Главная » 2009 » Март » 3 » Законы физики - справочник автомобилиста
Законы физики - справочник автомобилиста
08:19
Законы физики - справочник автомобилиста
Не только ты управляешь автомобилем – законы физики и механики исправно
работают при движении автомобиля, и следует представить себе действие
различных сил, чтобы использовать их для управления или препятствовать
их нарастанию.
Расположение центра тяжести автомобиля зависит от
компоновки узлов и агрегатов, и распределение веса по осям указывается
в технических характеристиках. Высота груза и его размещение на
автомобиле влияют на новое положение центра тяжести и новые нагрузки на
оси. Нагрузку на ось следует уметь рассчитать для определения
возможности проезда по некоторым мостам, понтонам и временным покрытиям.
На
наклонной поверхности сила тяжести раскладывается на две составляющие –
одна прижимает автомобиль к дороге, а другая старается опрокинуть его
вдоль дороги или поперек, в зависимости от направления уклона. Чем выше
центр тяжести и чем больше угол наклона автомобиля, тем больше
опрокидывающая сила.
Кроме силы тяжести и опрокидывающей силы, на автомобиль действуют другие:
* Сила сопротивления качению – возникает при деформировании шины и дороги, трении шины о дорогу, трении в подшипниках колес;
* Сила сопротивления подъему – определяется массой автомобиля и углом подъема;
* Сила инерции покоя – при трогании и разгоне направлена против движения;
* Сила инерции движения – направлена по ходу движения;
* Центробежная сила – направлена по радиусу от центра кривой поворота и стремится снести автомобиль с дороги;
* Сила сопротивления воздуха – направлена против движения, величина зависит от обтекаемости автомобиля и скорости его движения;
*
Сила давления сильного бокового ветра или аэродинамического влияния
потоков воздуха от большого обгоняющего или обгоняемого автомобиля –
стремится снести машину с дороги; зависит от парусности – боковой
площади кузова;
* Подъемная сила – возникает при движении с
большой скоростью от давления потока воздуха, попадающего под передок
автомобиля, стремится оторвать колеса от дороги, ухудшая сцепление
колес с дорогой и управляемость;
* Сила сноса – возникает при заносе задних или сносе передних колес;
*
Сила сцепления – зависит от нагрузки на ведущие колеса, состояния и
качества дорожного покрытия, давления в шинах, скорости, степени износа
протектора;
* Сила тяги – определяется величиной крутящего
момента, переданного от трансмиссии на колеса, вызывает движение
автомобиля за счет отталкивания колес от дороги ;
* Сила торможения – возникает при торможении двигателем или тормозными колодками.
Сила
тяги должна быть больше силы инерции покоя, но меньше силы сцепления
ведущих колес с дорогой – тогда движение автомобиля возможно. Если сила
тяги на ведущих колесах больше силы сцепления этих колес с дорогой,
колеса буксуют.
Если сила сцепления колес с дорогой будет больше тормозной силы, то автомобиль затормаживается, если меньше – скользит юзом.
Благодаря
инерции движения автомобиль может двигаться на высокой скорости с
незначительной подачей топлива (вот почему движение на постоянной
скорости 80-90 км в час наиболее экономично), а также некоторое время с
отключенным двигателем – накатом.
Силе торможения помогают силы
сопротивления качению, подъему, сопротивления воздуха, центробежная
сила. Затрудняет торможение сила инерции движения, особенно растущая на
уклоне.
При торможении и при движении с уклона сила тяжести
переносится вперед и создает продольный опрокидывающий момент,
дополнительно нагружающий переднюю ось. Эту нагрузку используют для
улучшения сцепления управляемых колес с дорогой на повороте, тормозя
двигателем и поворачивая колеса.
Величина центробежной силы
зависит от скорости и веса автомобиля, а также радиуса поворота.
Значит, уменьшить эту силу можно снижением скорости или увеличением
радиуса поворота.
Снос передних и занос задних колес – боковое
скольжение колес. Они могут привести к закручиванию автомобиля вокруг
вертикальной оси, как волчка.
Причины заноса и сноса :
* При движении – разные тяговые силы на колесах ;
*
При торможении – разные тормозные силы на колесах одной оси, разные
силы сцепления колес с дорогой, неправильное размещение груза
относительно продольной оси автомобиля.
* На повороте – торможение, резкий поворот управляемых колес ; сила инерции превышает силу сцепления колес с дорогой.
* При заносе автомобиль может опрокинуться по следующим причинам в случаях :
* Поперечный уклон направлен в сторону, противоположную повороту ;
* Резкое прекращение заноса при упоре заднего колеса в препятствие ;
* Резкий поворот руля на большой скорости ;
* Неравномерное распределение груза или его смещение на повороте.
Упругость
узлов подвески частично и кратко препятствует действию центробежной
силы, допуская крен автомобиля. Чем выше центр тяжести и уже колея, тем
больше вероятность опрокидывания.
Эксплуатационные качества :
тягово-скоростные, тормозные, топливная экономичность, управляемость,
устойчивость, маневренность, проходимость – определяются способностями
автомобиля использовать или преодолевать соответствующие физические
силы.
Тягово-скоростные параметры определяют диапазон изменений
скорости и интенсивности разгона автомобиля в различных условиях. При
испытаниях замеряют семь показателей тягово-скоростных свойств :
скоростная характеристика разгон – разбег, скоростная характеристика на
высшей и предшествующей передачах, скоростная характеристика на дороге
с переменным продольным профилем, максимальная скорость, условная
максимальная скорость, время разгона на определенных участках и время
разгона до заданной скорости.
На топливную экономичность
оказывают влияние аэродинамические параметры автомобиля, характеристики
шин, передаточное число главной передачи, количество передач и их
передаточные числа в коробке передач.
Тормозной путь –
расстояние, которое проходит автомобиль от начала торможения до главной
остановки. Замедление автомобиля – величина, на которую уменьшается
скорость автомобиля на единицу времени.
Управляемость автомобиля
– его способность отзываться на самые малые команды руля, а также
стабилизировать направление движения после влияния небольших
неровностей дорожного покрытия. Управляемость и стабилизация
обеспечиваются конструктивно рулевым механизмом и установкой
управляемых колес под определенными углами : продольный и поперечный
угол наклона шкворня, углы развала и схождения колес. Стабилизирующие
свойства имеют и шины легковых автомобилей благодаря небольшому
давлению воздуха и гибким боковинам. Но они склонны к уводу при боковом
прогибе шины под влиянием поперечной силы. Увод передних колес
увеличивает радиус поворота, задних – уменьшает. Если угол увода задних
колес больше, чем передних – автомобиль влияет и водителю приходится
корректировать направление движения.
Для выравнивания степени
увода передних и задних колес рекомендуется давление воздуха в шинах
передних колес поддерживать ниже, чем в задних.
Устойчивость
движения характеризуется критической скоростью криволинейного движения
по опрокидыванию и заносу под воздействием поперечной составляющей силы
инерции.
Поворачиваемость автомобиля – одна из их характеристик.
Переднеприводные автомобили имеют недостаточную поворачиваемость, что
помогает им более уверенно проходить закругления на обычных скоростях,
без заноса. Заднеприводные автомобили с двигателем сзади имеют
избыточную поворачиваемость. Заднеприводные автомобили с двигателем
впереди и полноприводные автомобили в обычных условиях имеют
недостаточную поворачиваемость, но при изменении режимов движения,
перегрузке задних колес или снижении давления в них – избыточную.
Маневренность
характеризуется минимальным и габаритным радиусами поворота, а также
габаритной полосой движения. Чем меньше эти радиусы, тем выше
маневренность. Габаритная полоса характеризует ширину коридора,
необходимую при крутых поворотах, а также возможность движения
автомобиля с прицепом или без него в проездах заданной формы и
размеров. Она определяется траекторией автомобиля и сдвигом траектории
прицепа к центру поворота.
Профильная проходимость – способность
автомобиля преодолевать неровности и препятствия, а также вписываться в
габариты дороги. Она зависит от габаритных размеров, высоты центра
тяжести, переднего и заднего углов свеса, радиуса горизонтальной
проходимости, продольного и поперечного радиуса проходимости,
наименьшего расстояния между низшими точками автомобиля и дорогой,
продольной и поперечной устойчивости к опрокидыванию – наибольших углов
преодолеваемых подъема и поперечного откоса, диаметра колес, а для
автомобиля с прицепом также и углов гибкости автопоезда.
Опорная
проходимость определяет способность автомобиля двигаться по мягким
поверхностям. Важным условием опорной проходимости является соотношение
между наибольшей силой тяги и силой сопротивления движению.
В
большинстве случаев проходимость автомобиля с прицепом ограничивается
недостаточной силой сцепления колес с дорогой и в связи с этим
невозможно использовать максимальную силу тяги. Опорная проходимость
определяется сцепной массой – массой, приходящейся на ведущие колеса :
чем она ниже, тем выше проходимость. Очевидно, что у внедорожников
сцепная масса ниже, так как все колеса ведущие.
Сила сцепления
ведущих колес с дорогой определяется давлением массы, приходящейся на
одно колесо, на площадь контакта шин с дорогой – удельным давлением. На
рыхлых грунтах проходимость лучше, если удельное давление меньше –
площадь контакта больше за счет ширины шин или снижения давления в них.
На твердом покрытии проходимость выше при большом удельном давлении –
меньшей площади контакта – за счет узких шин или высокого давления в
них.
На льду желательно снижать удельное давление для увеличения площади контакта шины с дорогой.
Шины
с крупным рисунком протектора на мягких грунтах имеют большую площадь
контакта и меньшее удельное давление ; на твердых грунтах площадь
контакта этой шины меньше, и удельное давление увеличивается. Для
движения по мягким, песчаным, торфяным грунтам, тундре и снегу
применяют широкие или прочные шины либо шины с регулируемым давлением.
При
совпадении колем передних и задних колес проходимость автомобиля
повышается – меньше сопротивление движению. Оба вида проходимости
определяются также соотношением между тяговой силой и силой
сопротивления движению, возможностью использования тяговой силы,
зависящей от силы сцепления ведущих колес с дорогой.
Меню сайта
Не только ты управляешь автомобилем – законы физики и механики исправно
работают при движении автомобиля, и следует представить себе действие
различных сил, чтобы использовать их для управления или препятствовать
их нарастанию.