясним, к какой точке автомобиля будут приложены эти силы. Любое физическое тело, пусть даже очень сложное по структуре, состоящее из множества деталей, каждое из которой обладает своей массы, имеет центр масс. Нам привычней оперировать понятием «центр тяжести». Автомобиль также имеет центр тяжести, и его расположение будет зависеть от загрузки автомобиля и ее распределению в автомобиле.

Автомобиль будем рассматривать, как тело, расположенное в трехмерном пространстве. Три измерения в трехмерном пространстве, принято обозначать осями:

Ось z – вертикальная ось, проходящая через центр тяжести автомобиля.

Ось x – продольная ось, проходящая через тот же самый центр тяжести;

Ось y – поперечная ось, проходящая через центр тяжести автомобиля.

Все три оси взаимно перпендикулярны, т.е. направлены, независимо от того, движется автомобиль, или он неподвижен, на него действует сила тяжести Fтяж, направленная вертикально вниз.

Сила тяжести.

Силой тяжести называется сила, с которой Земля притягивает к себе тело. Сила тяжести прижимает колеса к дороге. Равная ей по модулю и направленная вверх действует сила нормальной реакции опоры N.

Силу, действующую на тело со стороны опоры (или подвеса), называют силой нормальной реакции опоры.

При соприкосновении тел сила реакции опоры направлена перпендикулярно поверхности соприкосновения. В нашем случае сила нормальной реакции опоры направлена вверх, перпендикулярно поверхности дороги. Так как у показанного на рисунке автомобиля четыре колеса, нормальная сила N раскладывается на четыре составляющие, именуемые реакциями опоры. Конечно же, эти составляющие направлены вверх. На рисунке их обозначили, как Rz1 и Rz2, их конечно же четыре, но для простоты восприятия мы будем рассматривать только две: Rz1 – действующая на левое колесо передней оси, и Rz2 – действующая на левое колесо задней оси.

Если сложить две вертикальные силы, действующие на оба колеса передней оси, то мы получим нагрузку на переднюю ось автомобиля. Аналогично, сумма двух вертикальных сил, действующих на колеса задней оси, составляют вертикальную нагрузку на заднюю ось автомобиля. Эти параметры: вертикальная нагрузка на переднюю и заднюю ось, указываются в паспортных данных автомобиля. Ими оперируют при определении коэффициента торможения, критерия, по которому определяется исправность или неисправность тормозной системы автомобиля.

Основной движущей силой автомобиля является сила тяги Fтяг, которая образуется в пятне контакта колеса с дорогой, и приложенная к ведущим колесам. Сила тяги возникает в результате преобразования крутящего момента, создаваемого силовым агрегатом (двигателя) коробкой передач, (трансмиссией) и передачи крутящего момента к ведущим колесам. Крутящий момент Mкр создает силу тяги Fтяг, которая приложена к пятну контакта колеса с дорогой (рис.2.2).

Рис.2.2 – Силы и моменты сил, действующие на ведущее колесо автомобиля.

Крутящий момент Mкр, приложенный к колесу, равен произведению силы тяги Fтяг на плечо этой силы – радиус качения колеса (rкол). Взаимодействия ведущих колес с поверхностью дороги создает силу тяги в пятне контакта колеса с дорогой. По сути – сила тяги численно равна силе трения между колесом и дорогой. Сила, возникающая в месте соприкосновения тел и препятствующая их относительному перемещению, называется силой трения. Направление силы трения противоположно направлению движения. Если ведущее колесо не буксует, то есть сила тяги не превышает значения силы трения, автомобиль будет двигаться с той скоростью, которую выбрал водитель. Скорость движения автомобиля равна скорости перемещения оси вращения колеса, так как ось закреплена на корпусе автомобиля. При отсутствии пробуксовки ведущего колеса в пятне контакта колеса с дорогой не происходит какого-либо перемещения, так как протектор плотно прилегает к поверхности дороги.

Тяговая сила на ведущих колесах достигает наибольшей величины при движении автомобиля на низшей передаче, поэтому низшую передачу используют при трогании с места автомобиля с грузом, при движении автомобиля по бездорожью. Величина тяговой силы на ведущих колесах автомобиля ограничивается сцеплением шин с поверхностью дороги.

Силы, действующие на автомобиль. — Интересное

11 октября 2006

Для правильного и безопасного управления автомобилем водители должны знать физические законы его поведения на дороге. Эти знания помогают при правильной оценке конкретной дорожной ситуации выбрать оптимальное решение и, воздействуя на органы управления автомобиля, совершать безопасные маневрирования. Различные силы, воздействующие на автомобиль, заставляют его двигаться и останавливаться. Каждому водителю необходимо знать законы движения автомобиля, понимать их природу, учитывать и использовать их при управлении своим транспортным средством.

Силы, действующие на автомобиль, делятся на две группы. Первая группа оказывает сопротивление движению, вторая – заставляет его двигаться.

1. Сила тяжести

– возникает под воздействием силы притяжения Земли и направлена вертикально вниз, распределяясь по всем осям и колесам автомобиля. Фактический вес транспортного средства оказывает давление на дорожное покрытие, и чем он больше, тем больше становится величина силы сцепления колес с дорогой. Эта сила оказывает существенное влияние вначале движения и в дальнейшем его процессе на ведущие колеса автомобиля.

2. Силы реакции дорожного полотна – возникает из-за сил, действующих со стороны транспортного средства в местах соприкосновения колес с дорогой. Чем больше сила тяжести, действующая со стороны колеса автомобиля на дорожное полотно, тем больше сила ответной реакции со сторноы дороги.

3. Сила тяги всегда направлена в сторону движения автомобиля. Она возникает при передаче крутащего момента от двигателя к ведущим колесам, где они в свою очередь стараются переместить слои дорожного полотна назад. Чем больше крутящий момент двигателя и выше передаточное число коробки передач и главной передачи, чем меньше радиус колеса с учетом деформации шины, тем больше становится тяговая сила. Если величина тяговой силы превышает силы сцепления колес с дорогой, возникает пробуксовка ведущих колес. Поэтому начинать движение на скользкой дороге или по бездорожью, а так же с перевозимым грузом необходимо с включением низшей передачи, когда сила тяги достигает наибольшей велечины.

4. Центробежная сила возникает в момент прохождения поворотов или смещения транспортного средства влево или вправо относительно проезжей части. В эти моменты автомобиль стремиться сохранить первоначально заданное направление движения. Величина этой силы прямо пропорциональна радиусу вхождения в поворот. Направление ее действия – от центра тяжести в противоположную сторону поворота. Так, при вхождении в правый поворот центробежная сила старается отклонить автомобиль влево на встречную полосу, а при прохождении левого поворота – вправо, в сторону обочины. Уменьшить ее значение можно только снижением скорости движения и увеличением радиуса траектории входа в поворот. При неправильной выбранной скорости и радиусе поворота центробежная сила может развернуть автомобиль вокруг его оси, что приведет к заносу, отбросить в сторону и, наконец, перевернуть.

5. Сила сцепления шины с дорожным полотном возникает в процессе движения и зависит от многих факторов:

1. От качества покрытия дорожного полотна.

   
   

2. От состояния дорожного полотна (сухое, влажное, заснеженное, обледенелое). Так при сухом покрытии сила сцепления намного больше, чем при обледенелом.

   
   

3. От технического состояния колес (конструкции шины, давления, рисунка протектора и его износа, а так же от качества самой резины). При изношенном рисунке протектора и увеличенном давлении в колесе сила сцепления с дорогой уменьшается.    

   
   

4. От массы автомобиля – с увеличением массы транспортного средства сила сцепления с дорогой увеличивается.

   
   

5. От скорости движения – с ее увеличением уменьшается сила сцепления с дорожным полотном.

Водителю необходимо учитывать все эти факторы, так как когда сила тяги на колеса автомобиля превышает силу сцепления с дорожным полотном, может произойти пробуксовка колес, а на скользкой дороге возможны заносы и выход из-под контроля управления автомобиля.   

6. Сила сопротивления воздуха направлена в сторону, противоположную движению транспортного средства. Она возникает в процессе движения за счет давления на воздух поверхностями автомобиля, поэтому многое зависит от аэродинамической конструкции формы кузова автомобиля. Эта сила возрастает с увеличением скорости движения.

7.Сила сопротивления каченю возникает в процессе движения при трении шин автомобиля о поверхность дороги, вследствие чего возникают трения в передаточном механизме (в подшипниках колес). Эта сила прямо пропорциональна массе транспортного средства и коэффициенту сопротивления качению. Коэффициент сопротивления качению зависит от состояния дороги и определяется опытным путем. Сила сопротивления качению направлена в сторону, противоположную движению.

Силы сопротивления движению автомобиля — Силы, действующие на движущийся автомобиль — Ходовая часть — Автомобиль

5 июля 2011г.

Автомобиль по ровному шоссе надо толкать с меньшей силой, чем в гору. Против ветра автомобилю двигаться труднее, чем по ветру.

Сопротивление качению колес автомобиля. Трение качения объясняется тем, что при перекатывании одного тела по другому оба тела деформируются и на это затрачивается работа. Чем сильнее деформация, тем больше сила трения качения. Благодаря упругости шины значительно уменьшается тряска во время движения, но одновременно увеличивается сопротивление качению. У автомобильного пневматического колеса оно значительно больше, чем у металлических колес железнодорожных вагонов.

Силу сопротивления качению колес определяют динамометром, буксируя автомобиль по дороге.

Установлена следующая зависимость между силой F_к сопротивления качению колес и силой тяжести автомобиля:

где: G — сила тяжести автомобиля; f — коэффициент трения качения колеса автомобиля; по дороге с асфальтобетонным покрытием он равен 0,015; по каменному покрытию — 0,020; по проселочной дороге — 0,03 и по песку — 0,15.

Сопротивление воздуха движению автомобиля тем больше, чем выше скорость движения и значительнее лобовая площадь автомобиля. Сила Fω сопротивления воздуха также зависит от формы кузова автомобиля — его обтекаемости.

Установлено, что:

где: S — лобовая площадь автомобиля, м²; υ — скорость движения автомобиля, м/сек; k — коэффициент обтекаемости автомобиля, н * сек²/м* (кгс Х сек²/м⁴).

Поскольку при движении на автомобиль всегда действуют сила F_к сопротивления качению колес и сила F_ω сопротивления воздуха, то для поддержания равномерного движения на горизонтальной дороге необходимо, чтобы тяговая сила Р_с была равна сумме этих двух сил:

Сопротивление движению на подъем. При движении на подъем необходимо затрачивать некоторую дополнительную силу F_h.

---

Схема движения автомобиля на подъеме

---

Если обозначить силу тяжести автомобиля через G, а угол между осью дороги и горизонтальной плоскостью через а, то вследствие разложения сил:

Подъемы и спуски на автомобильных дорогах принято характеризовать не углом α, а так называемым уклоном, равным отношению высоты h подъема к его основанию b.

Очевидно, уклон численно равен тангенсу угла α:

Обычно уклоны на автомобильных дорогах не превышают 0,06 — 0,08. В случае равномерного движения автомобиля на подъем сила тяги должна быть равна сумме сил сопротивления качению, сопротивления воздуха и сопротивления движению на подъем:

На спусках сила F_h направлена в сторону движения автомобиля.

В этом случае:

Если к ведущим колесам подвести момент, обеспечивающий превышение силы тяги над суммой сил сопротивления движению, то автомобиль будет двигаться ускоренно.

Сила F_j, вызывающая ускорение автомобиля, будет равна:

Работа этой силы на пути S разгона, выражающаяся произведением F_jS, идет на увеличение кинетической энергии движущегося автомобиля (повышение его скорости).

Когда тяговая сила окажется меньшей, чем сумма сил сопротивления движению, автомобиль будет двигаться замедленно.

Величина силы F_j, вызывающей замедление и направленной в этом случае противоположно движению автомобиля, равна:

Контрольные вопросы

Как возникает тяговая сила на ведущих колесах автомобиля?

Как увеличить коэффициент сцепления колес с дорогой?

Как увеличить тяговую силу автомобиля?

Назовите силы сопротивления движению автомобиля.

От чего зависит сопротивление качению колес автомобиля?

От чего зависит сопротивление воздуха движению автомобиля?

Нарисуйте схему, объясняющую возникновение сопротивления движению автомобиля на подъем.

«Автомобиль», под. ред. И.П.Плеханова

Силы, действующие на автомобиль

В первых двух статьях нашего цикла мы много говорили о скользкой дороге и всяких неприятностях, с этим связанных. Однако, еще в самом начале мы упоминали о том, что «зимняя» дорога совсем не так кардинально отличается от «летней», как это может показаться на первый взгляд.

Дорога – не место для ошибок

Действительно, ведь автомобиль, как физический объект, и законы природы, которым он подчиняется, остаются неизменными в любое время года. Поэтому и не может существовать принципиального различия между поведением водителя на сухой дороге и на скользкой. Другое дело, что более тяжелые условия движения, как, например, зимой, ярче выявляют те ошибки, которые были всегда. Сухая дорога и умеренные скорости способны простить и сгладить многие погрешности водителя, даже грубые. И только Ее Величество Зима во всей красе показывает нам истинное положение наших водительских дел и ставит все на свои места. Скажем ей за это спасибо!

Кстати, обращали ли вы внимание на то, что подавляющее число великих раллистов мира, многократных чемпионов, выходцы из Финляндии? Это страна, которая почти не знает чистого, сухого асфальта! Это люди, которые с самого начала своей водительской и спортивной карьеры были в тяжелых условиях. Северная зима показала им, что же такое на самом деле вождение автомобиля.

Мы также можем гордиться – советская раллийная школа занимала видное место в мире. Так, что если гололед повергает вас в ужас, не стоит отчаиваться и ставить автомобиль в гараж до весны – просто пришло время всерьез задуматься над тем, как грамотно водить автомобиль.

Начнем с понимания законов физики

Предыдущие наши статьи преследовали цель, так сказать, оказать первую неотложную помощь автомобилистам, «пострадавшим» от неожиданного прихода зимы. Теперь же мы возвращаемся к корням. В первом разделе мы уже упоминали о том, что автомобиль – это тяжелый физический объект (более тонны). С любой массой нет никаких проблем до тех пор, пока она двигается прямолинейно и равномерно – вспоминайте школьную физику. Как только вы предпринимаете попытку разогнать, замедлить или повернуть тонну железа, сразу возникают трудности – сила инерции, которая изо всех сил сопротивляется вашим желаниям.

Возможность реализации любых ваших водительских замыслов практически полностью зависит от того, на что способны ваши колеса – другими частями автомобиль за дорогу не цепляется. Поэтому, для того, чтобы грамотно управлять машиной, водителю требуется четко понимать, какую работу выполняют колеса его автомобиля, и что от них можно требовать.

Колеса имеют определенный потенциал сцепления с дорогой. Этот потенциал зависит от множества параметров:

• масса автомобиля;
• размеры колеса;
• давление в шине;
• состояние шины;
• состояние дорожного покрытия;
• температура и т.д.

Вдаваться в глубокие технически подробности мы не будем. Просто скажем, что сцепление колеса с дорогой меняется, но в каждый конкретный момент оно имеет какую-то величину.

Предположим, что в данных условиях колесо вашего автомобиля способно выдержать силу в 10 баллов. Т.е., если сила превышает 10 баллов, колесо начинает скользить. Эту силу колесо способно выдержать, как в продольном, так и в поперечном направлении. В продольном направлении – разгон, торможение; в поперечном – поворот. Если разгон настолько интенсивный, что тяговая сила от двигателя превышает 10 баллов – колесо буксует (интенсивность разгона падает). Если торможение настолько интенсивное, что тормозная сила превышает 10 баллов – колесо блокируется (интенсивность торможения падает). Точно так же в повороте – если поворот настолько интенсивный, что боковая сила превышает 10 баллов, автомобиль соскальзывает с дороги.

Важно помнить о том, что сумма всех сил, действующих на колесо, не должна превышать наши условные 10 баллов. И если водитель начал тормозить, то он уже отнял определенную величину потенциала сцепления колеса с дорогой на торможение, соответственно, на поворот возможностей осталось меньше. Одним словом, чем интенсивнее вы разгоняетесь или тормозите, тем меньше у вас остается возможности поворачивать – колеса тратят почти весь свой потенциал сцепления с дорогой на разгон или торможение, и на поворот у них не осталось больше сил.

Понимание изложенного принципа непосредственно влияет на вашу каждодневную езду в автомобиле. Максимально интенсивный разгон, так же как и максимально интенсивное торможение, возможны только на прямой. Понятно почему – колеса тратят последние силы на то, чтобы разгонять или тормозить автомобиль, и если в этот момент вы начнете поворачивать, добавляется боковая сила, которая играет роль последней капли в переполненной чаше – автомобиль начинает соскальзывать с дороги.

Справедлив и обратный случай – в интенсивном повороте не осталось возможности тормозить или разгоняться. Мы вплотную подошли к пониманию наиболее рационального, грамотного и безопасного стиля езды.

Воспользуйтесь советами профессионалов

Старайтесь завершить торможение до поворота. Это позволит вам двигаться в самом повороте с ровным газом – ничто не будет мешать колесам «сосредоточиться» на борьбе с боковыми силами. И на выходе из поворота, по мере возврата рулевого колеса в нейтральное положение, вы сможете все больше и больше ускоряться.

Запомните это золотое правило прохождения любых поворотов – поменьше скорость на входе (в начале поворота), зато побольше на выходе (в конце поворота). Даже если вы очень спешите, не поддавайтесь искушению влететь в поворот на полном ходу. Такая ошибка приведет к тому, что вы будете интенсивно тормозить на дуге поворота, а это крайне нежелательно, т.к. вы заставите колеса вашего автомобиля буквально «разрываться» на два фронта – торможение и поворот.

В результате, можно просто превысить возможности колес цепляться за дорогу и вылететь с нее на обочину, соседнюю полосу, встречную… Даже если вам удастся остаться на дороге, все равно весь поворот вы будете бороться с автомобилем, и в конце выедете с дрожащими руками на минимальной скорости. Страшно, опасно и скорость прохождения поворота маленькая.

Намного рациональнее перед поворотом затормозить до заведомо умеренной скорости (в зависимости от условий движения), аккуратно и спокойно направить автомобиль по дуге, убедиться в том, что ваши расчеты верны, и автомобиль превосходно держится за дорогу, а вот тогда, на выходе из поворота, когда колеса возвращаются в прямолинейное положение, давите на газ сколько угодно. Надежно, безопасно, комфортно, и максимально быстро!

Краткая информация для активных водителей – первым приезжает не тот, кто пережил больше страха, создал много визга и чудом остался на дороге, а тот, кто думал и действовал спокойно и мудро.

Думайте и готовьтесь к поворотам заранее. Поворот – это целый комплекс мер: вам нужно успеть снизить скорость, выбрать более подходящую передачу, увидеть оптимальную траекторию движения, подхватить руль поудобнее и только тогда поворачивать.

На всех указанных элементах мы еще остановимся подробнее в дальнейшем. Тем не менее, понятно, что некая подготовка к повороту имеется всегда. Начинайте ее заранее – лучше подготовиться раньше и потом плавно разгоняться, чем опоздать и, свалив все действия в кучу, судорожно пытаться что-то предпринять в последний момент. Даже если каждое из действий отнимает у вас только мгновение, их сумма представляет собой пусть короткое, но время.

Заложите это время в свой план, чтобы успеть до поворота.

Оценивайте ситуацию и действуйте на опережение

Мы заговорили о планировании своих действий заранее. Это одно из основных умений профессионала – это то, что отличает грамотного водителя от неграмотного. Многие начинающие водители думают, что мастерство профессионала заключается в умении мгновенно выполнять какие-то действия. Это не так.

Неопытный водитель, как правило, смотрит «себе под капот» и все время решает текущие задачи, буквально натыкаясь на них каждый раз. Опытный водитель смотрит далеко вперед и поэтому он может позволить себе действовать спокойно, т.к. он все видит заранее и может спокойно подготовиться.

Именно отсутствие необходимости в резких, экстренных действиях – главный гарант надежного, безопасного и быстрого движения. Поступайте предусмотрительно и мудро за рулем, результат будет превосходным – удовольствие без последствий!

Силы, действующие на движущийся автомобиль

Силы, действующие на движущийся автомобиль

Современный автомобиль легко приспосабливается к условиям движения, он то медленно передвигается по грязной и скользкой дороге, то поднимается в гору, то мчится по автобану. При этом колеса автомобиля могут вращаться с разной частотой и отталкиваться от дороги с неодинаковой силой, в то время как режим работы двигателя почти не меняется.

Движение автомобиля зависит от сил взаимодействия, которые возникают в местах соприкосновения колес с дорогой.

Рис. Схема сил взаимодействия колес автомобиля с дорогой.

Это сила сцепления, которая возникает между ведущими колесами автомобиля и дорогой, по другому ее называют силой трения скольжения .

Сила сопротивления движению автомобиля. Автомобиль по ровной дороге движется гораздо легче, чем на подъеме или же ухабам, а также против ветра.

Сила трения качения , объясняется тем, что при перекатывании одного тела по другому оба тела деформируются и на это затрачивается работа. Сила трения качения тем больше, чем сильнее деформация. У автомобильного пневматического колеса сила сопротивления качению значительно больше (благодаря упругости шины), чем у металлических колес железнодорожных составов.

Сила сопротивления воздуха возрастает при увеличении скорости автомобиля и чем больше лобовая поверхность автомобиля. Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Читать книгу целиком

Поделитесь на страничке

Следующая глава >