Силы, действующие на автомобиль

     Действующие на автомобиль силы можно разделены на следующие три группы:

1. Силы тяжести или вес автомобиля и его частей.

2. Силы сопротивления движению.

3. Силы, движущие автомобиль.

  Сила тяжести (размерность в системе СИ – ньютоны) является движущей на спуске и силой сопротивления на подъеме. Препятствующие разгону автомобиля инерционные силы являются результатом влияния его массы.

Сила тяжести автомобиля складывается из сила тяжести снаряженного автомобиля и сила тяжести перевозимого груза. Сумма этих сил называется полной сила тяжести автомобиля.

  Отношение максимальной допустимой массы груза к собственной массе автомобиля называется коэффициентом использования массы автомобиля (он же – коэффициент грузоподъемности). Численные значения коэффициента использования массы для грузовых автомобилей средней и большой грузоподъемности находится обычно в пределах от 1,1 до 1,3, иногда – 1,4. Для грузовых малотоннажных автомобилей, например, автомобилей УАЗ, фургонов на базе легковых автомобилей эти коэффициенты существенно меньше и составляют величину 0,45...0,7. Отношение массы пассажиров, водителя и допустимой массы багажа в легковых автомобилях и их собственным массам еще ниже и равняется около 0,2 –  для автомобилей высшего класса, и 0,4 –  для автомобилей малого класса типа ВАЗ.

   Коэффициент использования массы грузовых автомобилей имеет тенденцию к росту по мере расширения использования высокопрочных и легких материалов, например, легированных сталей, пластмасс, алюминиевых сплавов, а также более точных расчетов и тщательной исследовательской доводки конструкции деталей и агрегатов автомобиля.

   Масса автомобиля распределяется между передним и задним мостами строго в соответствии с количеством колес на этих мостах. Не допускается перегрузка шины даже на 10 % в соответствии с установленными нормами, т.к. перегрузка ведет к резкому снижению срока службы шины. Допустимую нагрузку на колеса от веса автомобиля (рис. 26) можно установить путем смещения центра тяжести автомобиля по его длине, для чего при проектировании кузов грузового автомобиля смещается ближе к тому мосту, который недогружен. На легковом автомобиле для получения нужной нагрузки на колеса смещаются прежде всего двигатель и багажник.    

    

 

Рис. 26. Нагрузки, приходящиеся на колеса автомобиля

   Ниже приведены отношения масс автомобилей, приходящихся на задние мосты к массам, приходящимся на передние мосты:

– автомобили полностью груженые легковые – 0,75...1,2, грузовые –  2,3...3,0;   

– автомобили порожние легкоые – 0,7...1,1, грузовые – 1,0...1,2.

   На переднеприводных легковых автомобилях передние колеса нагружены обычно больше, чем задние. Так делается с целью обеспечения высокой силы тяги ведущих колес при движения автомобиля на подъеме, где передние колеса разгружаются и поэтому могут буксовать, не создавая нужной силы тяги. Движение автомобиля становится невозможно.

 Чтобы дорога быстро не разрушалась, нагрузка от колес оси не должна превышать допустимую. Автомобильные дороги в России делятся на 5 категорий. Лучшими являются дороги I и II категорий. Это дороги  с несколькими полосами движения в каждом направлении, по ним  допускается движения всех колесных транспортных средств с осевой нагруз­кой, не превышающей 10 т.

Дороги III категории рассчитаны на менее интен­сивное движение, имеют облегченное усовершенствован­ное покрытие. Большинство дорог в России  III и IV категорий – двухполосные, имеющие по одной полосе движения в одну и другую сторону. На этих дорогах допускается движение транспортных средств с осевой нагрузкой также до 10 т.

К IV категории также относятся дороги с твердым покрытием, но оно может быть неусовершенствованным (булыжник, гравий).  На таких дорогах разрешается движение транспортных средств с осевой нагрузкой не более 6 т. При проектировании грузовых автомобилей на российских автозаводах за допустимую осевую нагрузку принимается  6 т.

К V категории относятся профилированные дороги, не имеющие твердого покрытия. Иногда их поверхность обрабаты­вают специальными добавками, связывающими грунт и несколько повышающими стойкость верхнего слоя. В осеннюю и весеннюю распутицу, а также в период снежных заносов они обычно становятся непроезжими, но с наступлением морозов и до сильных снегопадов, а также летом в сухое время грун­товые дороги обладают удовлетворительными  качествами.

По условиям эксплатации автомобили делятся на две группы:  А и Б.   Группа А – для эксплуатации на дорогах первой, второй и третьей категорий, группа Б – для эксплуатации на всех видах дорог.

Полная масса автомобиля, автопоезда не должна превышать значения, указанные в табл.

Таблица 4

Допускаеиая полная масса, т

Автомобиль, прицеп, автопоезд	Группа А	Группа Б
Автопоезд в составе автомобиля и прицепа или тягача и полуприцепа при обшем количестве осей четыре  Автопоезд в составе автомобиля и прицепа или тягача и полуприцепа при общем количестве осей пять и более Двухосный автомобиль или прицеп Трехосный автомобиль или прицеп  Автопоезд в составе тягача с полуприцепом (при обшем количестве осей - 3)	33 40             17,5  25,0 25,0	20 30            10,5  15,0     16,0

    При небольших расстояниях между осями на трех- и четырехосных автомобилях допускаемая нагрузка на ось уменьшается. Так, осевая нагрузка 10 т для автомобилей группы А допускается, если расстояние между осями 2,5 м и более. При расстоянии 1,39-2,5 м допускается только 9 т, при расстоянии 1,25-1,39 м – 8 т, при расстоянии до 1,25 м – 7 т. Для автомобилей группы Б соответственно для этих расстояний допускаеися 6; 5,5; 5; 4,5 т.

В европейских странах допускаемая нагрузка на ось 11,5 т. По международным соглашениям осевую нагрузку рекомендуется увеличить до 13 т.

Положение ц е н т р а т я ж е с т и автомобиля по его длине и высоте можно найти, если составить сумму моментов сил тяжести каждого из агрегатов и узлов автомобиля относительно какой-либо его точки, например, центра пятна контакта колес с дорогой, и приравнять эту сумму моменту от силы тяжести, приложенной в условно выбранном центре тяжести. Из равенства моментов определяется расстояние до центра тяжести. При этом для определения положения центра тяжести по длине автомобиля векторы сил тяжести направляются перпендикулярно к горизонтальной опорной поверхности, на которой стоит автомобиль, а для нахождения положения центра тяжести по высоте автомобиля векторы сил тяжести направляются параллельно опорной поверхности. Положение центра тяжести влияет на целый ряд эксплуатационных показателей автомобиля и потому для вновь создаваемого автомобиля всегда тщательно рассчитывается и проверяется. Экспериментально положение центра тяжести по длине автомобиля можно найти следующим образом. Автомобиль поочередно вьезжает на весы передними и задними колесами. Определяются: G₁– вес автомобиля, приходящийся на передние колеса; G₂ – вес автомобиля, приходящийся на задние колеса. Общий вес автомобиля – G_а = G₁ + G₂. Нагрузка  на опорную поверхность от колес обратно пропорциональна их расстояниям до центра тяжести, что можно выразить как , где L₁ – расстояние от центра тяжести автомобиля до вертикальной оси его передних колес; L₂ – до вертикальной оси задних колес. Решая эти зависимости, получим:                       L₁= ×L и L₂ =  × L, где L - база автомобиля (расстояние между вертикальными осями передних и задних колес автомобиля). 

Высоту расположения   центра тяжести   автомобиля можно найти также путем  двух взвешиваний: сначала определяется нагрузка на весы от задних колес автомобиля в его горизонтальном положении, а затем в наклоненном  на угол a, как указано на рис. 27. Если составить сумму моментов всех действующих на авто- мобиль сил в наклонном положении, например, относительно точки А, и приравнять ее нулю, можно определить высоту расположения центра тяжести автомобиля.

Рис. 27. Определение положения центра

тяжести по высоте автомобиля

 

 

G_а ×L₁× cos a + G_а× h_g× sin a - G_Н ×L× cos a = 0.

Отсюда:

,

где G₂ – нагрузка на весы от заднего моста в горизонтальном положении автомобиля; G_Н - нагрузка на весы от заднего моста в наклоненном положении автомобиля

Таблица 5

Высота   расположения центра тяжести автомобилей, м

 

Автомобиль	ВАЗ-2106	М-2140	ГАЗ-24	УАЗ-469	ГАЗ-53	ГАЗ-66	ЗИЛ-130	МАЗ-5335
Без  груза	0,56	0,562	0,552	-	0,749	0,763	0,885	1,050
Полностью  нагруженый	0,581	0,596	0,620	0,769	1,152	1,150	1,340	1,450