Сила сопротивления подъему автомобиля формула

Сопротивления при качении и подъеме.

Сила сопротивления качению автомобиля вызывается деформацией опорной поверхности дороги и шин. Ее определяют как произведение нормальной суммарной реакции опорной поверхности, действующей на колеса автомобиля с весом G(G·cos α), на коэффициент сопротивления качения f:

Р_f = G·cos α·f .

При движении по усовершенствованным дорогам, продольные уклоны которых не превышают 15 0 , cos α ≈1. В этом случае силу сопротивления качению можно принять, равной:

С помощью коэффициента сопротивления качению f оценивают сопротивления, характеризуемые дорожным покрытием, его типом и состоянием.

Определение сопротивления качению автомобиля проводят из условия его движения по дороге при использовании стандартных шин в нормальном техническом состоянии (рекомендуемое давление воздуха в шине и требуемая высота протектора). Допускаемая нагрузка автомобиля при этом не должна превышать допустимую величину по ГОСТ.

С изменением скорости движения автомобиля величина f не остается постоянной, а меняется, например, согласно следующей зависимости:

.

За f₀ принимается величина, соответствующая скорости движения автомобиля v, не превышающей 20 км/ч. Для оговоренных выше условий движения значение f₀ находится в интервале: f₀ = 0,012…0,016 (для асфальтированных дорог) и f₀ = 0,025…0,035 (для грунтовых укатанных дорог).

Сила сопротивления подъему Р_h, действующая на машину при движении по наклонному участку, равна составляющей силы тяжести (веса), параллельной плоскости подъема:

Р_h = G·sin α = m·g·sin α,

G, m — вес и масса машины соответственно, g — ускорение свободного падения (9,81 м/с 2 ) , α — угол подъема.

При движении автомобиля под уклон сила Р_h совпадает с направлением тяговой силы Р_к. Таким образом, в зависимости от условий движения автомобиля сила Р_h может быть и силой сопротивления и силой, движущей автомобиль.

Сумму сил сопротивления качению и подъему называют суммарной силой дорожного сопротивления Р_ψ:

ψ – коэффициент дорожного сопротивления: ψ = f + sin α.

В общем виде выражения для силы дорожного сопротивления имеет вид:

Р_ψ = m·g·f ·cos α + m·g ·sin α = m·g(f ·cos α + sin α).

Допустимо использовать упрощенное выражение в пределах углов подъема до 15 0 , принимая cos α

Р_ψ = m·g·f + m·g ·sin α = m·g(f + sin α) = G(f + sin α).

Сила сопротивления воздуха Р_w обусловлена трением в прилегающих к поверхности автомобиля слоях воздуха, сжатием воздуха движущейся машиной, разрежением за машиной и вихреобразованием в окружающих автомобиль слоях воздуха. Основную часть всей силы сопротивления воздуха составляет лобовое сопротивление, которое зависит от лобовой площади (наибольшей площади поперечного сечения машины).

Для определения силы сопротивления воздуха используют зависимость:

где с_х – коэффициент, характеризующий форму тела и аэродинамическое качество машины;

ρ — плотность воздуха;

F — лобовая площадь машины (площадь проекции на плоскость, перпендикулярную продольной оси);

v — скорость движения машины;

n — показатель степени (для скоростей движения автомобилей принимается равным 2).

Для условий работы автомобиля плотность воздуха изменяется мало. Заменив произведение (0,5·с_х·ρ) , через к_w, получим:

где к_w – коэффициент сопротивления воздуха; по определению он представляет собой удельную силу в Н, необходимую для движения в воздушной среде тела данной формы с лобовой площадью 1 м 2 со скоростью 1 м/с.

Величину к_w , равную половине произведения плотности воздуха (ρ = 1,24…1,26 кг/м 3 ) на коэффициент обтекаемости c_x , можно подсчитать как:

Произведение к_w ·F называют фактором сопротивления воздушной среды или фактором обтекаемости, характеризующим размеры и форму автомобиля в отношении свойств обтекаемости (его аэродинамические качества).

Значения аэродинамических коэффициентов c_x и к_w и площади наибольшего поперечного (миделевого) сечения автомобиля F принимают из приведенной ниже таблице 1.

Источник статьи: http://studopedia.ru/14_6690_soprotivleniya-pri-kachenii-i-pod-eme.html

Силы действующие на автомобиль при движении

Схема сил действующих на ведущее колесо

На движущийся автомобиль действует ряд сил, часть из которых направлена по оси движения автомобиля, а часть — под углом к этой оси. Условимся называть первые из этих сил продольными, а вторые боковыми.

Рис. Схема сил действующих на ведущее колесо.
а — состояние неподвижности; б — состояние движения

Продольные силы могут быть направлены как по ходу, так и против хода движения автомобиля. Силы, направленные по ходу движения, являются движущимися и стремятся продолжить движение. Силы, направленные против хода движения, являются силами сопротивления и стремятся остановить автомобиль.

На автомобиль, движущийся по горизонтальному и прямому участку дороги, действуют следующие продольные силы:

• тяговая сила
• сила сопротивления воздуха
• сила сопротивления качению

При движении автомобиля в гору возникает сила сопротивления подъему, а при разгоне автомобиля—сила сопро­тивления разгону (сила инерции).

Тяговая сила

Сила сцепления колес с дорогой

У легковых автомобилей полный вес рас­пределяется по осям примерно поровну. Поэтому сцепной вес его можно принять равным 50% полного веса. У грузовых автомоби­лей при полной их на­грузке сцепной вес (вес, приходящийся на заднюю ось) составляет примерно 60—70% полного веса.

Величина коэффициента сцепления имеет большое значение для эксплуатации автомобиля и безопасности движения, так как от него зависят проходимость автомобиля, тормозные качества, возможность, пробуксовки и заноса ведущих колес. При незначи­тельном коэффициенте сцепления трогание автомобиля с места со­провождается пробуксовкой, а торможение — скольжением колес. В результате автомобиль иногда не удается тронуть с места, а при торможении происходит резкое увеличение тормозного пути и возникновение заноса.

На асфальтобетонных покрытиях в жаркую погоду на поверх­ность выступает битум, делая дорогу маслянистой и более скольз­кой, что снижает коэффициент сцепления. Особенно сильно снижается коэффициент сцепления при смачивании дороги первым дождем, когда образуется еще не смытая пленка жидкой грязи. Заснежённая или обледенелая дорога особенно опасна в теплую погоду, когда поверхность подтаивает.

При увеличении скорости движения коэффициент сцепления снижается, в особенности на мокрой дороге, так как выступы ри­сунка протектора шины не успевают продавливать пленку влаги.

Исправное состояние рисунка протектора шины имеет большое значение при движении по грунтовым дорогам, снегу, песку, а также по дорогам с твердым покрытием, по покрытым пленкой грязи или воды. Благодаря наличию выступов рисунка опорная площадь шины уменьшается и, следовательно, возрастает удельное давление на поверхность дороги. При этом легче продавливается грязевая пленка и восстанавливается контакт с дорожным покрытием, а на легком грунте происходит непосредственное зацепление выступов рисунка за грунт.

Повышенное давление воздуха в шине уменьшает ее опорную поверхность, вследствие чего удельное давление возрастает на­столько, что при трогании с места и при торможении может произойти разрушение резины и сцепление колес с дорогой уменьшается.

Таким образом, величина коэффициента сцепления зависит от многих условий и может изменяться в довольно значительных пределах. Так как много дорожно-транспортных происшествий происходит из-за плохого сцепления, то водители должны уметь приблизительно оценивать величину коэффициента сцепления и выбирать скорость движения и приемы управления в соответствии с ним.

Сила сопротивления воздуха

• лобового сопротивле­ния (около 55—60% всего сопротивления воздуха)
• создаваемого выступающими частями—подножками автобуса или автомобиля, крыльями (12—18%)
• возникающего при прохождении воздуха через радиатор и подкапотное пространство (10—15%) и др.

Передней частью автомобиля воздух сжимается и раздвигает­ся, в то время как в задней части автомобиля создается разреже­ние, которое вызывает образование завихрений.

Сила сопротивления воздуха зависит от величины лобовой, поверхности автомобиля, его формы, а также от скорости движе­ния. Лобовую площадь грузового автомобиля определяют как произведение колеи (расстояние между шинами) на высоту авто­мобиля. Сила сопротивления воздуха возрастает пропорционально квадрату скорости движения автомобиля (если скорость возра­стает в 2 раза, то сопротивление воздуха увеличивается в 4 раза).

Для улучшения обтекаемости и уменьшения сопротивления воздуха ветровое стекло автомобиля располагают наклонно, а вы­ступающие детали (фары, крылья, ручки дверей) устанавливают заподлицо с внешними очертаниями кузова. У грузовых автомоби­лей можно уменьшить силу сопротивления воздуха, закрыв грузо­вую платформу брезентом, натянутым между крышей кабины и задним бортом.

Сила сопротивления качению

Сила сопротивления качению равна произведению полного веса автомобиля на коэффициент сопротивления качению шин, который зависит от давления воздуха в шинах и качества дорожного покрытия. Вот- некоторые значения коэффициента сопротивления качению шин:

• для асфальтобетонного покрытия— 0,014—0,020
• для гравийного покрытия—0,02—0,025
• для песка—0,1—0,3

Сила сопротивления подъему

При движении на подъем автомобиль испытывает дополнитель­ное сопротивление, которое зависит от угла наклона дороги к гори­зонту. Сопротивление подъему тем больше, чем больше вес автомобиля и угол наклона дороги. При подъезде к подъему необходимо правильно оценить возможности преодоления подъема. Если подъем непродолжительный, его преодолевают с разгоном автомобиля перед подъемом. Если подъем продолжительный, его преодолевают на пониженной передаче, переключившись на нее у начала подъема.

При движении автомобиля на спуске сила сопротивления подъему направлена в сторону движения и является движущей силой.

Источник статьи: http://ustroistvo-avtomobilya.ru/teoriya/sily-dejstvuyushhie-na-avtomobil-pri-dvizhenii/

Сила сопротивления подъему

Вес автомобиля, который движется на подъеме, можно разло­жить на две составляющие (см. рис. 3.12): параллельную и перпен­дикулярную поверхности дороги. Составляющая силы тяжести, параллельная поверхности дороги, представляет собой силу со­противления подъему, Н:

где G — вес автомобиля, Н; α — угол подъема, °.

Рис. 3.16. Зависимости силы сопро­тивления подъему Р_п и мощности N_п, необходимой для его преодоле­ния, от скорости автомобиля

В качестве характеристики кру­тизны подъема наряду с углом α используют величину i, называе­мую уклоном и равную i = Н_п/B_п , где Н_п — высота подъема; В_п — длина его проекции на горизон­тальную плоскость. Сила сопротивления подъему может быть направлена как в сто­рону движения, так и против него. В процессе подъема она дей­ствует в направлении, противоположном движению, и является силой сопротивления движению. При спуске эта сила, направлен­ная в сторону движения, становится движущей.

Зная силу сопротивления подъему, можно определить мощ­ность, кВт, необходимую для преодоления этого сопротивления:

,

где v — скорость автомобиля, м/с.

Зависимости силы сопротивления подъему Р_п и мощности N_п, необходимой для преодоления этого сопротивления, от скорости автомобиля v приведены на рис. 3.16.

Сила сопротивления дороги

Сила сопротивления дороги представляет собой сумму сил со­противления качению и сопротивления подъему:

Выражение в скобках, характеризующее дорогу в общем слу­чае, называется коэффициентом сопротивления дороги:

ψ = f cos α + sin α.

При малых углах подъема (не превышающих 5°), характерных для большинства автомобильных дорог с твердым покрытием, ко­эффициент сопротивления дороги

Рис. 3.17. Зависимости силы сопро­тивления дороги Р_д и мощности N_д , затрачиваемой на его преодоление, от скорости автомобиля

Сила сопротивления дороги в этом случае

Зная силу сопротивления доро­ги, можно определить мощность, кВт, необходимую для его преодо­ления:

,

где скорость автомобиля v выражена в м/с, вес G – в Н, мощ­ность N_д — в кВт.

Зависимости силы сопротивления дороги Р_д и мощности N_д, затрачиваемой на его преодоление, от скорости автомобиля v представлены на рис. 3.17.

Сила сопротивления воздуха

При движении действие силы сопротивления воздуха обуслов­лено перемещением частиц воздуха и их трением о поверхность автомобиля. Если он движется при отсутствии ветра, то сила со­противления воздуха, Н:

тогда как при наличии ветра

где k_в — коэффициент сопротивления воздуха (коэффициент об­текаемости), Н·с 2 /м 4 ; F_a — лобовая площадь автомобиля, м 2 ; v — скорость автомобиля, м/с; v_в — скорость ветра, м/с (знак «+» со­ответствует встречному ветру, знак «–» — попутному).

Коэффициент сопротивления воздуха, зависящий от формы и качества поверхности автомобиля, определяется эксперимен­тально при продувке в аэродинамической трубе.

Коэффициент сопротивления воздуха, Н·с 2 /м 4 , составляет 0,2. 0,35 для легковых автомобилей, 0,35. 0,4 — для автобусов и 0,6. 0,7 — для грузовых автомобилей. При наличии прицепов со­противление воздуха увеличивается, так как возрастает наружная поверхность трения и возникают завихрения воздуха между тяга-

Рис. 3.18. Площади лобового сопротивления легкового (а) и грузового

чом и прицепами. При этом каждый прицеп вызывает увеличение коэффициента k_в в среднем на 15. 25 %.

Лобовая площадь автомобиля зависит от его типа (рис. 3.18). Ее приближенное значение, м 2 , можно вычислить по следующим фор­мулам:

F_a = BH_a — для грузовых автомобилей и автобусов;

где В — колея колес автомобиля, м; Н_а — наибольшая высота автомобиля, м; В_а — наибольшая ширина автомобиля, м.

Мощность, кВт, затрачиваемая на преодоление сопротивле­ния воздуха:

– при отсутствии ветра;

– при отсутствии ветра.

Зависимости силы сопротивления воздуха Р_в и мощности N_в , необхо­димой для преодоления этого сопро­тивления, от скорости автомобиля v приведены на рис. 3.19.

Рис. 3.19. Зависимости силы сопротивле­ния воздуха Р_в и мощности N_в , необхо­димой для преодоления этого сопротив­ления, от скорости автомобиля

Сила сопротивления разгону

Сила сопротивления разгону воз­никает вследствие затрат энергии на раскручивание вращающихся частей двигателя и трансмиссии, а также колес при движении автомобиля с ускорением.

Сила сопротивления разгону, Н:

,

Рис. 3.20. Зависимости силы сопротивления разгону Р_и и мощности N_и , необходимой для преодоления этого сопро­тивления, от скорости авто­мобиля

где G — вес автомобиля, Н; g — ус­корение силы тяжести, м/с 2 ; δ_вр — коэффициент учета вращающихся масс автомобиля; j — ускорение ав­томобиля, м/с 2 .

Мощность, кВт, затрачиваемая на разгон:

Зависимости силы сопротивления разгону Р_и и мощности N_и, необходимой для преодоления этого сопротивления, от скорости автомобиля v представлены на рис. 3.20.

Источник статьи: http://studfile.net/preview/6302380/page:13/