Автор: Пользователь скрыл имя, 25 Февраля 2013 в 18:28, лекция
Устойчивость – это способность АТС, двигаться по дорогам без бокового скольжения, опрокидывания или отклонения от заданного направления движения.
В зависимости от направления опрокидывания и скольжения различают продольную и поперечную устойчивость.
УСТОЙЧИВОСТЬ АВТОМОБИЛЯ
Устойчивость – это способность АТС, двигаться по дорогам без бокового скольжения, опрокидывания или отклонения от заданного направления движения.
В зависимости
от направления опрокидывания и ск
Продольная устойчивость маловероятна и практически невозможна т. к. центр тяжести автомобиля низко расположен. Поэтому возможно только буксование колес, которое возникает, как правело при преодолении крутого подъема большой длины. Более вероятна и более опасна, является потеря поперечной устойчивости.
Для оценки поперечной устойчивости используют четыре показателя:
1)Критическая скорость по боковому скольжению (заносу) ;
Рис1 Схема определения критических скоростей автомобиля по заносу и опрокидыванию (А – точка относительно которой происходит опрокидывание)
При движении АТС на повороте по горизонтальной дороге (Рис 1) боковое скольжение его колес может возникнуть в результате действия поперечной силы (центробежной, силы ветра или боковых ударов о неровности дороги)
– коэффициент поперечного сцепления.
– скорость автомобиля;
– вес автомобиля;
– радиус поворота автомобиля.
В тот момент, когда поперечная сила становится равной силе сцепления колес с дорогой, т.е. . В этом случае находим критическую скорость автомобиля по боковому скольжению, или заносу, км/ч:
Таким образом, скорость по боковому скольжению или заносе автомобиля может произойти в следующих условиях:
2) Критическая скорость по опрокидыванию.
При повороте на горизонтальной дороге поперечная сила Ру (см. рис. 1), действующая на автомобиль, может вызвать не только боковое скольжение, но и опрокидывание. Опрокидывание автомобиля происходит относительно его наружных колес (точка А).
В момент отрыва внутренних колес от дороги нормальные реакций , и весь вес автомобиля будет, воспринимается наружными колесами .
В этом случае опрокидывающий момент, создаваемый поперечной силой, равен восстанавливающему моменту, который зависит от веса автомобиля:
Подставив в это выражение значения моментов, получим
где, – колея колес автомобиля;
– вес автомобиля;
– высота центра масс автомобиля.
Если учесть, значения поперечной силы то запишем:
В этом случае скорость автомобиля по опрокидыванию будет равна:
Таким образом, критическая скорость по опрокидыванию у автомобиля может произойти только в следующих условиях:
3) Критический угол поперечного уклона дороги по боковому скольжению.
При прямолинейном движении автомобиля по дороге с поперечным уклоном (по косогору) потерю его поперечной устойчивости вызывает сила тяжести автомобиля (рис. 2):
Рис. 2 Схема определения критических углов автомобиля по заносу и опрокидыванию
– угол поперечного уклона дороги
Боковое скольжение автомобиля на косогоре может начаться в момент, когда
Подставив в последнее выражение значения сил, получим
Учитывая, что в данном случае определим критический угол поперечного уклона дороги по боковому скольжению:
Критический угол поперечного уклона дороги по боковому скольжению называют предельный угол, при котором еще возможно прямолинейное движение без бокового скольжения колес.
Критическим углом поперечного уклона дороги по боковому скольжению линейно зависит от коэффициента поперечного сцепления .
4) Критический угол поперечного уклона дороги по опрокидыванию.
При прямолинейном движении по дороге с поперечным уклоном (см. рис. 2) опрокидывание автомобиля может начаться в том случае, когда опрокидывающий момент, создаваемый поперечной силой, равен восстанавливающему моменту, который зависит от силы тяжести автомобиля:
Подставим в это выражение значения моментов:
Учитывая, что в данном случае , находим критический угол поперечного уклона дороги по опрокидыванию:
Значение критического угла поперечного уклона дороги по опрокидыванию зависит от типа автомобиля. Так, для легковых автомобилей этот угол составляет 40...50°, для грузовых автомобилей 30... 40° и для автобусов 25... 35°. Угол линейно зависит от отношения – коэффициента поперечной устойчивости.
Коэффициентом поперечной устойчивости автомобиля называется отношение колеи колес автомобиля к его удвоенной высоте центра тяжести:
Коэффициент поперечной устойчивости позволяет определить, какой из двух видов потерь поперечной устойчивости (занос или опрокидывание) более вероятен при эксплуатации.
Для примера рассмотрим случай движения автомобиля при повороте на горизонтальной дороге. С этой целью приравняем критические скорости по боковому скольжению и опрокидыванию:
Из этого выражения следует, что если коэффициент поперечного сцепления колес с дорогой меньше коэффициента поперечной устойчивости ( ), то при повороте более вероятен занос, чем опрокидывание. Если же коэффициент поперечного сцепления колес с дорогой больше коэффициента поперечной устойчивости ( ), то опрокидывание автомобиля может произойти без предварительного его заноса, что возможно на дорогах с большим коэффициентом сцепления.
Значение коэффициента поперечной устойчивости зависит от типа автомобиля. Так, для грузовых автомобилей оно составляет 0,55...0,8, для автобусов — 0,5...0,6 и легковых автомобилей — 0,9... 1,2. Чем больше значение коэффициента поперечной устойчивости, тем более устойчив автомобиль против бокового опрокидывания.
Занос автомобиля
В процессе эксплуатации
автомобилей при нарушении попе
Для качения колеса без скольжения необходимо, чтобы
где Rx — касательная реакция дороги; Ry — поперечная реакция дороги.
Следовательно, должно выполняться соотношение
согласно которому поперечная сила, прилагаемая к колесу и не вызывающая его скольжения, тем больше, чем сила сцепления колеса с дорогой и меньше касательной реакции дороги.
Ведомое колесо наиболее устойчиво против заноса, так как касательная реакция дороги мала по сравнению с силой сцепления. Ведущее и тормозящее колеса менее устойчивы против заноса, поскольку через них передаются соответственно тяговая и тормозная силы. В тот момент, когда сила сцепления будет равна касательной реакции дороги (Рсц = Rx), достаточно действия небольшой боковой силы, чтобы начался занос колеса. Для ликвидации начавшегося заноса следует уменьшить касательную реакцию на колесе (уменьшить тяговую силу, прекратить торможение).
При прямолинейном движении автомобиля наиболее вероятен занос заднего ведущего моста, так как на его колеса при разгоне и преодолении повышенного сопротивления дороги действуют касательные реакции дороги во много раз более значительные, чем на колеса переднего ведомого моста. При торможении автомобиля вследствие перераспределения нагрузки (увеличивается нагрузка на передний мост) уменьшается сила сцепления задних колес, что также способствует заносу заднего ведущего моста.
Занос заднего ведущего моста автомобиля при эксплуатации не только вероятнее, чем переднего, но и опаснее. Допустим, что у двигавшегося прямолинейно автомобиля со скоростью fa начался занос или переднего (рис. 11.9, я), или заднего (рис. 11.9, б) моста со скоростью v '3. В обоих случаях мост, у которого начался занос, перемещается в направлении результирующей скорости v\ а нескользящий мост по-прежнему движется прямолинейно со скоростью va. Происходит поворот автомобиля вокруг центра О, и на автомобиль действует центробежная сила Рц. Радиус поворота автомобиля в этом случае равен R.
При заносе переднего моста (см. рис. 11.9, а) поперечная составляющая Ру центробежной силы, являющаяся основной силой, которая действует на автомобиль при повороте, направлена противоположно скольжению передних колес. В результате занос переднего моста автоматически прекращается.
При заносе заднего моста (см. рис. 11.9, б) поперечная составляющая Ру центробежной силы действует в направлении скольжения задних колес и усиливает начавшийся занос заднего моста. Для ликвидации начавшегося заноса необходимо повернуть передние управляемые колеса в сторону заноса, как показано на рис. 11.10. При этом центр поворота автомобиля О переместится в точку О\, радиус поворота увеличится и станет равным Rx. В результате поперечная составляющая Ру центробежной силы, способствующая заносу, уменьшится.
При повороте передних колес на больший угол центр поворота переместится на противоположную сторону автомобиля, и поперечная составляющая Ру центробежной силы будет направлена в сторону, противоположную заносу. Занос задних колес в этом случае прекратится.
При еще большем угле поворота передних колес скольжение задних колес начнется в противоположную сторону. Поэтому после прекращения заноса задних колес автомобиль нужно вывести на прямолинейное движение.
В процессе эксплуатации занос автомобиля происходит чаще всего при торможении, когда в месте контакта колес с дорогой действуют большие тормозные силы. В результате колеса теряют способность воспринимать боковые силы. При торможении занос часто возникает также из-за неодинаковых тормозных моментов на колесах одного моста. Это происходит вследствие неправильной регулировки тормозных механизмов или их замасливания и загрязнения.
Для ликвидации начавшегося заноса при торможении следует уменьшить касательные реакции дороги на колесах (прекратить торможение). Для устранения потери устойчивости автомобиля необходимо перед началом поворота уменьшить скорость движения, так как поперечная составляющая Ру центробежной силы пропорциональна квадрату скорости.
При нарушении продольной устойчивости автомобиль может опрокинуться относительно оси передних или задних колес, а также скользить в продольном направлении.
Опрокидывание вокруг осей колес возможно только у автомобиля с очень короткой базой и высоким расположением центра тяжести. Однако для большинства современных автомобилей, имеющих низкое расположение центра тяжести, опрокидывание в продольной плоскости маловероятно. Возможно лишь продольное скольжение, вызванное буксованием ведущих колес, что более вероятно для автопоездов.
В связи с этим показателем продольной устойчивости автомобиля является критический угол подъема по буксованию
Определим критический угол подъема по буксованию для автомобиля. С этой целью рассмотрим равномерное движение автомобиля на максимальном подъеме (рис. 3), так как разгон на нем невозможен. При преодолении максимального подъема скорость движения автомобиля небольшая, поэтому силой сопротивления воздуха пренебрегаем.
Рис. 3 Схема для определения критического угла подъема по буксованию
При этом сцепление
ведущих колес с дорогой
Из условий равновесия автомобиля следует, что
где, – расстояние от центра тяжести автомобиля до оси передних колес;
– максимальный угол подъема.
Максимальное значение касательной реакции дороги на ведущих колесах автомобиля ограничена сцеплением колес с дорогой:
где, – нормальные реакции на задние колеса
Подставим в это выражение значения реакций дороги и и разделим обе части уравнения на . Определим критический угол подъема по буксованию
Критический угол подъема по буксованию называют предельный угол при котором возможно движения на подъем без буксования ведущих колес.