Усі сили, що діють на автомобіль із боку дороги, передаються через колеса. Радіус колеса, з пневматичною шиною, в залежності від ваги вантажу, режиму руху, внутрішнього тиску повітря, зносу протектора, може змінюватися.
У коліс розрізняють такі радіуси:
1) вільний; 3) динамічний;
2) статичний; 4) кінематичний.
Вільний радіус(r св) - це відстань від осі нерухомого та ненавантаженого колеса до найбільш віддаленої частини бігової доріжки. Для того самого колеса величина Rсв залежить тільки від величини внутрішнього тиску повітря в шині.
Вільний радіус колеса вказується у технічній характеристиці шини. Якщо зазначена характеристика відсутня у довідкових даних, то її значення можна визначити за маркуванням шини.
Статичний радіус(r ст) - ця відстань від центру нерухомого колеса, навантаженого лише нормальною силою, до опорної площини. Значення статичного радіусу менше вільного на величину радіальної деформації:
r ст = r св - h z = r св - R z / С ш, (5.1)
де hz = Rz/Сш - радіальна (нормальна) деформація шини, м;
Rz – нормальна реакція дороги, Н;
З ш - радіальна (нормальна) жорсткість шини, Н/м.
Нормальну реакцію дороги, що діє на одне колесо, можна визначити за формулою:
R z = G О / 2, (5.2)
де G О - вага автомобіля, що припадає на певну вісь.
З формули (1) знаходимо значення радіальної жорсткості шини:
З ш = R z / r св - r ст, (5.3)
Радіальна жорсткість шини залежить від її конструкції та внутрішнього тиску повітря р ш. Якщо відома залежність С ш від р ш, то величину деформації шини можна визначити за будь-якого внутрішнього тиску повітря. При номінальному тиску повітря та навантаженні значення статичного радіусу колеса можна знайти за формулою:
r ст = 0,5d про + (1 - l ш)Н ш, (5.4)
де d o - Діаметр обода колеса, м;
Н ш - висота профілю шини у вільному стані, м;
l ш – коефіцієнт радіальної деформації шини.
Для шин звичайного профілю, і навіть широкопрофільних шин l ш = 0,10 - 0,15; для арочних та пневмокатків l ш =0,20 - 0,25.
Номінальне значення r ст колеса стосовно номінального навантаження та внутрішнього тиску повітря вказується в технічній характеристиці шини.
Динамічний радіус(r д) - це відстань від центру колеса, що котиться до опорної площини. Величина r д залежить в основному від внутрішнього тиску повітря в шині, вертикального навантаження на колесо та швидкості його руху. При збільшенні швидкості автомобіля динамічний радіус дещо зростає, що пояснюється розтягуванням шини відцентровими силами інерції.
Кінематичний радіус(r к) - це радіус умовного колеса, що не дефомується, без ковзання, яке має з даним еластичним колесом однакові кутову і лінійну швидкості:
r до = V x / w к. (5.5)
Величину r до визначають дослідним шляхом, для цього заміряють шлях S, що проходить автомобілем за n до повних обертів:
r = V x / w = V x * t / w k * t = S/2p n к, (5.6)
де V x – лінійна швидкість колеса;
w до - кутова швидкість колеса;
t – час руху.
Різниця між радіусами r д і r обумовлена наявністю прослизання в області контакту шини з дорогою.
У разі повного буксування колеса шлях, прохідний колесом дорівнює нулю S = 0, а отже r до = 0. Під час ковзання загальмованих коліс, що не обертаються (блокованих), тобто. при русі юзом, n до = 0 і r до ® ¥.
При русі автомобіля дорогами з твердим покриттям і хорошим зчепленням наближено приймають r к = r д = r с = r.
Автомобіль (трактор) рухається в результаті дії на нього різних сил, які поділяються на рушійні сили та сили опору руху. Основною рушійною силою є тягова сила, прикладена до провідних колес. Тягова сила виникає внаслідок роботи двигуна та викликана взаємодією провідних коліс із дорогою. Тягову силу P визначають як відношення моменту на півосях до радіусу провідних коліс при рівномірному русі автомобіля. Отже, визначення тягової сили необхідно знати величину радіуса провідного колеса. Оскільки колеса автомобіля встановлюються еластичні пневматичні шини, то величина радіуса колеса під час руху змінюється. У зв'язку з цим розрізняють такі радіуси коліс:
1.Номінальний – радіус колеса у вільному стані: r н =d/2+H, (6)
де d - Діаметр обода, м;
H - повна висота профілю шини, м.
2.Статичний r с – відстань від поверхні дороги до осі навантаженого нерухомого колеса.
r =(d/2+H)∙λ , (7)
де λ-коефіцієнт радіальної деформації шини.
3.Динамічний r д -відстань від поверхні дороги до осі навантаженого колеса, що котиться. Цей радіус збільшується зі зменшенням навантаження колесом G до, що сприймається, і збільшенням внутрішнього тиску повітря в шині p ш.
При збільшенні швидкості автомобіля під дією відцентрових сил шина розтягується в радіальному напрямку, внаслідок чого радіус r д збільшується. При коченні колеса змінюється деформація поверхні кочення порівняно з нерухомим колесом. Тому плече застосування рівнодіючих дотичних реакцій дороги r д відрізняється від r с. Однак, як показали експерименти, для практичних тягових розрахунків можна приймати r з ~r д.
4 Кінематичний радіус (качення) колеса r до – радіус такого умовного кільця, що не деформується, яке має з даним еластичним колесом однакову кутову і лінійну швидкості.
У колеса, що котиться під дією моменту, що крутить, елементи протектора, що входять в контакт з дорогою, стиснуті, і колесо при рівних частотах обертання проходить менший шлях, ніж під час вільного кочення; у колеса ж, навантаженого гальмівним моментом, елементи протектора, що входять в контакт з дорогою, розтягнуті. Тому гальмівне колесо проходить при рівних числах оборотів дещо більший шлях, ніж колесо, що вільно котиться. Таким чином, під дією моменту, що крутить, радіус r до - зменшується, а під дією гальмівного моменту - збільшується. Для визначення величини r до методу "крейдових відбитків" на дорозі крейдою або фарбою наносять поперечну лінію, на яку колесо автомобіля накочується, а потім залишає на дорозі відбитки.
Вимірявши відстань lміж крайніми відбитками визначають радіус кочення за формулою: r до = l / 2π∙n , (8)
де n – частота обертання колеса, що відповідає відстані l .
У разі повного буксування колеса відстань l = 0 і радіус r до = 0. Під час ковзання коліс, що не обертаються (“ЮЗ”) частота обертання n=0 і r до .
Деякі речі нудно звучать і важко запам'ятовуються, але їх треба знати. Особливо автолюбителям. Особливо вважає себе фахівцями і мають з приводу власну думку. Диявол криється в дрібницях, і саме про одну таку дрібницю ця стаття.
Не буває біля шини радіусу
Багато хто зараз навіть не зрозуміє, до чого я хилю. «Ну, радіусе, і що? У мене ось колеса 195-65R15, радіус 15, все ж таки написано, че ти розумнієш?!» Ось те, що розумую. R15 до радіусу жодного відношення не має. Ні R, ні 15.
Зараз в інтернеті можна знайти масу інформації, тільки такі дрібниці, як маркування автомобільних покришок, не належать до найпопулярніших. Ми краще поговоримо про потужність двигуна або кількість «плюшок» у салоні, так? А вибір коліс залишимо менеджеру в магазині. Ну чи в друга спитаємо. Він точно в курсі! Має вже третю машину!
Насправді розбиратися в цих нудних цифрах не завадить навіть просто для загального розвитку. Тим більше, що це заощадити допоможе, і на поведінку машини вплинути, але про це пізніше. Поки що – чистий лікнеп, щоб потім можна було добре розуміти одне одного.
Отже, 195/65R15. Класичний випадок. Присядемо навпочіпки біля свого автомобіля. Перша цифра – це ширина бігової частини покришки, грубо кажучи, ширина протектора. Виражається у міліметрах. Тобто 195 мм. - Це ширина вашого колеса. З розумінням цієї цифри більшість проблем не має.
Через дріб 65 це величина профілю. Виражається у відсотках від ширини. Чи не в міліметрах! Профіль - це частина покришки, що «стирчить над диском». Боковина. Тобто висота цієї боковини буде 195х65% = 125,75 мм. А чи не 65 мм. І не ще щось. Більше того, із цієї схеми однозначно випливає, що висота 65% при ширині 195 буде одна, а якщо покришка з маркуванням (умовно) 225/65R15 – вже зовсім інша! 225х65% = 146,25 мм. Хоча цифри 65 – однакові!
R – це радіальна конструкція шини, а точніше, спосіб укладання металевого корду всередині неї. Колись конструкція шини передбачала діагональне укладання, але це було давно. Зараз «діагональних» шин уже майже не зустрінеш, всі суцільно радіальні, і буква R нікому нічого нового не повідомить, тільки суперечки про горезвісний радіус викличе.
Ну і, зрештою, цифра 15. Це діаметр. Діаметр посадкової частини покришки, внутрішній діаметр та частина, яка з диском стикається. Виражається у дюймах. 1 дюйм = 2,54 см. Тобто 15х2, 54 = 38,1 см Це ще й зовнішній діаметр диска, якщо хтось не здогадався ...
Які шини можна ставити, а які не можна?
А далі починається найцікавіше. Ми можемо грати цими цифрами, якщо хочемо поставити на машину інші шини (диски). В ідеалі, головне - щоб загальний діаметр не відрізнявся або відрізнявся незначно. приклад.
Колесо 195/65R15 має такий загальний діаметр: 38,1 см - усередині, плюс 125,75 мм х2 = 251,5 мм (профіль же і зверху, і знизу є). Переведемо в сантиметри для простоти, вийде 38,1 см +25,15 см = 63,25 см. Ось як! Це і є діаметр колеса у сумі.
Тепер за бажання поставити інші колеса власник автомобіля повинен розуміти таке: цю цифру автовиробники розуміють так само, як і ми. Враховуючи діаметр колеса, проектується підвіска, гальмівна система та кузов. Тому для однієї і тієї ж моделі автомобіля (наприклад, для Volkswagen Polo Sedan) офіційно допустимі три розмірності коліс. Найпростіша версія задовольняється 175/70R14 (загальний діаметр 60,06 см), 185/60R15 (60,3 см) та 195/55R15 (59,55 см).
Виходить, що «колесо на 14» БІЛЬШЕ, хай і трохи, ніж колесо на 15 у разі 195/55. Це до питання, порушеного вище, про те, щоб на зиму колеса поставити більше... Потрібно все уважно порахувати. Чи велика цифра діаметра означатиме і більший розмір колеса в цілому? Не завжди.
У коліс автомобіля (рис. 3.4) розрізняють такі радіуси: статичний r с,динамічний r Дта радіус кочення r кач.
Статичним радіусомназивається відстань від осі нерухомого колеса до поверхні дороги. Він залежить від навантаження, що припадає на колесо, та тиску повітря у шині. Статичний радіус зменшується при зростанні навантаження та зниженні тиску повітря в шині, і навпаки.
Динамічним радіусомназивається відстань від осі колеса, що котиться до поверхні дороги. Він залежить від навантаження, тиску повітря в шині, швидкості руху та моменту, що передається через колесо. Динамічний радіус зростає зі збільшенням швидкості руху і зменшення переданого моменту, і навпаки.
Радіусом коченняназивається відношення лінійної швидкості осі колеса до його кутової швидкості:
Радіус кочення, що залежить від навантаження, тиску повітря в шині, моменту, що продається, пробуксовування і прослизання колеса, визначається експериментально або обчислюється за формулою
(3.13.)
де n до -число повних обертів колеса; S К - шлях, пройдений колесом за повну кількість обертів.
З виразу (3.13) випливає, що при повному буксуванні колеса (S k = 0) радіус кочення r кач= 0, а при повному ковзанні (n до = 0) г кач → оз.
Як показали дослідження, на дорогах з твердим покриттям та гарним зчепленням радіус кочення, статичний та динамічний радіуси відрізняються один від одного незначно. Тому можна
При виконанні розрахунків надалі використовуватимемо це наближене значення. Відповідну величину назвемо радіусом колеса та позначимо r k .
Для різних типів шин радіус колеса може бути визначений за ГОСТ, в якому регламентовані статичні радіуси для ряду значень навантаження.
ки та тиску повітря в шинах. Крім того, радіус колеса, м, можна розрахувати за номінальними розмірами шини, використовуючи вираз
(3.14)
Мал. 3.4. Радіуси колеса
