Рисс.10. Схема деформации эластичной шины под действием боковой силы.
силы сцепления колеса с опорной поверхностью, то из-за деформации эластичной шины будет иметь место явление её бокового увода, то есть отклонение зоны контакта шины с опорной поверхностью от плоскости вращения колеса на угол δ. Так называемый угол бокового увода.
Способность шины противостоять боковому уводу оценивают коэффициентом k сопротивления уводу:
k = Ук/ δ , кН/град,
где Ук - величина боковой реакции на колесе, кН;
δ - угол бокового увода, град.
Явление бокового увода проявляется преимущественно в случае движения на повороте с высокими скоростями на шинах, обладающих высокой эластичностью в боковом направлении. Поэтому указанное явление представляет интерес в основном для легковых автомобилей.
Величина коэффициента сопротивления боковому уводу k для современных легковых автомобилей варьируется в пределах k = 250…750 кН/град., а для грузовых k = 1150…1650 кН/град.
Рис.11. Поворот автомобиля с учетом боковой эластичности шин.
Как было показано выше, при жестких (недеформируемых в боковом направлении) колесах радиус поворота автомобиля однозначно определяется углом поворота управляемых колес α: R = L / α. С учетом эластичности шин кривизна (радиус поворота R') траектории движения автомобиля зависит не только от угла α поворота управляемых колес, но и от углов увода шин передних δ1 и задних δ2 колес (рис.11).
Вследствие изменения траектории движения мгновенный центр поворота автомобиля будет лежать не в точке О, а в точке О' и радиус поворота определится соотношением (рис.11):
.
Учитывая, что углы увода относительно невелики (5…100) и угол поворота передних колес при высокой скорости движения также небольшой, приближенно считают:
.
Если δ1 = δ2, то радиус поворота будет иметь то же значение, что и при жестких колесах, то есть R' = R. Если δ1 > δ2, то R' > R , то есть поворот за счет увода шин будет осуществляться по более пологой кривой, чем при жестких колесах. Если δ1 < δ2, то R' < R , то есть поворот за счет увода шин будет осуществляться по более крутой кривой, чем при жестких колесах.
При движении автомобиля на повороте разность (δ2 - δ1) зависит от коэффициентов сопротивления боковому уводу шин передних и задних колес к1 и к2, а также от перераспределения центробежной силы Рс между ними (соотношения продольных координат а и b центра массы автомобиля, см. рис.1), обуславливающего соответствующие боковые усилия У1 и У2 на колесах: G1/G = b/L; G2/G = а/L;
δ2 - δ1 = У2/к2 - У1/к2.= Рс [G2/(G·к2) - G1/(G·к1)] = Рс/G (G2/к2 - G1/к1).
Соотношения углов увода шин передних и задних колес автомобиля обуславливают его характеристику поворачиваемости, которая может быть: 1) недостаточной и 2) излишней.
О2
ωа
v2 Рс
цм v1
Рw δ1
δ2 Рс v1
v2
ωа цм
δ2
Рw δ1
а) б)
О1
Рис.12. Схема увода автомобиля на прямом участке дороги под действием боковой силы ветра Рw:
а) – автомобиль с излишней поворачиваемостью (δ1< δ2);
б) – автомобиль с недостаточной поворачиваемостью (δ1 > δ2).
Например, при движении на прямом участке дороги автомобиль с недостаточной поворачиваемостью (δ1 > δ2) под действием боковой силы (например, ветра) Рw вследствие бокового увода шин стремится совершить поворот относительно мгновенного центра поворота О2 (рис.12 - б). Однако в этом случае движение автомобиля остается устойчивым при любых скоростях благодаря тому, что возникающая центробежная сила Рс направлена в сторону, противоположную боковой силе Рw. Это создает боковой увод шин в направлении, обратном уводу, вызванному действием силы Рw.
Когда автомобиль обладает излишней поворачиваемостью (δ1< δ2), даже при его движении на прямолинейном участке боковой увод шин изменяет направление движения автомобиля так, что центр поворота О1 располагается со стороны действия боковой силы Рw (рис.12- а). Движение автомобиля при этом является неустойчивым вследствие того, что направление боковой силы и центробежной силы совпадают (рис.12 - а). При чем, с ростом скорости автомобиля эта неустойчивость будет проявляться более интенсивно, так как центробежная сила возрастает пропорционально квадрату скорости.
Самопроизвольное уменьшение радиуса поворота автомобиля при этом можно прекратить, если повернуть рулевое колесо в сторону, противоположную повороту машины.
Грузовые автомобили со сдвоенными задними колесами обладают недостаточной поворачиваемостью, так как боковая деформация (угол увода) передних колес больше (δ1 > δ2). Для легковых автомобиле с целью обеспечения недостаточной поворачиваемости подбирают соответствующим образом давление в шинах передних и задних колес, распределяют вес между передним и задним мостами, изменяют конструкцию подвески автомобиля.
Большое влияние на управляемость оказывает боковой (особенно порывистый) ветер. Сила ветра Рw приложена в точке с, представляющей собой боковой центр парусности или точку приложения равнодействующей аэродинамических сил. Мысленно перемещая точку приложения силы бокового ветра вдоль автомобиля, можно найти такое её положение, при котором углы бокового увода шин передних и задних колес будут равны между собой δ1 = δ2. Это положение точки носит название центра боковых реакций У1 и У2 . Рассмотрим три варианта расположения бокового центра парусности.
1. Расположение бокового центра парусности позади центра боковых реакций обуславливает условие, при котором имеет место неравенство δ1< δ2 , и составляющая центробежной силы Рс, перпендикулярная продольной оси автомобиля, действует в ту же сторону, что и сила ветра. Это приводит к ухудшению управляемости автомобиля, который в этом случае по своим свойствам аналогичен автомобилю, имеющего характеристику излишней поворачиваемости.
2. Предположим, что боковой центр парусности находится впереди центра боковых реакций. Тогда δ1 > δ2 и боковая составляющая центробежной силы Рс направлена в противоположную сторону по отношению к силе ветра Рw. Эти силы создают момент, нарушающий управляемость автомобиля, хотя последний и будет в данном случае иметь недостаточную поворачиваемость.
3. Третий возможный случай – совпадение бокового центра парусности и центра боковых реакций. В этом случае δ1 = δ2 и автомобиль имеет наилучшую управляемость.
Для улучшения аэродинамической устойчивости автомобиля его боковой цент парусности иногда искусственно смещают назад, благодаря применению специальных килей в задней части автомобиля, увеличивающих боковую поверхность. Аэродинамические кили обычно применяются на гоночных автомобилях.
Большинство современных автомобилей имеют недостаточную поворачиваемость δ1 - δ2 = 1…1,50 при относительной величине центробежной силы Рс /G = 0,3…0,4. Недостаточная поворачиваемость, выходящая за указанные пределы, может затруднить выполнение поворота, повышает сопротивление качению и износ шин. Боковой увод шин на 3…50 повышает сопротивление качению в 1,5…2,5 раза.
На боковой увод шин влияет и конструкция подвески автомобиля. При независимой подвеске, выполненной из двух сочлененных поперечных рычагов (наиболее типичная конструкция), на повороте происходит наклон колес и кузова до 5…70, что соответствует боковому уводу шин примерно на 10.
Подвеска на одном поперечном рычаге вызывает наклон колес в сторону противоположную действия боковой силы, и, следовательно, уменьшает боковой увод шин. Зависимая подвеска дает минимальный наклон колес.
Дата добавления: 2021-05-28; просмотров: 307;