Ведущее колесо

Под действием крутящего момента изменяются величина и характер распределения касательных напряжений по площади контакта. При передаче тягового усилия в контакте колеса с дорогой определяющими становятся продольные касательные силы, приложенные к шине и действующие в направлении движения оси колеса.

Рисунок 3 – Схема сил, действующих на ведущее колесо и эпюры распределения контактных напряжений по длине контакта шины с дорогой

Качение ведущего колеса (рисунок 3) происходит под действием крутящего момента М_к, подводимого к оси колеса. Колесо вращается с угловой скоростью ω, а ось колеса перемещается с линейной скоростью v. На ведущее колесо воздействуют силы:

G – нормальная нагрузка, приложенная к оси колеса и вызывающая нормальный прогиб шины

h _z= r _св – r _ст;

Rz = G – нормальная реакция дороги, приложенная к шине в контакте колеса с опорной поверхностью и смещенная по направлению движения на величину а;

р_к – реакция оси колеса, равная силе тяги колеса;

R_х = Рк – продольная сила колеса или результирующая продольных касательных сил, приложенных к шине в контакте колеса с дорогой, которая действует по направлению движения оси колеса.

Под воздействием силы R_x контакт шины смещается вперед по направлению движения относительно оси колеса. В связи с этим зона контакта становится ассиметричной относительно вертикали, проходящей через ось колеса. Это приводит к тому, что угол α₁ зоны сжатия шины становится больше угла зоны выпрямления шины в контакте α₂.

В режиме качения ведущего колеса благодаря окружной эластичности шины и действию крутящего момента, элементы беговой дорожки шины перед входом в контакт испытывают сжатие в окружном направлении, а после выхода из контакта – растяжение по сравнению с состоянием, соответствующим верхнему положению элементов относительно контакта. Элемент перед входом в контакт сокращается, а после выхода из контакта его длина увеличивается.

Эпюра нормальных контактных напряжений ведущего колеса представлена на рис. 3 в. На рис. 2.9 г представлена эпюра продольных контактных касательных напряжений по длине контакта ведущего колеса – кривая 3, являющаяся суммой двух слагаемых: продольных касательных напряжений, возникающих при качении ведомого колеса, и дополнительных продольных напряжений 2, возникающих в результате действия продольной силы колеса.

Эпюра продольных касательных напряжений ведомого колеса, как показано выше, представляет кривую 1 синусоидальной формы. Распределение дополнительных касательных напряжений, вызванных продольной силой колеса, можно себе представить подчиняющимся линейным законам, приводящим к треугольной эпюре 2,. Дело в том, что из-за наличия окружной эластичности шины внешняя касательная сила, воспринимаемая в контакте колеса с дорогой, не может распределяться равномерно по длине контакта. Каждый последующий элемент беговой дорожки входит в контакт свободным от непосредственного воздействия внешней касательной силы. Нагружение в контакте отдельных элементов беговой дорожки шины внешней касательной силой происходит постепенно по мере их движения к выходу из контакта.

По мере движения элемента к выходу из контакта с повышением сдвиговой его деформации будет возрастать продольная касательная сила, подчиняясь линейному закону до тех пор, пока не наступит проскальзывание элемента относительно дороги. В этом случае продольная касательная сила станет равной силе трения между беговой дорожкой и дорогой, и приращение касательной силы прекратится. По всей видимости, достижение сил трения должно происходить в зоне, близкой к выходу из контакта, где достигаются наибольшие сдвиговые деформации протектора и наступает снижение контактных нормальных напряжений.

С увеличением крутящего момента продольные касательные напряжения в контакте шины будут возрастать пропорционально тяговой силе, обусловливающей дополнительные касательные напряжения.

На рисунке 4 представлены эпюры продольных касательных напряжений τ_х для трех различных крутящих моментов, причем М_к1 < М_к2 <. М_к3

Рисунок 4 – Эпюры продольных касательных напряжений

Из рисунка видно, что с ростом крутящего момента интенсивно расширяются зоны предельных значений τ_х, величина которых ограничена эпюрой распределения сил трения τ _F.

Дата добавления: 2014-01-13