Gördüléskor az abroncs centrifugális erőknek van kitéve. A centrifugális erők nagysága a gördülési sebességtől, az abroncs tömegétől és méretétől függ. A centrifugális sziták hatására a gumiabroncs átmérője kissé megnő. A tesztek kimutatták, hogy amikor a gumiabroncs 180-220 km/h sebességgel gördül, a profilmagasság 10-13%-kal növekszik (az abroncstesztek eredményei országúti motorkerékpár-versenyeken).
Ugyanakkor a centrifugális erők hatása (a gumiabroncs radiális merevségének növekedése miatt) a kerék tengelyétől a támasztófelületig (útsík) mért távolság enyhe növekedését okozza, miközben az érintkezési felület egyidejűleg csökken. a gumiabroncs az úttal. Ezt a távolságot nevezzük dinamikus abroncssugárnak Ro, amely nagyobb, mint az Rc statikus sugár, azaz Ro>Rc.
Azonban Ro üzemi sebességnél gyakorlatilag egyenlő Rс-vel.
A gördülési sugár a kerék lineáris sebességének és a kerék forgási szögsebességének aránya:
ahol Rк - gördülési sugár, m;
V - lineáris sebesség, m/s;
w - szögsebesség, rad/s.
Gördülési ellenállás
Rizs. A gumiabroncs kemény felületen gördül
Amikor egy kerék kemény felületen gördül, az abroncsváz ciklikus deformációnak van kitéve. Érintkezéskor a gumiabroncs deformálódik és meggörbül, az érintkezés elhagyásakor pedig visszanyeri eredeti alakját. A gumiabroncs deformációs energiája, amely akkor keletkezik, amikor az elemek érintkeznek a felülettel, a vázrétegek közötti belső súrlódásra és az érintkezési zónában való megcsúszásra fordítódik. Ennek az energiának egy része hővé alakul, és átadódik a környezetnek. A mechanikai energia vesztesége miatt a gumiabroncs eredeti alakjának helyreállítási sebessége, amikor az abroncselemek elhagyják az érintkezést, kisebb, mint a gumiabroncs deformációjának sebessége, amikor az elemek érintkezésbe lépnek. Emiatt az érintkezési zónában a normál reakciók valamelyest újraeloszlanak (az álló kerékhez képest), és a normálerők eloszlási diagramja az ábrán látható formát ölti. A normál reakciók eredője, amely nagyságrendileg megegyezik a gumiabroncs radiális terhelésével, a kerék tengelyén áthaladó függőlegeshez képest egy bizonyos mértékben a (a radiális reakció „sodródása”) előremozdul.
A radiális reakció által a kerék tengelyéhez viszonyított nyomatékot gördülési ellenállás nyomatékának nevezzük:
A hajtott kerék egyenletes mozgása (állandó gördülési sebesség mellett) esetén olyan nyomaték hat, amely kiegyenlíti a gördülési ellenállás pillanatát. Ezt a pillanatot két erő hozza létre - lökdösés
P erő és az X út vízszintes reakciója:
M = XRd = PRd,
ahol P a tolóerő;
X - az út vízszintes reakciója;
Rd - dinamikus sugár.
PRd = Qa - az egyenletes mozgás feltétele.
A P tolóerő és a Q radiális reakció arányát k gördülési ellenállási együtthatónak nevezzük.
A gördülési ellenállási együtthatót az abroncson kívül jelentősen befolyásolja az útfelület minősége is.
A hajtott kerék gördülésére fordított Nk teljesítmény egyenlő a Pc gördülési ellenállási erő és a V lineáris gördülési sebesség szorzatával:
Ezt az egyenletet kibővítve felírhatjuk:
Nк = N1 + N2 + N3 - N4,
ahol N1 a gumiabroncs deformációjára fordított teljesítmény;
N2 a gumiabroncs érintkezési zónában való megcsúszására fordított teljesítmény;
N3 - a kerékcsapágyak súrlódására és a légellenállásra fordított teljesítmény;
Az N4 az abroncs által kifejlesztett erő, amikor helyreállítja a gumiabroncs alakját abban a pillanatban, amikor az elemek elhagyják az érintkezést.
A kerekek gördüléséből adódó teljesítményveszteségek a gördülési sebesség növekedésével jelentősen megnövekednek, mivel ebben az esetben megnő az alakváltozási energia, és ennek következtében az energia nagy része hővé alakul.
Az elhajlás növekedésével a gumiabroncs szövetvázának és futófelületének deformációja meredeken növekszik, azaz a hiszterézis miatti energiaveszteség.
Ezzel párhuzamosan nő a hőtermelés. Mindez végső soron a gumiabroncs gördülésére fordított teljesítmény növekedéséhez vezet.
A tesztek kimutatták, hogy egy motorkerékpár gumiabroncs gördítéséhez hajtott kerekek mellett (sima dobon) 1,2-3 liter teljesítményre van szükség. Val vel. (abroncsmérettől és gördülési sebességtől függően).
Így a gumiabroncsokból származó összes veszteség meglehetősen jelentős, és összemérhető a motorkerékpár-motor teljesítményével.
Nyilvánvaló, hogy rendkívül fontos a motorkerékpár-abroncsok gördülésére fordított teljesítmény csökkentésének kérdésével foglalkozni. Ezen veszteségek csökkentése nemcsak az abroncsok tartósságát növeli, hanem jelentősen megnöveli a motor és a motorkerékpár-alkatrészek élettartamát, és pozitív hatással lesz a motorok üzemanyag-hatékonyságára is.
A P-típusú gumiabroncsok létrehozása során végzett kutatások kimutatták, hogy az ilyen típusú gumiabroncsok gördülése során fellépő teljesítményveszteség lényegesen kisebb (30-40%), mint a szabványos gumiké.
Ezenkívül a veszteségek csökkennek, ha a gumiabroncsokat kétrétegű szövetvázra alakítják át 232 KT zsinórból.
Különösen fontos az energiaveszteség minimalizálása a versenymotorok gumiabroncsainak gördítésekor, mivel amikor nagy sebességgel mozognak, a gumiabroncsok vesztesége akár 30%-ot is elérhet a mozgáshoz szükséges teljes energiafogyasztáshoz viszonyítva. A veszteségek csökkentésének egyik módszere a 0,40 K nejlonzsinór használata a versenyabroncsok vázában. Ilyen kord használatával csökkent a váz vastagsága, csökkent a gumiabroncs tömege, rugalmasabbá vált. és kevésbé érzékeny a melegítésre.
A futófelület mintázata nagyban befolyásolja a gumiabroncs gördülési ellenállási együtthatóját.
A versenyabroncsok futófelületi súlyát a lehető legnagyobb mértékben csökkenteni kell, hogy az elemeknek az úttal érintkezésekor keletkező energia csökkenjen. Míg a közúti abroncsok profilmélysége 7-9 mm, addig a versenyabroncsok profilmélysége 5 mm.
Ráadásul a versenyabroncsok futófelületi mintázata úgy van kialakítva, hogy elemei a legkisebb ellenállást nyújtsák a gumi gördülésekor.
Általános szabály, hogy a motorkerékpár első (hajtott) és hátsó (hajtott) kerekei gumiabroncsainak mintázata eltérő. Ez azzal magyarázható, hogy az első kerék abroncsának célja a megbízható kezelhetőség biztosítása, a hátsó keréké pedig a nyomaték átvitele.
Az első gumiabroncsokon található gyűrűs fülek csökkentik a gördülési veszteségeket, és javítják a kezelhetőséget és a stabilitást, különösen kanyarokban.
Rizs. Az erőveszteség görbéi a gördülési sebesség függvényében: 1 - abroncsméret 80-484 (3,25-19), L-130 modell (közúti); 2 - 85-484 (3,25-19) gumiabroncsméret, L-179 modell (körgyűrűs motorkerékpárok hátsó kerekéhez)
A hátsó kerék cikcakk mintázata biztosítja a nyomaték megbízható átvitelét és csökkenti a gördülési veszteségeket is. A fenti intézkedések általában lehetővé teszik a gumiabroncsok gördülése során fellépő teljesítményveszteségek jelentős csökkentését. A grafikon a teljesítményveszteség görbéit mutatja különböző sebességeknél közúti és versenyabroncsok esetén. Amint az ábrán látható, a versenyabroncsok vesztesége kisebb, mint az országúti abroncsoknál.
Rizs. A „hullám” megjelenése, amikor a gumiabroncs kritikus sebességgel gördül: 1 - gumiabroncs; 2 - próbapad dob
Kritikus gumiabroncs gördülési sebesség
Amikor egy gumiabroncs gördülési sebessége elér egy bizonyos határértéket, a gördülési teljesítmény veszteségei meredeken növekszenek. A gördülési ellenállási együttható körülbelül 10-szeresére nő.
Egy „hullám” jelenik meg a gumiabroncs futófelületének felületén. Ez a „hullám”, miközben mozdulatlanul marad a térben, forgási sebességével mozog az abroncsváz mentén.
A „hullám” kialakulása a gumiabroncs gyors pusztulásához vezet. A futófelület-karkasz területén a hőmérséklet meredeken megemelkedik, mivel az abroncs belső súrlódása intenzívebbé válik, és csökken a futófelület és a szövetváz közötti kötés erőssége.
A nagy gördülési sebességnél jelentős mértékű centrifugális erők hatására a futófelület vagy a mintaelemek szakaszai leszakadnak.
Az a gördülési sebesség, amelynél a „hullám” megjelenik, a gumiabroncs kritikus gördülési sebességének számít.
A kritikus sebességgel való gördüléskor általában 5-15 km futás után a gumiabroncs tönkremegy.
A gumiabroncs nyomásának növekedésével a kritikus sebesség nő.
A gyakorlat azonban azt mutatja, hogy az SSC során a motorkerékpárok sebessége egyes területeken 20-25%-kal nagyobb, mint a lelátón meghatározott kritikus gumiabroncs-sebesség (amikor az abroncs dobon gurul). Ebben az esetben a gumiabroncsok nem sérülnek meg. Ez azzal magyarázható, hogy síkon gördülve a gumiabroncs deformációja kisebb (ugyanolyan körülmények között), mint dobon, ezért nagyobb a kritikus sebesség. Ráadásul elhanyagolható az az idő, ami alatt egy motorkerékpár a gumiabroncsok kritikus sebességét meghaladó sebességgel halad. Ugyanakkor az abroncsot jól hűti a szembejövő légáramlás. E tekintetben a GCS-hez szánt sportmotorkerékpár-abroncsok műszaki jellemzői bizonyos határokon belül lehetővé teszik a rövid távú sebességtúllépést.
A gumiabroncs gördülése vezetési és fékezési körülmények között. A gumiabroncs gördülése hajtott kerék körülményei között akkor következik be, amikor a kerékre Mkr nyomatékot alkalmaznak.
A hajtókerékre ható erők diagramja az ábrán látható.
Rizs. A hajtókerék abroncsára gördülés közben ható erők diagramja
A függőleges Q erővel terhelt kerékre Mkr nyomaték hat.
A Qp közúti reakció, amely nagysága megegyezik a Q terheléssel, a kerék tengelyéhez képest egy bizonyos a távolsággal eltolódik. A Qp erő Ms gördülési ellenállást hoz létre:
Az Mkr nyomaték létrehozza az RT vonószitát:
Рт = Мкр/Rк
ahol Rк a gördülési sugár.
Amikor a gumiabroncs a hajtókerék körülményei között, a nyomaték hatására gördül, az érintkező tangenciális erők újraeloszlása következik be.
Az érintkezés elülső részén a mozgás irányában a tangenciális erők nőnek, a hátsó részben csökkennek. Ebben az esetben az X érintőerők eredője egyenlő az Рт vonóerővel.
A hajtókerék gördülésére fordított teljesítmény egyenlő az Mkr nyomaték és a kerék forgási szögsebességének Wk szorzatával:
Ez az egyenlet csak akkor érvényes, ha az érintkezőben nincs csúszás.
A tangenciális erők azonban a futófelület mintázatelemeinek megcsúszását okozzák az úthoz képest.
Emiatt a kerék Ud transzlációs mozgási sebességének tényleges értéke valamivel alacsonyabb, mint az elméleti Vt.
A tényleges haladási sebesség Vd és az elméleti Vt arányát kerék hatásfoknak nevezzük, amely figyelembe veszi a gumiabroncs úthoz képesti megcsúszása miatti sebességveszteséget.
Az a csúszás mértéke a következő képlettel becsülhető meg:
Nyilvánvalóan a Vd tényleges sebesség értéke Vt-től 0-ig változhat, azaz:
A csúszás intenzitása a tangenciális erők nagyságától függ, amelyeket viszont a nyomaték nagysága határoz meg.
Korábban bemutatott:
Mkr = XRk;
X = Рт = Qv,
ahol v a gumiabroncs úthoz való tapadási együtthatója.
Amikor a nyomaték a kritikus értéket meghaladó bizonyos értékre nő, az eredő X érintőerők nagysága a megengedettnél nagyobb lesz, és a gumiabroncs teljesen megcsúszik az úthoz képest.
Az üzemi terhelési tartományban meglévő motorkerékpár-abroncsok 55-75 kgf*m nyomatékot képesek átvinni teljes csúszás nélkül (abroncsmérettől, terheléstől, nyomástól stb. függően).
Amikor egy motorkerékpár fékez, a gumiabroncsra ható erők természetükben hasonlóak azokhoz az erőkhöz, amelyek akkor keletkeznek, amikor a gumiabroncs hajtókerék körülményei között működik.
Ha a kerékre Mt fékezőnyomatékot fejtenek ki, az érintési zónában a tangenciális erők újraeloszlása következik be. A legnagyobb tangenciális erők az érintkező hátulján lépnek fel. A tangenciális erők eredője nagyságában és irányában egybeesik a T fékezőerővel:
Amikor az Mt fékezőnyomaték egy bizonyos kritikus érték fölé emelkedik, a T fékezőerő nagyobb lesz, mint a gumiabroncs úthoz való tapadási ereje (T>Qv), és az érintkezésben megkezdődik a teljes csúszás, a megcsúszás jelensége lép fel.
Az érintkezési zónában való megcsúszáskor a futófelület hőmérséklete emelkedik, a tapadási együttható csökken, és a futófelület mintázatának kopása meredeken növekszik. Csökken a fékezés hatékonysága (növekszik a fékút).
A leghatékonyabb fékezés akkor érhető el, ha a T fékezőerő nagysága közel van a gumiabroncs úthoz való tapadási erejéhez.
Következésképpen, amikor a vezető a motorkerékpár dinamikus tulajdonságait használja fel a gumiabroncs kopásának csökkentése érdekében, akkor olyan nyomatékot kell adni a hajtott keréknek, amely biztosítja a gumiabroncs úthoz viszonyított legkisebb csúszását.
A pneumatikus gumiabroncs deformációs típusainak sokfélesége miatt a sugarának nincs egy meghatározott értéke, mint a merev felnivel rendelkező keréknek.
A pneumatikus gumiabroncsokkal ellátott kerekek alábbi gördülési sugarait különböztetjük meg: szabad g 0, statikus r cv dinamikus g aés kinematikai g k.
Szabad sugár g 0- ez a külső terheléstől mentes kerék futópadjának legnagyobb sugara. Ez egyenlő a futópad felülete és a kerék tengelye közötti távolsággal.
Az r st statikus sugár a normál terheléssel terhelt álló kerék tengelyétől a támaszsíkig mért távolság. A statikus sugár értékeket maximális terhelés mellett az egyes gumiabroncsokra vonatkozó szabvány szabályozza.
Dinamikus sugár GI- ez a távolság a mozgó kerék tengelyétől a kerekre ható elemi talajreakciók alkalmazási pontjáig.
A statikus és dinamikus sugarak csökkennek a normál terhelés növekedésével és az abroncsnyomás csökkenésével. A dinamikus sugár forgatónyomaték-terheléstől való függése, kísérletileg az E.A. ábrán látható Chudakov. 9, A, menetrend 1. Az ábráról látható, hogy növekvő nyomatékkal M vea, a kerék által továbbított dinamikus sugara csökken. Ez azzal magyarázható, hogy a kerék tengelye és tartófelülete közötti függőleges távolság a gumiabroncs oldalfalának torziós deformációja miatt csökken. Ezenkívül a nyomaték hatására nemcsak érintőleges erő keletkezik, hanem egy normál alkatrész is, amely a kereket az útfelülethez nyomja.
Rizs. 9. Az E.A. által szerzett függőségek. Chudakov: a - dinamikus változás (I és kinematikai ( 2) kerék sugarai a meghajtó nyomatéktól függően: b - a kerék kinematikai sugarának változása a hajtó- és féknyomaték hatására
A dinamikus sugár nagysága a nyomvonal mélységétől is függ deformálható talajon vagy talajon történő mozgáskor. Minél nagyobb a nyomvonal mélysége, annál kisebb a dinamikus sugár. A kerék dinamikus sugara a hajtókereket nyomó talaj érintőleges reakciójának alkalmazási válla. Ezért a dinamikus sugarat erősugárnak is nevezik.
A kerék kinematikai sugarát vagy gördülési sugarát osztjuk 2k a kerék által egy fordulat alatt megtett tényleges távolság. A kinematikai sugarat úgy is definiáljuk, mint egy ilyen fiktív, merev peremű kerék sugarát, amely csúszás és csúszás hiányában a valódi kerékével megegyező forgási szögsebességgel és transzlációs sebességgel rendelkezik:
ahol v K a kerék előregördülési sebessége; с к - a kerék forgási szögsebessége; S K- kerékút fordulatonként, figyelembe véve a megcsúszást vagy csúszást.
Az (5) kifejezésből következik, hogy teljes kerékcsúszással (v K = 0) a sugár g to= 0, és teljes csúszással (k = 0) a kinematikai sugár egyenlő ©о.
ábrán. 9, A(menetrend 2) bemutatta E.A. Chudakov szerint a kerék kinematikai sugarának változásának függése a rajta vezetett M nyomaték hatásától. Az ábrából az következik, hogy a dinamikus és a kinematikai sugár változásának nagysága a pillanat hatásától függően eltérő. A kerék kinematikai sugarának meredekebb függése a dinamikus sugár függéséhez képest két tényező hatásával magyarázható. Először is, a kinematikai sugár ugyanannyival csökken, mint amennyivel a dinamikus sugár csökken a hajtónyomaték hatására, amint az az 1. ábrán látható. 9, i, menetrend /. Másodszor, a gumiabroncsra kifejtett hajtó- vagy fékezőnyomaték nyomó vagy húzó deformációt okoz a gumiabroncs futó részének. Az ezekkel az alakváltozásokkal járó folyamatok könnyen nyomon követhetők, ha a kereket hengeres rugalmas spirál formájában képzeljük el, egyenletes tekercseléssel. ábrán látható módon. 10, a, a hajtónyomaték hatására a gumiabroncs futó része (eleje) összenyomódik, aminek következtében a gumiabroncs futófelületének teljes kerülete, a kerékpályája csökken. S K fordulatonként kisebb lesz. Minél nagyobb a gumiabroncs kompressziós deformációja a futó részben, annál nagyobb a távolság csökkenése SK, amely az (5) pontnak megfelelően arányos a kinematikai sugár csökkenésével g k.
A fékezőnyomaték alkalmazásakor az ellenkező jelenség lép fel. Az abroncs feszített elemei illeszkednek a tartófelülethez
(10. ábra, b). A gumiabroncs kerülete és a kerékpálya SK, A fordulatonként megtett sebesség a féknyomaték növekedésével nő. Ezért a kinematikai sugár növekszik.
Rizs. 10. A gumiabroncs alakváltozásának vázlata az M led nyomatékok hatására (a) és M t b)
ábrán. 9, b megmutatja a kerék sugarának változásának függőségét az aktív nyomaték és a fék hatásától M 1 pillanatok, amikor a kerék stabilan tapad a tartófelülethez. E.A. Chudakov a következő képletet javasolta a kerék sugarának meghatározására:
ahol r-től 0-ig a kerék gördülési sugara szabadgördülési üzemmódban, amikor a hajtónyomaték és a gördülési ellenállás nyomatéka egyenlő egymással; A, t a gumiabroncs tangenciális rugalmasságának együtthatója, típusától és kialakításától függően, amely a kísérletek eredményeiből adódik.
A mérnöki számításoknál általában az adott gumiabroncs szabványban megadott statikus sugarát használják beállított légnyomás és maximális terhelés mellett dinamikus és kinematikai sugárként. Feltételezzük, hogy a kerék elpusztíthatatlan felületen mozog.
Nyomvonal mentén haladva a statikus sugár a kerék tengelye és a nyomvonal alja közötti távolság. Amikor azonban a kerék egy nyomvonal mentén mozog, a talaj elemi reakcióinak eredője, amely a nyomatékot (menet vagy ellenállás) képezi, a pálya alja felett és a talaj felszíne alatt helyezkedik el ( lásd 17. ábra). A dinamikus sugár ebben az esetben a nyomvonal mélységétől függ: minél mélyebb, annál nagyobb a különbség a kerekek statikus és dinamikus sugarai között, annál nagyobb a számítási hiba a feltételezésből. g l = g st
Az autó (traktor) a rá ható különféle erők hatására mozog, amelyek hajtóerőkre és mozgásellenállási erőkre oszlanak. A fő hajtóerő a hajtókerekekre kifejtett vonóerő. A vonóerő a motor működése következtében keletkezik, és a hajtókerekek és az út kölcsönhatása okozza. A Pk vonóerőt a tengelytengelyeken fellépő nyomaték és a hajtott kerekek sugarának arányaként határozzuk meg a jármű egyenletes mozgása során. Ezért a vonóerő meghatározásához ismerni kell a hajtókerék sugarát. Mivel az autó kerekeire rugalmas gumiabroncsok vannak felszerelve, a kerék sugara vezetés közben változik. Ebben a tekintetben a következő keréksugárokat különböztetjük meg:
1. Névleges – a kerék sugara szabad állapotban: r n =d/2+H, (6)
ahol d – peremátmérő, m;
H – a gumiabroncs profil teljes magassága, m.
2. Statikus r c – az útfelület és a terhelt álló kerék tengelye közötti távolság.
r =(d/2+H)∙λ, (7)
ahol λ a gumiabroncs radiális alakváltozási együtthatója.
3. Dinamikus r d – távolság az útfelülettől a gördülő terhelt kerék tengelyéig. Ez a sugár növekszik a kerék érzékelt terhelésének csökkenésével G k és a gumiabroncs belső légnyomásának növekedésével p w.
A jármű sebességének növekedésével a centrifugális erők hatására a gumiabroncs radiális irányban megnyúlik, aminek következtében az r d sugár megnő. Egy kerék gördülésekor a gördülőfelület alakváltozása is megváltozik egy álló kerékhez képest. Ezért az r d út eredő tangenciális reakcióinak alkalmazási válla eltér r c-től. Azonban, amint a kísérletek kimutatták, a gyakorlati vontatási számításokhoz r c ~ r d vehető.
4 A kerék kinematikai sugara (gördülése) r k - egy ilyen feltételes, nem deformálódó gyűrű sugara, amely adott rugalmas kerékkel azonos szög- és lineáris sebességgel rendelkezik.
A nyomaték hatására gördülő keréknél az úttal érintkező futófelületi elemek összenyomódnak, és a kerék azonos forgási sebesség mellett kisebb utat tesz meg, mint szabadgördüléskor; fékezőnyomatékkal terhelt keréken az úttal érintkező futófelületi elemek megfeszülnek. Ezért a fékező kerék valamivel nagyobb utat tesz meg egyenlő sebességgel, mint egy szabadon gördülő kerék. Így a nyomaték hatására az rк sugár csökken, a fékezőnyomaték hatására pedig nő. Az r k értékének „krétanyomatok” módszerrel történő meghatározásához krétával vagy festékkel keresztirányú vonalat húznak az útra, amelyre egy autókerék gördül, majd nyomokat hagy az úton.
A távolság mérése l a szélső nyomatok között határozza meg a gördülési sugarat a képlet segítségével: r k = l / 2π∙n, (8)
ahol n a távolságnak megfelelő kerék forgási sebessége l .
Teljes kerékcsúszás esetén a távolság l = 0 és r sugár = 0. A nem forgó kerekek ("SW") csúszása közben a forgási frekvencia n=0 és r -ra.
Általában az autókerék merev felniből, rugalmas oldalfalakból és érintkezési nyomatból áll. A gumiabroncs érintkezési jele azokat a gumiabroncs-elemeket jelöli, amelyek a kérdéses időpontban érintkeznek a támasztófelülettel. Alakja és méretei a gumiabroncs típusától, a gumiabroncs terhelésétől, a légnyomástól, a támasztófelület alakváltozási tulajdonságaitól és profiljától függenek.
A kerék és a támasztófelület deformációinak arányától függően a következő mozgástípusok lehetségesek:
Rugalmas kerék nem deformálódó felületen (a kerék mozgása kemény felületű úton);
Merev kerék deformálható felületen (a kerék mozgása laza havon);
Deformálható kerék deformálható felületen (kerékmozgás deformálható talajon, laza hó csökkentett légnyomással).
A pályától függően egyenes és görbe vonalú mozgások lehetségesek. Vegye figyelembe, hogy a görbe vonalú mozgással szembeni ellenállás meghaladja az egyenes vonalú mozgással szembeni ellenállást. Ez különösen igaz a kiegyensúlyozott hátsó forgóvázas háromtengelyes járművekre. Így, amikor egy háromtengelyes jármű egy minimális sugarú pályán halad egy nagy tapadási tényezővel rendelkező úton, a gumiabroncs nyomai maradnak, fekete füst jön a kipufogócsőből, és az üzemanyag-fogyasztás meredeken nő. Mindez annak a következménye, hogy a görbe vonalú mozgással szembeni ellenállás többszörösen megnövekszik az egyenes vonalú mozgáshoz képest.
Az alábbiakban figyelembe vesszük egy rugalmas kerék sugarait egy speciális esethez - a kerék egyenes vonalú mozgásával egy nem deformálódó tartófelületen.
Az autó kerekének négy sugara van:
1) ingyenes; 2) statikus; 3) dinamikus; 4) a kerék gördülési sugara.
Szabad kerék sugara - jellemzi a kerék méretét terheletlen állapotban a gumiabroncs névleges légnyomásán. Ez a sugár egyenlő a kerék külső átmérőjének felével
r c = 0,5 D n ,
Ahol r c– a kerék szabad sugara m-ben;
D n– a kerék külső átmérője m-ben, amelyet kísérleti úton határoznak meg a keréknek az úttal való érintkezésének hiányában és a gumiabroncs névleges légnyomása nélkül.
A gyakorlatban ezt a sugarat használja a tervező az autó összméreteinek, a kerekek és a karosszéria közötti hézagoknak a kinematikája során történő meghatározására.
A kerék statikus sugara a támasztófelület és a helyén lévő kerék forgástengelye közötti távolság. Kísérletileg meghatározva vagy a képlet segítségével kiszámítva
r st = 0,5 d + l z H,
Ahol r st– a kerék statikus sugara m-ben;
d– a keréktárcsa leszálló átmérője m-ben;
l z- a gumiabroncs függőleges alakváltozási együtthatója. Elfogadva toroid gumiabroncsokhoz l z =0,85…0,87; állítható nyomású abroncsokhoz l z=0,8…0,85;
H – abroncsprofil magassága m-ben.
Dinamikus keréksugár r d– a támasztófelület és a kerék forgástengelye közötti távolság mozgás közben. Ha egy kerék hajtott üzemmódban alacsony sebességgel kemény támasztófelületen mozog, akkor ez feltételezhető
r st » r d .
A kerék gördülési sugara r k az az út, amelyet a kerék közepe egy radiánnyi fordulatkor bejár. A képlet határozza meg
r to = ,
Ahol S– a kerék által egy fordulaton megtett távolság m-ben;
2p a radiánok száma egy fordulatban.
Amikor egy kerék gördül, nyomatéknak lehet kitéve M krés fékezni M t pillanatok. Ebben az esetben a nyomaték csökkenti a gördülési sugarat, a féknyomaték pedig növeli.
Amikor a kerék csúszásban mozog, ha van út, és a kerék nem forog, a gördülési sugár a végtelenbe hajlik. Ha a helyén csúszás történik, akkor a gördülési sugár nulla. Következésképpen a kerék gördülési sugara nullától a végtelenig változik.
A gördülési sugár kísérleti függését az alkalmazott nyomatékoktól a 3.1. ábra mutatja be. A grafikonon öt jellemző pontot emelünk ki: 1,2,3,4,5.
1. pont – a kerék csúszási mozgásának felel meg fékezőnyomaték alkalmazásakor. A gördülési sugár ezen a ponton a végtelenbe hajlik. Az 5. pont a kerék megcsúszásának felel meg nyomaték alkalmazásakor. A gördülési sugár ezen a ponton megközelíti a nullát.
A 2-3-4 szakasz feltételesen lineáris, a 3. pont pedig a sugárnak felel meg rko amikor a kerék hajtott üzemmódban forog.
3.1. ábra Függőség r k = f (M).
A kerék gördülési sugarát ebben a lineáris szakaszban a képlet határozza meg
r k = r k ± l T M,
Ahol l t – a gumiabroncs tangenciális rugalmasságának együtthatója;
M- a kerékre alkalmazott nyomaték N.m-ben.
Vegye a „+” jelet, ha fékezőnyomatékot alkalmaz a kerékre, és a „-” jelet, ha nyomatékot alkalmaz a kerékre.
Az 1-2. és a 4-5. szakaszban nincsenek függőségek a kerék gördülési sugarának meghatározásához.
Az anyag bemutatásának kényelme érdekében a továbbiakban bemutatjuk a „keréksugár” fogalmát. r to, szem előtt tartva a következőket: ha az autó kinematikai paraméterei meghatározottak (út, sebesség, gyorsulás), akkor a kerék sugara a kerék gördülési sugarára vonatkozik; ha a dinamikai paraméterek meg vannak határozva (erő, nyomaték), akkor ez a sugár a kerék dinamikus sugara. r d. A jövőben elfogadottakat figyelembe véve a dinamikus sugarat és a gördülési sugarat jelöljük r to ,
Az útról az autóra ható összes erő a kerekeken keresztül jut át. A pneumatikus gumiabronccsal felszerelt kerék sugara a terhelés súlyától, a vezetési módtól, a belső légnyomástól és a futófelület kopásától függően változhat.
A kerekek a következő sugarakkal rendelkeznek:
1) ingyenes; 3) dinamikus;
2) statikus; 4) kinematikai.
Szabad sugár(r св) az álló és terheletlen kerék tengelye és a futópad legtávolabbi része közötti távolság. Ugyanazon keréknél az Rst értéke csak a gumiabroncs belső légnyomásának értékétől függ.
A kerék szabad sugara a gumiabroncs műszaki adataiban van feltüntetve. Ha a megadott jellemző nem szerepel a referencia adatokban, akkor annak értéke a gumiabroncs jelölésével határozható meg.
Statikus sugár(r st) - ez a távolság a csak normál erővel terhelt álló kerék középpontjától a referenciasíkig. A statikus sugár értéke a sugárirányú deformáció mértékével kisebb, mint a szabad sugár:
r st = r st - h z = r st - R z /С sh, (5.1)
ahol h z = R z /С Ш - a gumiabroncs radiális (normál) alakváltozása, m;
R z - normál közúti reakció, N;
C w - radiális (normál) abroncsmerevség, N/m.
Az egyik kerékre ható normál közúti reakció a következő képlettel határozható meg:
Rz = GO/2, (5.2)
ahol G O az autó súlya egy adott tengelyen.
Az (1) képletből megtaláljuk a gumiabroncs radiális merevségének értékét:
S w = R z / r st - r st, (5.3)
Az abroncs radiális merevsége függ a kialakításától és a belső légnyomástól p w. Ha ismert a Cw függése a pw-től, akkor a gumiabroncs deformációjának mértéke bármely belső légnyomásnál meghatározható. Névleges légnyomás és terhelés mellett a kerék statikus sugara a következő képlettel határozható meg:
r st = 0,5d o + (1 - l w)N w, (5,4)
ahol d o - keréktárcsa átmérője, m;
H w - a gumiabroncs profil magassága szabad állapotban, m;
l w - a gumiabroncs radiális deformációjának együtthatója.
Normál profilú abroncsok, valamint széles profilú abroncsok esetén l w = 0,10 - 0,15; íves és pneumatikus görgőknél l w = 0,20 - 0,25.
A kerék első részének névleges értéke a névleges terheléshez és a belső légnyomáshoz viszonyítva a gumiabroncs műszaki adataiban van feltüntetve.
Dinamikus sugár(r d) a gördülő kerék középpontja és a referenciasík távolsága. Az r d értéke elsősorban a gumiabroncs belső légnyomásától, a kerék függőleges terhelésétől és sebességétől függ. A jármű sebességének növekedésével a dinamikus sugár enyhén növekszik, ami a gumiabroncs centrifugális tehetetlenségi erők általi megnyúlásával magyarázható.
Kinematikai sugár(r к) egy feltételes, nem deformálódó, csúszásmentes gördülő kerék sugara, amely adott rugalmas kerékkel azonos szög- és lineáris sebességgel rendelkezik:
r k = V x /w k (5,5)
Az r k értékét empirikusan határozzuk meg az autó által megtett S út n k teljes fordulatban történő mérésével:
r k = V x /w k = V x * t /w k* t = S/2p n k, (5.6)
ahol V x a kerék lineáris sebessége;
w k - a kerék szögsebessége;
t - mozgási idő.
Az r d és r k sugarak közötti különbség abból adódik, hogy a gumiabroncs és az úttal érintkező területen csúszás tapasztalható.
Teljes kerékcsúszás esetén a kerék által megtett út nulla S = 0, ezért r k = 0. Fékezett, nem forgó (reteszelt) kerekek csúszása során, pl. csúszás esetén n k = 0 és r k ® ¥.
Ha kemény felületű és jó tapadású utakon vezet autót, körülbelül r k = r d = r c = r.
