Статический радиус колеса автомобиля

Радиусы эластичного колеса

В общем случае колесо автомобиля состоит из жесткого обода, эластичных боковин и контактного отпечатка. Контактный отпечаток шины представляет собой элементы шины, контактирующие с опорной поверхностью в рассматриваемый момент времени. Его форма и размеры зависят от типа шины, нагрузки на шину, давления воздуха, деформационных свойств опорной поверхности и ее профиля.

В зависимости от соотношения деформаций колеса и опорной поверхности возможны следующие виды движения:

— эластичного колеса по недеформируемой поверхности (движение колеса по дороге с твердым покрытием);

— жесткого колеса по деформируемой поверхности (движение колеса по рыхлому снегу);

— деформируемого колеса по деформируемой поверхности (движение колеса по деформируемому грунту, рыхлому снегу с пониженным давлением воздуха).

В зависимости от траектории возможны прямолинейное и криволинейное движения. Заметим, что сопротивление криволинейному движению превышает сопротивление прямолинейному. Это особенно касается трехосных автомобилей с балансирной задней тележкой. Так, при движении трехосного автомобиля по траектории с минимальным радиусом на дороге с высоким коэффициентом сцепления остаются следы от шин, с выхлопной трубы идет черный дым, резко увеличивается расход топлива. Все это является следствием возростания сопротивления криволинейному движению в несколько раз по сравнению с прямолинейным.

Ниже нами рассмотрены радиусы эластичного колеса для частного случая- при прямолинейном движении колеса на недеформируемой опорной поверхности.

Существуют четыре радиуса автомобильного колеса:

1) свободный; 2) статический; 3) динамический; 4) радиус качения колеса.

Свободный радиус колеса — характеризует размер колеса в ненагруженном состоянии при номинальном давлении воздуха в шине. Этот радиус равен половине наружного диаметра колеса

где r_c – свободный радиус колеса в м;

Д_н – наружный диаметр колеса в м, который определяется экспериментально при отсутствии контакта колеса с дорогой и номинальном давлении воздуха в шине.

В практике этот радиус используется конструктором для определения габаритных размеров автомобиля, зазоров между колесами и кузовом автомобилем при его кинематике.

Статический радиус колеса – расстояние от опорной поверхности до оси вращения колеса на месте. Определяется экспериментально или рассчитывается по формуле

где r_cт – статический радиус колеса в м;

d – посадочный диаметр обода колеса в м;

l_z— коэффициент вертикальной деформации шины. Принимается для тороидных шин l_z=0,85…0,87; для шин регулируемого давления l_z=0,8…0,85;

Н – высота профиля шины в м.

Динамический радиус колеса r_d – расстояние от опорной поверхности до оси вращения колеса во время движения. При движении колеса по твердой опорной поверхности с малой скоростью в ведомом режиме принимается

Радиус качения колеса r_к – путь, проходимый центром колеса, при его повороте на один радиан. Определяется по формуле

r_к = ,

где S – путь, проходимый колесом за один оборот в м.;

2p — число радиан в одном обороте.

При качении колеса на него могут действовать крутящий М_кр и тормозной М_т моменты. При этом крутящий момент уменьшает радиус качения, а тормозной – увеличивает.

При движении колеса юзом, когда имеется путь и отсутствует вращение колеса, радиус качения стремится к бесконечности. Если происходит буксование на месте, тогда радиус качения равен нулю. Следовательно, радиус качения колеса изменяется от нуля до бесконечности.

Экспериментальная зависимость радиуса качения от приложенных моментов представлена на рис.3.1. На графике выделим пять характерных точек: 1,2,3,4,5.

Точка 1 – соответствует движению колеса юзом при приложении тормозного момента. Радиус качения в этой точке стремится к бесконечности. Точка 5- соответствует буксованию колеса на месте при приложении крутящего момента. Радиус качения в этой точке приближается к нулю.

Участок 2-3-4 – условно ли-нейный, а точка 3 соответствует радиусу r_ко при качении колеса в ведомом режиме.

Радиус качения колеса на этом линейном участке определяется по формуле

где l_т – коэффициент тангенциальной эластичности шины;

M — приложенный к колесу момент в Н.м.

Знак « + » брать, если к колесу приложен тормозной момент, а знак « — » — если крутящий.

На участках 1-2 и 4-5 не существует зависимостей для определения радиуса качения колеса.

Для удобства изложения материала в дальнейшем введем понятие «радиус колеса» r_к,, имея ввиду следующее: если определяются параметры кинематики автомобиля (путь, скорость, ускорение), то под радиусом колеса понимается радиус качения колеса; если определяются параметры динамики (сила, момент), то под этим радиусом понимается динамический радиус колеса r_d . С учетом принятого в дальнейшем динамический радиус и радиус качения будет обозначаться r_к,

Дата добавления: 2016-05-11 ; просмотров: 4073 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник статьи: http://helpiks.org/8-11370.html

Радиусы автомобильного колеса

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ КОЛЕСА С ОПОРНОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ

ВВЕДЕНИЕ

Теория автомобиля представляет собой научную дисциплину, изучающую эксплуатационные свойства автомобиля, а также расчетные и экспериментальные методы определения этих свойств. Теория автомобиля имеет большое значение для повышения научно технических знаний автомобильного инженера-механика.

В данной дисциплине рассматривают эксплуатационные свойства, непосредственно связанные с движением автомобиля. К ним относят динамичность, топливную экономичность, тормозные свойства, управляемость, маневренность, устойчивость, проходимость и плавность хода автомобиля. Остальные эксплуатационные свойства (вместимость, прочность, приспособленность автомобиля к техническому обслуживанию, ремонту и т.д.) рассматриваются в других курсах.

Значение данных свойств необходимо для различных типов автомобилей. Для автомобиля, работающего в городе, наиболее важны динамичность, топливная экономичность, тормозные свойства, а вопросы устойчивости и проходимости второстепенны. Для гоночного первостепенное значение имеет динамичность, устойчивость, управляемость, тормозные свойства. Таким образом, цель теории автомобиля, как научной дисциплины состоит в повышении производительности и экономичности, обеспечении необходимой безопасности и создании удобств для водителей и пассажиров.

Основные положения теории автомобилей как науки были разработаны академиком Е.А. Чудаковым и сформулированны в учебнике «Теория автомобилей», впервые вышедшем в 1935 г. В последующем отдельные разделы теории автомобилей получили дальнейшее развитие в трудах многих советских и зарубежных ученых.

Совершенствование методов расчета тягово-динамических и топливно-экономических свойств автомобиля нашло отражение в трудах Зимелева Г.В., Фалькевича Б.С., Яковлева Н.А. Вопросы управляемости и устойчивости автомобиля разрабатывались Литвиновым А.С., Певзнером Я.М., методы расчетов плавности хода автомобиля и обоснование выбора параметров автомобиля как колебательной системы – Ротенбергом Р.В., Певзнером Я.М. и др.. В работах Бухарина И.А., Фрумкина А.К. изложены методы расчета тормозной динамики автомобиля. Большой вклад в развитие теории автомобиля сделали зарубежные ученые М. Мичке, Дж. Вонг, В. Камм, А. Янте и другие.

Все силы, действующие на автомобиль со стороны дороги, передаются через колеса. Радиус колеса, снабженного пневматической шиной, в зависимости от веса груза, режима движения, внутреннего давления воздуха, износа протектора, может изменяться.

У колес различают следующие радиусы:

1) свободный; 3) динамический;

2) статический; 4) кинематический.

Свободный радиус (r_св) — это расстояние от оси неподвижного и ненагруженного колеса до наиболее удаленной части беговой до­рожки. Для одного и того же колеса величина Rсв зависит только от величины внутреннего давления воздуха в шине.

Статический радиус (r_ст) — это расстояние от центра неподвижного колеса, нагруженного только нормальной силой, до опорной плоскости. Значение статического радиуса меньше свободного на величину радиальной деформации:

где h_z = R_z/С_ш — радиальная (нормальная) деформация шины, м;

R_z — нормальная реакция дороги, Н;

С_ш — радиальная (нормальная) жесткость шины, Н/м.

Радиальная жесткость шины зависит от ее конструкции и внутреннего давления воздуха. Если известна зависимость С_ш от р_ш, то величину деформации шины можно определить при любом внутреннем давлении воздуха. При номинальном давлении воздуха и нагрузке значение статического радиуса колеса можно найти по формуле:

где d_o — диаметр обода колеса, м;

Н_ш — высота профиля шины в свободном состоянии, м;

l_ш — коэффициент радиальной деформации шины.

Для шин обычного профиля, а также широкопрофильных шин l_ш = 0,10 — 0,15; для арочных и пневмокатков l_ш =0,20 — 0,25. Номинальное значение r_ст колеса применительно к номинальной нагрузке и внутреннему давлению воздуха указывается в технической характеристике шины.

Динамический радиус (r_д) — это расстояние от центра катящегося колеса до опорной плоскости. Величина r_д зависит в основном от внутреннего давления воздуха в шине, вертикальной нагрузки на колесо и скорости его движения. При увеличении скорости автомобиля динамический радиус несколько возрастает, что объясняется растяжением шины центробежными силами инерции.

Кинематический радиус (r_к) — это радиус условного не дефомирующегося катящегося без скольжения колеса, которое имеет с данным эластичным колесом одинаковые угловую и линейную скорости:

Величину r_к определяют опытным путем, для этого замеряют путь S, проходимый автомобилем за n_к полных оборотов:

где V_x — линейная скорость колеса;

w_к — угловая скорость колеса;

t — время движения.

Разница между радиусами r_д и r_к обусловлена наличием проскальзывания в области контакта шины с дорогой. В случае полного буксования колеса путь, проходимый колесом равен нулю S = 0, а следовательно r_к = 0. Во время скольжения заторможенных невращающихся (блокированных) колес, т.е. при движении юзом , n_к = 0 и r_к ® ¥. При движении автомобиля по дорогам с твердым покрытием и хорошим сцеплением приближенно принимают r_к = r_д = r_с = r.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник статьи: http://studopedia.su/7_48774_radiusi-avtomobilnogo-kolesa.html

Основные сведения по подбору и эксплуатации автомобильных колёс

Несколько лет назад мы подготовили материал из серии своеобразного «автоликбеза», посвящённый автомобильным колёсам, без которых невозможно движение ни одного автомобиля в мире. Однако опять наступил апрель – буйный период массовой сезонной переобувки. И мы вновь возвращаемся к теме шин и дисков, где не только повторим основные моменты, но и постараемся уточнить и дополнить полезную для самых разных автомобилистов информацию.

В этом материале мы постарались сгенерировать краткое справочное пособие, в котором сгруппировали основные сведения, касающиеся подбора и эксплуатации автомобильных колёс. Мы дополнили информацию некоторыми новыми деталями, разобрали характерные заблуждения и ошибки, ответили на часто задаваемые вопросы и приправили всё это некоторыми наблюдениями, полученными в ходе многочисленных «шинных» спецпроектов нашего издания. В принципе, мы старались охватить вопросы, связанные со всеми типоразмерами шин – от «малых легковых» до «больших грузовых». Начнём с основных принципов крепления колеса.

Посадочные и монтажные данные

Основной параметр, который определяет крепление колёсного диска к ступице – расстояние между центрами крепёжных отверстий, в международной классификации он называется PSD, иногда применяют термин сверловка колеса. Вместе с межцентровым расстоянием одновременно указывается количество крепёжных отверстий, например 4х101,2. Это означает, что колёсный диск имеет четыре отверстия с межцентровым расстоянием 101,2 мм, т. е. 101,2 мм есть диаметр условной окружности, проходящей через центры крепёжных отверстий. Значения PSD стандартизированы по принципу рядов предпочтительных чисел, а значит этот параметр может совпадать на автомобилях разных марок и моделей. Иногда встречаются колёсные диски с очень близкими значениями PSD, например 4х98 или 4х100 мм. Пытаться установить на автомобиль диск, имеющий близкое, но не «родное» значение PSD – грубейшая ошибка. Самое безопасное последствие – повреждение крепёжных болтов или шпилек, дальше хуже – повреждение резьбы ступицы, неверная центровка колеса, приводящая к биению и повреждение диска, не подлежащее ремонту. Существует распространённое заблуждение, что центровка колёсного диска обеспечивается центральным отверстием. Нет! За это отвечает только крепёж! Проставочные кольца, часто входящие в комплект поставки некоторых унифицированных колёс, служат только для удобства установки.

Радиус и посадочный диаметр шины

Часто выражаются – «колёса такого-то радиуса». Посчитаем. Итак, например, «радиус» 22,5 дюйма – это примерно 57 см, т. е. диаметр только диска будет 114 см, добавьте к этому ещё высоту профиля шины с обеих сторон, получится суммарный диаметр колеса что-то около 160 см – это средний рост человека в позапрошлом веке, для образного восприятия объекта. Вот, оказывается, какие здоровенные колёса могут быть! Конечно же это ошибка: в маркировке указывается посадочный диаметр, т. е. внутренний размер шины или наружный диска. Многие ошибочно полагают, что буква R означает радиус шины, но это обозначение именно радиальной конструкции автошины. Бывает ещё диагональная конструкция (обозначается буквой D), но сегодня она мало распространена.

Индексы нагрузки автомобильных шин

Индекс	Нагрузка, кг	Индекс	Нагрузка, кг	Индекс	Нагрузка, кг	Индекс	Нагрузка, кг
50	190	70	335	90	600	110	1060
51	195	71	345	91	615	111	1090
52	200	72	355	92	630	112	1120
53	206	73	365	93	650	113	1150
54	212	74	375	94	670	114	1180
55	218	75	387	95	690	115	1215
56	224	76	400	96	710	116	1250
57	230	77	412	97	730	117	1285
58	236	78	425	98	750	118	1320
59	243	79	437	99	775	119	1360
60	250	80	450	100	800	120	1400
61	257	81	462	101	825	121	1450
62	265	82	475	102	850	122	1500
63	272	83	487	103	875	123	1550
64	280	84	500	104	900	124	1600
65	290	85	515	105	925	125	1650
66	300	86	530	106	950	126	1700
67	307	87	545	107	975	127	1750
68	315	88	560	108	1000	128	1800
69	325	89	580	109	1030	129	1850

Статический и динамический радиус, профиль и ширина

На один и тот же автомобиль в зависимости от комплектации, мощностной настройки двигателя, уровня базового оснащения, могут быть установлены диски разного посадочного диаметра. Соответственно высота и ширина профиля шины могут отличаться. Статический радиус колеса – постоянная величина, заданная конструкторской документацией. Динамический радиус изменяется постоянно с каждым оборотом колеса в процессе движения автомобиля. На эту величину влияет множество внешних факторов: нагрузка и её перераспределение, скорость, давление в шине, поперечный и продольный профиль дорожного покрытия, температура воздуха.

Маркировка типоразмеров шин на примере 245/45 R17 94 Н:

245 ширина шины в мм,

45 отношение высоты профиля к ширине 45%,

R шина с радиальным кордом,

17 диаметр колеса (диска) в дюймах,

94 индекс нагрузки, до 670 кг,

Н индекс скорости шины, до 210 км/ч

Профиль шины – величина относительная (см. нашу справку о маркировке автошин), что важно учитывать при подборе резины. Пример. Если вы вместо типоразмера 205/55 R16 захотите поставить автошины с размером 215/55 R16, то увеличится не только ширина покрышки, но и высота! Что в большинстве случаев недопустимо (за исключением, когда оба типоразмера предусмотрены конструкцией). Установка колёс увеличенного статического радиуса и ширины, если это не предусмотрено конструкцией, приведёт к тому, что в повороте и при длинном ходе подвески колесо может задевать различные конструктивные элементы автомобиля, и даже повредить их, к тому же «уедут» некоторые расчётные конструктивные параметры, такие как кастор, клиренс, удельное давление в пятне контакта, что скажется на управляемости, а показания спидометра будут заниженными. Установка колёс меньшего размера, что предусмотрено конструкцией, увеличит нагрузку на шины и снизит эксплуатационную надёжность, опять же пострадают кастор и дорожный просвет, а спидометр будет грешить в большую сторону. Теперь вспомним ещё об одном параметре колёсного диска, который именуется «вылет».

Индексы скорости автомобильных шин

Максимально допустимая скорость, км/ч	Буквенное обозначение
100	J
110	K
120	L
130	M
140	N
150	P
160	Q
170	R
180	S
190	T
200	U
210	H
240	V
270	W
300	Y
>240	Z или ZR

Вылет наоборот

Это довольно важный параметр, от которого опять же зависят управляемость автомобиля и срок службы ряда смежных компонентов. Вылет колеса обозначается буквами ЕТ и измеряется в мм, значение вылета, как правило, указывается на диске. Это расстояние от центральной плоскости обода до плоскости соприкосновения диска со ступицей. Чем это значение больше, тем сильнее колесо утоплено внутрь, к центру габаритной ширины, соответственно, чем меньше вылет, тем сильнее колёса выступают наружу из своих арок. Вылет – конструктивно расчётный параметр, определяющий плечо нагрузки на подшипники ступицы и геометрию траектории поворота. Использование колёс с неподходящим для данного автомобиля вылетом сокращает срок службы подшипников, меняет геометрическое значение колеи, что может повлиять на устойчивость, управляемость и проходимость легкового автомобиля. Для грузовика, особенно тяжёлого, конструктивная вариативность этого важного параметра уменьшается с ростом тоннажа техники, поэтому влияние вылета не так заметно, как на маленьких машинах. Но повышенный износ всё равно проявит себя, и опять же «неправильные» колёса могут в повороте цеплять неподвижные части авто, ограничивать конструктивно допустимые углы поворота управляемых колёс.

Из нашего опыта шинных проектов

За годы через наш журнал прошло несколько экспериментальных проектов, связанных с испытаниями и ходимостью автомобильных шин. Делимся наиболее интересными обобщёнными выводами и наблюдениями.

Только у самых маленьких грузовиков комплект шин насчитывает всего четыре штуки, не считая «запаски». Даже для переобувания «ГАЗели» потребуется комплект минимум из шести шин. Стандартному автопоезду с полуприцепом необходимо не менее 12 единиц, без учёта запасных, да ещё и адресованных для конкретных осей. А ведь случаются в нашей жизни и грузовики с колёсными формулами 10х4, которые тягают четырёхосные прицепы… Проведённые нами многочисленные испытания ходимости автомобильных шин однозначно свидетельствуют о том, что ни один комплект не дошёл до финиша без потерь, никак не связанных с качеством продукции. Отдельные шины в каждом из проектов были загублены непредсказуемыми дорожными обстоятельствами. Поэтому рекомендуем, особенно для автопарков, остановиться, если это возможно, на шинах одной марки – проще и дешевле обеспечить взаимозаменяемость.

Пробег качественных шин до полного износа у легковых автомобилей и грузовичков на их базе – около 70 000 км. Резина большегрузов живёт значительно дольше – до 400 000 км. Существуют модели шин, предназначенных для использования на рулевой оси седельного тягача или для осей полуприцепа. Целесообразно при достижении примерно 50% износа снимать такие шины с рулевой оси и переставлять на полуприцеп: шины служат тогда максимально долго и безопасность на высоте. Дело в том, что рулевая ось хоть и менее нагружена массой, но более чувствительна к регулировке углов установки колёс, плюс фактор рулевого управления дополнительно влияющий на износ при повороте пятна контакта. На типовом трёхосном полуприцепе наиболее нагружена средняя ось.

Шины ведущих осей в наших условиях выхаживают редко более 250 000 км. Формально их после такого пробега ещё можно использовать, даже протектор может оставаться в требуемой глубине, но сцепные свойства оставляют желать лучшего.

Грузовые «малыши» категории «В», несмотря на полную массу автомобиля до 3500 кг требуют установки шин с индексом «С» после маркировки посадочного диаметра. Это не индекс скорости, а обозначение усиленной конструкции для коммерческого транспорта. Такие шины дороже и отличаются менее «скоростным» рисунком протектора. Использование обычных шин подходящего типоразмера, даже если соответствует индекс нагрузки, вместо предусмотренных конструкцией «коммерческих» не имеет смысла – износ идёт лавинообразным темпом…

Источник статьи: http://www.gruzovikpress.ru/article/25059-osnovnye-svedeniya-po-podboru-i-ekspluatatsii-avtomobilnyh-koles-kolesniy-uglublenniy-likbez-ch-1/