Avto505.ru

Авто 505
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Что такое сопротивление качению шины

Сопротивление качению

Сопротивление качению зависит от массы автомобиля и коэффициента трения качения. Масса автомобиля при этом оказывает первостепенное влияние на величину сопротивления качению. Большая масса проявляется неблагоприятно в любом случае, если мы стремимся к экономии энергии, то уменьшение массы автомобиля является одной из первостепенных задач.

Масса проявляется в виде силы, прижимающей автомобиль к земле. Передвижению препятствует сила, которая зависит от коэффициента трения качения между автомобилем и поверхностью дороги. Здесь имеется возможность экономить определенную энергию. Сила сопротивления качению автомобиля Pf рассчитывается по формуле

где Q – нормальная нагрузка; f – коэффициент трения качения.

Что такое сопротивление качению шины?

Давайте разберемся, что такое сопротивление качению шин. Когда вы нажимаете на педаль газа в вашем автомобиле, вы начинаете ускоряться. Но если посмотреть более детально на сам процесс ускорения автомобиля, то можно увидеть, что нажимая на педаль газа вы передаете энергию от сгорания топлива в моторе, или электрическую энергию (все зависит от того, какой тип двигателя вы используете) через другие системы прямиком на шины вашего автомобиля. Это приводит к тому, что ваши покрышки начинают оборачиваться и набирать достаточный импульс, чтобы ваш автомобиль начал двигаться. Но для того, чтобы колесо начало двигаться, ваши покрышки должны преодолеть очень много факторов, которые препятствуют началу движения. И одним из этих факторов является сопротивление качению шины.

Если говорить техническим языком, то сопротивление качению шины – это минимальная энергия, которую ваше транспортное средство должно передать на колеса, чтобы поддерживать постоянную скорость на ровном дорожном полотне. Другими словами, это усилие, которое нужно для того, чтобы колесо постоянно двигалось.

Главным источником сопротивлению качения является процесс, который называется гистерезис. С технической точки зрения, гистерезис – это, по сути, потеря энергии, которая возникает при прохождении шины по поверхности дорожного полотна. Из-за того, что двигатель автомобиля должен постоянно компенсировать гистерезис, он должен вырабатывать дополнительную энергию, что приводит к увеличению расхода топлива.

Каким нагрузкам подвержена шина

В движение, автошина подвержена многочисленным нагрузкам и деформациям. Все они влияют на степень сопротивления качения шины. К таким нагрузкам относятся:

  • аэродинамика кузова машины;
  • инерция автомобиля;
  • вес транспортного средства;
  • состояние амортизаторов и повестки;
  • тип привода авто.

Если автомобиль наезжает на неровность при малой скорости, то он способен остановиться. Чтобы создать кинетическую энергию для преодоления препятствия, необходимо обеспечить машине более высокую скорость, а это дополнительная энергия от ДВС.

Внешний шум

Подробнее о маркировке шин ЕС

Значительная часть шума, создаваемого автомобилем при движении, связана с шинами. Использование тихих шин помогает снизить воздействие вашего автомобиля на окружающую среду.

Какие показатели охватывает шумовая классификация шин ЕС

Классификация ЕС измеряет уровень наружного шума, создаваемого шинами, в децибелах.

Класс шумности

Поскольку многие люди не ориентируются в децибелах, также приводится графическое обозначение класса шумности. Этот код показывает, как показатели шины соотносятся с будущими европейскими ограничениями на уровень шума от шин.

· 1 черная волна: тихая шина (как минимум на 3 дБ ниже будущего предельного значения для Европы)

· 2 черные волны: умеренно шумная шина (между будущим предельным значением и -3 дБ)

· 3 черные волны: шумная шина (превышает будущее предельное значение для Европы)

Что означает этот рейтинг

Количество децибел измеряется по логарифмической шкале. Дополнительные несколько децибел приводят к значительному увеличению уровня шума. Фактически разница в 3 дБ в два раза увеличивает уровень шума, производимого шиной.

Читать еще:  Приклеить дефлекторы на двери автомобиля

Каждый день на дороги выезжают тысячи автомобилей. Если использовать более тихие шины, шум в наших городах станет значительно меньше.

Сопротивление качению

Рис. Качение шины по твердой поверхности

При качении колеса по твердой поверхности каркас шины подвержен циклическим деформациям. При входе в контакт шина деформируется и прогибается, а при выходе из контакта — восстанавливает свою первоначальную форму. Энергия деформации шины, образующаяся при входе элементов в контакт с поверхностью, расходуется на внутреннее трение между слоями каркаса и проскальзывание в зоне контакта. Часть этой энергии превращается в тепло и передается окружающей среде. Вследствие потерь механической энергии скорость восстановления первоначальной формы шины при выходе элементов шины из контакта меньше скорости деформации шины при входе элементов в контакт. В силу этого нормальные реакции в зоне контакта несколько перераспределяются (по сравнению с неподвижным колесом) и эпюра распределения нормальных сил принимает вид, как показано на рисунке. Равнодействующая нормальных реакций, равная по величине радиальной нагрузке на шину, перемещается вперед по отношению к вертикали, прохооящей через ось колеса, на некоторую величину а («снос» радиальной реакции).

Момент, создаваемый радиальной реакцией относительно оси колеса, называется моментом сопротивления качению:

При условии установившегося движения (при постоянной скорости качения) ведомого колеса действует момент, уравновешивающий момент сопротивления качению. Этот момент создается двумя силами — толкающей
силой Р и горизонтальной реакцией дороги X:

М = XRд = PRд,
где Р — толкающая сила;
X — горизонтальная реакция дороги;
Rд — динамический радиус.

PRд = Qa — условие установившегося движения.

Отношение толкаюшей силы Р к радиальной реакции Q называется коэффициентом сопротивления качению k.

На коэффициент сопротивления качению кроме шины значительное влияние оказывает качество дорожного покрытия.

Мощность Nк, затрачиваемая на качение ведомого колеса, равна произведению силы сопротивления качению Рс на линейную скорость качения V:

Раскрывая это уравнение, можно написать:

Nк = N1 + N2 + N3 — N4,
где N1 — мощность, затрачиваемая на деформацию шины;
N2 — мощность, затрачиваемая на проскальзывание шины в зоне контакта;
N3 — мощность, затрачиваемая на трение в подшипниках колеса и сопротивление воздуха;
N4— мощность, развиваемая шиной при восстановлении формы шины в момент выхода элементов из контакта.

Потери мощности на качение колеса значительно возрастают с увеличением скорости качения, так как в этом случае возрастает энергия деформации и, следовательно, большая часть энергии превращается в тепло.

При увеличении прогиба резко возрастает деформация каркаса и протектора шины, т. е. потери энергии на гистерезис.

Одновременно увеличивается теплообразование. Все это, в конечном итоге, ведет к увеличению мощности, затрачиваемой на качение шины.

Испытания показали, что на качение мотоциклетной шины в условиях ведомого колеса (по гладкому барабану) затрачивается мощность от 1,2 до 3 л. с. (в зависимости от размера шины и скорости качения).

Таким образом, общие потери от шин весьма значительны и соизмеримы с мощностью двигателя мотоцикла.

Совершенно очевидно, что решение вопроса снижения мощности, затрачиваемой на качение мотоциклетных шин, имеет исключительное значение. Уменьшение этих потерь не только увеличит долговечность шин, но значительно увеличит моторесурс двигателя и агрегатов мотоцикла, а также положительно скажется на топливной экономичности двигателей.

Исследования, проведенные при создании шин типа Р, показали, что потери мощности при качении шин этого типа значительно меньше (на 30—40%), чем у шин стандартной конструкции.

Кроме того, снижаются потери при переводе шин на двухслойный каркас из корда 232 КТ.

Особенно важно максимально снизить потери мощности при качении шин для гоночных мотоциклов, так как при их движении на высоких скоростях потери в шинах составляют до 30% по отношению к общим затратам мощности на движение. Один из методов снижения этих потерь — применение в каркасе гоночных шин капронового корда 0,40 К. Применив такой корд, уменьшили толщину каркаса, снизили вес шины, она стала более эластичной, менее подверженной нагреву.

Читать еще:  Шорканье в заднем колесе

Большое влияние на коэффициент сопротивления качению шины оказывает характер рисунка протектора.

Для уменьшения энергии, образующейся при входе элементов в контакт с дорогой, максимально снижена масса протектора гоночных шин. Если у дорожных шин глубина рисунка протектора находится в пределах 7—9 мм, то у гоночных шин она составляет 5 мм.

Кроме того, рисунок протектора гоночных шин выполняют таким образом, чтобы его элементы оказывали наименьшее сопротивление при качении шины.

Как правило, рисунок протектора шин переднего (ведомого) и заднего (ведущего) колес мотоцикла различен. Это объясняется тем, что назначение шины переднего колеса — обеспечение надежной управляемости, а заднего колеса — передача крутящего момента.

Наличие кольцевых выступов на шинах передних колес способствует снижению потерь при качении и улучшает управляемость и устойчивость, особенно на поворотах.

Рис. Кривые зависимости потерь мощности от скорости качения: 1 — шина размера 80-484 (3,25-19), модели Л-130 (дорожная); 2 — шина размера 85-484 (3,25-19) модели Л-179 (для заднего колеса шоссейно-кольцевых мотоциклов)

Зигзагообразный рисунок протектора заднего колеса обеспечивает надежную передачу крутящего момента и также снижает потери на качение. Все вышеизложенные меры позволяют в общем существенно снизить потери мощности при качении шин. На графике показаны кривые изменения потерь мощности при различных скоростях для дорожных и гоночных шин. Как видно из рисунка, гоночные шины по сравнению с дорожными имеют меньшие потери.

Рис. Появление «волны» при качении шины на критической скорости: 1 — шина; 2 — барабан испытательного стенда

Что такое сопротивление качению шины

Представьте вращающееся колесо. В нижней точке его боковины постоянно сжимаются и разжимаются под действием массы автомобиля. Чем глубже диапазон сжатия, тем больше поступающей энергии рассеивается. Всего двигателю необходимо преодолеть 3 силы:

  • Продольное прессование грунта, в следствии чего образовывается колея.
  • Деформация каркаса шины (сжатие/разжатие).
  • Трение протектора о поверхность дороги.

Первый пример, если толкать сломанную машину на спущенных колёсах, то потребуется много людей. А если шины будут накачены, то с этим справится даже 1 человек.

Второй пример, если после разгона включить нейтральную передачу, то на одних колёсах машина прокатится 10 м, на других 15 м, а на третьих все 20 м. Здесь разница в конструкции шины и качестве поверхности: чем плотнее боковина и ровнее дорога, тем у покрышки меньше коэффициент сопротивления качению. Измеряется данный параметр по формуле: Pf = Q х f:

  • Q – нагрузка;
  • f – коэффициент трения качения.

В первом значении подразумевается масса автомобиля, во втором – качество трения на том или ином дорожном полотне. Для тестов используют общепринятые значения: асфальт 0,01, бетон 0,015, гравий 0,02, щебень 0,025, грунт 0,05, пахота 0,15 – 0,30. Испытатели также учитывают модель шин и рабочее давление.

Доказано, что в среднем с каждого литра бензина только 20-30% энергии используется для передвижения автомобиля. Остальная сила тратится на: разгон, торможение, лобовое сопротивление и сопротивление качению шин.

От чего зависит сопротивление качению

На качение влияют разные факторы. Значительная часть относится к особенностям самой шины и ее состоянию:

  1. Конструкция и материалы. Влияют на степень деформации в пятне контакта и трение с дорожным покрытием.
  2. Индекс скорости. Некоторые решения, направленные на повышение курсовой устойчивости, негативно сказываются на экономичности.
  3. Сезонность. Зимние шины («липучки») должны обеспечивать максимальное сцепление с мокрой и скользкой дорогой, и они априори не могут быть более экономичными чем летние.
  4. Посадочный диаметр и высота профиля. Чем больше общий диаметр колеса, тем ниже сопротивление качению.
  5. Рисунок протектора. Мелкий и глубокий рисунок увеличивает аэродинамическое сопротивление покрышки. «Лысые» старые шины катятся лучше, чем новые.
  6. Давление. Чем ниже давление в шине, тем выше сопротивление качению.
Читать еще:  Покрытие воском автомобиля нужно или нет

На качение влияют и внешние факторы. К ним относятся:

  1. Тип дорожного покрытия. У бетонки и брусчатки сопротивление больше, чем у асфальта. Мягкая грунтовка немного продавливается и «пылит» под тяжестью автомобиля, что увеличивает расход топлива. На щебенке без битумной пропитки колеса пробуксовывают.
  2. Качество дорожного покрытия. Шероховатая структура, ухабы, ямы, колея — все это мешает движению.
  3. Температура покрытия. От 10°C до 40°C сопротивление качению снижается, а затем — растет.

Давление в шинах и сопротивление качению

Соотношение между давлением и сопротивлением качению на самом деле сложнее, чем кажется на первый взгляд.

«Низкое давление увеличивает сопротивление качению шины через большую площадь контакта.» — объясняет Блаурок. «Большая площадь контакта равна большему сцеплению, что вызывает более высокое сопротивление качению. На рисунке ниже можно увидеть сопротивление качению относительно давления в покрышках на одной конкретной модели. График демонстрирует, что можно ездить с широкими покрышками на низком давлении при том же сопротивлении качению.»

По оси Y установлено сопротивление качению в условных единицах.

При езде по гладкой поверхности, чем выше давления в шинах, тем ниже деформация, тем меньше сопротивление качению. На бездорожье, наоборот, чем ниже давление, тем меньше сопротивление качению.

«Покрышки с меньшим диаметром имеют более высокое сопротивление качению при том же давлении, потому что деформация шины пропорционально больше. Более широкие покрышки деформируются меньше, при том же давлении.»

Блаурок добавляет: «Шире покрышка имеет ниже сопротивление качению из-за меньшей деформации. Это означает, что для реформации требуется меньше энергии, это и снижает сопротивление. Кроме того, использование широких покрышек позволяет «закачивать» меньше давления и добиваться большего комфорта.»

Другими факторами оказывающими влияние на сопротивление качению является материал и конструкция поверхности покрышки. По словам Тейлора, чем меньше материала, тем меньше деформируется покрышка. «Чем более гибкий материал, тем меньше энергии теряется из-за деформации. Как и давление, диаметр, ширина, конструкция и рисунок проектора также оказывает влияние на сопротивление качению.»

Список литературы

  1. Яковлев Н.А. Труды ВЗПИ, № 22, 1958.
  2. Цукерберг С.М. и др. Пневматические шины. – М.: «Химия», 1973.
  3. Иларионов В.А. Эксплуатационные свойства автомобилей. – М.: Машиностроение, 1966.
  4. Дж. Вонг. Теория наземных транспортных средств. – М.: Машиностроение, 1982.
  5. Литвинов А.С., Фаробин Я.Е. Автомобиль: Теория эксплуатационных свойств. – М.: Машиностроение, 1989.
  6. Гришкевич А.И. Автомобили: Теория. – М.: Машиностроение, 1986.

Завершение формирования электронного архива по направлению «Науки о Земле и энергетика»

  • 23 ноября 2020
  • Создание электронного архива по направлению «Науки о Земле и энергетика»

    • 29 октября 2020
  • Электронное периодическое издание зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций (Роскомнадзор), свидетельство о регистрации СМИ — ЭЛ № ФС77-41429 от 23.07.2010 г.

    Соучредители СМИ: Долганов А.А., Майоров Е.В.

    голоса
    Рейтинг статьи
    Ссылка на основную публикацию
    ВсеИнструменты
    Adblock
    detector