Динаміка автомобільного колеса

Основним параметром, від якого залежать тягово-швидкісні властивості автомобіля є сила тяги, створена кожним із ведучих коліс.

Розглянемо схему сил та моментів, що діють на ведуче колесо автомобіля під час його усталеного руху.

Припустимо, що колесо і поверхня дороги абсолютно жорсткі.

Через кожне колесо автомобіля на опорну поверхню передається частина загальної сили тяжіння G_к, яка зрівноважується нормаль­ною реакцією опорної поверхні Rz (рис 1).

Через трансмісію до колеса підводиться крутний момент:

М_кол=К_д∙М_к∙I_т ∙ƞ_т (1)

де К_д - коефіцієнт перерозподілу по колесах потоку потужності, що досягається за допомогою диференціала;

М_к – крутний момент на колінчастому валу двигуна;

І_т – передаточне число трансмії;

ƞ_т – ККД трансмісії.

На тис. 2 замінено крутний момент, прикладений до колеса, М_кол парою сил: коловою силою Р_кол, дотичною до колеса і опірної поверхні, та силою Р_р, прикладеною у геометричному центрі колеса. При цьому

М_кол= Р_кол∙r_д = P_р ∙r_д. (2)

Сила P_р прикладена до рами, приводить до поступального руху автомобіля і зрівноважена реакцією рами R_o. Сила Р_кол зрівноважена реакцією дороги R_x , а вага автомобіля що припадає на колеса G_k – нормальною реакцією опірної поверхні R_z.

При русі реального автомобільного колеса з еластичною ши­ною у зоні контакту з дорогою шина деформується і зовнішнє навантаження передається через нього, розподіляючись по всій площині зони контакту.

При цьому рівнодіюча еле­ментарних складових нормальних реакцій зміщується в бік руху колеса на відстань «а» від проекції геометричного центру О колеса на опорну поверхню (рис. 2).

Внаслідок зміщення рівнодіючої нормальних реакцій R_z виникає пара сил (G_k , R_z), еквівалентна моменту опору коченню:

М_т.к= G_k∙а. (3)

Для рівномірного руху колеса рівняння рівноваги сил мають наступний вигляд:

ΣF_kx= P_p– R_o=0;

ΣF_kя= G_k – R_я=0; ΣМо(F_k)= М_кол – G_k∙а – R_х∙ r_д=0; R_х = Р_кол = Р_р; Отже, ΣМо(F_k)= М_кол – G_k∙а – P_p∙ r_д =0. (4) З рівняння (4) знаходимо:

P_p= (М_кол – G_k∙а) / r_д = Р_кол– G_k∙а / r_д. (5)

Відношення а/г_д називають коефіцієнтом опору коченню колеса і позначають f_к.

Силу опору коченню колеса визначають як:

P_fk = f_к ∙G_k. (6)