Внешняя механика автомобильного колеса с эластичной шиной. Часть 1. Статические характеристики

Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана





С.Д. Попов

ВНЕШНЯЯ МЕХАНИКА АВТОМОБИЛЬНОГО КОЛЕСА С ЭЛАСТИЧНОЙ ШИНОЙ

Часть 1
Статические характеристики

Рекомендовано Научно-методическим советом МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве учебного пособия














Москва Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана 2011

УДК 629.113(075.8)
ББК 39.33

    П58


Рецензенты: Г.И. Гладов, Е.В. Медведев

     Попов С.Д.
П58 Внешняя механика автомобильного колеса с эластичной шиной. - Ч. 1: Статические характеристики: учеб. пособие / С.Д. Попов. - М. : Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011. -49, [3] с. : ил.

         Рассмотрены вопросы, связанные со статическими характеристиками эластичной шины.
         Для студентов старших курсов МГТУ им. Н.Э. Баумана, обучающихся по специальности «Колесные машины».

УДК 629.113(075.8)
ББК 39.33


Учебное издание


Попов Сергей Дмитриевич



ВНЕШНЯЯ МЕХАНИКА АВТОМОБИЛЬНОГО КОЛЕСА С ЭЛАСТИЧНОЙ ШИНОЙ


Часть 1
Статические характеристики
Редактор О.М. Королева
Корректор Е.В. Авалова
Компьютерная верстка А.Ю. Ураловой

Подписано в печать 01.09.2011. Формат 60x84/16.
Усл. печ. л. 3,02. Тираж 100 экз. Изд. № 169. Заказ

Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана. Типография МГТУ им. Н.Э. Баумана. 105005, Москва, 2-я Бауманская ул, 5.


© МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2011

Введение

   Характеристики автомобильного колеса с эластичной шиной определяют практически все характеристики автомобиля в целом, а также особенности функционирования его систем. С этой точки зрения правильное представление о работе автомобильного колеса является основой для последующего изучения движения автомобиля в различных дорожных и эксплуатационных условиях, а также для его моделирования и расчета.
   В традиционных учебных курсах теория движения эластичного колеса обычно изучается в сжатом объеме, когда затрагиваются только главные особенности его работы (как правило, на основе простейших расчетных схем и моделей). Вопросы детального исследования рабочих процессов, процессов качения, а также подходов, присущих различным научным школам, практические формулы для инженерных расчетов и экспериментальные данные по характеристикам шин различных конструкций обычно не рассматриваются.
   В то же время эти сведения представляют интерес не только в качестве информации, расширяющей теоретические знания студентов, но и могут оказаться полезными при выполнении расчетов в рамках курсового и дипломного проектирования, а также учебных научно-исследовательских работ.
   Отечественные исследования в области изучения, моделирования и расчета автомобильного колеса имеют достаточно глубокий и оригинальный характер. В результате этих исследований накоплен большой объем экспериментальных данных, разработаны оригинальные подходы к моделированию шин, проведению оперативных инженерных расчетов. Однако эти сведения рассеяны по многочисленным литературным источникам, доступ к которым в настоящее время затруднен. Поэтому попытка хотя бы

3

частичного сведения результатов различных научных исследований в одном учебном пособии может оказаться полезной.
   Качение колеса как часть общей теории качения эластичных тел сложной конструкции является обширной областью инженерной науки, описание которой выходит за рамки задач учебных курсов. В соответствии с этим в настоящем учебном пособии предметная область ограничена сведениями, необходимыми для понимания существа происходящих процессов и выполнения инженерных расчетов автомобиля и его составных частей.
   Даже при таких ограничениях эта тема сохраняет объемность ввиду большого разнообразия режимов движения колеса, вариантов конструкции шин. В связи с этим учебное пособие разделено на несколько частей. В первой части рассмотрены вопросы, связанные со статическими характеристиками эластичного колеса.
   Стационарное прямолинейное качение, тормозные режимы качения, нестационарное качение, пространственное перемещение катящегося колеса будут рассмотрены в следующих частях пособия.
   Движение автомобилей повышенной и высокой проходимости качественно определяется взаимодействием эластичного колеса и деформируемого основания. Эти вопросы традиционно рассматриваются в тех курсах, в которых изучаются проходимость и подвижность автомобиля, поэтому в настоящем пособии изложены только вопросы, связанные с движением колеса по твердой опорной поверхности.

    1. Массовые и инерционные параметры автомобильных шин


   Массовые и инерционные параметры автомобильных шин в значительной степени обусловливают эти же параметры автомобильного колеса в сборе.
   Определенное представление о взаимосвязи параметров автомобильных шин можно получить, анализируя опыт создания этих конструкций для различных автомобилей (табл. 1).


Таблица 1

Масса и момент инерции типичных автомобильных шин

   1ЧНИШ     Рисунок   Норма слойности Тип обода Масса шины, Масса камеры, кг Масса обода, кг Масса шины   Момент инерции ши-  Момент инерции ши- -одо йийсЬни
чхэонсЫчерд протектора                               кг                                       в сборе, кг ны в сборе с ободом,    ны, даН-м-с2                
                                                                                                                даН-м-с2                                      
                                                             Шины легковых автомобилей                                                                         
5.60-15         д             4        41/2К     10,4                               7,9       18,3               0,092                                        
6.00-13         д             4        4J        9,9                                6,4       15,7               0,049         0,042              0,007       
6.15-13         д             4        41/2J     7,7               0,8              6,7       14,4               0,058         0,052              0,006       
6.40-13         д             4        41/2J     12,0              1,2              6,7                                                                       
6.45-13         д             4        41/2J     7,8               1,2              6,7       14,5               0,073                                        
6.70-15         д             4        5K        11,7                               8,7       20,6               0,134         0,110                          
7.35-14         д             4        5J        10,2                               7,5       17,7               0,096         0,081              0,015       

5

Окончание табл. 1

   1ЧНИШ      Рисунок   Норма слойности Тип обода Масса шины, Масса камеры, кг Масса обода, кг Масса шины    Момент инерции    Момент инерции Момент инерции 
qjLOOHdQHEEJ протектора                               кг                                       в сборе, кг шины в сборе с обо- шины, даН-м-с2 обода, даН-м-с2
                                                                                                              дом, даН-м-с2                                  
                                                         Обычные шины грузовых автомобилей                                                                    
  7.50-20        У             6        6.0Б         28,3           3,3        30,5            63,8        0,682               0,516          0,166          
  8.25-20        У            10        6,5Б         44,9           3,8        32,4            82,4        0,954               0,781          0,173          
  9.00-20        У            12           7,0       52,6           4,8        38,9                99      1,290               1,072          0,218          
  10.00-20       Д            12        7,5В      58,2              5,9        62,3            120,5       1,507               1,169          0,338          
  12.00-20   У                14        8,5В      87,4              7,0        35,6            123         2,066               1,835          0,231          
                                                       Шины с регулируемым давлением воздуха                                                                  
  12.00-18   ПП                8        9.0РГ     71,5                         44,7            116,2       1,980                    1,76      0,221          
  12.00-20   ПП                8        9.0РГ     78,6              9,6        53,9            132,5       1,955               1,631          0,325          
  14.00-20   ПП               10         10.0РГ   108,8             9,7        64,7            174,5       3,180               2,760                     0,42
                                                                   Арочные шины                                                                               
  1000x600   ПП              6 и 8      580-558       89             БК        86,5            175,5       2,121               1,646          0,475          
  1140x600   ПП                8        580-630   97,3               БК        67,8            168,1       2,80                2,316          0,484          
  1140x700   ПП                8        690-630   104,5              БК        105,2           209,7       3,32                2,499          0,818          
  1300x750   ПП               10        730-680   147,5              БК              64        231,5       5,02                4,317          0,703          
Примечание. Д - дорожный рисунок протектора; У - универсальный                                                                                                
рисунок протектора; ПП - рисунок протектора, характерный для шин повышен-                                                                                     
ной проходимости; БК - бескамерные шины.                                                                                                                      

   Так, анализ показывает (рис. 1), что масса шины и момент ее инерции относительно оси вращения практически линейно зависят от грузоподъемности и диаметра шины по экватору (особенно это характерно для шин грузовых автомобилей). Масса радиальных шин приблизительно на 5... 10 % превышает массу диагональных шин той же размерности.
   Переход от сдвоенных колес к колесам с широкопрофильными или арочными шинами позволяет несколько уменьшить общую массу колесного движителя. Кроме того, при этом уменьшается

6