Сила сопротивления качению (Ff)

Сила тяги

Сила тяги возникает в результате подводимого крутящего момента от двигателя к колесам через агрегаты трансмиссии.

Эта сила была уже рассмотрена в предыдущей теме, поэтому нет необходимости на ней останавливаться.

Как было установлено раньше, что при движении по твердым грунтам сопротивление качению обусловлено только гистерезисными потерями энергии в эластичной шине, которые зависят от:

конструкции шин;

давления воздуха и температуры в шине;

нагрузки на шину;

скорости движения машины.

При движении же по деформируемым грунтам кроме гистерезисных потерь добавляются потери на деформацию грунта.

Общую силу сопротивления качению определяют по формуле:

(1)

где f – коэффициент сопротивления качению;

a - угол подъема.

Как отмечено выше, сила сопротивления качению зависит от скорости движения, т.к. с увеличением скорости возрастает значение коэффициента. Но, как показывают исследования, резкое увеличение его наблюдается при скорости выше 50 км/ч, поэтому при движении машины со скоростью до 50 км/ч коэффициент сопротивления качению можно считать постоянным.

Сила сопротивления подъему (скатывающая сила)- F_i

Сила сопротивления подъему является составляющей веса машины, приложенного в центре тяжести. Вес машины складывается из собственного веса и веса перевозимого груза

(2)

При этом собственный вес машины равен

(3)

Обратившись к рисунку 2.1 отметим, что вес машины можно разложить на две составляющие, одна из которых равна и является скатывающей силой. Эта сила при движении по усовершенствованным дорогам, где углы подъемов невелики, очень мала. Но так как колесные машины должны преодолевать подъемы до 30^о, то эта сила достигает величины 0,5 G и в большинстве случаев превосходит силу сопротивления качению в несколько раз.

Необходимо отметить, что при движении на подъем эта сила является силой сопротивления движению, а на спуске - движущей силой.

Иногда силы сопротивления качению и сопротивления подъему объединяются и полученное общее сопротивление называют сопротивление дороги, обозначая его Y.

(4)

(5)

где y - коэффициент сопротивления дороги.

Сила сопротивления воздуха - F_w

Эта сила оказывает существенное влияние на тягово-скоростные свойства машины, особенно при высоких скоростях движения.

Основной составляющей силы сопротивления, которое составляет 60 % от общего сопротивления.

Лобовое сопротивление вызывается тем, что при движении машины (см. рис. 2) впереди ее создается зона повышенного давления, а сзади - зона разряжения. За счет разных давлений воздуха впереди и сзади машины создается сила лобового сопротивления. И она будет тем больше, чем большая энергия необходима для перемещения воздуха, а последняя зависит от формы движущегося в ней тела.

На том рисунке показана схема вихреобразования, возникающего при движении автомобиля.

Рис.2.2

Различают также сопротивление, вызываемое выступающими частями машин (добавочное сопротивление), сопротивление, обусловленное трением воздуха о наружные поверхности машины, сопротивление, возникающее при прохождении воздуха через подкапотное пространство и др.

Существенное влияние на сопротивление движения оказывает и плотность среды-воздуха. Плотность воздуха уменьшается с увеличением высоты, принято считать, что при подъеме на высоту на каждые 1000 м плотность воздуха уменьшается приблизительно на 8-10 % и примерно пропорционально ей снижается сопротивление воздуха.

Необходимо отметить, что при значительных скоростях движения сила сопротивления воздуха пропорциональна квадрату скорости.

Все сказанное можно выразить математически формулой:

(6)

где - коэффициент сопротивления воздуха;

- площадь лобового сопротивления, м²;

- скорость движения, м/c.

Графическая зависимость величины силы сопротивления воздуха () от скорости движения автомобиля () представлена на рис.3.

Рис. 3

Коэффициент сопротивления воздуха зависит от коэффициента лобового сопротивления () и плотности воздуха () и определяется по формуле:

(7)

Для расчетов принимают постоянной. Коэффициент зависит от конфигурации кузова. На рис.4 показана зависимость (в условных единицах) величины от конфигурации кузова.

Рис.4

Установка на автомобиль различных выступающих деталей увеличивает лобовое сопротивление. Например, установка дополнительных фар вызывает дополнительное сопротивление = 0,04, антенны = 0,02.

По опытным данным коэффициент сопротивления воздуха для различных типов машин находится в пределах, указанных в таб.1.

Таблица 1

Тип машины	Значение
гоночные	0,13 – 0,15
легковые	0,15 – 0, 35
автобусы	0,25 – 0,4
грузовые	0,5 – 0,7
автопоезда	0,55 – 0,95

Площадь лобового сопротивления определяется по следующей зависимости

(8)

где - коэффициент заполнения площади;

В - ширина машины, м;

Н - высота машины по кабине или тенту, м.

Коэффициент заполнения площади для легковых автомобилей равен = 0,78 - 0,8; грузовых = 0,75 - 0,9 (большие значения для более тяжелых автомобилей).

Необходимо отметить, что все приведенные данные характерны для одиночных машин.

При наличии прицепа коэффициент сопротивления воздуха больше, чем для одиночной машины на 20 - 30% и увеличивается на 15-20% при добавлении следующего прицепа.

Сила сопротивления воздуха рассматривается как сосредоточенная и приложенная в центре парусности, координата, которого примерно равна

С целью уменьшения сопротивления воздуха, а следовательно, и снижения силы сопротивления воздуха на машине применяют скругления различных углов сопряжений, а также путем применения аэродинамических приспособлений (обтекателей).

В заключение следует отметить, что при проведении тягово-динамических расчетов при скоростях движения меньших 40 км/ч силой сопротивления воздуха пренебрегают ввиду ее малой величины.

Сила инерции ()

Сила инерции () поступательного движения выражается через величину ее массы и поступательного ускорения по формуле:

для автомобиля

(9)

для прицепа

(10)

где m - масса машины;

m^’- масса прицепа.

Сила тяги на крюке ()

В общем случае сила тяги на крюке вследствие особенностей конструкции тягово-сцепного устройства направлена под углом к дороге, но обычно этот угол не превышает 7-10⁰, поэтому можно считать, что сила тяги на крюке параллельна дороге.

Силу тяги на крюке можно найти, если спроектировать на ось Х-Х все силы, действующие на прицеп и направленные против движения.

(11)

Все эти слагаемые определяются по тем же формулам, что для автомобиля, но силу сопротивления воздуха можно брать приблизительно 1/3 от силы сопротивления воздуха машины.

Дата добавления: 2014-01-13