Радиусы автомобильного колеса

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.

Свободный радиус колеса указывается в технической характеристике шины. Если указанная характеристика отсутствует в справочных данных, то ее значение можно определить по маркировке шины.

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:

r_ст = r_св - h_z = r_св - R_z/С_ш, (5.1)

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.

Нормальную реакцию дороги, действующую на одно колесо можно определить по формуле:

R_z = G_О / 2, (5.2)

где G_О - вес автомобиля, приходящийся на определенную ось.

Из формулы (1) находим значение радиальной жесткости шины:

С_ш = R_z / r_св - r_ст, (5.3)

Радиальная жесткость шины зависит от ее конструкции и внутреннего давления воздуха р_ш. 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:

r_ст = 0,5d_о + (1 - l_ш)Н_ш, (5.4)

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:

r_к = V_x/w_к . (5.5)

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

r_к = V_x/w_к = V_{x *} t /w_к* t = S/2p n_к, (5.6)

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.

Реакции опорной поверхности

Совокупность реакций, действующих на колесо, образует реакцию опорной поверхности, которую можно представить в виде некоторого вектора R. Указанный вектор удобно представлять в виде 3 составляющих (рис. 5.1):

Рис. 5.1. Реакции опорной поверхности:

R_x - продольной (касательной) реакции дороги;

R_y - боковой (поперечной) реакции дороги;

R_z - нормальной реакции дороги

Продольная реакция дороги r_x лежит в плоскости пятна контакта и всегда направлена вдоль центральной плоскости вращения, т.е. плоскости, перпендикулярной оси вращения колеса и делящей его на две равные части.

Поперечная реакция дороги R_y лежит в плоскости пятна контакта и направлена перпендикулярно продольной реакции.

Нормальная реакция R_z приложена в пятне контакта и направлена перпендикулярно опорной плоскости на две равные части.