Lekcja 12

Temat: Rozkład nacisków na powierzchni współpracy koła ogumionego z nawierzchnią drogi.

Ogumione koło samochodu poprzez oponę przenosi na nawierzchnie drogi siły działające
na pojazd: siłę ciężkości, siły wzdłużne (siła napędowa, siła hamująca) i siły poprzeczne do kierunku ruchu rys.12.1.

Rys.12.1 Siły działające na koło:

- obciążenie pionowe,
- siła wzdłużna,

- siła poprzeczna.

Siły reakcji nawierzchni:

- wzdłużna,
- poprzeczna,
- pionowa (normalna),

- moment,
- prędkość koła,
- kąt znoszenia,
- prędkość kątowa.

Pod wpływem działania obciążeń zewnętrznych koło samochodu wyposażone w podatne ogumienie ulega odkształceniu i przylega do nawierzchni drogi pewną powierzchnią. Na powierzchni tej występuje charakterystyczny rozkład nacisków i odkształceń zależny od sposobu obciążenia koła.

Odkształcenia sprężyste opony podczas przenoszenia obciążeń w czasie jej toczenia powodują:

• odpowiednio dużą powierzchnię przylegania a tym samym współpracy koła z nawierzchnią drogi, wielkość tej powierzchni zależy od rodzaju opony, wielkości obciążenia koła siłami zewnętrznymi, ciśnienia gazu w oponie,

• zmianę promienia ogumienia w zależności od rodzaju wymuszenia ruchu i obciążenia,

• zjawiska poślizgu i znoszenia bocznego

• straty energetyczne spowodowane pracą wewnętrznych sił sprężystości w materiale opony podczas cyklicznych odkształceń ogumienia.

Na rysunku 12.2 przedstawiono siły działające na koło i rozkład nacisków na powierzchni współpracy koła napędzanego z nawierzchnią drogi.

- moment napędzający koło,

- ciężar obciążający koło,

- siła pozioma działająca na oś koła (siła ta nazywana
w literaturze jest: siłą pędzącą, napędzającą, osiową, popychającą itp.),

- reakcja styczna,

- reakcja normalna,

- prędkość kątowa koła,

- odległość przesunięcia reakcji normalnej
(równej wypadkowej nacisków),

- promień koła,

- promień dynamiczny koła (odległość środka koła od nawierzchni drogi).

,

Rys.12.2 Siły działające na koło napędzane

Promień toczny koła jest to promień koła sztywnego, które tocząc się bez poślizgu ma tą samą prędkość postępową, co dane koło ogumione.

Promień dynamiczny koła jest to odległość środka koła od nawierzchni drogi obciążonego statycznie
i momentem napędzającym lub hamującym.

Rozkład nacisków na powierzchni współpracy koła z nawierzchnią drogi jest niesymetryczny. Niesymetryczność ta spowodowana jest pracą wewnętrznych sił sprężystości w materiale opony (tzw. histerezą ogumienia). W wyniku, czego reakcja normalna podłoża
(równa wypadkowej nacisków) jest przesunięta w stosunku do osi o odcinka
.

Rozpatrując warunki równowagi sił działających na koło napędzane można napisać równanie momentów względem punktu
,

,

/:
,

.

Gdzie:

- jest to siła napędowa,
- jest to siła oporów toczenia.

Jeżeli

,

to

gdzie:
- współczynnik oporów toczenia koła,
- reakcja normalna

Wówczas

.

Reakcja styczna
działająca na koło jest równa różnicy siły napędowej
i siły oporów toczenia
.

Reakcja styczna rys.12.2 działająca na powierzchni współpracy opony z jezdnią, wywołuje naprężenia styczne, które na brzegach tej powierzchni (tam gdzie naciski są mniejsze) powodują miejscową utratę przyczepności i lokalne poślizgi. Im większa jest reakcja styczna, tym większa jest powierzchnia obszaru poślizgu. Takie częściowe poślizgi (bez całkowitej utraty przyczepności) nazywamy wewnętrznym poślizgiem ogumienia. Analogiczne zjawisko zachodzi podczas hamowania koła, wówczas występuje zjawisko częściowego ślizgania.

Lokalne poślizgi powodują zmianę promienia tocznego koła.

Rozkład sił działających na koło podczas hamowania przedstawia rys.12.3.

Rys.12.3 Koło hamowane

Jeśli na koła pojazdu działają siły poprzeczne, które nie tylko są wynikiem działania siły odśrodkowej, ale również spowodowane mogą być działaniem naporu wiatru bocznego na pojazd to pod wpływem działania tych sił opona ulega sprężystemu odkształceniu rys.12.4. Podczas działania sił bocznych zmianie ulega kształt powierzchni styku opony z nawierzchnią drogi. Siły boczne powodują, że kolejne elementy bieżnika i boku opony wchodzące w strefę styku z nawierzchnią drogi odkształcają się powodując poprzeczne przemieszczenie koła, a po opuszczeniu obszaru styku koła z nawierzchnią drogi powracają do pierwotnego położenia.

Rys.12.4 Znoszenie boczne koła ogumionego:
- ciężar działający na koło pojazdu,
- siła poprzeczna,
- reakcja normalna,
- reakcja poprzeczna,
- kąt znoszenia ogumienia

Działanie siły poprzecznej
powoduje wystąpienie w obszarze styku koła z nawierzchnią drogi reakcji poprzecznej
, która jest sumą wypadkową niesymetrycznego rozkładu naprężeń stycznych. Reakcja
przesunięta jest w stosunku do rzutu osi koła na powierzchnie drogi o odległość
. Odległość
nazywamy ramieniem momentu stabilizacyjnego. Przesunięcie reakcji
powoduje powstanie momentu stabilizacyjnego koła

.

Moment stabilizacyjny dąży do ustawienia koła w kierunku rzeczywistego toru ruchu, a tym samym do zmniejszenia kąta znoszenia bocznego
. Kąt znoszenia bocznego jest stosunkowo mały nie przekracza wartości 8 ÷ 12⁰. Dla tego zakresu wartości można przyjąć liniowy charakter zmiany kąta znoszenia od zmiany wartości siły poprzecznej działającej na koło. Przekroczenie pewnej granicznej wartości reakcji bocznej powoduje poślizg boczny koła.

Odkształcenie boczne opon powoduje zmianę kierunku toczenia się kół jezdnych pojazdu a tym samym zmianę toru jazdy całego pojazdu.

Wartość kąta znoszenia bocznego koła zależy od:

• rodzaju, budowy i wymiaru ogumienia,

• prędkości liniowej i ciśnienia w oponie

• obciążenia pionowego i poprzecznego.

Opony promieniowe wykazują większą odporność na znoszenie boczne niż opony diagonalne tego samego wymiaru. Kąt znoszenia bocznego zwiększa się ze wzrostem prędkości pojazdu i siły bocznej. Wzrost ciśnienia w ogumieniu powoduje zwiększenie sztywności poprzecznej i zmniejszenie kąta znoszenia opony.

1

POD.NAD-TS-3

Lekcja 12 a i b

---