Внешние силы и моменты, действующие на автомобиль при прямолинейном движении

 

Факторами, определяющими динамику автомобиля (автопоезда) являются скорости движения и ускорения. При их определении принимают ряд допущений.

Так, принимают, что все внешние силы, действующие на автомо­биль (автопоезд), лежат в плоскости движения. Это позволяет вместо пространственной схемы автомобилярассматривать плоскую, так называемую " велосипедную схему", заменяя при этом у каждого из мостов два колеса одним.

Принимают, что центр масс «С» совершает плоское прямолинейное движение. Поэтому скоростью и ускорением автомобиля или звеньев автопоезда называют скорость и ускорение их центров масс. Дорожные условия под правыми и левыми колесами одноименных мостов одинако­вые и приводятся при " велосипедной" схеме к серединам мостов. Взаимными перемещениями отдельных колес автомобиля пренебрегают.

Автомобиль симметричен относительно продольной оси. Нормальные реакции дороги приложены в середине контактной поверхности каждого колеса, а их смещение учтено в моментах сопротивления качению колес.

Для определения скорости и ускорения автомобиля (автопоезда) необходимо знать внешние силы и моменты, действующие на автомобиль.

Целями настоящей главы являются: рассмотрение сил, действующих на автомобиль при прямолинейном движении, определение нормальных реакций доро­ги на колёса автомобиля, а также получение уравнения равновесия и уравнения мощностей, описывающих прямолинейное движение автомобиля.

Все силы и моменты, действующие на автомобиль при прямолинейном движении, называют:

а) внутренними силами и моментами;

б) внешними силами и моментами.

Автомобиль движется в системе координат X О Z.

К внутренним силам и моментам относятся:

крутящий момент на колесах;

момент сопротивления качению колес автомобиля;

крутящий момент двигателя;

момент трения в трансмиссии;

окружная сила на колесах автомобиля;

сила тяги на ведущих колесах автомобиля.

К внешним силам относятся:

G - сила тяжести автомобиля (G_ап - автопоезда);

Р_кр -усилие на крюке;

P _w - сопротивление воздуха.

К реакциям относятся:

P_f - сила сопротивления качению;

Z_i -нормальные реакции дороги на осях;

X - суммарная продольная касательная реакция колес авто­мобиля.

Так как в автомобильных колесах с упругими шинами нормальные реакции смещены с оси колеса, то, чтобы они проходили через оси колёс, к колёсам необходимо приложить реактив­ные моменты М_f (моменты сопротивления качению), которые определяют­ся по формуле

 

M_fi = m · Z_{i ,} (24)

 

где m – плечо смещения реакций с оси колеса (причиной этогоявляется гистерезис).

Чтобы свести задачу динамики к более простой задаче - задаче статики, воспользуемся принципом Даламбера и введем силу инерции P_j и инерционный момент М_j, который учитывает неравномерно вращающиеся в продольной плоскости автомобиля маховые массы (нaпример, колёса, зубчатые колёса трансмиссии и т.д.).

Считаем, что все колеса тягача ведущие, а прицепа – ведомые.

Так как нормальные реакции на осях смещены с оси колеса на плечо «m», то к колесам приложены реактивные моменты М_f (рис. 10).

Рассмотрим силы и моменты, действующие на автомобиль:

G – сила тяжести автомобиля с грузом

 

G = G_a + G_г, (25)

 

где G_a – сила тяжести автомобиля;

G_г - вес груза.

 

Спроектируем силы на координатные оси.

Проекция на ось Z:

G·cosα - нормальная нагрузка на автомобиль.

Проекция на ось X:

G·sinα = P_α - сила сопротивления подъему или скатывающая сила.

Для углов подъема α < 10° обычно принимают

 

cosα = 1, а sinα ≈ tqα.

 

В таком случае можно записать

 

Р_α = Gtqα = Gi, (26)

 

где i - угол подъема в радианах.

 

На крутых подъемах Р_α значительно больше Р_f. Так, напри­мер, при α = 30° Р_α = 0, 5 G, так как sin 30° = 0, 5. В то же время Р_f редко превышает (0, 05 ÷ 0, 08) G.

Сила тяги на крюке - Р_кр. Согласно рис. 10 сила тяги на крю­ке разлагается на две составляющие - Р_крх и Р_крz.

На рис.11 показаны силы и моменты, действующие на прицеп ав­томобиля (на рисунке не показана сила сопротивления воздуха). Как видим, на прицеп действуют те же силы и моменты, что и на тягач. Кроме них на прицеп дополнительно действует тормозная сила .