Загальні зведення

Автомобільне колесо має радіальну, тангенціальну і бічну еластичність. Керованість і усталеність автомобіля в значній мірі залежать від бічної еластичності автомобільного колеса.

Якщо на жорстке в бічному напрямку колесо, що котиться, діє бічна сила, траєкторія кочення колеса буде залишатися в напрямку початкового руху при всіх значеннях бічної сили, менших, чим сила зчеплення колеса з дорогою. Коли значення бічної сили стануть більше значення сили зчеплення, жорстке колесо почне сковзати вбік.

Цілком інакше під дією бічної сили рухається колесо з еластичною шиною. Внаслідок того, що пневматична шина має значну еластичність у бічному напрямку, під дією бічної сили відбувається її бічна деформація і колесо автомобіля котиться під деяким кутом до своєї середньої площини. Цей кут називається кутом бічного відведення.

Сутність процесів, що відбуваються при цьому, можна усвідомити на схемі, зображеної на рисунку 4.1.

Рисунок 4.1 - Схема кочення еластичного колеса з відведенням

На рисунку 4.1а показана схема кочення еластичного колеса, коли бічні сили відсутні. Лінія ОА проходить посередні протектора. При коченні колеса його точки В і С, що знаходяться на цій лінії, торкаються дороги відповідно в точках В₁ і С₁, і траєкторія кочення колеса буде розташовуватися в площині симетрії колеса. При дії на колесо бічної сили F_в вертикальна площина, що проходить через центр колеса, зміститься щодо центру відбитка на D (рисунок 4.1б), а лінія ОА, що проходить посередні протектора, буде вигнутої. Внаслідок цього при провороті колеса на деякий кут точка В ввійде в контакт із дорогий у точці В₂, а точка С - у С₂. При подальшому коченні колеса всі точки, що лежать на середині протектора, будуть мати контакт із дорогий на лінії ОК, і траєкторія колеса (лінія ОК) відхилиться від площини колеса на кут d. Кут d між напрямком руху і середньої площини колеса - кут бічного відведення.

Деформація елементів шини в бічному напрямку по довжині контакту різна: перед елементи шини деформовані в бічному напрямку менше, ніж у задній частині, тому що вхідні в контакт із дорогий елементи шини в початковий момент практично не сприймають бічні реакції. В міру провороту колеса ці точки переміщаються до задньої частини відбитка. При цьому збільшується деформація елементів шини і, відповідно, зростає частка бічної сили, сприйманої цими елементами. Внаслідок цього подовжня вісь площадки, по якій шина контактує з опорною поверхнею, виявляється поверненої щодо подовжньої площини колеса на деякий кут (рисунок 4.1в). Так як бічна деформація елементів, що знаходяться в задній частині контакту, більше, ніж у передній, епюра бічних тисків буде трикутної форми. Це приводить до того, що рівнодіюча R_в елементарних поперечних реакцій, рівна силі F_в, виявляється зміщеної від центру відбитка тому на відстань е. У результаті цього створюється момент М_з=е· R_в, щопрагне повернути колесо убік діючої бічної сили F_в, названий стабілізуючим моментом.

Рисунок 4.2 – Залежність кута відведення від бічної сили

На цій залежності можна відзначити трьох характерних ділянки: 0-1 - де кут відведення залежить лінійно від бічної сили; 2-2 - де кут відведення необмежено зростає без збільшення бічної сили; ділянка 1-2 - перехідної.

На ділянці 0-1 відведення автомобільного колеса відбувається тільки за рахунок пружної деформації елементів шини. В міру збільшення бічної сили елементи шини, розташовані в задній частині контакту і є найбільше навантаженими в бічному напрямку починають прослизати. Це приводить до порушення пропорційної залежності між бічною силою і кутом відведення (ділянка 1-2). При ще більшому значенні бічної сили починається ковзання шини вбік (ділянка 2-3).

Відношення бічної сили до кута відведення, визначене на лінійній ділянці 0-1, називається коефіцієнтом опору відведення колеса К_в

, (4.1)

Коефіцієнт опору бічному відведенню шини показує, яку бічну силу потрібно прикласти до колеса, щоб викликати його відведення на 1⁰, Н/град. Залежить він від розміру і конструкції колеса, тиски повітря в шині, типу і стани дорожнього покриття, навантаження колеса.

Значення коефіцієнта К_в в шин легкових автомобілів, знайдене експериментально, складають 15-40 Кн/рад., а в шин вантажних автомобілів і автобусів 60-120 Кн/рад.

Встановлено також наступне:

1. При зростанні радіальної реакції на колесо коефіцієнт К_в збільшується до деякої межі, після чого зменшується.

2. При збільшенні дотичної реакції К_в звичайно зменшується.

3. При припустимому підвищенні внутрішнього тиску повітря в шинах коефіцієнт К_в зростає, однак при дуже великому тиску він може знизитися.

4. При збільшенні бічної жорсткості шини, що залежить від її конструкції (число шарів корда, напрямок його ниток, висоти і ширини профілю і т.д.), коефіцієнт К_в зростає. Це ж відбувається і при збільшенні ширини обіду колеса.

5. При нахилі колеса убік дії поперечної сили F_в коефіцієнт К_в знижується, тому що шина входить у контакт із дорогий під великим кутом, а у випадку зворотного нахилу - підвищується.

4.3 Завдання на підготування до лабораторної роботи

При підготуванні до роботи студент повинний вивчити:

4.3.1 Методику експериментального визначення коефіцієнта опору бічному відведенню К_в при переміщенні автомобіля під дією постійної штовхаючої сили, по дорозі з поперечним ухилом, що характеризується кутом β. В цьому випадку на автомобіль діє бічна сила F_в як складова ваги автомобіля G_a :

, (4.2)

Під дією бічної сили автомобіль на пройденій відстані S буде зміщатися вбік від прямолінійного напрямку на розмір Н. Знаючи розміри Н і S, можна визначити кут бічного відведення колеса d

, (4.3)

Тоді коефіцієнт опору бічному відведенню К_в буде дорівнює

, (4.4)

4.3.2 Підготувати таблицю для занесення результатів вимірів і обчислень (таблиця 4.1).

Таблиця 4.1 - Результати вимірів і розрахунків по визначенню характеристик бічного відведення шин

4.4 Контрольні питання для самоперевірки і контролю готовності студента до роботи

4.4.1 В чому полягає фізична сутність руху еластичного колеса з бічним відведенням?

4.4.2 Які причини викликають появу бічної сили?

6.4.3 Що називається кутом бічного відведення?

4.4.4 Яка існує залежність між бічною силою і кутом відведення?

4.4.5 Що називається коефіцієнтом опору бічному відведенню шини і від чого він залежить?

4.4.6 Як визначається кут бічного відведення і коефіцієнт опору бічному відведенню шини при русі автомобіля по косогорі?