1
POD.NAD-TS-3
Lekcja 14
Temat: Siły oporów ruchu
Fo = Ft + Fw + Fp + Fb + Fu
gdzie:
Fo – siła oporów ruchu pojazdu,
Ft – siła oporów toczenia,
Fw – siła oporów wzniesienia,
Fp – siła oporów powietrza,
Fb – siła oporów bezwładności,
Fu – siła oporów uciągu.
Opory toczenia
a) na drodze poziomej
b) na drodze pochyłej
- ciężar pojazdu,
- współczynnik oporów toczenia,
- kąt pochylenia drogi.
Siły oporów toczenia pojawiają się podczas współpracy pneumatycznego koła ogumionego z nawierzchnią drogi w czasie ruchu i są spowodowane przez:
1) tarcie występujące między elementami bieżnika i nawierzchni drogi – straty związane z tym tarciem stanowią około 5÷8% siły oporów toczenia,
2) tarcie wewnętrzne w materiale opony (wywołane przez histerezę w odkształconej oponie) spowodowane pracą wewnętrznych sił sprężystości w materiale opony – straty związane z tym tarciem stanowią około 90÷95% siły oporów toczenia,
3) opory aerodynamiczne wywołane ruchem obrotowym koła oraz straty mechaniczne na tarcie w łożyskach koła są na ogół pomijalnie małe ponieważ wynoszą około 2% siły oporów toczenia.
opory toczenia = opory tarcia wewnętrznego + opory tarcia zewnętrznego + opory tarcia w łożyskowaniu kół + opory wentylacyjne
Opory wzniesienia
Siły oporów wzniesienia działają na samochód podczas jego ruchu na drodze pochyłej pod kątem do poziomu. Oprócz sił przeciwdziałających ruchowi samochodu wywołanych pochyłością drogi działają również siły oporu toczenia kół.
Sumę oporów toczenia i wzniesienia nazywamy oporami drogi (- psi)
Gdy samochód wjeżdża na wzniesienie to składowa ma zwrot przeciwny do zwrotu prędkości samochodu i stanowi ona wówczas siłę przeciwdziałającą ruchowi, nazywana jest siłą oporów wzniesienia .
Gdy samochód zjeżdża z pochyłości to składowa ma zwrot zgodny z prędkością samochodu i jest siłą współdziałającą z siła napędową nadającą ruch samochodowi.
Podczas ruchu samochodu na wzniesieniu ulegają również zmianie opory toczenia działające na koła przednie i tylne samochodu. Spowodowane to jest zmianą nacisków w stosunku do ich wartości przy ruchu samochodu na drodze poziomej.
Opory powietrza
Samochód będący w ruchu napotyka na opór powietrza, który przeciwdziała jego ruchowi i jest wynikiem:
· działania parcia powietrza na powierzchnię czołową,
· tarcia i zawirowań strug powietrza o zewnętrzne ściany pojazdu,
· zakłóceń przepływu powietrza spowodowanych obecnością elementów wystających na nadwoziu i pod podłogą (klamki , lusterka, osie),
· oporów przepływu powietrza przez chłodnicę i urządzenia wentylacyjne.
Wartość oporów powietrza wyznacza się ze wzoru
- gęstość powietrza dla warunków normalnych temperatura 288K, ciśnienie 1013hPa, wynosi 1,226 kg/m3,
- prędkość pojazdu w m/s,
- powierzchnia czołowa samochodu w m2,
- bezwymiarowy współczynnik oporu powietrza wzdłuż podłużnej osi symetrii samochodu (współczynnik aerodynamiczny).
Po podstawieniu wartości współczynników stałych równanie oporów powietrza przyjmuje postać
Dla prędkości samochodu wyrażonej w ( = ) wzór na obliczenie oporów powietrza ma postać
Znając wysokość i szerokość samochodu można obliczyć jego powierzchnię czołową ze wzoru
Współczynnik wypełnienia przyjmuje się dla samochodów osobowych o łagodnie zaokrąglonym kształcie przekroju poprzecznego, dla samochodów ciężarowych o kształcie przekroju zbliżonym do prostokąta.
Współczynnik oporów zwany również współczynnikiem aerodynamicznym oporu określa się metodą badań w tunelach aerodynamicznych. Uzyskane wyniki tylko w przybliżeniu odpowiadają rzeczywistym wartościom tego współczynnika, wynika to z trudności stworzenia w tych badaniach warunków identycznych z rzeczywistymi.
Wartości współczynnika oporów powietrza dla różnych typów samochodów i rodzajów nadwozi podano w tabeli; podręcznik str.28.
Opory bezwładności
Siła bezwładności określona jest iloczynem masy i przyspieszenia .
Zmiana prędkości samochodu wymaga nadania jego masie przyspieszenia dodatniego w przypadku rozpędzania lub ujemnego w przypadku hamowania.
Opory bezwładności występują w czasie, kiedy samochód zmienia prędkość ruchu, czyli rozpędza się lub zwalnia.
Siła oporów bezwładności przeciwstawia się zmianie prędkości ruchu w przypadku, gdy:
· samochód przyspiesza siła bezwładności jest skierowana przeciwnie do kierunku ruchu; przeciwstawia się przyspieszaniu,
· samochód hamuje siła bezwładności posiada zwrot zgodny z kierunkiem ruchu; przeciwdziała zjawisku hamowania.
Podczas zmiany prędkości ruchu samochodu występują siły bezwładności:
· związane z masą całkowitą pojazdu w ruchu postępowym,
· związane z masami znajdującymi się w ruchu obrotowym silnika i układu napędowego.
Wobec czego siła oporów bezwładności pojazdu w czasie zmiany prędkości pojazdu równa jest sumie sił bezwładności masy całkowitej pojazdu znajdującej się w ruchu postępowym i mas znajdujących
się w ruchu obrotowym zredukowanych na oś kół napędowych
- siła bezwładności masy pojazdu w ruchu postępowym,
- siła bezwładności zredukowanych mas elementów silnika i układu napędowego w ruchu obrotowym.
- ciężar samochodu,
- przyspieszenie ziemskie,
- przyspieszenie ruchu postępowego samochodu,
- zredukowana wartość mas wirujących.
Ostatecznie wzór na obliczenie sił oporów bezwładności ma postać
- bezwymiarowy współczynnik mas wirujących, który zależy od momentu bezwładności mas wirujących i przełożenia układu napędowego.
Wartości współczynnika mas wirujących podano w tabeli; podręcznik str.31.
Opory bezwładności mas wirujących zmniejszają wartość momentu napędowego silnika i nie są przenoszone na nawierzchnie drogi.
Podczas przyspieszania samochodu następuje zawsze dociążenie kół tylnych wywołane sumą momentów sił bezwładności względem nawierzchni drogi, natomiast odciążenie kół przednich o wartość dociążenia kół tylnych.
Decydujący wpływ na zmianę nacisku kół wywiera moment od siły bezwładności masy pojazdu w przyspieszonym ruchu postępowym. Wpływ momentów wywołanych oporami bezwładności kół jezdnych jest niewielki i można go pominąć.
b1116686