322 / 397
Механики XXI веку. № 16 2017 г.
322
При движении автомобиля ведущее колесо, вращаясь под действием приложенного к
нему момента М
Т
, стремится сдвинуть назад верхний слой дорожного покрытия. Со стороны
дороги на ведущее колесо в зоне контакта действует противоположно направленная сила R
X2
(рисунок 2, а).
Равнодействующую всех сил, действующих со стороны дороги на колесо в области
контакта, называют реакцией дороги. Её можно представить в виде трех составляющих:
нормальной R
Z
, перпендикулярной дороге (рисунок 2, б), касательной R
X
, действующей в
плоскости дороги и в плоскости колеса, и поперечной R
Y
, лежащей в плоскости дороги и
перпендикулярной колесу. Возникновение реакций R
X
и R
Y
возможно лишь при наличии ре-
акции R
Z
.
При качении колеса неизбежны необратимые потери в шинах, поэтому для движения
автомобиля используется не вся энергия, подведенная к ведущим колесам автомобиля. Часть
ее расходуется на деформацию эластичной пневматической шины. Вследствие молекулярно-
го трения в резине происходит ее нагрев, а энергия, преобразованная таким образом в тепло-
ту – теряется.
Все силы, действующие на автомобиль, для удобства изучения делят на силы движу-
щие и силы, оказывающие сопротивление движению
.
В соответствии с этим действительную
силу R
X2
(основную составляющую силы сопротивления качению), приложенную к колесу со
стороны дороги, условно представляют в виде разности двух сил: силы тяги Р
Т
и силы Р
К2
,
учитывающей потери энергии в шинах ведущих колес: R
X2
= P
T
– P
К2
Сила сопротивления качению – эта сила зависит от деформации шины и дороги, а
также от трения шины о покрытие. Во время качения колеса между частями шины вследст-
вие их деформации возникает трение, и выделяющаяся теплота рассеивается, что приводит к
потере энергии.
Изменяя деформацию шины Δ
Ш
при нагружении вертикальной нагрузкой Р
Z
получают
зависимость в виде кривой 0kl (Рисунок 3, а). При снятии нагрузки тем же деформациям ши-
ны соответствуют меньшие значения нагрузок (кривая lm0). Площадь петли 0klm0 представ-
ляет собой в масштабе работу, связанную с необратимыми потерями в шине (на гистерезис-
ные).
а)
гистерезисные потери в шине
б)
качение колеса на твердой дороге
Рис.3. Сопротивление качению
При качении колеса деформации в передней части шины увеличиваются, а в задней –
уменьшаются. Поэтому при одной и той же деформации Δ
Ш
’
участок шины в передней ее
части относительно центра А пятна контакта нагружен силой Р
Z
’
, а участок в задней части –
силой Р
Z
”
. Следовательно, элементарные нормальные реакции в передней части контакта
больше, чем в задней, а их равнодействующая R
Z
– нормальная реакция, смещена относи-
тельно вертикального диаметра колеса вперед на расстояние а
Ш
(Рисунок 3, б).
В результате смещения точки приложения нормальной реакции возникает момент
R
Z
а
Ш
. Для уравновешивания этого момента необходимо к колесу приложить равный, но про-
тивоположно направленный момент М, или к оси ведомого колеса приложить толкающую
силу Р
X
, образующую вместе с касательной реакцией дороги пару сил.