Mechanika toczenia koła

Mechanika toczenia koła, Samochody i motoryzacja, poradniki sam castrol

[ Pobierz całość w formacie PDF ]
Partner konkursu
MECHANIKA TOCZENIA KOŁA
Zagadnienie mechaniki ruchu koła jest jednym z podstawowych i trudniejszych w całej dynamice po-
jazdu. Zależnie od potrzeb, stopień komplikacji modelu odzwierciedlającego rzeczywiste koło może być
maksymalnie uproszczony lub tak skomplikowany, że do rozwiązania równań matematycznych, które go
opisują, wymagany będzie komputer o dużej zdolności obliczeniowej.
Z konieczności, przedstawiony niżej materiał dotyczyć będzie jedynie rozważań wstępnych związanych
z równaniem ruchu koła i niezbędnych do przybliżenia problematyki współczynnika oporu toczenia.
Koło ogumione pojazdu znajdujące się na nawierzchni płaskiej i równej daje się przedstawić jak na ry-
sunku niżej.
Z
X U
M
M
p
P
Koło takie jest pchane lub ciągnione przez przyłożenie do osi koła siły X, przenosi określone obciążenia
wynikające z obciążenia całego pojazdu, jak również moment napędowy wynikający z napędzania koła,
obracając się o kąt
ϕ
.
Występujące siły i momenty sił to
X, Z, M, M
p
, P, U
daje się opisać następująco:
X
- siła “pchająca” lub hamująca,
Z
- obciążenie pionowe osi koła,
M
- moment napędzający/hamujący,
M
p
- moment reakcji pochodzący “od nawierzchni”,
 Partner konkursu
P
- siła obciążająca nawierzchnię,
U
- siła obwodowa w “śladzie” kontaktu koła z nawierzchnią,
I
k
- moment bezwładności koła,
m
k
- masa koła, r - promień koła.
Doświadczalnie stwierdzono, że opór toczenia zależny jest liniowo od siły nacisku koła na na- wierzchnię
P
, a zależność daje się zapisać następująco:
X
t
= f
t
P
gdzie
f
t
nazywamy współczynnikiem oporu toczenia.
Przedstawione wyżej zależności najlepiej zilustrować na rysunku; patrz rys. 19.
Z wyprowadzonych zależności i rozkładu sił przedstawionych na rys. 19 wynika, że współczynnik opo-
ru toczenia powoduje przesunięcie siły reakcji nawierzchni działającej na koło w kierunku uchu koła.
Zjawisko to podczas ruchu pojazdu po płaskiej równej i twardej nawierzchni jest praktycznie nie do
zaobserwowania.
Dobrym przybliżeniem i przykładem ułatwiającym zrozumienie zjawiska przesunięcia siły reakcji może
być ruch koła po nawierzchni odkształcającej się w niewielkim stopniu ( np.
warstwa błota na nawierzchni utwardzonej ) jak to pokazano na rysunku niżej.
Kierunek ruchu ko³a
e
P
 Partner konkursu
Kierunek ruchu ko³a
e
P
Poruszające się (obracające się) koło “toczy przed sobą” odkształcającą się warstwę nawierzchni; im
większy jest stopień odkształcenia tej warstwy tym bardziej do przodu przesuwa się reakcja nawier-
zchni.
Z powyższych rozważań wynika, że współczynnik oporu toczenia powinien zmieniać się zależnie od
rodzaju nawierzchni, po której toczy się koło; tak jest istotnie, a wiele źródeł literaturowych podaje takie
zestawienia w postaci tabel. Fragmenty takiego zestawienia prezentuje tabela niżej.
Rodzaj nawierzchni ft
Gładki asfalt
0,010
Gładki beton
0,011
Szorstki beton
0,014
Kostka kamienna (dobra) 0,015
Kostka kamienna (zła) 0,033
Droga polna (dobra) 0,045
Droga polna (zła) 0,160
Sypki piasek
0,15-0,13
Trzeba również podkreślić, że podane wartości odnoszą się do określonej konstrukcji opon i ustalonej
wartości ciśnienia pompowania opony.
 Partner konkursu
Uzasadnienie zmian współczynnika oporu toczenia od konstrukcji opony najlepiej przedstawić w postaci
uproszczonego modelu zastępczego opony.
Model ten zakłada, że opona może być przedstawiona w postaci elastycznej i odkształcającej się obręczy
połączonej z osią obrotu za pomocą elementów sprężystych i tłumiących. Własności opony są więc
zależne od “spężystości” sprężyn i “elastyczności”
tłumików.
Współczynnik przyczepności
Maksymalna siła obwodowa, jaką koło może uzyskać na nawierzchni wyrażona jest prostą zależnością:
X
max
=
μ
1
Z
(1,2)
gdzie :
μ
- jest współczynnikim przyczepności ( proporcjonalności ).
Współczynnik
μ
1
nazywany jest również współczynnikiem przyczepności przylgowej, ponieważ odnosi
się do sytuacji, w której koło “toczy się po nawierzchni i dobrze do niej przylega”.
Współczynnikprzyczepnościprzylgowejcharakteryzuje“typowe”warunkiwspółpracykołaznawierzchnią,
kiedyniewystępujeanipoślizgkołapodczasgwałtownegoruszaniazmiejscaaniślizganiesięwystępujące
przy gwałtownym hamowaniu.
Właściwe zrozumienie znaczenia różnic w rozwjanych siłach przyczepności uzyskiwanych dla
współczynników przyczepności: przylgowego i poślizgowego powinno ułatwić zestawienie wartości
współczynników
μ
1
i
μ
2
przedstawione w tabeli niżej.
Tabela
Beton
Asfalt
Gładkilód
suchy mokry suchy mokry -
-
przylgowy 1,19 0,99 1,22 1,10 0,45 0,25
poślizgowy 0,95 0,73 1,03 0,90 0,43 0,16
 Partner konkursu
Wartości skrajne różnią się od siebie prawie 10-krotnie, i o tyleż razy różnić się będą między sobą
wartości siły X rozwjane pomiędzy kołem a nawierzchnią. Istotne jest również podanie informacji, że
przedstawione wartości zostały wyznaczone doświadczalnie dla prędkości poruszania się koła v = 30
km/h; przy większych prędkościach koła różnice te mogą być jeszcze większe.
  [ Pobierz całość w formacie PDF ]

zanotowane.pl

doc.pisz.pl

pdf.pisz.pl

sylwina.xlx.pl