Радіуси еластичного колеса

Розмір і тип шин безпосередньо відбиваються на експлуатаційних властивостях автомобіля. Радіус автомобільного колеса з еластичною шиною не залишається постійним при зміні режиму роботи автомобіля. У зв’язку з цим при аналізі експлуатаційних властивостей розрізняють декілька радіусів колеса (рис. 1).

Вільний радіус r₀ ‑ це радіус колеса у вільному стані за відсутності дії на нього сил і крутного моменту (рис. 1). Він визначається як

(1)

де d‑ внутрішній діаметр шини;

b ‑ ширина профілю шини (ці розміри можна визначити за цифрами позначення шин);

Δ ‑ коефіцієнт профільності шини, що враховує співвідношення h/b (h‑ висота профілю шини).

При нормативному навантаженні і внутрішньому тиску для шин вантажних автомобілів і автобусів ; для радіальних шин легкових автомобілів Δ закладено в позначенні. Наприклад, у шини розмірністю 205/70R14, Δ=0,7.

Статичний радіус r_c (рис. 1, б) ‑ відстань від осі нерухомого колеса до опорної поверхні, при дії вертикального навантаження ( ‑ вага, що припадає на колесо). Він визначається

(2)

де λ ‑ коефіцієнт деформації шини (λ =0,85-0,9 для шин вантажних автомобілів, автобусів; λ =0,8-0,85 для радіальних шин легкових автомобілів).

Рисунок 1 ‑ Схема автомобільного колеса: а ‑у вільному стані; б, г ‑ навантаженого вертикальною силою Рz; е ‑ навантаженоговертикальною силою Рz і крутним моментом Мк

Динамічний радіус r_д (рис. 1, е) ‑ відстань від осі колеса до площини, по якій воно котиться, при дії вертикального навантаження і крутного момента. На рис. 1, г умовно показано, як відбувається скривлення ліній, нанесених на бічні шини при нерухомому колесі й у випадку підведення до нього крутного моменту М_кр. У першому випадку ми бачимо симетричну картину щодо вертикальної осі (пунктирні лінії), у другому випадку ці лінії викривляються внаслідок закручування шини в тангенціальному напрямку. Динамічний радіус зменшується при збільшенні вертикального навантаження, величини переданого крутного моменту, зниження внутрішнього тиску повітря в шині і збільшується зі зростанням частоти обертання колеса. Останнє пов’язане з розтяганням шини в радіальному напрямку в результаті дії інерційних сил.

Радіус кочення колеса r_к ‑ це радіус деякого умовного “абсолютно твердого” колеса, що при пробуксовуванні і прослизанні має з дійсним колесом однакові кутову і лінійну швидкість. Поняття про радіус кочення вводиться для визначення дійсної лінійної швидкості колеса за його кутовою швидкістю. Ні статичний, ні динамічний радіус не дають можливості це зробити при пробуксовуванні чи прослизанні колеса.

Зв’язок між лінійною і кутовою швидкістю та радіусом твердого колеса, що котиться без пробуксовування, установлюють за відомою формулою:

(3)

де r ‑ геометричний радіус;

V ‑ поступальна швидкість;

‑ кутова швидкість колеса.

Якщо колесо пробуксовує, то його дійсна поступальна швидкість V_д<V і, отже, радіус r_д, розрахований за цією швидкістю, менший геометричного, тобто r_д<r_к, а в разі повного буксування V_д>V, а r_д>r_к. У випадку повного ковзання і . Таким чином, дійсну поступальну швидкість колеса розраховують тільки з використанням радіуса кочення r_к, що враховує його пробуксовування і прослизання. Радіус кочення звичайно визначають експериментально шляхом вимірювання пройденого колесом шляху S за n_к його обертів (рис. 2). Так він може бути визначений для будь-якого режиму кочення колеса:

(4)

Рисунок 2 ‑ Схема для визначення rк

Радіус кочення r_к залежить від тих самих факторів, що й динамічний. Однак їх вплив на r_к більший, ніж на r_д. Тому при розрахунку силових показників (сили, моменту) слід використовувати динамічний радіус га, а кінематичних (швидкості) ‑ радіус кочення r_к. У звичайних умовах експлуатації на дорогах із твердим покриттям пробуксовка і ковзання коліс порівняно невеликі, і радіуси колеса r_с, r_д і r_к дещо відрізняються один від одного. У зв’язку з цим при розрахунках, що не вимагають великої точності, набувають значення r замість інших.

На величину радіуса колеса впливає твердість шини [26], що становить собою відношення збільшення навантаження до викликаної ним деформації. Вона залежить від матеріалу шини, її конструкції і тиску повітря в ній, а також від твердості опорної поверхні і швидкості навантаження. Твердість шини в радіальному, окружному і бічному напрямках має різне значення (табл. 1). Останнім часом відзначається тенденція зниження твердості шин, викликана зміною їх конструкції й інших експлуатаційних факторів.

Таблиця 1 ‑ Значення твердості автомобільних шин