Mio-tech-service.ru

Автомобильный журнал
1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что означает тяга двигателя

По мере развития технологий в автомобилестроении инженеры постоянно работали над тем, чтобы увеличить скорость движения машин. Разработчики еще до начала Второй мировой пришли к тому, что тогда еще нетехнологичная и простая задняя подвеска, где в качестве упругой части использовали рессору, была одновременно и стабилизатором.

Так, при движении на высоких скоростях были причины, которые значительным образом влияли на управляемость. Это раскачивание кузова, различные крены. Если двигаться по дороге на небольших скоростях, то это не вызовет какого-либо дискомфорта или негатива, указанные силы не будут ощущаться. Однако стоит увеличить скорость, и такое движение может стоить водителю автомобиля жизни.

Если говорить по-другому, то автопроизводители стали думать и проводить испытания для того, чтобы как-нибудь убрать воздействие на автомобиль сил, которые могут его перевернуть. Для этого разработчики и инженеры придумали специальную систему рычагов, которые заложили основу для создания независимых подвесок. На этом разработки не остановились. Для устойчивости кузова авто была создана реактивная тяга.

Формула при отсутствии внешних сил [ править | править код ]

Если нет внешних сил, то ракета вместе с выброшенным веществом является замкнутой системой. Импульс такой системы не может меняться во времени.

F → p = m p ⋅ a → = − u → ⋅ Δ m t Δ t >_

=m_

cdot =->cdot >>> , где

m p > — масса ракеты a → > — её ускорение u → >> — скорость истечения газов Δ m t Δ t >>> — расход массы топлива в единицу времени

Поскольку скорость истечения продуктов сгорания (рабочего тела) определяется физико-химическими свойствами компонентов топлива и конструктивными особенностями двигателя, являясь постоянной величиной при не очень больших изменениях режима работы реактивного двигателя, то величина реактивной силы определяется в основном массовым секундным расходом топлива [1] .

Доказательство [ править | править код ]

До начала работы двигателей импульс ракеты и топлива был равен нулю, следовательно, и после включения сумма изменений векторов импульса ракеты и импульса истекающих газов равна нулю: m p ⋅ Δ v → + Δ m t ⋅ u → = 0 cdot Delta >+Delta m_cdot >=0> , где

m p ⋅ Δ v → = − Δ m t ⋅ u → cdot Delta >=-Delta m_cdot >>

Разделим обе части равенства на интервал времени t, в течение которого работали двигатели ракеты:

m p ⋅ Δ v → Δ t = − Δ m t Δ t ⋅ u → cdot >>>=->>cdot >>

Произведение массы ракеты m на ускорение её движения a по определению равно силе, вызывающей это ускорение:

F → p = m p ⋅ a → = − u → ⋅ Δ m t Δ t >_

=m_

cdot =->cdot >>>

Уравнение Мещерского [ править | править код ]

Если же на ракету, кроме реактивной силы F → p >_

> , действует внешняя сила F → >> , то уравнение динамики движения примет вид:

m p ⋅ Δ v → Δ t = F → + F → p ⇔ cdot >>>=>+>_

Leftrightarrow > m p ⋅ Δ v → Δ t = F → + ( − u → ⋅ Δ m t Δ t ) cdot >>>=>+(->cdot >>)>

Формула Мещерского представляет собой обобщение второго закона Ньютона для движения тел переменной массы. Ускорение тела переменной массы определяется не только внешними силами F → >> , действующими на тело, но и реактивной силой F → p >_

> , обусловленной изменением массы движущегося тела:

a → = F → p + F → m p =>_

+>>>>>

Формула Циолковского [ править | править код ]

Применив уравнение Мещерского к движению ракеты, на которую не действуют внешние силы, и проинтегрировав уравнение, получим формулу Циолковского [4] :

m t m = e v → u → >>=e^>>>>

Релятивистское обобщение этой формулы имеет вид:

m t m = ( c → + v → c → − v → ) c → 2 u → >>=left(>+>><>->>>right)^><2>>>> , где c → >> — скорость света.

Задание. На автомобиль имеющий массу 1 т при его движении по горизонтальной поверхности, действует сила трения, которая равна $mu$=0,1 от силы тяжести. Какой будет сила тяги, если автомобиль движется с ускорением 2 м/с?

Решение. Сделаем рисунок.

В качестве основы для решения задачи используем второй закон Ньютона:

Спроектируем уравнение (1.1) на оси X и Y:

По условию задачи:

Подставим правую часть выражения (1.4) вместо силы трения в (1.2), получим:

$F_=m a+mu cdot m g$

Переведем массу в систему СИ m=1т=10 3 кг, проведем вычисления:

Ответ. FT=2,98 кН

Формула силы тяги не по зубам? Тебе ответит эксперт через 10 минут!

Задание. На гладкой горизонтальной поверхности лежит доска массой M. На доске находится тело массы m. Коэффициент трения тела о доску равен $mu$ . К доске приложена сила горизонтальная сила тяги, которая зависит от времени как: F=At (где A=const). В какой момент времени доска начнет выскальзывать из-под тела?

Решение. Сделаем рисунок.

Для решения задачи нам потребуются проекции сил на осиX и Y, которые отличны от нуля. Для тела массы m:

$ begin X: m a_<1>=F_(2.1) \ Y: m g=N(2.2) \ F_=mu N=mu m g rightarrow m a_<1>=mu m g rightarrow a_<1>=mu g(2.3) end $

Для тела массы M:

$M a_<2>=F-F_rightarrow M a_<2>=A t-F_rightarrow a_<2>=frac>(2.2)$

Обозначим момент времени, в который доска начнет выскальзывать из-под тела t, тогда

Ответ. $t_<0>=frac mu g$

Формула при отсутствии внешних сил [ | ]

Если нет внешних сил, то ракета вместе с выброшенным веществом является замкнутой системой. Импульс такой системы не может меняться во времени.

F → p = m p ⋅ a → = − u → ⋅ Δ m t Δ t >_

=m_

cdot =->cdot >>> , где

m p > — масса ракеты a → > — её ускорение u → >> — скорость истечения газов Δ m t Δ t >>> — расход массы топлива в единицу времени

Поскольку скорость истечения продуктов сгорания (рабочего тела) определяется физико-химическими свойствами компонентов топлива и конструктивными особенностями двигателя, являясь постоянной величиной при не очень больших изменениях режима работы реактивного двигателя, то величина реактивной силы определяется в основном массовым секундным расходом топлива [1] .

Доказательство [ | ]

До начала работы двигателей импульс ракеты и топлива был равен нулю, следовательно, и после включения сумма изменений векторов импульса ракеты и импульса истекающих газов равна нулю: m p ⋅ Δ v → + Δ m t ⋅ u → = 0

cdot Delta >+Delta m_cdot >=0> , где

m p ⋅ Δ v → = − Δ m t ⋅ u → cdot Delta >=-Delta m_cdot >>

Разделим обе части равенства на интервал времени t, в течение которого работали двигатели ракеты:

m p ⋅ Δ v → Δ t = − Δ m t Δ t ⋅ u → cdot >>>=->>cdot >>

Произведение массы ракеты m на ускорение её движения a по определению равно силе, вызывающей это ускорение:

F → p = m p ⋅ a → = − u → ⋅ Δ m t Δ t >_

=m_

cdot =->cdot >>>

Уравнение Мещерского [ | ]

Если же на ракету, кроме реактивной силы F → p >_

> , действует внешняя сила F → >> , то уравнение динамики движения примет вид:

m p ⋅ Δ v → Δ t = F → + F → p ⇔ cdot >>>=>+>_

Leftrightarrow > m p ⋅ Δ v → Δ t = F → + ( − u → ⋅ Δ m t Δ t ) cdot >>>=>+(->cdot >>)>

Формула Мещерского представляет собой обобщение второго закона Ньютона для движения тел переменной массы. Ускорение тела переменной массы определяется не только внешними силами F → >> , действующими на тело, но и реактивной силой F → p >_

> , обусловленной изменением массы движущегося тела:

a → = F → p + F → m p =>_

+>>>>>

Формула Циолковского [ | ]

Применив уравнение Мещерского к движению ракеты, на которую не действуют внешние силы, и проинтегрировав уравнение, получим формулу Циолковского [4] :

m t m = e v → u → >>=e^>>>>

Релятивистское обобщение этой формулы имеет вид:

m t m = ( c → + v → c → − v → ) c → 2 u → >>=left(>+>><>->>>right)^><2>>>> , где c → >> — скорость света.

Насколько вы сильны?

Рассмотрим простейший пример. Ваш ребёнок сел на санки и просит вас его покатать. С какой силой вам нужно тянуть эти санки, чтобы ребёнок остался доволен быстрой ездой ? Пока санки с ребёнком остаются в состоянии покоя, все силы, действующие на них, уравновешены. Состояние покоя — это частный случай инерции. Здесь на санки действуют две силы: тяжести Fт = m•g, направленная вертикально вниз, и нормального давления N, направленная вертикально вверх. Поскольку санки не движутся, то N – m•g = 0. Тогда из этого равенства следует, что N = m•g.

Когда вы решили покатать своего ребёнка, вы прикладываете силу тяги (Fтяги) к санкам с ребёнком. Когда вы начинаете тянуть санки, возникает сопротивление движению, вызванное силой трения (Fтр.), направленной в противоположную сторону. Это так называемая сила трения покоя. Когда тело не движется, она равна нулю. Стоит потянуть за санки — и появляется сила трения покоя, которая меняется от нуля до некоторого максимального значения (Fтр. max). Как только Fтяги превысит Fтр.max, санки с ребёнком придут в движение.

Чтобы найти Fтяги, применим второй закон Ньютона: Fтяги – Fтр.max = m•a, где a – ускорение, с которым вы тянете санки, m – масса санок с ребёнком. Допустим, вы разогнали санки до определённой скорости, которая не изменяется. Тогда a = 0 и вышеприведённое уравнение запишется в виде: Fтяги – Fтр. max = 0, или Fтяги = Fтр.max. Есть известный закон из физики, который устанавливает определённую зависимость для Fтр.max и N. Эта зависимость имеет вид: Fтр.max = fmax • N, где fmax – максимальный коэффициент трения покоя.

Если в эту формулу подставить выражение для N, то мы получим Fтр.max = fmax•m•g. Тогда формула искомой силы тяги примет вид: Fтяги = fmax•m•g = fск•m•g, где fск = fmax – коэффициент трения скольжения, g – ускорение свободного падения. Допустим, fск = 0,7, m = 30 кг, g = 9,81 м/с², тогда Fтяги = 0,7 • 30 кг • 9,81 м/с² = 206,01 Н (Ньютона).

Насколько силён ваш автомобиль?

Рассмотрим ещё пример. У вас есть автомобиль, мощность двигателя которого N. вы едете со скоростью v. Как в этом случае узнать силу тяги двигателя вашего автомобиля ? Поскольку скорость автомобиля не меняется, то Fтяги уравновешена силами трения качения, лобового сопротивления, трения в подшипниках и т. д. (первый закон Ньютона). По второму закону Ньютона она будет равна Fтяги = m•a. Чтобы её вычислить, достаточно знать массу автомобиля m и ускорение a.

Допустим, вы разогнали свой автомобиль до скорости v за какое-то время t, проехав расстояние s. Тогда Fтяги будет легко рассчитана по формуле: Fтяги = m•v/t. Как и в примере с санками, справедлива также такая формула: Fтяги = f•m•g, где f – коэффициент трения качения, который зависит от скорости автомобиля (чем больше скорость, тем меньше этот коэффициент).

Но что делать, если масса автомобиля m, коэффициент трения качения f и время разгона t неизвестны ? Тогда можно поступить по-другому. Двигатель вашего автомобиля при разгоне совершил работу A = Fтяги • s. Поскольку формула расстояния имеет вид s = v•t, то выражение для работы будет таким: A = Fтяги • v • t. Разделив обе части этого равенства на t, получим A/t = Fтяги • v. Но A/t = N – это мощность двигателя вашего автомобиля, поэтому N = Fтяги • v. Отсюда уже получим искомую формулу: Fтяги =N/v.

Допустим, вы разогнали свой автомобиль до скорости v = 180 км/ч, а мощность его двигателя N = 200 л. с. (лошадиных сил). Чтобы вычислить Fтяги двигателя, необходимо прежде перевести указанные единицы измерения в единицы СИ, т. е. международной системы измерения. Здесь 1 л. с. = 735,499 Вт, поэтому мощность двигателя составит N = 200 л. с. • 735,499 Вт/л. с. = 147099,8 Вт. Скорость в системе СИ будет равна v = 180 км/ч = 180 • 1000 м/3600 с = 50 м/с. Тогда искомое значение будет равно Fтяги = 147099,8 Вт/50 (м/с) = 2941,996 Н

2,94 кН (килоньютона).

Около 3 килоньютонов. Много это или мало ? Допустим, вы жмёте 100 килограммовую штангу. Чтобы её поднять, вам нужно преодолеть её вес, равный P = m•g = 100 кг • 9,81 м/с² = 981 Н (ньютон)

0,98 кН. Полученное для автомобиля значение Fтяги больше веса штанги в 2,94/0,98 = 3 раза. Это равносильно тому, что вы будете поднимать штангу массой в 300 кг. Такова сила тяги двигателя вашего автомобиля (на скорости 180 км/ч).

Таким образом, зная школьный курс физики, мы можем с лёгкостью вычислить силу тяги:

  • человека,
  • лошади,
  • паровоза,
  • автомобиля,
  • космической ракеты и всех прочих видов техники.

В нашем видео вы найдете интересные опыты, поясняющие, что такое сила тяги и сила сопростивления.

Читать еще:  Land rover запуск двигателя

Точка приложения тяги в турбореактивном двигателе.

  • Тема закрыта

Daemian #1 Отправлено 31 окт 2012 — 12:53

Уважаемые форумчане, помогите разобраться, где создаётся и к чему прикладывается реактивная сила в турбореактивном двигателе.
Для примера рассмотрим классический ТРД с осевым компрессором: его принципиальная схема довольно проста: воздухозаборник-компрессор-камера сгорания-реактивное сопло.
У меня такой вопрос: в какой точке или каком месте этой принципиальной схемы происходит приложение тяги, что, собственно из всего двигателя непосредственно тянет/толкает самолёт? Сопло? Турбина (ИМХО, отпадает: роль турбины в этой схеме только в отборе мощности у газовой струи для вращения компрессора)? Компрессор?
Просьба, по возможности, подкрепить утверждение схемой с расписанными векторами сил.

P.S. Аналогично, если не сложно, на пальцах/со схемами, к чему прикладывается реактивная тяга у реактивных выхлопных патрубков поршневых двигателей.

Сообщение отредактировал Daemian: 31 окт 2012 — 20:17

  • Наверх

Northul #2 Отправлено 31 окт 2012 — 13:06

Реактивная тяга — сила, возникающая в результате взаимодействия двигательной установки с истекающей из сопла струей расширяющихся жидкости или газа, обладающих кинетической энергией.
В основу возникновения реактивной тяги положен закон сохранения импульса. Реактивная тяга обычно рассматривается как сила реакции отделяющихся частиц. Точкой приложения её считают центр истечения — центр среза сопла двигателя, а направление — противоположное вектору скорости истечения продуктов сгорания (или рабочего тела, в случае не химического двигателя) .

  • Наверх

Daemian #3 Отправлено 31 окт 2012 — 13:14

sedoy133 (31 Окт 2012 — 13:06) писал:

Реактивная тяга — сила, возникающая в результате взаимодействия двигательной установки с истекающей из сопла струей расширяющихся жидкости или газа, обладающих кинетической энергией.
В основу возникновения реактивной тяги положен закон сохранения импульса. Реактивная тяга обычно рассматривается как сила реакции отделяющихся частиц. Точкой приложения её считают центр истечения — центр среза сопла двигателя, а направление — противоположное вектору скорости истечения продуктов сгорания (или рабочего тела, в случае не химического двигателя) .

  • Наверх

choock #4 Отправлено 31 окт 2012 — 14:02

  • Наверх

Tosha4389 #5 Отправлено 31 окт 2012 — 14:06

Реактивную силу образуют вырывающиеся из камеры сгорания газы, которые в области соприкосновения камеры сгорания и окружающей среды создают избыточное давление. И прикладывается, очевидно, к стенкам камеры сгорания. Это мое ИМХО

Daemian (31 Окт 2012 — 12:53) писал:

Сообщение отредактировал Tosha4389: 31 окт 2012 — 14:11

  • Наверх

Daemian #6 Отправлено 31 окт 2012 — 14:08

CHOOCK (31 Окт 2012 — 14:02) писал:

  • Наверх

Gaishnik #7 Отправлено 31 окт 2012 — 14:13

  • Наверх

Tosha4389 #8 Отправлено 31 окт 2012 — 14:14

Daemian (31 Окт 2012 — 14:08) писал:

  • Наверх

Daemian #9 Отправлено 31 окт 2012 — 14:19

Tosha4389 (31 Окт 2012 — 14:06) писал:

Реактивную силу образуют вырывающиеся из камеры сгорания газы, которые в области соприкосновения камеры сгорания и окружающей среды создают избыточное давление. И прикладывается, очевидно, к стенкам камеры сгорания. Это мое ИМХО

это что за монстры такие?

ИМХО, то, что тяга создаётся на срезе камеры сгорания или жаровой трубы, не очевидно, получается, что на это место приходится максимальная нагрузка и камеры сгорания принимают и передают планёру все эти десятки тонн тяги?

А реактивные патрубки на поршневых двигателях — это реактивные выхлопные патрубки, они вдобавок к л.с. двигателя, которые вращали винт, выдавали ещё и реактивную тягу, что-то до пары-тройки сотен килограмм.

  • Наверх

Daemian #10 Отправлено 31 окт 2012 — 14:21

Tosha4389 (31 Окт 2012 — 14:14) писал:

Нет, меня интересует именно точка приложения силы, которая приводит в движение двигатель, а вместе с ним и ЛА.

  • Наверх

Daemian #11 Отправлено 31 окт 2012 — 14:24

Gaishnik (31 Окт 2012 — 14:13) писал:

  • Наверх

DiGGeR1396 #12 Отправлено 31 окт 2012 — 17:55

  • Наверх

Pilot_72 #13 Отправлено 31 окт 2012 — 19:19

На самом деле можно объяснить про точку приложения реактивной силы, гораздо проще, не вдаваясь в сложные математические расчеты!
Возьмите простой воздушный шарик, надуйте его и отпустите, вот Вам простой «реактивный» двигатель. Принцип движения такой модели упрощенно показывает реактивный двигатель. Так вот в опыте с шариком искомая точка приложения тяги, совпадает с отверстием из которого выходит воздух, так как давление внутри шарика гораздо больше атмосферного. Попробую объяснить на «пальцах», реактивная струя истекающая из двигателя, как бы отталкивается от области высокого давления находящейся в корпусе двигателя (ну такое объяснение конечно очень упрощенно). Из этого и вытекает ответ: Точка приложения тяги в реактивном, турбореактивном двигателе совпадает со срезом сопла.

Кстати вот Вам интересный момент. Попробуйте ответить где находится точка приложения тяги в современном турбовентиляторном двигателе? Скажу только что в таком двигателе она уже не совпадает с соплом, догадаетесь почему?

Ноутбук Acer Aspire 6935G. CPU — Intel Core 2 Duo T9400 2.53 Ghz. Mem — 4 GB DDR3. GPU — NVIDIA GeForce 9600M. OS — Windows 7 Professional x64 (лицензия)
DxDiag.txt 35,76К

  • Наверх

RenamedUser_164812 #14 Отправлено 31 окт 2012 — 19:58

Pilot_72 (31 Окт 2012 — 19:19) писал:

Airplanes are interesting toys but of no military value.
— Marshal Ferdinand Foch, 1911.

Никогда не мотай на ус то, что тебе вешают на уши.

  • Наверх

Pilot_72 #15 Отправлено 31 окт 2012 — 20:11

Granit73 (31 Окт 2012 — 19:58) писал:

Ноутбук Acer Aspire 6935G. CPU — Intel Core 2 Duo T9400 2.53 Ghz. Mem — 4 GB DDR3. GPU — NVIDIA GeForce 9600M. OS — Windows 7 Professional x64 (лицензия)
DxDiag.txt 35,76К

  • Наверх

RenamedUser_164812 #16 Отправлено 31 окт 2012 — 20:14

Airplanes are interesting toys but of no military value.
— Marshal Ferdinand Foch, 1911.

Никогда не мотай на ус то, что тебе вешают на уши.

  • Наверх

Daemian #17 Отправлено 31 окт 2012 — 20:15

Pilot_72 (31 Окт 2012 — 19:19) писал:

На самом деле можно объяснить про точку приложения реактивной силы, гораздо проще, не вдаваясь в сложные математические расчеты!
Возьмите простой воздушный шарик, надуйте его и отпустите, вот Вам простой «реактивный» двигатель. Принцип движения такой модели упрощенно показывает реактивный двигатель. Так вот в опыте с шариком искомая точка приложения тяги, совпадает с отверстием из которого выходит воздух, так как давление внутри шарика гораздо больше атмосферного. Попробую объяснить на «пальцах», реактивная струя истекающая из двигателя, как бы отталкивается от области высокого давления находящейся в корпусе двигателя (ну такое объяснение конечно очень упрощенно). Из этого и вытекает ответ: Точка приложения тяги в реактивном, турбореактивном двигателе совпадает со срезом сопла.

Читать еще:  Двигатель iveco f1c характеристики

Кстати вот Вам интересный момент. Попробуйте ответить где находится точка приложения тяги в современном турбовентиляторном двигателе? Скажу только что в таком двигателе она уже не совпадает с соплом, догадаетесь почему?

Я понял, что вы имели в виду. Но тогда получается, что область повышенного давления создаётся вентилятором/компрессором, и всё тяговое усилие прикладывается к нему?

В турбовентиляторных двигателях часть тяги создаётся первой ступенью компрессора, которая уже не то чтобы первая ступень компрессора, а скорее маленький высокооборотный пропеллер.

  • Наверх

Pilot_72 #18 Отправлено 31 окт 2012 — 20:44

Ладно, попробую еще проще объяснить, если получится.
Если накачанный воздухом, воздушный шарик, завязан. Как распространяется давление внутри него? Оно равномерно давит на каждый сантиметр внутренней поверхности, т.е. не имеется какой то одной точки приложения силы давления воздуха. Когда вы проделаете в шарике дырочку через нее начинает выходить реактивная струя, куда приложен вектор силы тяги? В обратную сторону истекающему потоку газа (воздуха), и соответственно точкой отсчета в этом примере является именно наша дырочка в шарике. Если же Вы хотите что бы я все это обосновал в формулах и числах, то увольте, все это уже давно изложено в учебниках по газодинамике. Желающие найдите в нете и почитайте.

Daemian (31 Окт 2012 — 20:15) писал:

Я понял, что вы имели в виду. Но тогда получается, что область повышенного давления создаётся вентилятором/компрессором, и всё тяговое усилие прикладывается к нему?

В турбовентиляторных двигателях часть тяги создаётся первой ступенью компрессора, которая уже не то чтобы первая ступень компрессора, а скорее маленький высокооборотный пропеллер.

Прикрепленные файлы

  • p1.jpg85,62К

Ноутбук Acer Aspire 6935G. CPU — Intel Core 2 Duo T9400 2.53 Ghz. Mem — 4 GB DDR3. GPU — NVIDIA GeForce 9600M. OS — Windows 7 Professional x64 (лицензия)
DxDiag.txt 35,76К

Силы и моменты, действующие на ведущие колеса

На ведущие колеса автомобиля действуют силы со стороны автомобиля (т. е. со стороны двигателя посредством агрегатов трансмиссии), а также силы со стороны дороги. Обозначим силы, действующие со стороны автомобиля, буквой Р , а со стороны дороги – буквой R (рис. 3).

Реактивные силы, действующие на колеса

Тяговый момент Мт на ведущих колесах стремится сдвинуть назад верхний слой дорожного покрытия, в результате чего со стороны дороги на ведущее колесо в зоне контакта действует противоположно направленная сила Rx – горизонтально направленная касательная реакция дороги.

Так как на автомобиле используются эластичные пневматические шины, то неизбежна частичная потеря момента Мт , поэтому продольную (горизонтальную) реакцию со стороны дороги, обеспечивающую качение колеса, можно записать как разность между силой тяги и потерями в шине:

где Рш – сила, учитывающая потери энергии в шинах ведущих колес.

Таким образом, касательная реакция дороги создает силу тяги.

Автомобиль своим весом G действует на каждое колесо, передавая усилие на дорогу, и, соответственно, вызывая нормальную реакцию дороги Rz . Следует учитывать, что при наличии на колесе крутящего момента нормальная реакция Rz прикладывается не к оси симметрии опорной площадки колеса, а на некотором расстоянии αш от нее, поскольку имеет место смещение центра давления из-за эластичности шины.

Эпюра элементарных нормальных реакций дороги, показанная на рисунке 4, объясняет причину смещения точки приложения реакции Rz . Это происходит из-за того, что нормальные реакции на переднем и заднем участках опорной площадки колеса различны по величине, так как силы, возникающие в упругом материале шины при приложении и снятии нагрузки неодинаковы.
Это объясняется действием сил внутреннего трения между взаимно перемещающимися частицами материала шины. При приложении нагрузки эти силы и силы упругости направлены в одну и ту же сторону, а при снятии – в противоположные стороны.

Боковая сила Рy значительно увеличивается при криволинейном движении автомобиля или при движении по косогору. Боковая реакция Ry со стороны дороги удерживает колеса автомобиля от бокового скольжения (заноса) при движении автомобиля поперек косогора или при выполнении маневра.

Сила тяги на ведущих колесах

Сила тяги Рт на ведущих колесах может быть определена, как отношение крутящего (тягового) момента Mт , подводимого к колесам, к их радиусу r :

При этом не учитываются затраты энергии на деформацию дорожного покрытия, трение внутри шины и силы инерции, обусловленные ускорением вращающихся масс колес и деталей трансмиссии в случае неравномерного движения.

Следует учитывать, что радиус колеса вследствие эластичности шины является переменной величиной.
Различают следующие радиусы автомобильных колес:

  • статический радиус колеса rст – расстояние от поверхности дороги до оси неподвижного колеса, воспринимающего вертикальную нагрузку, обусловленную силой тяжести, действующей на автомобиль (т. е. его весом G ). Значения статического радиуса приводятся заводом-изготовителем шины в технических характеристиках;
  • динамический радиус колеса rд – расстояние от поверхности дороги до оси катящегося колеса. Динамический радиус колеса во время движения может превышать его статический радиус, поскольку в результате нагрева шины давление внутри нее увеличивается.
    Кроме того, под действием центробежных сил с возрастанием скорости автомобиля шина растягивается в радиальном направлении, вследствие чего динамический радиус увеличивается. Динамический радиус, также, зависит от величины вертикальной нагрузки Pz .
  • радиус качения колеса rк – радиус условного недеформирующегося катящегося без скольжения колеса, которое имеет с данным эластичным колесом одинаковую угловую и линейную скорости.

Радиус качения колеса определяется по формуле:

где S – путь, пройденный колесом; nк – число оборотов колеса на пути S .

Если проскальзывание колеса относительно дороги отсутствует, что характерно для ведомого колеса, то радиусы rд и rк почти равны между собой. В случае полного буксования колеса его пройденный путь будет равен нулю, и тогда (согласно приведенной выше формуле) его радиус качения тоже будет равен нулю.
В случае движения колеса юзом (скольжение без вращения) число оборотов будет равно нулю, и, соответственно, радиус качения rк будет стремиться к бесконечности.

Различают еще и свободный радиус колеса rсв , который является половиной диаметра ненагруженного колеса при отсутствии его контакта с опорной поверхностью.

На дорогах с сухим покрытием скольжение ведущих колес и изменение радиуса незначительны. Поэтому радиусы статический rст , динамический rд и качения rк при расчетах считаются одинаковыми и обозначаются буквой r .

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector