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

Силы действующие на автомобиль при движении

На движущийся автомобиль действует ряд сил, часть из которых направлена по оси движения автомобиля, а часть — под углом к этой оси. Условимся называть первые из этих сил продольными, а вторые боковыми.

Продольные силы могут быть направлены как по ходу, так и против хода движения автомобиля. Силы, направленные по ходу движения, являются движущимися и стремятся продолжить движение. Силы, направленные против хода движения, являются силами сопротивления и стремятся остановить автомобиль.

На автомобиль, движущийся по горизонтальному и прямому участку дороги, действуют следующие продольные силы:

При движении автомобиля в гору возникает сила сопротивления подъему, а при разгоне автомобиля—сила сопро­тивления разгону (сила инерции).

Тяговая сила

Развиваемый двигателем автомобиля крутящий момент передается на ведущие колеса. В передаче крутящего момента от двигателя к ведущим колесам участвуют механизмы трансмиссии. Крутящий момент на ведущих колесах зависит от крутящего момента двигателя и передаточных чисел коробки передач и главной передачи. В точке касания колес с поверхностью дороги крутящий момент вызывает окружную силу. Противодействие дороги этой окружной силе выражается реактивной силой, передаваемой от дороги на ведущее колесо. Эта сила направлена в сторону движения автомобиля и называется толкающей или тяговой силой. Тяговая сила от колес передается на ведущий мост и далее на раму, заставляя автомобиль двигаться. Величина тяговой силы тем больше, чем больше крутящий момент двигателя и передаточные числа коробки передач и главной передачи. 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.

Сила сцепления колес с дорогой

Трение, возника­ющее между ведущими колесами автомобиля и дорогой, называется силой сцепления. Сила сцепления равна произведению коэф­фициента сцепления на сцепной вес, т. е. вес, приходящийся на ведущие колеса автомобиля. Величина коэффициента сцепления шин с дорогой зависит от качества и состояния дорожного покрытия, формы и состояния рисунка протектора шины, давления воздуха в шине.

У легковых автомобилей полный вес рас­пределяется по осям примерно поровну. Поэтому сцепной вес его можно принять равным 50% полного веса. У грузовых автомоби­лей при полной их на­грузке сцепной вес (вес, приходящийся на заднюю ось) составляет примерно 60—70% полного веса.

Величина коэффициента сцепления имеет большое значение для эксплуатации автомобиля и безопасности движения, так как от него зависят проходимость автомобиля, тормозные качества, возможность, пробуксовки и заноса ведущих колес. При незначи­тельном коэффициенте сцепления трогание автомобиля с места со­провождается пробуксовкой, а торможение — скольжением колес. В результате автомобиль иногда не удается тронуть с места, а при торможении происходит резкое увеличение тормозного пути и возникновение заноса.

На асфальтобетонных покрытиях в жаркую погоду на поверх­ность выступает битум, делая дорогу маслянистой и более скольз­кой, что снижает коэффициент сцепления. Особенно сильно снижается коэффициент сцепления при смачивании дороги первым дождем, когда образуется еще не смытая пленка жидкой грязи. Заснежённая или обледенелая дорога особенно опасна в теплую погоду, когда поверхность подтаивает.

При увеличении скорости движения коэффициент сцепления снижается, в особенности на мокрой дороге, так как выступы ри­сунка протектора шины не успевают продавливать пленку влаги.

Исправное состояние рисунка протектора шины имеет большое значение при движении по грунтовым дорогам, снегу, песку, а также по дорогам с твердым покрытием, по покрытым пленкой грязи или воды. Благодаря наличию выступов рисунка опорная площадь шины уменьшается и, следовательно, возрастает удельное давление на поверхность дороги. При этом легче продавливается грязевая пленка и восстанавливается контакт с дорожным покрытием, а на легком грунте происходит непосредственное зацепление выступов рисунка за грунт.

Повышенное давление воздуха в шине уменьшает ее опорную поверхность, вследствие чего удельное давление возрастает на­столько, что при трогании с места и при торможении может произойти разрушение резины и сцепление колес с дорогой уменьшается.

Таким образом, величина коэффициента сцепления зависит от многих условий и может изменяться в довольно значительных пределах. Так как много дорожно-транспортных происшествий происходит из-за плохого сцепления, то водители должны уметь приблизительно оценивать величину коэффициента сцепления и выбирать скорость движения и приемы управления в соответствии с ним.

Сила сопротивления воздуха

При движении автомобиль преодолевает сопротивление воздуха, которое складывается из нескольких сопротивлений:

• лобового сопротивле­ния (около 55—60% всего сопротивления воздуха)
• создаваемого выступающими частями—подножками автобуса или автомобиля, крыльями (12—18%)
• возникающего при прохождении воздуха через радиатор и подкапотное пространство (10—15%) и др.

Передней частью автомобиля воздух сжимается и раздвигает­ся, в то время как в задней части автомобиля создается разреже­ние, которое вызывает образование завихрений.

Сила сопротивления воздуха зависит от величины лобовой, поверхности автомобиля, его формы, а также от скорости движе­ния. Лобовую площадь грузового автомобиля определяют как произведение колеи (расстояние между шинами) на высоту авто­мобиля. Сила сопротивления воздуха возрастает пропорционально квадрату скорости движения автомобиля (если скорость возра­стает в 2 раза, то сопротивление воздуха увеличивается в 4 раза).

Для улучшения обтекаемости и уменьшения сопротивления воздуха ветровое стекло автомобиля располагают наклонно, а вы­ступающие детали (фары, крылья, ручки дверей) устанавливают заподлицо с внешними очертаниями кузова. У грузовых автомоби­лей можно уменьшить силу сопротивления воздуха, закрыв грузо­вую платформу брезентом, натянутым между крышей кабины и задним бортом.

Сила сопротивления качению

На каждое колесо ав­томобиля постоянно действует вертикальная нагрузка, которая вызывает вертикальную реакцию дороги. При движении автомобиля на него действует сила сопротивления качению, которая возникает вследствие деформации шин и дороги и трения шин о дорогу.

Сила сопротивления качению равна произведению полного веса автомобиля на коэффициент сопротивления качению шин, который зависит от давления воздуха в шинах и качества дорожного покрытия. Вот- некоторые значения коэффициента сопротивления качению шин:

• для асфальтобетонного покрытия— 0,014—0,020
• для гравийного покрытия—0,02—0,025
• для песка—0,1—0,3

Сила сопротивления подъему

Автомобильная дорога состоит из чередующихся между собой подъемов и спусков и редко имеет горизонтальные участки большой длины.

При движении на подъем автомобиль испытывает дополнитель­ное сопротивление, которое зависит от угла наклона дороги к гори­зонту. Сопротивление подъему тем больше, чем больше вес автомобиля и угол наклона дороги. При подъезде к подъему необходимо правильно оценить возможности преодоления подъема. Если подъем непродолжительный, его преодолевают с разгоном автомобиля перед подъемом. Если подъем продолжительный, его преодолевают на пониженной передаче, переключившись на нее у начала подъема.

При движении автомобиля на спуске сила сопротивления подъему направлена в сторону движения и является движущей силой.

Сила сопротивления разгону

Часть тяговой силы при разгоне затрачивается на ускорение вращающихся масс, главным образом маховика коленчатого вала двигателя и колес автомобиля. Для того чтобы автомобиль начал двигаться с определенной скоростью, ему необходимо преодолеть силу сопротивления разгону, равную произведению массы автомобиля на ускорение. При разгоне автомобиля сила сопротивления разгону направлена в сторону, об­ратную движению. При торможении автомобиля и замедлении его движения эта сила направлена в сторону движения автомобиля. Бывают случаи, когда при резком разгоне груз или пассажиры падают из открытого кузова, с сидений мотоцикла, а при резком торможении пассажиры ударяются о лобовое стекло или о перед­ний борт автомобиля. Для того чтобы таких случаев не было, необходимо, плавно увеличивая частоту вращения коленчатого вала двигателя, преодолевать силу сопротивления разгону и плавно осу­ществлять торможение автомобиля.

Центр тяжести

На автомобиль, как и на любое другое тело, действует сила тяжести, направленная вертикально вниз. Центром тяжести автомобиля называют такую точку автомобиля, от которой вес автомобиля распределяется равномерно во всех направлениях. У автомобиля центр тяжести располагается между передней и задней осью на высоте около 0,6 м для легковых и 0,7—1,0 м для гру­зовых. Чем ниже расположен центр тяжести, тем устойчивее авто­мобиль против опрокидывания. При загрузке автомобиля грузом центр тяжести поднимается у легковых автомобилей примерно на 0,3—0,4 м, а у грузовых на 0,5 м и более в зависимости от рода груза. При неравномерном укладывании груза центр тяжести может также сместиться вперед, назад или в сторону, при этом будут нарушаться устойчивость автомобиля и легкость управления.

1. Силы, действующие на автомобиль при его движении

Необратимые затраты мощности двигателя на деформацию шин и дороги.

На автомобиль в процессе его движения действуют две группы сил — силы движения и силы сопротивления движению. Автомобиль движется за счет силы тяги, которая передается от коленчатого вала двигателя через механизмы трансмиссии на ведущие колеса. К силам сопротивлений движению относят внешние силы, такие как сила тяжести, сила сопротивления воздуха, сила сопротивления качению колес. На подъеме, например, необходимо преодолевать силу сопротивления вертикальному перемещению центра тяжести автомобиля, а при ускоренном движении (под гору) — силу сопротивления инерции автомобиля. При движении на повороте или по дороге с уклоном на него действуют боковые силы.

Ga — сила тяжести автомобиля;

Pи — инерционные силы сопротивления разгону при изменении скорости или направления движения (боковая сила), они препятствуют разгону и торможению автомобиля, а на повороте стремятся сместить его в противоположную центру поворота сторону. Сила сопротивления подъему зависит от веса автомобиля и крутизны подъема дороги, которая может оцениваться углом а подъема в градусах или величиной уклона, выраженной в сотых долях или процентах.

При движении автомобиля под уклон сила сопротивления подъему, наоборот, ускоряет движение автомобиля.

Сила сопротивления разгону (сила инерции) зависит от массы автомобиля и его ускорения (прироста скорости в единицу времени). Часть тяговой силы при разгоне затрачивается на ускорение вращающихся масс, главным образом маховика двигателя и колес автомобиля. Поэтому сила сопротивления разгону определяется как произведение массы автомобиля на ускорение и на коэффициент учета вращающихся масс.

При разгоне автомобиля сила сопротивления разгону направлена в сторону, обратную движению. При торможении автомобиля и замедлении его движения эта сила направлена в сторону движения автомобиля;

Pп — сила сопротивления подъему препятствует силе тяги при подъеме, и она тем больше, чем круче подъем, а на спуске, наоборот, складывается с силой тяги и дополнительно ускоряет движение автомобиля;

Pк — сила сопротивления качению возникает в результате трения шин о дорогу, их упругого деформирования, трения в подшипниках колес и др. Она равна произведению полного веса автомобиля на коэффициент сопротивления качению шин, который зависит в основном от типа и состояния покрытия дороги, конструкции шин и давления воздуха в них. Вот некоторые значения коэффициента сопротивления качению шин для различных дорог: асфальтобетонное покрытие — 0,014 — 0,020, гравийное покрытие — 0,020— 0,025, сухая грунтовая дорога — 0,025—0,035, песок—0,1—0,3. На твердых дорожных покрытиях коэффициент сопротивления качению резко увеличивается при снижении давления воздуха в шинах. Коэффициент сопротивления качению возрастет с ростом скорости движения, а также с увеличением как крутящего, так и тормозного момента;

Z — реакция дороги на опору колес;

Рс — сила сопротивления боковому скольжению;

Рк — Тяговая сила на ведущих колесах обеспечивает преодоление внешних сил, возникающих при движении автомобиля. При равномерном движении автомобиля по горизонтальной дороге такими силами являются: сила сопротивления качению и сила сопротивления воздуха. При движении автомобиля тяговая сила на ведущих колесах автомобиля в каждый данный момент равна сумме внешних сил сопротивления, т. е. силе сопротивления качению, силе сопротивления воздуха, силе сопротивления подъему и силе сопротивления разгону. Если это равенство записать в виде формулы, то получим так называемый тяговый баланс автомобиля.

Если из тяговой силы вычесть силу сопротивления воздуха, то остаток, называемый силовым запасом, может быть использован на преодоление сопротивления качению, на преодоление подъемов и разгон автомобиля. Силовой запас тем больше, чем больше мощность двигателя и передаточные числа в коробке передач и главной передаче. При включении низших передач в коробке передач силовой запас увеличивается, поэтому ускоряется разгон автомобиля и увеличиваются преодолеваемые им подъемы.

Наибольшие значения силового запаса в долях от полного веса автомобиля составляют: до 50% у легковых, 35—45% у грузовых, 70—80% у грузовых автомобилей повышенной проходимости.

Динамические, или тяговые свойства автомобиля определяют его среднюю скорость движения, зависящую от максимальной скорости движения, приемистости автомобиля и быстроты его торможения. Максимальная скорость движения автомобиля тем выше, а путь разгона тем меньше, чем большим силовым запасом обладает автомобиль;

Pw — сила сопротивления воздуха зависит от обтекаемости и лобовой площади автомобиля и приложена к центру парусности. Сила сопротивления воздуха зависит от коэффициента обтекаемости, лобовой площади и скорости движения автомобиля. Коэффициент обтекаемости зависит от типа автомобиля и формы его кузова и принимается равным: 0,025—0,035 кГ-сек21м для легковых автомобилей и 0,06—0,07 кГ сек2/м4 — для грузовых.

Лобовую площадь грузового автомобиля приближенно определяют как произведение колеи (расстояние между шинами) на высоту автомобиля.

Сила сопротивления воздуха возрастает пропорционально квадрату скорости движения автомобиля;

Рпр — сила на крюке в случае буксирования прицепа.

Уравнение движения автомобиля:

Рд = Ра + Рf + Pи + Рw = Pψ + Pj + Pw,

Ри = mj,

где j – ускорение автомобиля, сила сопротивления подъему Ра = G sinα, сила сопротивления качению Pf = G cosα, сила сопротивления дороги Pψ = G (cosα + sinα), сила инерции поступательного движенияPj = mj.

Силы, действующие на автомобиль

Силы, действующие на автомобиль

Кимстач В.В. 1

---

1ГБПОУ ЛО «Мичуринский многопрофильный техникум»

Козырева А.Г. 1

---

1ГБПОУ ЛО «Мичуринский многопрофильный техникум»

Текст работы размещён без изображений и формул.
Полная версия работы доступна во вкладке «Файлы работы» в формате PDF

Введение

Нашу современную жизнь трудно представить без автомобиля. Нет такой профессии на Земле, представитель которой не нуждался бы в автомобиле. На автомобиле или на автобусе мы добираемся до места назначения. Когда выходишь из дома, то почти сразу мы видим автомобиль.

Первый автотранспорт был изобретен много лет назад. Он восхищал своей эксклюзивностью и новаторством. Сейчас в мире представлены тысячи различных моделей машин, которые рассчитаны на разных потребителей. Но часто ли водители задумываются над следующими вопросами.

Каковы причины движения автомобиля? Какие силы действуют на автомобиль?

В нашей работе мы попытаемся ответить на это вопросы, используя специальную литературу. Рассмотрим какие внешние силы действуют на автомобиль во время движения по прямой и наклонной поверхности. Определим какие силы препятствуют, а какие способствуют движению автомобиля. Отдельное внимание уделим процессу торможения, так как с помощью тормозов можно не только остановить и удержать машину на месте, но и преодолеть скользкий участок, опасный поворот, развернуться и даже перескочить неширокую канаву или выбоину.

Силы, действующие на автомобиль

Автомобиль, преодолевающий подъем, одновременно движется вверх и вперед. В общем случае на подъеме при ускоренном перемещении автомобиля на него действуют силы, движущие его, силы оказывающие сопротивление движению автомобиля, и силы, составляющие нормальные реакции дороги на передние Z_п и задние Z_з колеса, вызванные перпендикулярной плоскости дороги составляющей силы тяжести автомобиля.

Покрышка соприкасается с дорогой бесконечно большим числом точек. В каждой из этих точек на покрышку действует бесконечно малая сила — элементарная реакция дороги. Равнодействующую элементарных сил, которая действует со стороны дороги на колесо в области контакта, называют реакцией дороги.

Силы, движущие автомобиль, возникают в результате взаимодействия ведущих колес автомобиля с дорогой и называются силами тяги F_т (рис. 1).

К силам, оказывающим сопротивление движению автомобиля, относятся силы сопротивления качению передних Р_ск.п. и задних Р_ск.з. колес, действующие в плоскости дороги; сила сопротивления подъему Р_сп, сила сопротивления воздуха F_св, сила инерции F_и , приложенная к центру масс ЦМ автомобиля и на­зываемая силой сопротивления разгону.

Силы Z_п и Z_з составляют нормальные реакции дороги на передние и задние колеса соответственно. Они вызваны перпендикулярной плоскости дороги, составляющей GN силы тяжести G автомобиля с полной нагрузкой.

Рис.1

Рис.1

Рис.1. Внешние силы, действующие на автомобиль во время движения: ЦМ- центр масс; G — Сила тяжести автомобиля с полной нагрузкой;

GN — составляющая силы тяжести, перпендикулярная плоскости дороги; Р_сп^_ сила сопротивления подъему; Р_ск.п , Р_ск.з — сила сопро­тивления качению передних и задних колес; F_св — сила сопротивления воздуха; F_т — сила тяги; F_и^— сила инерции; a — угол, характеризующий крутизну подъема; Н- превышение дороги; S- заложение дороги; Zn, Z_з— нормальные реакции дороги на передние и задние колеса.

Сила сопротивления качению

Сила сопротивления качениюР_ск постоянно мешает движению и представляет собой целую совокупность сил. Это силы, деформирующие и перемещающие грунт; деформирующие шины; силы трения колес о колею; силы, образующиеся при преодолении выбоин, и т. п.

Принято считать, что:

Р_ск = f·G,

где: Р_ск — сила сопротивления качению;

f = 0,015 — 0,3 — коэффициент сопротивления качению, учитывающий состояние дороги, давление в шинах и пр.;

G — сила тяжести автомобиля.

Сила сопротивления качению Р_ск составляет подобающую долю от силы тяжести автомобиля.

Сила сопротивления подъему

Сила сопротивления подъемуР_сп — Крутизну подъема охарактеризовывают углом в градусах (см. рис. 1) или же уклоном дороги i, который представляет собой отношение превышения Н дороги к заложению S, т. е. Силу тяжести G автомобиля, преодолевающего подъем, можно разложить на две составляющие: на силу Р_сп, параллельную дороге, и силу Gn=G-cosα, перпендикулярную ей.

Силу Р_сп= G-sinα, называют силой сопротивления подъему, где

Также силу сопротивления подъему выражают формулой

При перемещении на спуске сила Р_сп ориентирована в сторону перемещения автомобиля и, следовательно, меняет свой знак (рис. 1, в) и, в отличие от силы сопротивления качению, может стать и движущей. Вследствие этого угол а и уклон дороги i считают положительными при перемещении автомобиля на подъеме и отрицательными при его перемещении на спуске.

При перемещении автомобиля на подъеме силу Р_сп можно объединить с Р_ск, а поскольку обе эти силы пропорциональны силе тяжести автомобиля, то:

При перемещении автомобиля под уклон

Сила сопротивления воздуха (аэродинамическое сопротивление)

Сила сопротивления воздуха F_св— данная сила считается следствием давления встречных частиц воздуха на движущийся автомобиль, разрежения, образующегося позади автомобиля, завихрения воздуха вокруг автомобиля и трения воздуха о поверхность автомобиля. В каждой точке поверхности автомобиля в итоге соприкосновения его с воздушной средой появляются элементарные силы, нормальные к поверхности и касательные к ней. Для упрощения расчетов элементарные силы сопротивления воздуха, распределенные по всей поверхности автомобиля, заменяют сосредоточенной силой сопротивления воздуха F_CB. Опытным путем установлено, что сила сопротив­ления воздуха равна

k_в — коэффициент сопротивления воздуха, зависящий от формы и качества отделки поверхности автомобиля 0,20 — 0,30H·m⁴;

S_л — лобовая площадь автомобиля;

V — скорость движе­ния автомобиля.

Из формулы видно, что сопротивление воздуха находится в зависимости от скорости автомобиля, его обтекаемости, величины площади попе­речного сечения, плотности воздуха. Существенное значение F_св приобретает только при высоких скоростях, так как зависит от квадрата скорости.

Сила, разгоняющая автомобиль.

Для автомобиля характерным считается неравномерное движение. Показателями разгона являются ускорение, время и путь разгона. В общем случае перемещения автомобиля сила тяги F_т уравновешивается силами сопротивления перемещения:

При разгоне автомобиля, т. е. при перемещении автомобиля с ускорением а, появляется сила инерции F_и автомобиля, противодействующая разгону, равная

где m — масса автомобиля;

а — ускорение автомобиля.

Влияние инерционного момента вращающихся масс учитывается коэффициентом  относительного увеличения массы автомобиля, предусматривающим воздействие вращающихся масс, показывающим, во сколько раз сила, необходимая для ускорения автомобиля, больше силы инерции его поступательно движущейся массы.

В соответствии с этим общая сила сопротивления разгону

Величина ≈1,05 + 0,05·n_кп,

n_кп — передаточное число коробки передач, на которой производится разгон.

Мощность, которая имеется для обеспечения ускорения, представляет собой разность между мощностью, требующейся при данных условиях для преодоления сопротивления движения, и мощностью, подводимой к ведущим колесам.

Мощность, важная для перемещения автомобиля с ускорением

V — скорость автомобиля.

Из приведенной формулы видно, что чем автомобиль легче, тем большее ускорение получится развить при схожей мощности мотора.

В случае если автомобиль движется без разгона (Fp = 0 и F_и = 0), вся сила тяги тратится на преодоление сил сопротивления, и равна:

В случае, когда автомобиль замедляет ход, сила тяги становится меньше суммарной величины сил, препятствующих перемещению.

Сила тяги автомобиля.

Энергия от мотора к ведущим колесам передается через трансмиссию: сцепление, коробку передач, карданную передачу, главную передачу, дифференциал и полуоси. Благодаря наличию в трансмиссии коробки передач и главной передачи, суммарный крутящий момент М_кр на ведущих колесах автомобиля больше момента мотора М_дв.

Крутящий момент М_кр вызывает в месте контакта колеса с дорогой касательную реакцию дороги, движущую автомобиль, т. е. силу тяги. На теоретическом уровне ведущее колесо взаимодействует с дорогой в одной точке (практически же — в «пятне контакта»). Активной в этой точке является сила, с которой колесо «толкает» дорогу. Вот тут-то и появляется ответная (реактивная) сила F_T реакции дороги, которая «толкает» машину. Величина силы тяги равна отношению крутящего момента на полуосях к радиусу ведущих колес, т. е., М_кр -крутящий момент на колесе,

R — статический радиус колеса.

Таким образом, для определения силы тяги необходимо знать радиус R ведущего колеса и момент М_кр. Так как на колеса автомобиля установлены эластичные пневматические шины, то радиус колеса во время движения изменяется под влиянием действующих на колесо сил. Различают статический радиус колеса ( расстояние от поверхности дороги до оси неподвижного колеса, значение которого приводится в технической характеристике шины), динамический радиус колеса (расстояние от поверхности дороги до оси катящегося колеса) и радиус качения колеса (радиус условно недеформирующегося кольца, имеющего с данным эластичным колесом схожую угловую и линейную скорости). Для простоты расчетов силы тяги считают радиус колеса постоянным и равным статическому радиусу колеса.

Сила сцепления шины с дорогой

Сила сцепления покрышки с дорогой Р_сц. Для того чтобы автомобиль имел возможность стабильно ехать, тормозить и поворачивать, необходимо надежное сцепление покрышек с дорогой. Сила сцепления Р_сц находится в зависимости от сцепного веса автомобиля и скорости перемещения автомобиля, а также от состояния дороги и покрышек: где:

G_сц — сцепной вес автомобиля,

ᵠ_сц^— коэффициент

Коэффициент сцепления покрышек с дорогой определяет проходимость автомобиля при перемещении по влажному грунту и по скользкой дороге.

Сцепной вес автомобиля возможно, увеличить, увеличивая количество ведущих колес или смещая центр тяжести в сторону ведущего моста.

От сцепления колес с дорогой зависят максимально вероятные силы тяги и торможения, а также боковая устойчивость автомобиля.

Если сила тяги приложенная к колёсам превышает силу сцепления, то при попытке тронуться с места ведущие колеса автомобиля пробуксовывают. Если тормозная сила колеса больше силы сцепления, колесо блокируется. И в том и в ином случаях возникает юз — проскальзывание колеса относительно опоры. Юз наступает тогда, когда скорость точки касания колеса с дорогой не равна нулю относительно дороги. В случае если эта точка неподвижна относительно дороги, колесо не будет проскальзывать до тех пор, пока действующие на него в точке касания силы не превысят силы трения покоя.

Автомобиль движется благода­ря наличию силы трения покоя. Ведь, если бы этого трения не было, колеса всегда проскальзывали бы относительно опоры, т. е. прокручивались бы при попытке разогнать автомобиль и блокировались бы при попытке его остановить. И если на льду колесо буксует или скользит, это означает, что соответственно силы тяги или торможения превышают силу трения (Р_сц применительно к автомобилям). Очевидно, что условием движения автомобиля без юза являются соотношения:

F_T < Р_сц — для движения под действием силы тяги;

Р_торм < Р_сц — для движения под действием тормозной силы.

При полной загрузке автомобиля положение улучшается, зато при уменьшении значения коэффициента сцепления ᵠ_сц, а оно может уменьшиться в 10 раз (например, в гололед), максимально допустимая сила тяги также уменьшается в 10 раз. Значение коэффициента сцепления зависит прежде всего от типа и состояния дороги, рисунка и степени износа протектора покрышек, давления в шинах и скорости вращения колес. При управлении автомобилем следует учитывать все эти факторы.

Торможение.

Торможение это процесс, во время которого кинетическая энергия движущегося автомобиля в результате трения преобразуется в теплоту и рассеивается в окружающем пространстве. Трение создается тормозными механизмами, установленными на каждом колесе.

Во время торможения на колесо одновременно происходят два взаимо-связанных явления: во-первых, в результате работы тормозного механизма создается тормозной момент М_т, который препятствует вращению колеса; во-вторых, в результате взаимодействия покрышки с дорогой возникает момент сцепления М_сц, стремящийся поддержать вращение колеса.

При торможении элементарные силы трения, возникающие в паре трения «колодки — тормозной барабан », создают момент трения М_т, направленный в сторону, противоположную вращению колеса, а между колесом и дорогой возникает тормозная сила Р_торм —

При полном торможении колесо блокируется и происходит рассеивание энергии в месте контакта покрышки с дорогой. В случае экстренного торможения на горизонтальной дороге, движущей силой является сила инерции автомобиля, а основной силой сопротивления движению является суммарная тормозная сила всех колес.

При рабочем торможении колесо вращается, а энергия рассеивается в тормозном механизме.

При идеальном торможении вся энергия движения автомобиля (mV²/2) превращается в тепло. Максимально возможное при торможении замедление:

g — ускорение свободного падения.

Но это лишь теоретически возможное замедление. Реально же значение замедления а меньше по многим причинам.

Во время экстренного торможения тормозной путь окажется равен:

V — скорость автомобиля, измеряемая в м/с, в момент начала торможения;

а — максимально возможное замедление автомобиля при торможении.

Формулы наглядно демонстрируют, что, если в результате изменения дорожных или погодных условий значение ᵠ_сц упало, во столько же раз снижаются максимально возможные сила торможения и замедление автомобиля.

Длина тормозного пути прямопропорциональна квадрату скорости автомобиля в момент начала торможения.

Из практики известно, что юз задних колес наступает чаще юза передних так как при торможении у автомобиля опускается передняя часть.

Это объясняется тем, что при торможении автомобиля сила инерции F_H, которая приложена к ЦМ, действуя на плече Н (рис. 2, б), и тормозные силы Р_торм, лежащие в плоскости дороги, образуют относительно ЦМ тормозной момент М_торм, который вызывает перераспределение нормальных нагрузок между передним и задним мостами. При этом нагрузка на передние колеса увеличивается, а на задние уменьшается. Поэтому нормальные реакции Z_п и Z_з, действующие соответственно на передние и задние колеса автомобиля во время торможения, значительно отличаются от нагру­зок G_п и G_з, которые они воспри­нимают в статическом состоянии

Во время резкого торможения автомобиля реакция на переднюю ось у легковых автомобилей может возрасти в 1,5 — 2 раза, а на заднюю ось уменьшиться в 0,5 — 0,7 раза.

Степень распределения суммарной нагрузки по осям при торможении зависит от высоты расположения центра масс и от расстояния между осями. С уменьшением нагрузки на заднюю ось допустимые тормозные усилия на задних колесах уменьшаются, а на передних — увеличиваются; следовательно, при торможении задние колеса более склонны к юзу.

Рис.2

Рис.2. Силы, действующие на ав­томобиль при торможении и остановке: ЦМ — центр масс; Н — расстояние между ЦМ и пло­скостью дороги; Р_торм — тор­мозная сила; М_торм — тормозной момент; G — вес автомобиля;G_сц — сцепной вес автомобиля

Рис.3

Рис.3. Силы сцепления колеса с дорогой, действующие в пятне контакта колеса: F_т -сила тяги; F́_т— сила тяги при интенсивном разгоне; Р_торм -сила торможения;

Р́_торм — сила торможения при интенсивном замедлении; Р́_бок.сц. — поперечная сила сцепления при интенсивном разгоне или торможении; Р_бок.сц. — поперечная сила сцепления; Р_сц — сила сцепления.

В процессе торможения реакция на передние колеса увеличивается, а на задние уменьшается. Поэтому для полной реализации силы сцепления при экстренном торможении необходимо, чтобы тормозные силы были пропорциональны нормальным реакциям. Исходя из этого делают так, чтобы передние колеса тормозили настолько сильнее, насколько больше при торможении они прижимаются к дороге. Это позволяет при торможении получить наибольшую тормозную силу, поскольку сила сцепления каждого колеса пропорциональна приходящейся на него нагрузке.

Для того чтобы предотвратить блокировку задних колёс применяется регулирование давления в тормозном приводе, которое обеспечивает ограничение роста давления в тормозных механизмах задних колес при уменьшении реакции на задние колеса автомобиля. Клапан регулятора давления перекрывает подвод жидкости к тормозным механизмам задних колес в случае, когда давление в ее тормозном контуре возрастает до предельного, угрожающего блокировкой колес. Более совершенные антиблокировочные системы с электронными датчиками скорости вращения колес предотвращают блокировку колес при любых значениях коэффициента сцепления.

Заключение

В настоящей работе были рассмотрены силы, действующие на автомобиль. К ним относятся:

Сила сопротивления качению, которая всегда препятствует движению и возникает вследствие деформации шин и поверхности дороги;

Сила сопротивления подъему может быть направлена как в сторону движения, так и против него. В процессе подъема она действует в направлении, противоположном движению, и является силой сопротивления движению. При спуске эта сила, направленная в сторону движения, становится движущей;

Сила сопротивления воздуха зависит от коэффициента сопротивления воздуха, лобовой площади и скорости движения автомобиля;

Сила разгоняющая автомобиль, которая зависит от ускорения, времени и пути разгона;

Сила тяги автомобиля возникает при передачи крутящего момента с двигателя на колеса и для её определения необходимо знать радиус ведущего колеса;

Сила сцепления шины с дорогой зависит от сцепного веса автомобиля и скорости движения, она нужна для того, чтобы автомобиль мог устойчиво двигаться, тормозить и поворачивать.

Эти силы, действующие на автомобиль во время движения, влияют на изменения показателей эффективности работы автомобиля. К этим показателям можно отнести скоростные свойства автомобиля, топливная экономичность, износ деталей автомобиля, аэродинамические свойства.

Учет этих показателей позволит повысить эффективность использования автомобильного транспорта, и сократить число дорожно-транспортных происшествий.

Литература

Ваганов В.И. Вождение автотранспортных средств / Ваганов В.И., Рывкин А.А. — М.:Транспорт, 1990 – 224 с.

Горбачев М.Г. Безопасное вождение современного автомобиля / Горбачев М.Г. – м.: Рипол Классик, 2007 — 232

Калисский В.С. Автомобиль: Учебник водителя третьего класса / Калиссий В.С., Манзон А.И., Нагула Г.Е. – 5-е изд.,стереотип. – М.: Транспорт, 1980. – 368 с.

Николенко В.В. Вождение автомобиля. Практическое пособие / Николенко В.В. – 1991 — 62 с.

Тимовский А.А. Основы управления автомобилем и безопасность дорожного движения / Тимовский А.А., Нестеренко В.Б. – Арий, — 2009, 146 с.

Шухман Ю.И. Основы управления автомобилем и безопасность движения / Шухман Ю.И. – м,: ООО «Книжное издательство «За рулем», 2006.-160 с.

Интернет-источники

https://www.nkj.ru/archive/articles/9606/ (Наука и жизнь, О ТОРМОЗАХ И ТОРМОЖЕНИИ)

https://www.auto.sumy.ua/autofirm/advance/1

http://ustroistvo-avtomobilya.ru/teoriya/sily-dejstvuyushhie-na-avtomobil-pri-dvizhenii/

http://www.znaypdd.ru/forces.php

Просмотров работы: 3700

7. Силы, действующие на автомобиль при прямолинейном движении.

Силы, действующие на автомобиль – внешние и массовые. Силы взаимодействия механизмов и узлов – это внутренние(не оказывают влияния на движение).

Внешние: Реакции дороги и аэродинамические реакции

Массовые(приложены к центру масс): составляющие силы тяжести, инерционная сила(разгон), центробежная(поворот), вертикальная(инерционная) сила(на вогнутых и выпуклых участках дороги).

Реакции дороги приложены к контактным поверхностям колес. Заменяют равнодействующей реакцией.

При изучении прямолинейного движения учитывают только продольные и нормальные составляющие.

Аэродинамические реакции заменяют результирующими силами P_в и P_вZ, прилож. к ц. масс и M_вY

Массовые силы к центру масс.

Снаряженная(заправлен и тд) и полная(с людьми и грузом) масса авто

Вес автомобиля полной массы G_a=m_ag

К центру масс приложена также сила сопротивления подъему, поскольку она является составляющей силы тяжести:

P_п=G_asinα=G_ai α – угол продол. наклона дороги(рад), i – угол продол. наклона(%)

8. Внешняя скоростная характеристика двс. Хар. Точки, методы построения.

9. Силы сопротивления движению автомобиля(качения, подъему, дороги)

Уравнение проекций всех сил, действ. на ось X авто

Окончательное ур-ние прямолинейного движения автомобиля

Сила сопротивлению качению Рк автомобиля, движущегося по плоской поверхности, является суммой сил сопротивления качению, приложенной ко всем колесам на поверхностях их контакта с дорогой

= + = f*cosα, где f -коэффициент сопротивления качению, – вес автомобиля

Сила сопротивления подъему Pп : Рп= *sinα=*i

i=tgα – эта сила приложена к центру масс

i – уклон дороги, для спуска «+», для подъема «-»

На спуске явл-ся движущей силой(способствующей разгону)

Сила сопротивления дороги Рд – это сумма сил сопротивления качению и подъему: Рд= Рк+Рп=(f+i)+Ψ*

Ψ = f + i – суммарное дорожное сопротивление

Она определяется суммой двух Р, зависящих от рельефа и покрытия дороги

Ψ = f + i/100

10. Сила сопротивления воздуха. Коэф. Лобового сопротивления. Коэф. Обтекаемости. Лобовая площадь.

Сила сопротивления воздуха Рв(вдоль оси х) является составляющей полной аэродинамической силы, приложенной к центру лобовой площади:

𝑃в=0,5∗ ∗𝐹∗=∗𝐹∗=

Cх – коэффициент аэродинамического сопротивления вдоль оси Х

𝜌в — плотность воздуха, F – лобовая площадь обтекания воздухом автомобиля

v – скорость обтекания воздухом автомобиля

Кв – коэффициент обтекаемости воздухом

Wв – фактор обтекаемости воздуха

Для грузовых автомобилей F=BHг, для легковых F=0,8B_гН_г

В – колея, Нг – габаритная высота, Вг –габаритня ширина авто

Скорость обтекания воздухом : 𝑉= при угле между направлением ветра и продольной осью авто

Рв – результирующая сила элементарных аэродинамических сил. Состоит из: сопротивления формы( обусловл. разностью между повышенным фронтальным и пониженным давлением позади авто)(50-60% от Рв), внутреннего сопротивления(проходящ. внутри авто потоки, охлаждение двигателя, вентиляция)(10-15% от Рв), сопротивления поверхности трения(в пограничном слое, зависит от шероховатости пов-ти)(5-10% от Рв), индуктируемое сопротивление(вызвано взаимодейств. сил, действ. в направлении продольн. оси авто, и перпендикулярное ей)(5..10% от РВ), дополнительное сопротивления(выступы)(15% от Рв)

На коэф. C_X оказывают влияние различные мелкие изменения формы автомобиля. Уменьшение C_X и лобовой площади имеет наибольшее значение для автомобилей, часто используемых при высоких скоростях движения. Заметное влияние оказывают многие геометрические параметры.

СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА АВТОМОБИЛЬ | Сумской автомобильный клуб

Источник

Автофирм.Ру: Вождение для опытных водителей

При движении автомобиль преодолевает силы сопротивления качению, воздуха, подъема, инерции, а при движении на повороте на него действует боковая сила. Проявление сил, действующих на автомобиль при движении, может оказаться неожиданным для неопытного водителя и привести к дорожно-транспортному происшествию. Чтобы этого избежать, необходимо знать какие силы влияют на автомобиль во время движения, а также научиться учитывать эти силы и рационально их использовать (рис. 1):

1. сила тяжести;
2. инерционные силы возникают при изменении скорости или направления движения (боковая сила), они препятствуют разгону и торможению автомобиля, а на повороте стремятся сместить его в противоположную центру поворота сторону;
3. сила сопротивления подъему препятствует силе тяги при подъеме, и она тем больше, чем круче подъем, а на спуске, наоборот, складывается с силой тяги и дополнительно ускоряет движение автомобиля;
4. сила сопротивления качению возникает в результате трения шин о дорогу, их упругого деформирования, трения в подшипниках колес и др.;
5. реакция дороги на опору колес;
6. сила сопротивления боковому скольжению;
7. сила тяги на колесах;
8. сила сопротивления воздуха зависит от обтекаемости и лобовой площади автомобиля и резко возрастает с увеличением скорости.

 

Рис. 1.

Трогание и движение автомобиля по дороге возможны только при условии, что сила тяги, развиваемая двигателем и приложенная в месте контакта колес с дорогой, превышает суммарные силы сопротивления, действующие на автомобиль. При этом обязательным условием является достаточное сцепление колес автомобиля, особенно ведущих, с поверхностью дороги, иначе они будут буксовать. Сила сцепления зависит от массы, приходящейся на колесо, от состояния покрытия дороги, давления воздуха в шинах и рисунка протектора. Если прекратить приложение силы тяги, то на горизонтальной дороге автомобиль под действием сил сопротивления постепенно остановится.

Автомобиль может быть остановлен с помощью тормозной системы. Эффективность торможения зависит от конструкции тормозов, от величины тормозного момента, состояния шин и дороги. Тормоза современных автомобилей могут развивать момент, намного превышающий силы сцепления колес с дорогой. Поэтому в практике наблюдается юз, когда колеса автомобиля блокируются и скользят по дороге, не вращаясь. При этом из-за сильного нагрева резины ухудшается сцепление колес с дорогой и удлиняется тормозной путь до 50%. Кроме того, автомобиль может потерять управление. Поэтому надо учиться тормозить без блокировки колес. На современных автомобилях устанавливаются регуляторы тормозных сил, препятствующие возникновению блокировки колес.

Для оценки влияния состояния дороги на силу сцепления служит коэффициент сцепления, который зависит от вида покрытия дороги и от его состояния. Мокрая, грязная дорога уменьшает величину коэффициента, а следовательно, и силу сцепления примерно наполовину. Уменьшение коэффициента сцепления колес с дорогой наблюдается также при увеличении скорости движения. При пониженном коэффициенте сцепления резко возрастает путь, затрачиваемый автомобилем на торможение.

Различают тормозной и остановочный путь (рис. 2). Последний определяется с момента обнаружения опасности до полной остановки автомобиля, а тормозной путь отсчитывается от момента включения тормозной системы до полной остановки и зависит в основном от конструкции тормозов. Длина остановочного пути во многом зависит от водителя, так как в него входит путь, проходимый автомобилем за время реакции водителя, которое в зависимости от сложности ситуации и особенностей водителя колеблется в среднем от 0,2 до 1,2 с. При этом тормозной путь только из-за различного времени реакции может отличаться почти на 17 м при начальной скорости 60 км/ч, а путь, проходимый автомобилем за время реакции водителя, может составлять почти половину всего остановочного пути.

Рис. 2.

Поэтому водитель, зная места вероятного появления опасности (остановка общественного транспорта, проезд детских учреждений, пересечений, мест с ограниченным обзором и т. д.), заранее переносит ногу на педаль тормоза. При реальном появлении опасности он сразу же нажимает на педаль тормоза, затрачивая 0,2-0,3 с. Остановочный путь при скорости 60 км/ч на сухом асфальтированном покрытии составляет около 37 м, на мокром — 60м, на обледенелой дороге — 152 м. Это должен учитывать водитель при выборе безопасной скорости движения в зависимости от состояния дороги.

Если управляемые колеса автомобиля повернуть, то на автомобиль начинает действовать боковая сила, стремящаяся сместить его от центра поворота. Водитель обычно сразу ощущает это, у автомобиля появляется боковой крен, и его отклоняет в противоположную сторону. Если боковая сила превышает силы бокового сцепления с дорогой, то автомобиль начинает скользить вбок (заднеприводный — заносить), увеличивая радиус поворота. Поэтому он может не вписаться в поворот, съехать с дороги и даже опрокинуться.

Действие боковой силы зависит от радиуса поворота и скорости движения автомобиля. Чем радиус поворота больше, тем ее действие меньше. Поэтому опытный водитель стремится максимально увеличить радиус поворота, используя всю ширину полосы движения, но не выезжая на полосу встречного движения. Скорость движения на повороте изменяет боковую силу в квадратичной зависимости: если скорость увеличить в 2 раза, действие боковой силы возрастет в 4 раза. Поэтому снижение скорости перед входом в поворот является обязательным условием его безопасного прохождения, за исключением дорог, где скорость лучше увеличить. Тогда действующая боковая сила сильнее прижмет автомобиль к полотну дороги.

Устойчивое (без заноса) движение на повороте зависит также от состояния шин и дороги, силы бокового сцепления колес с дорогой, от особенностей привода на ведущие колеса (заднеприводные, переднеприводные, полноприводные) и от расположения груза. Занос и опрокидывание возникают скорее на скользкой дороге у заднеприводного автомобиля с грузом, значительно выступающим за боковые борта. Наиболее устойчивы к заносу полноприводные и переднеприводные автомобили.

При движении на повороте вследствие боковой эластичности шин происходит некоторый снос автомобиля (без проскальзывания) в сторону, противоположную повороту рулевого колеса. Явление увода также может возникнуть под действием сильных порывов ветра. Чем выше скорость движения на повороте, тем больше увод. Это явление имеет в определенных условиях серьезное значение для безопасности движения, и водитель должен уметь его учитывать. Если водитель не сумеет компенсировать боковой увод соответствующим поворотом руля, то при правом повороте его вынесет на полосу встречного движения, а при левом повороте — утянет на обочину. Боковой увод из-за воздействия ветра обычно компенсируют соответствующим поворотом рулевого колеса. Поэтому при въезде в зону затишья нужно уменьшить угол поворота рулевого колеса, чтобы избежать резкого изменения направления движения.

< Пред. страница | Оглавление | След. страница >

7. Силы, действующие на автомобиль при прямолинейном движении.

Силы, действующие на автомобиль – внешние и массовые. Силы взаимодействия механизмов и узлов – это внутренние(не оказывают влияния на движение).

Внешние: Реакции дороги и аэродинамические реакции

Массовые(приложены к центру масс): составляющие силы тяжести, инерционная сила(разгон), центробежная(поворот), вертикальная(инерционная) сила(на вогнутых и выпуклых участках дороги).

Реакции дороги приложены к контактным поверхностям колес. Заменяют равнодействующей реакцией.

При изучении прямолинейного движения учитывают только продольные и нормальные составляющие.

Аэродинамические реакции заменяют результирующими силами P_в и P_вZ, прилож. к ц. масс и M_вY

Массовые силы к центру масс.

Снаряженная(заправлен и тд) и полная(с людьми и грузом) масса авто

Вес автомобиля полной массы G_a=m_ag

К центру масс приложена также сила сопротивления подъему, поскольку она является составляющей силы тяжести:

P_п=G_asinα=G_ai α – угол продол. наклона дороги(рад), i – угол продол. наклона(%)

8. Внешняя скоростная характеристика двс. Хар. Точки, методы построения.

9. Силы сопротивления движению автомобиля(качения, подъему, дороги)

Уравнение проекций всех сил, действ. на ось X авто

Окончательное ур-ние прямолинейного движения автомобиля

Сила сопротивлению качению Рк автомобиля, движущегося по плоской поверхности, является суммой сил сопротивления качению, приложенной ко всем колесам на поверхностях их контакта с дорогой

= + = f*cosα, где f -коэффициент сопротивления качению, – вес автомобиля

Сила сопротивления подъему Pп : Рп= *sinα=*i

i=tgα – эта сила приложена к центру масс

i – уклон дороги, для спуска «+», для подъема «-»

На спуске явл-ся движущей силой(способствующей разгону)

Сила сопротивления дороги Рд – это сумма сил сопротивления качению и подъему: Рд= Рк+Рп=(f+i)+Ψ*

Ψ = f + i – суммарное дорожное сопротивление

Она определяется суммой двух Р, зависящих от рельефа и покрытия дороги

Ψ = f + i/100

10. Сила сопротивления воздуха. Коэф. Лобового сопротивления. Коэф. Обтекаемости. Лобовая площадь.

Сила сопротивления воздуха Рв(вдоль оси х) является составляющей полной аэродинамической силы, приложенной к центру лобовой площади:

𝑃в=0,5∗ ∗𝐹∗=∗𝐹∗=

Cх – коэффициент аэродинамического сопротивления вдоль оси Х

𝜌в — плотность воздуха, F – лобовая площадь обтекания воздухом автомобиля

v – скорость обтекания воздухом автомобиля

Кв – коэффициент обтекаемости воздухом

Wв – фактор обтекаемости воздуха

Для грузовых автомобилей F=BHг, для легковых F=0,8B_гН_г

В – колея, Нг – габаритная высота, Вг –габаритня ширина авто

Скорость обтекания воздухом : 𝑉= при угле между направлением ветра и продольной осью авто

Рв – результирующая сила элементарных аэродинамических сил. Состоит из: сопротивления формы( обусловл. разностью между повышенным фронтальным и пониженным давлением позади авто)(50-60% от Рв), внутреннего сопротивления(проходящ. внутри авто потоки, охлаждение двигателя, вентиляция)(10-15% от Рв), сопротивления поверхности трения(в пограничном слое, зависит от шероховатости пов-ти)(5-10% от Рв), индуктируемое сопротивление(вызвано взаимодейств. сил, действ. в направлении продольн. оси авто, и перпендикулярное ей)(5..10% от РВ), дополнительное сопротивления(выступы)(15% от Рв)

На коэф. C_X оказывают влияние различные мелкие изменения формы автомобиля. Уменьшение C_X и лобовой площади имеет наибольшее значение для автомобилей, часто используемых при высоких скоростях движения. Заметное влияние оказывают многие геометрические параметры.

Силы, действующие на автомобиль во время его движения

 

Во время движения, на автомобиль действуют разные силы. Внешними силами, на преодоление которых расходуется тяговое усилие, полученное от двигателя на ведущих колесах автомобиля при его движении по горизонтальной плоскости с равномерной скоростью, являются силы сопротивления качению и сила сопротивления воздуха. При движении на подъем дополнительно надо преодолевать силу сопротивления вертикальному перемещению центра тяжести автомобиля, при ускоренном движении – силу сопротивления инерции автомобиля.

На автомобиль, как при движении, так и в неподвижном состоянии действует сила тяжести. Силой тяжести автомобиля является его масса, измеряется она в килограммах и действует параллельно по вертикали вниз, прижимая колеса к дороге (рис.1).

Рис.1. Силы, действующие на автомобиль при движении на подъем.

Сила тяжести автомобиля, стоящего неподвижно на горизонтальной плоскости, направлена вертикально вниз и распределяется по осям и колесам. Эти составляющие силы по своей величине обратно пропорциональны расстояниям между точками их приложения и точкой приложения силы тяжести автомобиля (центра тяжести). Определим центр тяжести автомобиля ЗИЛ-130. Собственная масса автомобиля ЗИЛ-130 составляет 4300 кг и распределяется по его осям: на переднюю – 2120 кг, заднюю – 2180 кг, при расстоянии между осями 3,8 м. Расстояние от центра тяжести до передней оси будет равно 2120×3,8/430 = 1,8 м, до задней оси: 2180×3,8/4300 = 2 м.

Для того чтобы узнать, как распределяется масса автомобиля на колеса, надо силу тяжести, приходящуюся на каждую ось, разделить на количество колес. Следовательно, на каждое переднее колесо будет действовать сила тяжести, равная 2120/2 = 1010 кг, на каждое заднее колесо: 2180/4 = 540,5 кг.

Как видно, колеса автомобиля могут быть прижаты к дороге с различной силой, что зависит от массы груза и его распределения в кузове. Чем ниже расположен центр тяжести, тем устойчивее автомобиль против опрокидывания. При неравномерном укладывании груза центр тяжести может сместиться вперед, назад или в сторону, при этом нарушается устойчивость и управляемость автомобиля. Положение центра тяжести некоторых автомобилей приведено в таблице:

Марка автомобиля	Высота расположения центра тяжести, мм		Расстояние от центра тяжести до передней оси, мм
	без нагрузки	с полной нагрузкой
«Москвич-412» ГАЗ-24 «Волга» ГАЗ-51А ГАЗ-53А ЗИС-130 МАЗ-500 Урал-375 ЗИЛ-157 ЗИЛ-131 КрАЗ-219 КрАЗ-222	475 615 954 820 855 1050 865 720 830 951 980	445 714 1252 1000 1200 1450 1126 1040 1165 1380 1342	1287 1380 1655 2100 1830 1860 2305 – – – –

Сила сцепления колес с дорогой возникает между ведущими колесами автомобиля и дорогой. Она равна произведению коэффициента сцепления на сцепную массу, то есть на массу автомобиля, приходящуюся на его ведущие колеса. В автомобиле со всеми ведущими осями сцепной массой является полная масса автомобиля.

Коэффициент сцепления – это отношение силы сцепления колеса с дорогой к массе, приходящейся на данное колесо, и он будет равен:

φ = Рсц / Gк,

где φ – коэффициент сцепления;
Рсц – сила сцепления колеса с дорогой;
Gк – масса, которая прижимает колесо к дороге.

Коэффициент сцепления имеет решающее значение при торможении автомобиля. Чем выше коэффициент сцепления, тем больше может быть интенсивность торможения автомобиля.

Величина коэффициента сцепления колес автомобиля с дорогой имеет существенное значение для эксплуатации транспортных средств и безопасности дорожного движения. При низком коэффициенте сцепления – в этом случае трогание автомобиля с места очень затруднено, так как оно будет сопровождаться пробуксовкой, а в свою очередь торможение – скольжением колес. В результате автомобиль не всегда удается тронуть с места, а при необходимости торможения происходят резкое значительное увеличение тормозного пути и не исключено возникновение заноса. Среднее значение коэффициента сцепления шин, имеющих неизношенный дорожный рисунок протектора, с дорогой приведено в таблице:

Покрытие дороги	Коэффициент сцепления
	на сухой поверхности	на мокрой поверхности
Цементобетон и асфальтобетон Щебеночное шоссе Каменные торцы Грунтовая дорога Утрамбованный шлак Глина Песок Уплотненный снег Обледеневая дорога Гололедица	0,7-0,8 0,6-0,7 0,5-0,6 0,5-0,6 0,5-0,6 0,4-0,5 0,2-0,3 0,2-0,3 0,12-0,15 0,08-0,10	0,3-0,4 0,3-0,4 0,3-0,35 0,2-0,4 – 0,2-0,4 0,4-0,5 – – –

Особенно сильно снижается коэффициент сцепления на дороге после первого дождя, когда образуется еще не смытая пленка жидкой грязи. Заснеженная или обледенелая дорога особенно опасна в теплую погоду, когда поверхность проезжей части подтаивает.

При увеличении скорости движения коэффициент сцепления снижается, в особенности на мокрой дороге, так как выступы рисунка протектора шины не успевают продавливать пленку влаги. Здесь важно исправное состояние рисунка протектора шины.

Повышенное давление воздуха в шинах уменьшает их опорную поверхность, вследствие чего давление возрастает настолько, что при трогании с места и при торможении сцепление колес с дорогой уменьшается.

В связи с тем, что много дорожно-транспортных происшествий происходит из-за плохого сцепления, водители при управлении автомобилем должны уметь оценивать величину коэффициента сцепления и выбирать скорость движения и приемы управления в соответствии с дорожными и погодными условиями.

Тяговая сила на ведущие колеса (Рт) расходуется на отдельные виды сопротивления движению и может быть выражена следующей формулой:

Рт = Рк + Рв ± Рп + Ри,

где Рк – сила сопротивления качения автомобиля, кг;
Рв – сила сопротивления воздуха, кг;
Рп – сила сопротивления подъему, кг;
Ри – сила инерции автомобиля, кг.

Сила сопротивления качению колес автомобиля складывается из деформации шин и грунта, трения шин о дорогу, трения в подшипниках передних колес, в рессорах и рессорных серьгах или в амортизаторах подвески автомобиля. Определение всех этих сил в различных условиях движения автомобиля очень сложно. Поэтому все эти сопротивления учитываются общим коэффициентом, установленным экспериментальным путем. Этот коэффициент называется коэффициентом сопротивления качению автомобиля.

Коэффициент сопротивления качению шин на асфальтированном покрытии равен 0,019-0,020; на гравийном покрытии – 0,02-0,025; на песке – 0,1-0,3.

Сила сопротивления воздуха слагается из любого движения встречного воздуха, разрежения за движущимся автомобилем, трения частиц воздуха о поверхность кузова автомобиля. Силу сопротивления воздуха можно определить приближенно перемножением площади проекции автомобиля на коэффициент сопротивления воздуха и скорость движения автомобиля. Коэффициент сопротивления воздуха определяется в килограммах на 1 м² площади проекции автомобиля при скорости движения 1 м/сек. Сила сопротивления воздуха зависит от величины лобовой поверхности автомобиля, его формы, а также скорости движения. С увеличением скорости автомобиля сила сопротивления воздуха возрастает пропорционально квадрату скорости движения, то есть если скорость возрастает в два раза, то сопротивление воздуха увеличивается в четыре раза.

Мощность, затрачиваемая на сопротивление воздуха, с увеличением скорости движения автомобиля возрастает пропорционально кубу скорости. Из этого следует, что груз на грузовых автомобилях надо распределять равномерно по поверхности платформы, а также не развивать высоких скоростей.

Сила, затрачиваемая автомобилем на преодоление подъема, равна массе автомобиля, умноженной на величину угла подъема.

Чем круче подъем, тем больше сила, затрачиваемая на его преодоление. При движении автомобиля под уклон, наоборот, возникает сила, способствующая ускорению движения автомобиля. При подъезде к подъему необходимо правильно оценить возможность преодоления подъема. Если подъем продолжительный, его преодолевают на пониженной передаче, переключившись на нее в начале подъема. При движении автомобиля под уклон, наоборот, возникает сила, способствующая ускорению движения автомобиля. Вследствие этого на крутых спусках рекомендуется включить ту передачу, на которой можно осуществить подъем.

автомобиль, движение, дорога, колесо, коэффициент, сила, сопротивление, сцепление

Смотрите также: