Динамика автомобильного колеса

Рассмотрим наиболее простой случай – качение колеса по недеформируемой дороге.

Схема сил, приложенных к колесу в этом случае, показана на рис. 5. Силы Р_x, P_z и момент М действуют на колесо со стороны автомобиля. Силу P_z будем называть нормальной нагрузкой на колесо. Эта сила всегда направлена вниз перпендикулярно плоскости дороги. Силу P_x будем называть толкающей. Эта сила параллельна плоскости дороги и в зависимости от режима движения колеса может быть направлена либо по движению, либо против движения колеса. Момент М подводится к колесу либо полуосью, либо от тормозного механизма. В некоторых случаях момент М может быть равным нулю.

Будем считать положительным направление момента, совпадающее с направлением вращения колеса.

Силы X и Z являются реакциями дороги. Реакцию Z будем называть нормальной реакцией дороги. Она всегда направлена вверх перпендикулярно плоскости дороги. Точка ее приложения смещена на некоторую величину а_ш относительно основания перпендикуляра, опущенного из центра колеса на плоскость дороги. Касательная реакция X расположена в плоскости дороги и в зависимости от режима движения колеса может быть направлена либо по движению колеса, либо против движения. Будем считать положительным направление этой реакции по движению колеса.

Составим уравнение моментов относительно центра 0 колеса.

Если I_k – момент инерции колеса относительно оси его вращения, то

, (16)

Откуда

Определив из равенства (8) и обозначая , окончательно получим:

. (17)

Рассмотрим три характерных случая качения колеса:

1) Момент М подводится к колесу через полуось от двигателя, и

направление его совпадает с направлением вращения колеса. Такой момент будем называть крутящим. Величина этого момента может быть найдена из равенства (8).

Подставляя значение момента из равенства (8) в равенство (17) и принимая во внимание равенство (16), получим:

. ₍₁₈₎

Величину называют тяговой силой и обозначают P_T.

Следовательно,

Если , то Х > 0.

В этом случае колесо называют ведущим.

2) Момент М = 0. В этом случае из равенства (17) получим:

_{. (19)}

Колесо называют ведомым.

Знак минус указывает на то, что реакция X направлена против движения.

3) Момент М подводится к колесу от тормозного барабана или от полуоси и направлен в сторону, противоположную вращению колеса. Такой момент называют тормозным и обозначают М_тор.

В этом случае из равенства (17), учитывая, что М = - М_тор,

_{. (20)}

Знак минус и в этом случае показывает, что реакция X направлена в сторону, противоположную движению.

Колесо в этом случае называют тормозным.

Рис. 5.

Рис. 6.