Jėgos, atsirandančios automobiliui judant

Automobilio judėjimas - tai sudėtingas procesas, kurio metu transporto priemonę veikia įvairios jėgos. Kai kurios iš jų skatina judėjimą, kitos jam priešinasi, o dar kitos užtikrina stabilumą ir valdymą. Šios jėgos, jų tarpusavio sąveika ir valdymas yra esminiai veiksniai, lemiantys automobilio dinamines savybes, stabilumą ir saugumą kelyje.

Trinties jėga ir sukibimas

Jėga, atsirandanti vienam kūnui judant kito kūno paviršiumi, vadinama trinties jėga. Nors kelio ir padangų paviršiai atrodo lygūs, pažiūrėjus pro mikroskopą matyti, kad dauguma jų turi kauburiukų, nelygumų. Šie nelygumai trukdo kūnams judėti. Trintis yra labai svarbi mūsų gyvenime. Jei nebūtų trinties tarp padangų ir kelio paviršiaus, automobilis nepajudėtų iš vietos. Dėl trinties mes neslystame eidami, ant žemės laikosi vietoje daiktai. Jei nebūtų trinties, keliai, grindys, visi paviršiai būtų slidūs, ir įprastas judėjimas būtų neįmanomas. Trinties nugalėjimui reikia papildomos energijos.

Automobilio padanga yra sudaryta iš karkaso, kuris yra padangos pagrindas ir sudarytas iš kelių sluoksnių kordo. Brekeris (padangos dalis, susidedanti iš kelių gumos ir kordo sluoksnių) saugo karkasą nuo mechaninių pažeidimų, jį sudaro papildomi kordo sluoksniai (nailono, plieno ir pan.). Padangos šonai yra iš apsauginės gumos sluoksnio ir saugo padangą nuo mechaninių pažeidimų bei temperatūros poveikio. Bortai skirti tvirtinti padangai ant ratlankio, juose įterpti žiedai iš plieninės vielos. Vidiniai sluoksniai dengia padangą iš vidaus. Protektorių sudaro guma, kuriai vulkanizuojant suteikiamos reikiamos savybės (atsparumas trinčiai, pjūviams).

Kai kuriais atvejais automobilis dėl ratų prabuksavimo negali pilnai išnaudoti dinaminių galimybių. Todėl dinaminė charakteristika yra riboto dydžio, ir ją riboja ratų sukibimas su keliu. Maksimali traukos jėga priklauso nuo sukibimo sąlygų.

Automobilio judėjimo varžos

Automobilio judėjimo metu jį veikia įvairios varžos jėgos, kurias variklio trauka turi nugalėti. Pagrindinės varžos apima riedėjimo, įkalnės, oro ir įsibėgėjimo varžas.

Riedėjimo varža

Riedėjimo varža (P_ried) - tai jėgų suma, panaudojama padangoms besiformuojant, taip pat kelio grunto deformacijai, padangų paviršiaus trinčiai į kelio paviršių ir trinčiai ratų guoliuose nugalėti. Visos šios varžos priklauso nuo kelio kokybės ir slėgio padangoje. Kelyje su kieta, lygia danga riedėjimo varža priklauso pagrinde nuo histerezės nuostolių, besideformuojant padangai ir besitrinant į kelio paviršių. Kietame kelyje padangų slėgis mažina varžą, o gruntiniame kelyje kelio varža pagrinde atsiranda dėl kelio deformacijos.

Įkalnės varža

Važiuojant į kalną, automobilį veikia papildoma įkalnės varža (P_įk). Ši varža kinta priklausomai nuo įkalnės kampo (α) ir yra lygi svorio jėgos (G) dedamajai, lygiagrečiai kelio paviršiui: P_įk = G·sinα. Statmenai kelio paviršiui veikia jėga G_v = G·cosα, kuri mažėja didėjant įkalnei.

Oro varža

Judant automobiliui, jį veikia oro varža (V_o), kuri didėja proporcingai greičio kvadratui. Ši jėga priklauso nuo automobilio aerodinaminės formos ir priekinio skerspjūvio ploto.

Įsibėgėjimo varža

Judant automobiliui įsibėgėjimo režimu, atsiranda įsibėgėjimo varža (P_įs). Ji susideda iš dviejų komponentų: jėgos, reikalingos įsibėgėti automobilio masei, judančiai slenkamu judesiu (P_įs’), ir jėgos, reikalingos besisukančių masių (ratų, variklio dalių) kampiniam pagreičiui įsibėgėti (P_įs’’). Taigi, P_įs = P_įs’ + P_įs’’.

• P_įs’ = m·j = (G/g)·j, kur G - automobilio svoris, g - laisvojo kritimo pagreitis, j - pagreitis.
• Reiškinys, įvertinantis jėgą, reikalingą besisukančioms masėms įsibėgėti, vadinamas besisukančių masių inercija, įvertinantis koeficientu δ.

Besisukančios masės veikia automobilį dviem būdais: įsibėgėjant ir judant iš inercijos. Įsibėgėjant kampinis greitis ir besisukančių masių kinetinė energija didėja. Judant iš inercijos, tuomet nebeatiduodama energija ir automobilio kinetinė energija gaunama nuo slenkančio judesio ir judančios masės bei besisukančių ratų. Koeficientas δ įvertina besisukančių masių įtaką judant iš inercijos.

Jėgos posūkiuose

Posūkyje ratą veikia stūmimo jėga (P). Šią jėgą galima išskaidyti į susidedamąsias x ir y kryptimis. Tam, kad ratas riedėtų x kryptimi (į priekį), reikia nugalėti riedėjimo varžą. Tam, kad ratas išlaikytų judėjimą y kryptimi (šonu, t.y. išlaikytų sukibimą posūkyje), reikia nugalėti išcentrinę jėgą ir užtikrinti pakankamą sukibimo jėgą. Teigiamas skersinis kelio posvyris (įšlaitas) padeda kompensuoti išcentrinę jėgą ir padidinti stabilumą posūkiuose.

Automobilio stovumas

Automobilio stovumas skirstomas į statinį ir dinaminį. Stovumas apibrėžiamas gebėjimu atsispirti apvirtimui ar slydimui.

Pagrindinės jėgos ir parametrai, susiję su automobilio stovumu:

• G - automobilio svorio jėga;
• R_zk ir R_zd - statmenos kelio reakcijos;
• R_yk ir R_yd - trinties jėgos;
• G_z = G·cosβ ir G_y = G·sinβ - svorio jėgos dedamosios, veikiančios ant pasvirusio paviršiaus;
• φ - padangų kibumo koeficientas;
• β_s - didžiausia kampo reikšmė, kad automobilis neslystų žemyn;
• β_v - didžiausia kampo reikšmė, kad automobilis nevirstų.

Didžiausios kampo β_v reikšmės, priklausomai nuo transporto priemonės tipo ir jos konstrukcijos, yra:

Pastaba: h - masės centro aukštis, b - vėžė (atstumas tarp ratų centrų).

Automobiliui virstant, kai statmena kelio reakcija R_zd=0, svorio jėgos G vektorius eina per tašką K_k (apvirtimo tašką). Automobilis gali apvirsti besisukdamas apie tašką K_u, kai statmena kelio reakcija R_zp=0 ir nuokalnės kampas tgα_v ≥ l_p/h, bei turi būti tenkinama sąlyga l_p/h > φ. Čia l_p yra atstumas nuo svorio centro iki apvirtimo ašies, o h - svorio centro aukštis.

Automobilio traukos balansas ir dinaminės savybės

Automobilio traukos balansas apibrėžia variklio generuojamos traukos jėgos paskirstymą įvairioms judėjimo varžoms nugalėti. Ratų traukos jėga išvystoma ant rato ir sunaudojama visoms judėjimo varžų jėgoms nugalėti. Automobilio traukos balanso lygtis aprašo šią pusiausvyrą. Traukos balansą galima išreikšti grafiškai traukos diagrama.

Dinaminės savybės glaudžiai susijusios su traukos balansu. Automobilio greitis, atitinkantis maksimalų dinaminį faktorių tiesioginėje pavaroje, yra svarbus rodiklis. Esant greičiui, didesniam už kritinį, bet koks atsitiktinis kelio varžos padidėjimas, priverčiantis mažinti greitį, tuo pačiu metu didina dinaminį faktorių. Judėjimas tampa nepastovus, o kliūtį galima įveikti perjungiant į žemesnę pavarą. Kuo didesnis kritinis greitis, tuo dažniau naudojamos žemesnės pavaros ir tuo pačiu yra blogesnės automobilio dinaminės savybės.

Sudėtinių jėgų analizė

Tarkime, kad automobilis tiesiu keliu greitėdamas kyla į kalną ir velka priekabą. Variklis suka visus automobilio ratus. Prie ratų pridedamos variklio jėgos P_vrp (priekinių ratų) ir P_vru (užpakalinių ratų), riedėjimo varžos V_rp ir V_ru bei statmenos kelio reakcijos R_zp ir R_zu. Statmenų kelio reakcijų vektorius pravedus per ratų centrus, prie jų reikia pridėti riedėjimo varžos momentus M_rp ir M_ru. Svorio jėga G suskaidoma į kelio paviršiui statmeną jėgą G·cosα ir į lygiagretę G·sinα. Automobilį veikia dar šios jėgos: inercijos varža V_i, oro varža V_o ir priekabos varža V_p.

Jėgos G·sinα, V_i, V_p ir V_o sudaro momentą: (G·sinα + V_i)·h + V_p·h_p + V_o·h_o, kuris reakciją R_zp mažina, o R_zu didina (h, h_p, h_o - atitinkamų jėgų veikimo aukščiai). Visas šias jėgas projektuojame į kelio plokštumą, kad būtų galima atlikti išsamią dinaminę analizę.

tags: #jegos #atsirandancios #judant #automobiliui

Populiarūs įrašai:

• Išsamios Kia Sportage automobilių apžvalgos
• Daugiau apie Keihin purkštukus
• Galimybės ir reikalavimai vairuotojams vasaros sezonu
• „Mazda“ automobilių diagnostika
• Daugiau apie "Andva" automobilių turgų