Потери энергии в колесном движителе. Сопротивление качению

ТЕМА 1: ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КОЛЕС С ОПОРНОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ.

Потери энергии в колесном движителе. Сопротивление качению. Коэффициент сопротивления качению. Факторы, влияющие на коэффициент сопротивления качения. Сила тяги по сцеплению. Коэффициент сцепления. Факторы, влияющие на коэффициент сцепления.

При качении колеса под воздействием сил и момента происходит деформации шины и опорной поверхности, которые сопровождаются необратимыми потерями. Эти потери определяют одно из основных видов сопротивления движению всех колесных машин – сопротивление качению. Необратимые потери при качении эластичного колеса по твердой опорной поверхности обусловлены следующими основными причинами: а) внутренним трением в шине; б) проскальзыванием элементов шины на опорной поверхности. Имеют место также потери от аэродинамического сопротивления вращению колеса. Но, поскольку потери эти весьма незначительны, то в дальнейшем мы их учитывать не будем.

Для ведомого колеса основным источником сопротивления качению колеса является внутреннее трение в шине, вызванное деформацией шины под воздействием нормальной нагрузки на колесо. Потери на различные виды трения (молекулярное трение в самой резине и корде, механическое трение между покрышкой и камерой, между покрышкой и ободом) составляют 90….95 % всех результатов потерь на качение ведомого колеса, Потери в результате проскальзывания (упругого буксования) не велики и составляют 5…10%.

Рис. 1.

При качении колеса, из-за особенностей упругих свойств материала шины элементарные реакции в набегающей области больше, чем в сбегающей (рис. 1).

Эпюра реакции вследствие этого, в отличие от неподвижного колеса (рис. 2 а), приобретает несимметричную форму относительно середины области контакта 0, поэтому их равнодействующая оказывается, смещена в сторону движения колеса на величину .

Равнодействующая на плече создает сопротивления качению .

К ведущему колесу мощность подводится посредством крутящего момента Часть этой мощности затрачивается на сопротивление качению самого колеса, а другая передается через ось к корпусу машины, приводя его силой в поступательное движение, со скоростью равной скорости колеса .

Рис.2.

Поскольку в зоне контакта колеса с опорной поверхностью происходит скольжение элементов шины, следует учитывать возникающие потери на проскальзывание, которые пропорциональны продольной силе реакции в контакте шины с опорной поверхностью и скорости скольжения

Рис.3.

Разделив на ведущего колеса, получим окружную силу F_ко колеса.

F_ко =М_к/r_к (1)

Сила F_ко будет расходоваться на преодоление сопротивления качению колеса и на создание силы тяги на колесе. Количественная характеристика сопротивления качению, в теории автомобиля, определяется силой сопротивления качению, в теории автомобиля, определяется силой сопротивления качению F_f. Сила F_f показывается направленной в противоположную сторону движения в пятне контакта.

F = М_f/r_к (2)

Из уравнения моментов относительно центра 0 колеса (рис.3) найдем значение F_f. через силы действующие на колесо.

F_к r_к = R_ка_ш,

но F_к=F_f, а

тогда F_f r_к = G_ка_ш, F_f = G_ка_ш / r_к (3)

Отношение называется коэффициентом сопротивления качению.

Окончательная формула определения F_f будет иметь вид:

F_f=f G_к (4)

где - коэффициент сопротивления качению;

- нормальная нагрузка на колесо;

Таким образом, полная окружная сила F_по, создаваемая подводимым реализуется на создание силы тяги F_Т и на преодоление силы сопротивления качению, т.е.

F_Т= F_по - F_f (5)

Более обобщенной количественной характеристикой сопротивления колеса является безмерная величина – коэффициент сопротивления качению f.

f = F_f / G_к (6)

Коэффициент ведущего колеса больше ведомого. Объясняется это тем, что под действием возрастает деформация шины, в результате появляется дополнительно составляющая коэффициента сопротивления качению _. Коэффициент сопротивления качению ведущего колеса будет равен

(7)

где - коэффициент сопротивления качению ведомого колеса;

- от дополнительной деформации шины под действием .

Влияние на существенно, так как возникают дополнительные затраты на деформацию грунта и образованию колеи. Коэффициент будет складываться из коэффициента , характеризующего потери в самой шине, , характеризующего потери в грунте.

(8)

ЛЕКЦИЯ 2

Дата добавления: 2014-01-13