Сила сопротивления воздуха (аэродинамическое сопротивление) F св.

Эта является следствием, давления встречных частиц воздуханадвижущийся  автомобиль, разрежения, возникающего позади автомобиля, завихрения воздуха,  вокруг автомобиля и трения воздуха о поверхность автомобиля. В каждой точке поверхности автомобиля в результате соприкосновения его с воздушной средой возникают элементарные силы, нормальные к поверхности и касательные к ней. 

Для упрощения расчетов элементарные силы сопротивления воздуха, распределенные по всей поверхности автомобиля, заменяют сосредоточенной силой сопротивления воздуха Fсв. Опытным путем установлено, что сила сопротивления воздуха равна

                                            Fсв = Kв * Sa * V ²,

где Kв — коэффициент сопротивления воздуха, зависящий от формы и качества отделки поверхности автомобиля, определяемый экспериментально и имеющий  значения для легкового автомобиля с закрытым кузовом 0,20 - 0,30 Н *с2/м4;

Sa — лобовая площадь автомобиля (площадь проекции автомобиля на плоскость, перпендикулярную к направлению движения; V — скорость движения автомобиля. Из формулы видно, что сопротивление воздуха зависит от скорости движения автомобиля, его обтекаемости, величины площади поперечного сечения, плотности воздуха. Существенное значение Р^д приобретает лишь при больших скоростях, поскольку зависит от квадрата скорости.

Сила, разгоняющая автомобиль. Для автомобиля наиболее характерным является неравномерное движение. Показателями разгона являются ускорение, время и путь разгона.

В общем случае движения автомобиля сила тяги Fт уравновешивается силами сопротивления движения:

                                                        Fт = Рcк + Рcп +Fсв +Fи.

 

При разгоне автомобиля, т. е. при движении автомобиля с ускорением а, возникает  сила инерции Рд автомобиля, противодействующая разгону, равная

                                                                   Fи = m * а,

где,  m — масса автомобиля;

     а — ускорение автомобиля.

 

Влияние инерционного момента вращающихся масс (маховик, колеса и др.) учитывается коэффициентом 8 условного увеличения массы автомобиля, учитывающим влияние вращающихся масс, показывающим, во сколько раз сила, необходимая для ускорения автомобиля, больше силы инерции его поступательно движущейся массы.

В соответствии с этим общая сила сопротивления разгону

                                                   Fи. общ = Fи * δ = β * m * а

 

Величина δ ≈ 1,05 + 0,05 * n²_кп,

где n_кп — передаточное число коробки передач, на которой производится разгон.

 

Мощность, которая имеется для обеспечения ускорения, представляетсобой разность между мощностью, требующейся при данных условиях для преодоления сопротивления движения, и мощностью, подводимой к ведущим колесам.

Мощность, необходимая для движения автомобиля с ускорением

                                                 N = Fи * V/З6ОО = m * а * V * δ/3600,

 

где V — скорость автомобиля.

Из приведенной формулы видно, что чем автомобиль легче, тем большее ускорение удастся развить при одинаковой мощности двигателя.

Если автомобиль движется без разгона (Fр = 0 и Fи = 0), вся сила тяги тратится на преодоление сил сопротивления, и равна Fт = Рcк + Рcп + Fcв.
В случае, когда автомобиль замедляет ход, сила тяги становится меньше суммарной величины сил, препятствующих движению.

Сила тяги автомобиля.

Энергия от двигателя к ведущим колесам передается через трансмиссию:

сцепление, коробку передач, карданную передачу, главную передачу, дифференциал и полуоси.

 

Благодаря наличию в трансмиссии коробки передач и главной передачи, суммарный крутящий момент Мkр на ведущих колесах автомобиля больше момента двигателя Мдв.

 

Крутящий момент Мдв вызывает в месте контакта колеса с дорогой касательную реакцию дороги, движущую автомобиль, т. е. силу тяги.

 

Теоретически ведущее колесо взаимодействует с дорогой в одной точке (практически же — в «пятне контакта»). Активной в этой точке является сила, с которой колесо «толкает» дорогу. Вот тут-то и появляется ответная (реактивная) сила Fт реакции дороги, которая «толкает» машину.

 

Величина силы тяги равна отношению крутящего момента на полуосях к радиусу ведущих колес, т. е.

                                                             Fт = Мкр/R,

 

где:

         Мкр —крутящий момент на колесе,

          R — статический радиус колеса.

 

Таким образом, для определения силы тяги необходимо знать радиус R ведущего олеса и момент Мкр.

 

Так как на колеса автомобиля установлены эластичные пневматические шины, то радиус колеса во время движения изменяется под  влиянием действующих на колесо сил.

Различают статический радиус колеса  (расстояние от поверхности дороги до оси неподвижного колеса, значение которого  приводится в технической характеристике шины), динамический радиус колеса  (расстояние от поверхности дороги до оси катящегося колеса) и радиус качения  колеса (радиус условно недеформирующегося кольца, имеющего с данным эластичным колесом одинаковую угловую и линейную скорости).

Для простоты  расчетов силы тяги считают радиус колеса постоянным и равным статическому  радиусу колеса.

Сила сцепления шины с дорогой Рсц.

Для того чтобы автомобиль мог устойчиво  двигаться, тормозить и поворачивать, необходимо надежное сцепление шин с  дорогой.

Сила сцепления Рсц зависит от сцепного веса автомобиля (части его полного веса, приходящийся на ведущие колеса) и скорости движения втомобиля, а также от состояния дороги и шин:

 

Р сц = φ сц * G сц

 

где, 

                  Gсц ~ сцепной вес автомобиля,

                  φ сц — коэффициент сцепления (численно равен отношению силы, вызывающей равномерное скольжение колеса, к нормальнойреакциидороги).

 

Коэффициент сцепления шин с дорогой определяет проходимость автомобиля при  движении по влажному грунту и по скользкой (обледенелой) дороге.

 

Сцепной вес автомобиля можно повысить, увеличивая число ведущих колес или  смещая центр тяжести в сторону ведущего моста.

 

От сцепления колес с дорогой зависят максимально возможные силы тяги и  торможения, а также боковая устойчивость автомобиля.

 

Если к колесам приложена сила тяги, превышающая силу сцепления, то при попытке  тронуться с места ведущие колеса автомобиля пробуксовывают.