Качение автомобильного колеса

Курганский государственный университет

 

 

                                   Тверсков Б.М.           

 

ТЕОРИЯ АВТОМОБИЛЯ

 

Учебное пособие

 

 

Курган 2009

 

 

 

 

УДК 629.113-585 (07)

Т

 

Тверсков Б.М. Теория автомобиля: Учебное пособие. – Курган:

Изд-во Курганского гос. ун-та, 2009г. – 220 с.

 

  В учебном пособии рассматриваются вопросы по дисциплине "Теория автомобиля", входящей в учебный план по подготовке специалистов по автомобилестроению и эксплуатации автомобильного транспорта. Пособие включает разделы: динамика автомобиля, топливная экономичность автомобиля, управляемость, устойчивость, проходимость, тормозные качества и плавность хода автомобиля. Пособие подготовлено с использованием ранее изданных учебных пособий "Динамика автомобиля" и "Эксплуатационные свойства автомобиля", авт. Тверсков Б.М. При составлении пособия использовались учебники по теории автомобиля, а также другие источники, ссылки на которые даются при рассмотрении материала в списке литеоатуры.

Пособие предназначено для студентов вузов, обучающихся  по специальностям - 190201  и 190601

 

Рис. 168, библ. 41 назв.

 

Печатается по решению редакционно-издательского совета Курганского государственного университета.

 

Научный редактор - канд. техн. наук, проф. Г.Н. Шпитко.

Рецензенты:

Главный конструктор АО "РУСИЧ" КЗКТ  

 

 

ISB N 5-86328-281-9

 

                       С Курганский государственный

                            университет, 2009

 

 

СОДЕРЖАНИЕ                                                                                                                                                                                                                          стр.

Введение ……………………………....................................................... 5

1.Динамика автомобиля

1.1.Качение автомобильного колеса........................................................ 17

1.2.Сопротивление качению колеса......................................................... 23

1.3.Сцепление колеса с опорной поверхностью......................................25

1.4.Силы, действующие на автомобиль....................................................27

1.5.Реакции опорной поверхности на колеса автомобиля……………..31

1.6.Силы сопротивления движению автомобиля....................................37

1.7.Силы, движущие автомобиль..............................................................43

1.8.Выбор передаточных чисел агрегатов трансмиссии

            Главная передача………………………………………………….46

            Коробка передач……………………………………......................46

            Раздаточная коробка..…………………………………………….53

1.9.Тяговый баланс автомобиля. Уравнение движения…………..........53

1.10.Динамический фактор автомобиля...................................................54

1.11.Динамический паспорт автомобиля..................................................56

1.12.Разгон автомобиля...............................................................................57

1.13.Условия возможности движения автомобиля..................................59

1.14.Мощностной баланс автомобиля.......................................................60

1.15.Тяговый расчет автомобиля................................................................61

1.16.Гидродинамические передачи............................................................62

       Входная характеристика гидротрансформатора……………….......66

       Выходная характеристика гидротрансформатора…………………68

1.17.Автоматические коробки передачи...................................................71

1.18. Бесступенчатые передачи………………………………………….76

2. Топливная экономичность автомобиля ………………………………....82

2.1.Гибридный привод……………………………………………………88

2.2.Топливно-экономический расчет автомобиля....................................90

2.3.Оценка топливной экономичности......................................................94

3. Управляемость автомобиля

3.1.Способы поворота колесных машин...................................................99

3.2.Увод колес автомобиля.……...............................................................103

3.3.Установка и стабилизация управляемых колес

      автомобиля...........................................................................................108

3.4.Обратимость рулевого механизма......................................................112

3.5.Оценка управляемости автомобиля.................................................. 115

4. Устойчивость автомобиля

4.1.Поперечная устойчивость автомобиля.............................................  117   

4.2.Продольная устойчивость автомобиля.............................................  119

4.3.Влияние бокового ветра на устойчивость автомобиля………….. 120

4.4.Влияние конструктивных факторов на устойчивость

   автомобиля............................................................................................. 121                   

4.5.Устойчивость автомобиля при торможении..................................... 126

4.6.Поперечная устойчивость движения прицепов................................ 128

4.7.Оценка устойчивости автомобиля и прицепа...................................129

5. Проходимость автомобиля

5.1.Значение и требования к проходимости автомобиля...................... 129

5.2.Факторы, влияющие на проходимость автомобиля......................... 130

5.3.Движение автомобиля на подъеме.................................................... 132

5.4.Порог, преодалеваем6. ый колесом автомобиля.................................. 135

  5.5.Влияние дифференциала на проходимость автомобиля………….. 136

5.6.Циркуляция мощности в трансмиссии автомобиля......................... 141

5.7.Специальные транспортные средства высокой проходи-

     мости..................................................................................................... 142

5.8.Оценка проходимости автомобиля................................................... 148

6. Тормозные качества автомобиля

  6.1.Требования к тормозным качествам автомобиля.............................149

6.2. Требования к тормозному управлению……………………………150

6.3.Стояночная тормозная система……………………………………..153

6.4. Запасная тормозная система………………………………………..154

  6.5. Вспомогательная тормозная система………………………………156

6.6.Требования к тормозам автомобильных прицепов...........................158

6.7. Процесс торможения. Диаграмма торможения................................158

6.8.Перераспределение тормозных сил при торможении.......................161

 6.9.Силы и моменты, действующие на автомобиль при

      торможении...........................................................................................165

6.10.Расчет тормозной динамики автомобиля..........................................172

6.11. Методы проверки тормозного управления……………………….168 

7. Плавность хода автомобиля

 7.1.Требования к плавности хода автомобиля.........................................171

7.2.Пневматическая подвеска автомобиля.............................................. 176

7.3. Влияние шин на плавность хода……………………………………180

7.4.Статистическая оценка плавности хода автомобиля.........................181

7.5.Гашение колебаний кузова автомобиля..............................................182

7.6. Свободные колебания кузова автомобиля, опирающегося

      упругие элементы передних и задних подвесок………………..…..187

7.7.Требования к автомобильным сидениям.............................................190

8. Безопасный автомобиль

8.1. Требования к конструкции автомобиля по обеспечению

      безопасности движения……………………………………… ………195

  8.2. Токсичность выхлопных газов………………………………………. 201

8.3. Требования безопасности к дороге………………………………….. 204

8.4. Шумность автотранспортных средств…………..………………….. 207

Приложение 1 ………………………………………………………….. ….. 212

Приложение 2…………………………………………………………………214

Список литературы.......................................................................................... 215

 

Введение

Для преодаления значительных расстояний ещё в древности люди использовали  силу лошадей и других животных. В более позднее время создавались    коляски, приводимых в движение мускульной силой самих едущих. Среди  изобретателей таких колясок есть и наши соотечественники. Леонтий Лукьянович Шамшуренков в 1752г. и Иван Петрович Кулибин в 1771г. построили “самобеглые коляски”. С середины XVIII и до конца XIX века  наступила эпоха пара,  во многих странах отмечается значительное развитие тех­ники и, в частности, средств тран­спорта. В 1769 г. французский инженер Никола Жозеф Кунью построил первый трехколесный экипаж с паровым двигателем для перевозки орудий. Появился паровоз Стивенсона (1814 г.).  В 1825 г. в Англии была открыта первая в мире железная дорога Стоктон – Дарлингтон. В 1831 г. началось регулярное движение паровых дилижансов по шоссейной дороге между годами Лондон – Стратфорд. Серьезной попыткой создания автомобилей с паровым двигателем следует считать опытную партию из семи колесных тягачей, построенных в 1873 г. на заводе Мальцева в Людинове. Оснащенный паровой машиной мощностью 10 л.с. такой тягач мог буксировать по грунто­вой дороге до 10 прицепов с грузом 16-19 т. Паровой автомобиль Мальцевского завода имел массу 8120 кг и развивал при полной нагрузке скорость 6 км/ч.

                Создание быстроходного самодви­жущегося экипажа стало возмож­ным после изобретения двигателя внутреннего сгорания. В I860 году французский механик Этьен Ленуар (1822—1900) построил двигатель, работавший на светильном газе. Двигатель  не имел предварительного сжатия горючей смеси и работал по двухтактному циклу. Наполнение цилиндра газовоздушной смесью в двигателе происходило на половине хода поршня от верхнего положения, после чего эта смесь поджигалась электродугой при разрыве кон­тактов, находящихся в цепи источника питания низкого напряжения и последовательно включен­ного сопротивления. Для зажигания служили две электрические свечи, ввернутые в крышки цилиндра. Двигатель Ленуара — двусторонний (двойного действия; рабочий процесс происходит с двух сторон поршня) и двух­тактный, полный цикл работы поршня длится в течение двух его ходов. При первом ходе происходят впуск, воспла­менение и расширение смеси в цилиндре (рабочий ход), а при втором ходе выпуск отработавших газов. Впуском и выпу­ском управляет задвижка-золотник, а золотником – эксцент­рик, смонтированный на валу двигателя.

   Более эффективным газовый двигатель сделал  в 1876 году коммерческий служащий Николаю-Август Отто (1832—1891) из Кёльна совместно с Евгением Лангеном (1833—1895). Отто и Ланген созда­ли четырехтактный газовый двигатель с предварителным сжатием горючей смеси и ее сгоранием при постоянном объеме.              

             Рабочий про­цесс “цикл Отто”  сохранился до наших дней. Полученный Отто патент на четырехтактный газовый двигатель в 1889 был году аннулирован, так как ранее четырех­тактный цикл предложил француз Л. Бо-де-Роша.  

                  В 1885 г. Даймлер и Бенц построили  двигатель, работающий на бензине. Бензиновоздушная смесь приготовлялась прибором фитильного типа с передвижным патрубком, регулирующим   состав смеси и её  количество. В дальнейшем прибор был усовершенствован и назван карбюратором или распылителем. Горючая смесь в цилиндре двигателя поджигалась электрической искрой от автономного источника высокого на­пряжения (магнето).

                В 1886 Даймлер и Бенц независимо друг от  друга построили самодвижущиеся экипажи. Автомобиль Даймлера считается первым автомобилем в мире с двигателем внутреннего сгорания – рис. 1.

                           

  С этого времени началась новая эра в развитии транспорта всех видов,  в том числе  воздушного и наземного, на котором устанавливались компакт­ные силовые агрегаты, работающие на легком топливе.

  Среди российских изобретателей двигателя и автомобиля   заметный вклад внес   Евгений Алексан­дрович Яковлев (1857—1898 гг.), лей­тенант  русского военно-морского флота. С

        Рис.1. Автомобиль Г. Даймлера, 1886г    двигателями внутреннего сгорания

                                                                                  он начал проводить эксперименты в 1884 г., а в 1889 г. организовал их серийное производство на осно­ванном им в Петербурге первом русском «Заводе керосиновых и га­зовых двигателей Е. А. Яковлева». Двигатели Е. А Яковлева име­ли немало технических новшеств: электрическое за­жигание, съемную головку цилинд­ра, смазку под давлением. В 1893 г. эти  двигатели экспонировались на Всемирной выставке в Чикаго и были отмече­ны премией.

 На Всемирной выставке в Чикаго был представлен один из первых авто­мобилей серийного производства — немецкий «Бенц» модели «Вело».  Им  заин­тересовались Е. А. Яковлев и П. А. Фрезе (1844—1918 гг.), которые

                                                                          через три года совместно построили

        Рис. 2. Первый русский автомобиль       аналогичный автомобиль – рис.2.

         Яковлева Е.А. и Фрезе П.А., 1896 г.     

               Яков­лев изготовил для этого автомобиля  двигатель и транс­миссию, Фрезе по его заказу – ходовую часть и кузов. В 1896 г. этот автомобиль демонстрировался на Всероссийской промышленно-художест-венной выставке в Нижнем Новгороде и считается первым русским автомобилем.

 На автомобиле Яковлева и Фрезе был установлен четырехтактный двигатель с одним горизонтальным цилиндром. Он располагался в задней части кузова и развивал мощность 1,5—2 л. с. Для охлаждения двигателя использовалась вода, теплообменниками являлись две латунные емкости, размещенные вдоль бортов в задней части машины. Зажигание рабочей смеси было электрическое, карбю­ратор простейший испарительного типа (в от­личие от современных карбюрато­ров распылительного типа).   Корпус карбю­ратора в виде цилиндра возвышал­ся в заднем левом углу кузова. Трансмиссия, состоявшая из ремней  со шкивами, позволяла получить две передачи вперед и холостой ход. Передачи включались при помощи рычажков, помещенных на стойках слева и справа от рулевой колонки. Передача заднего хода отсутство­вала. Перед двигателем (он распо­лагался вблизи задних колес) под сиденьем водителя и пассажира проходил поперечный ведущий вал с дифференциалом. Насаженные на его концы звездочки через цепи пе­редавали вращение ведомым звез­дочкам, соединенным со спицами задних ведущих колес шестью стремянками каждая. Передаточное число главной передачи составляло около 5,5. Машина имела два тормоза. Ручной тормоз при помощи рычага, расположенного у левого борта ку­зова, воздействовал на задние ко­леса, прижимая к шинам тормозные колодки. Ножной торз действовал на ведущий вал транс­миссии. По компоновке, устройству двигателя и трансмиссии автомобиль Яковлева и Фрезе имел немало об­щих черт с машиной «Вело» Карла Бенца. Ходовая часть по конструк­ции сохранила большое сходство с конными экипажами.  Деревянные колеса (задние по диаметру в 1,2 раза больше передних) со спицами, сплошные резиновые (непневмати­ческие) шины шириной 60 мм, сту­пицы колес без шарикоподшипни­ков, рессоры -  полностью эллипти­ческие, продольные. Перед­нюю и заднюю оси связывал под­рамник, образуя своего рода шас­си, на которое через рессоры опи­рался кузов с пассажирами и силовой установкой. Оригинально бы­ло сделано рулевое управление. Если на автмобиле Карла Бенца поворачивалась передняя ось, для чено он  приме­нил запатентованное им в 1893 г. поворотное упругое звено, то на автомобиле Яков­лева и Фрезе поворачивались передние колеса.

             К этому времени уже имелся теоретический задел для создания двига- теля внутреннего сгорания.  Немец Рудольф Дизель   является автором теории рабочего процесса в ДВС,  когда топливо сгорает при по­стоянной температуре, т. е. без теплообмена с внешней средой. В 1897 г. он построил  дви­гатель, работающий от воспламенения тяжелого топлива в нагретой воздушной среде при сжатии, который  получил наименование «дизель».

   Первым крупным предприятием по производству автомобилей в России был Русско-Балтийский вагонный завод в Риге. В 1907 г. на заводе был создан автомобильный отдел. Через год   были изготовлены первые автомобили,  в 1909 г. организовано их серийное производство.   Сначала использовались импортные детали, а с 1910 г. –только собственные. Основная сложность заключалась в отсутствии стали нужных сортов, необходимой для изготовления автомобильных деталей.  На заводе было создано собственное производство стали и освоен выпуск даже таких узлов, как штампованные рамы, колеса, радиаторы. Выполнялось на заводе и алюминиевое литье.

            

                          Рис. 3. Автомобили Руссо-Балт, 1915 г.

     Двигатели автомобилей Руссо-Балта изготавливались в двух видах: с цилиндрами, выполненными раздельно или отлитыми в одном блоке. Поршни в этих двигателях впервые были отлиты из алюминиевого сплава. Оригинально былы выполнены тормозные системы – ножная и ручная, действовавшие независимо от друг от друга. на колеса автомобиля, что для своего времени являлось новшеством.

   Автомобили Русско-Балтийского завода показывали высокие ходовые качества и неоднократно участвовали в автопробегах, выдерживая конкуренцию с заграничными моделями. Так, в 1910 г. в пробеге с нагрузкой в 5 человек по сложному маршруту Петербург - Неаполь - Петербург (более 10 тыс. км) автомобиль не выявил никаких неполадок, кроме прокола шин (одна из шин русского производства "Проводник" выдержала весь маршрут). В прессе того времени этот факт расценивался как торжество русской автомобильной техники.

   Кроме того, по мнению специалистов, автомобили Руссо-Балта отличались изящным видом и законченностью отделки, чем превосходили заграничные модели.

Во время первой мировой войны в 1915 г., когда немецкие войска подходили к Риге,  завод Руссо-Балт был эвакуирован  в Фили под Москвой, а также в Петрогад. Автосборочное предприятие было объединено  с заводом, купленным  Руссо-Балтом  в 1910 г. у П.А.Фрезе. Сборка автомобилей в Филях и Петрограде продолжалась до 1918 г., пока не закончились детали и заготовки, вывезенные из Риги.

Рис. 9. Автомобиль И.П.Пузырева, С.Петербург, 1911- 1914 г.г.

Рис. 10. Автомобиль Руссо-Балт с гусеничным движителем системы

инж. А.Кегресса

     До 1917 г. автомобили в России изготавливались следующими заводами и фабриками: "П.А. Фрезе и К", "Э.Л.Лидтке", "Д.Скавронский", АО "ГА. Лесснер", "Ив.Брейтигам", Товариществом "Политехник", "П.Д.Яковлев",  "К.Крюммель", "И.П.Пузырев" (Санкт-Петербург); АО "Луке",  "Н.Э.Бромлей", "Братья Крыловы и К", "А.И.Евсеев", "П.П.Ильин", "Автомобильное Московское общество (АМО)" братьев Рябушинских (Москва); "А.Лейтнер", АО "Русско-Балтийский вагонный завод (РБВЗ)" (г. Рига); машиностроительной мастерской М.М.Хрущева (г. Орел); АО "В.А.Лебедев" (г. Ярославль); "Аксай" (г. Ростов-на-Дону); "Русский Рено" (г. Рыбинск); "Бекас" (Мытищи) и др.  

  К началу первой мировой войны в России насчитывалось 11 тысяч автомобилей, из которых около 2 тысяч были грузовые. Первая мировая война затормозила развитие отечественной автомобильной промышленности, однако показала большие преимущества автомобилей перед конными экипажами. 

   В 1916 г. Главным военно-техническим управлением России подписан контракт с группой промышленников на строительство шести автозаводов: “АМО” в Москве, ''Руссо-Балт'' в Филях, ''Русский Рено'' в Рыбинске, ''Аксай'' – в Ростове-на-Дону, ''Бекос'' в Мытищах, ''В.А. Лебедев'' в Ярославле. Годовая программа заводов – 7500 автомобилей. 2 августа 1916 г. заложен завод АМО. Из закупленных у фирмы Fiat (Италия) деталей в 1917 г. здесь собрано 472 грузовика АМО-Ф15, в 1918 г. – 779 шт., в 1919 г. – 108 шт, далее произвдство остановилось. Оно возобновилось  в 1924 г., тогда было собрано 10 шт. АМО-Ф15. С 1924 г. по 1931г. изготовлено более 6000 таких автомобилей - рис. 11 и 12. На смену АМО-Ф15 пришли АМО-2, АМО-3, ЗИС-5.

 

 

Рис. 11. Грузовой 1,5т автомобиль АМО-Ф-15 московского завода АМО, 1924 г.

      

В 1925 г. пущен автозавод в Ярославле, где изготавливались трех, четырех и пятитонные грузовики Я-3, Я-4, Я-5 и автобусное шасси Я-6.

 

 

 

Рис. 12. Грузовой автомобиль Я3 Ярославского завода, 1925 г.

    

 

Рис. 13. Грузовой автомобиль Я5 Ярославского завода, 1929 г.

Рис. 14. Автобус на шасси Я-6 Ярославского завода, 1929 г.

   В 1932 г., пущен автозавод в Н. Новгороде. Первыми моделями, изготавливаемыми  на этом заводе, были грузовой ГАЗ-АА и легковой ГАЗ-А.

Рис. 15. Грузовой автомобиль ГАЗ-АА горьковского автозавода, 1932 г.

 

 

Рис. 16. Легковой автомобиль ГАЗ-А горьковского автозавода, 1932 г.

 

 

 

Рис. 17. Грузовой автомобиль ЗИС-5 московского автозавода, 1934 г.

 

 С окончанием строительства автозаводов в Ярославле, Н.Новгороде и реконструкции в 1931 г. московского автозавода АМО выпуск автомобилей в СССР быстро увеличивался и составил:  в 1932 г. –  23879 шт., в 1933 г. – 49710 шт., в 1937 г. – 199000 шт.

   После снижения выпуска во время войны (в 1945 г. произведено 74 тыс. шт.) в 1956 г. в СССР изготовлено грузовых и легковых 362 тыс., в 1960 г. – 523 тыс. шт., в 1970 г. – 916тыс. шт., в 1980 г. – 2199 тыс. шт.

    В США производство автомобилей было наибольшим из всех стран и составило: в 1915 г. 970 тыс. шт., из которых 74 тыс. шт.  грузовые, остальные – легковые; в 1920 г. всего изготовлено 2227 тыс., из них легковых – 1906 тыс.; в 1925 г. – всего 4266 тыс., из них легковых – 3725 тыс. шт.; в 1950 г. – всего 8003 тыс., из них легковых – 6666 тыс.; в 1955 г. – всего 9169 тыс., из них легковых – 7928 тыс. шт.

  В 2012 г. в России намечено собирать иномарок до четырех млн. шт. и изготавливать один млн. отечественных автомобилей. Парк автомобилей в России в 2008 г. составил около 40 млн. шт. В США зарегистрировано 170 млн. шт., в Англии – 21,9 млн. шт., во Франции – 24,4 млн. шт., в Германии – 43 млн. шт. В мире в год изготавливается порядка 50 млн.  автомобилей.

   Без пневматической шины движение автомобилей с такими скоростями, какие имеются,  было бы непозможно. Первый патент № 10990 от 10 июня 1846 года  на “воздушное колесо” получил шотландец Роберт Уильям Томпсон. Но автором автомобильной пневматической шины считается шотландец Джон Данлоп, получивший патент № 10607 от 23 июля 1888 и другой патент от 31 августа того же года на применение “пневматического обруча для транспотных средств”. Впервые пневматические шины на автомобиль поставили французы братья Андре и Эдуард Мишлен в 1895 году, совершив на них пробег 1200 км.

  Наука об автомобилях развилась и приобрела самостоятельность в первой четверти ХХ века. Хотя автомобили выпускались и до того времени, но правила конструирования их отсутствовали. Каждый изготовитель определял технические показатели автомобиля по своему разумению и возможностям. В дальнейшем в автомобильной науке появились три основных направления, каждое из которых занимается своими вопросами: теория автомобиля – наука, изучающая эксплуатационно–технические свойства автомобиля и законы его движения; конструирование и расчет автомобиля – наука о правилах конструирования, определения нагруженности как автомобиля в целом, так и отдельных его деталей и испытания автомобиля – наука о правилах исследования автомобилей, определения их технических показателей и прочностных возможностей.

  Переведенный из Риги в Фили завод “Руссо-Балт” в 1921 г.  был передан Центральному управлению государственных заводов – ЦУГАЗ. Из оставшихся и вновь изготовленных деталей на заводе в Филях было собирано несколько  легковых автомобилей "Руссо-Балт" модели С. Один из этих автомобилей  поступил  для исследования в созданную в 1918 году научную автомобильную лабораторию при ВСНХ, преобразованную в 1921 году в Научный автомоторный институт - НАМИ, который  является ведущим научным центром в области автостроения  в России. С создания НАМИ начинается развитие науки об автомобилях в нашей стране. Десятки крупных ученых, работавших в НАМИ (Е.А. Чудаков, Н.Р. Брилинг, Гольд Б.В. и др.), внесли заметный вклад в развитие автомобильной  науки.             

                  В данном учебном пособии содеpжится матеpиал, изучаемый студентами автомобильных специальностей. Пособие включает разделы: динамика автомобиля, топливная экономичность, устойчивость, управляемость, пpоходимость, тоpмозные качества и плавность хода и безопасность. автомобиля.

    В разделе "Динамика автомобиля" рассматриваются силы, действующие на автомобиль, тяговые и pазгонные качества, выбор передаточных чисел агрегатов трансмиссии и т.д. В разделе "Экономические качества автомобиля" дается анализ влияния различных факторов на расход топлива при выполнении транспортной работы, рассматриваются способы снижения расхода и расчет расхода в зависимости от условий движения..

   Проходимость, устойчивость, управляемость, тормозные качества и планость хода рассмотрены в соответствующих разделах пособия, где дана оценка влиния важнейших конструктивных параметров автомобиля на эти свойства. Так в разделе "Проходимость автомобиля" приводятся геометрические параметры, которые должен иметь автомобиль, чтобы обеспечивалась возможность движения в условиях бездорожья с неровностями значительной высоты и резко изменяющимся профилем этих неровностей. Рассматривается влияние на проходимость автомобиля удельного давления колёс на грунт, способов изменения давления, повышения сцепления колес с опорной поверхностью и значения удельной мощности автомобиля на его проходимость.

   В разделе "Управляемость автомобиля" даются рекомендации по оценке управляемости автомобиля, анализируются факторы, влияющие на управляемость и способы её улучшения, анализируется влияние увода колес на радиус поворота автомобиля и приводятся численные значения коэффициентов сопротивления уводу. Для определения критической скорости при излишней поворачиваемости имеются соответствующие выражения.

   Раздел "Устойчивость автомобиля" содержит определение понятия устойчивости, анализируется её зависимость от различных конструктивных параметров автомобиля, определение предельной скорости из условия отсутствия бокового скольжения и опрокидывания. Рассматриваются также условия движения автомобиля без продольного опрокидывания на подъемах и спусках и приводятся методики для определения предельных скоростей автомобиля.

  Тормозные качества, их зависимость от конструктивных и дорожных условий рассмотрены в соответствующем разделе пособия, даны рекомендации по их улучшению. Здесь же анализируется влияние на тормозные качества регуляторов тормозных сил и антиблокировочных систем, нашедших в последние годы широкое применение. Большое внимание уделяется нормативным документам, регламентирующим тормозные качества при остановках, стоянке, на уклоне и движении автомобиля на спусках. Даны также рекомендации по расчету тормозной динамики в зависимости от сцепных качеств колес и дороги.    В рассматриваемом разделе "Плавность хода автомобиля" приводится оценка плавности хода автомобилей различных типов и назначений, зависимость плавности от факторов, влияющих на неё и требования к подвеске, обеспечивающей высокую плавность, а также требования к автомобильным сидениям. Кроме того, рассматривается гашение колебаний кузова после наезда на неровность, параметры гашения колебаний, требования к автомобильным амортизаторам и их характеристики, что отражено на графиках амплитудно-частотных характеристик автомобиля. В заключение приведена методика расчета автомобиля на плавность хода с учетом взаимного влияния подвесок.

ДИНАМИКА АВТОМОБИЛЯ

Качение автомобильного колеса

    В основе перемещения сухопутных экипажей лежит принцип колеса, – изобретение, известное с древности.  Колесо – элемент, связывающий автомобиль с дорогой, через который он разгоняется, тормозится и направляется в нужную сторону. Для снижения толчков и вибраций, передаваемых на автомобиль от дорожных неровностей, автомобильные колеса имеют эластичную пневматическую шину, вносящую целый ряд особенностей в работу колеса и характер движения автомобиля. Из-за деформации шины под действием приходящихся на нее нагрузок различаются следующие радиусы колеса:

1. Свободный или номинальный радиус, R_н – расстояние от центра колеса до его внешней беговой поверхности, замеренное в месте, где колесо не сдеформировано от приходящихся на него нагрузок.

2. Статический радиус, R_с – расстояние от центра до опорной поверхности некатящегося колеса.

3. Динамический радиус, R_d – расстояние от центра до опорной поверхности катящегося колеса.

4. Кинематический или радиус качения – R_к. При его определении учитывается скольжение колеса по опорной поверхности. Рассчитать кинематический радиус можно, поделив пройденный колесом путь на длину беговой части колеса и количество совершенных при этом оборотов:

                                               R_к =  ,                                                  (1)

где S – пройденный путь; n – число оборотов колеса на этом пути.

   Таким образом, при буксовании на месте, когда  S = 0, R_к = 0. При движении юзом, когда  n = 0, R_к = ¥.

Для практических расчетов обычно берется статический радиус колеса, т.к. разница между величинами указанных радиусов на твердых сухих дорогах небольшая.  Численные значения статических радиусов колес автомобилей приводятся в справочниках [8].

    Статический радиус можно определить по  обозначениям на боковинах шины.  Например, на боковине шины автомобиля ЗИЛ-130 имеется обозначение 9,00 – 20''. Первое число 9,00 означает ширину и высоту профиля шины в дюймах, которые у стандартной тороидальной шины близки между собой. Второе число – внутренний посадочный диаметр шины также в дюймах (один дюйм равен 25,4 мм). Следовательно, статический радиус шины можно записать как

                                                     R_с = D/2 + d ×l,                                      (2)

 где D – посадочный диаметр шины;  d – высота профиля;    l – коэффициент радиальной деформации щины под нагрузкой.

   В зависимости от величины отношения высоты профиля шины к его ширине шины делятся на стандартные (тороидальные), низкопрофильные, широкопроильные.  Отношением высоты профиля к его ширине для них  равно: стандартные – 0,9-1,1, низкопрофильные – 0,7- 0,88, широкопроильные – 0,4-0,65. Специальные шиныимеют это отношение: арочные – 0,39-0,5, пневмокаткт –  0,2-0,35. Для стандартных и широкопрофильных шин коэффициент радиальной деформации l = 0,1...0,16.

  Обозначения шин может быть также в миллиметрах или комбинированное в миллиметрах и дюймах. В табл. 1 приводятся обозначения размерности шин и статические радиусы колес некоторых российских, а также украинских и белорусских автомобилей.

         Таблица 1