Силы, действующие на подвижной состав при движении
ЧЕРЕПОВЕЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ
УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра Транспортных средств и техносферной безопасности
(На правах рукописи)
Быков П.М. к.т.н., доцент.
ТРЕНИЕ И ИЗНОС
(Практические работы)
Череповец
2014.
Введение
Контрольная работа предусматривает закрепление и углубление знаний в вопросах трения и изнашивания. Трение и изнашивание определяет:
Трение – комплекс физико-химических явлений в зоне контакта поверхностей двух перемещающихся относительно друг друга тел, в результате чего в этой зоне возникают контактные силы
Трение влечет за собой бесполезную затрату энергии и изнашивание деталей. Установлено, что трение зависит от большого числа сложных процессов, протекающих на сопряженных поверхностях.
По характеру относительного движения различают трение скольжения и трение качения.
Трение скольжения - это трение движения, при котором скорости тел в точке касания различны по величине и направлению или по величине или по направлению.
Трение качения - это трение движения двух тел, при котором их скорости в точках касания одинаковы по величине и направлению.
Коэффициент трения - отношение силы трения двух тел к нормальной силе, прижимающей эти тела друг к другу.
Под трением следует понимать силы сопротивления движению автомобиля, возникающие в процессе взаимодействия контактирующих поверхностей движущихся деталей. К сопротивлениям движению относят силы инерции при ускорениях и торможениях, силы преодолеваемые двигателем на подъеме, ветровые нагрузки, а также силы, возникающие в шинах колёс при контактировании с дорогой.
Трение создаёт условия для изнашивания контактирующих поверхностей деталей и в тоже время обеспечивает сцепление приводных колёс с дорогой без пробуксовки.
Изнашивание - это процесс разрушения и отделения материала с поверхности детали и (или) накопления ее остаточной деформации при трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров и формы деталей.
Задание на контрольную работу определяется по вариантам. Номер варианта выбирается в соответствие со списком контроля посещаемости занятий студентами и объявляется преподавателем
Задача № 1
Определить вертикальные и горизонтальные реакции дороги, действующие на ходовые колеса автомобиля, Rz1, Rz2, Rx1, Rх2 (рис.1, , б), силу сопротивления вращения ведущих колёс, Рт а также силу сцепления ведущих колес с дорогой, Рсц и обосновать возможность их пробуксовки. Требуется рассчитать мощность, Nк (кВт), затрачиваемую двигателем, на преодоление сил сопротивления движения автомобиля при заданной скорости.
Если известны собственная масса снаряжённого автомобиля и вес груза, G, Gгр; установившаяся скорость движения автомобиля, ; лобовая площадь автомобиля, Fa; линейные размеры L, l1, l2,; диаметр опорной цапфы подшипник качения колеса, d; коэффициенты трения скольжения, качения, f и f1; лобовая площадь автомобиля, Fа и состояния поверхности дороги. Все названные параметры даны в условии задачи, изображены на расчётной схеме или даны в табл.1 в соответствии с вариантом задания. Ряд параметры должны быть выбраны студентом самостоятельно в соответствие с разделом «теоретические положения» к задаче 1.
а) б)
Рис.1. Расчётная схема
Таблица 1
Расчётные параметры к задаче 1.
| № п/п | Параметр | Вариант | |||||||||||||||||||
| 1. | Автомоб. | Л | ГАЗ | ЗИЛ | ГАЗ | Л | ГАЗ | ЗИЛ | ГАЗ | Л | ГАЗ | ЗИЛ | ГАЗ | Л | ГАЗ | ЗИЛ | ГАЗ | Л | ГАЗ | ЗИЛ | ГАЗ |
| 2. | G, (т) | 1,3 | 1,3 | 1,3 | 1,3 | 1,3 | |||||||||||||||
| 3. | Gгр, (т) | 0,35 | 0,35 | 0,35 | 0,35 | 0,35 | |||||||||||||||
| 4. | Скорость , (км/ч) | ||||||||||||||||||||
| 5. | Габарит. размеры, (м): | ||||||||||||||||||||
| L | |||||||||||||||||||||
| L2 | 1,4 | 1,7 | 1,7 | 1,7 | 1,4 | 1,7 | 1,7 | 1,7 | 1,4 | 1,7 | 1,7 | 1,7 | 1.4 | 1,7 | 1,7 | 1,7 | 1,4 | 1,7 | 1,7 | 1,7 | |
| l 1 | 2,6 | 3,3 | 3,3 | 3,3 | 2,6 | 3,3 | 3,3 | 3,3 | 2,6 | 3,3 | 3,3 | 3,3 | 2,6 | 3,3 | 3,3 | 3,3 | 2,6 | 3,3 | 3,3 | 3,3 | |
| d | 0,04 | 0,05 | 0,05 | 0,05 | 0,04 | 0,05 | 0,05 | 0,05 | 0,04 | 0,05 | 0,05 | 0,05 | 0,04 | 0,05 | 0,05 | 0,05 | 0,04 | 0,05 | 0,05 | 0,05 | |
| Dк | 0,57 | 0,9 | 0,9 | 0,9 | 0,57 | 0,9 | 0,9 | 0,9 | 0,57 | 0,9 | 0,9 | 0,9 | 0,57 | 0,9 | 0,9 | 0,9 | 0,57 | 0,9 | 0,9 | 0,9 | |
| 6. | Лобовая площадь авто. Fa, (м2) | 2,28 | 2,28 | 2,28 | 2,28 | 2,28 | |||||||||||||||
| 7. | Поверхность дороги | Асфальт | Щебень | Грунт | Асфальт | Щебень | Грунт | Асфальт | Щебень | Грунт | Асфальт | Щебень | Грунт | Асфальт | Щебень | Грунт | Асфальт | Щебень | Грунт | Асфальт | Щебень |
Теоретические положения
Силы, действующие на подвижной состав при движении
При движении на горизонтальном участке дороги на колёса автомобиля действует целый ряд сил, которые называются внешними. К этим силам относятся (рис. 1) силы тяжести G и Gгр, вертикальные и горизонтальные силы реакции дороги Rz1, Rz2, Rx1, Rх2 и силы взаимодействия подвижного состава с воздухом (реакции воздушной среды) Рв, а также сила тяги (движения) колеса. На подъёме дороги действует сила сопротивления подъёму.
Одни из указанных сил действуют в направлении движения и являются движущими силами, а другие — против движения и относятся к силам сопротивления движению.
Так, сила Pд на тяговом режиме, когда подводятся мощность и момент к ведущим колесам, направлена в сторону движения, а силы Rх1,Rx2 и Рв направлены против движения.
Движущей силой подвижного состава является касательная реакция дороги Рд на ведущих колесах. Она возникает в результате подвода мощности и момента от двигателя через трансмиссию к ведущим колесам.
Рис. 2. Внешние силы, действующие на подвижной состав:G, Gгр–масса снаряжённого автомобиля и масса груза; Rz1, Rz2–реакция дороги на передние и задние колёса; Rx1, Rx2–касательная реакция дороги на передних неведущих и задних ведущих колёсах.
Вертикальные реакция дороги на передние и задние колёса может быть определена из условия:
Rz1 + Rz2 = Gгр + G
Rz1·L – (Gгр + G)·l2 = 0
Сила сопротивления, движению на передних колёсах (горизонтальная реакция дороги) может быть определена из уравнения моментов сопротивления скольжения в подшипнике и момента сопротивления качению колеса (Рис.1б)
M= M2+M1 или
Rx1·Dк/2 = f·Rz1 + f1Rz1·d/2 откуда
Если пренебречь сопротивлением в подшипнике заднего колеса (f1=0), то сила сопротивления, движению на задних (приводных) колёсах может быть определена (Рис 1а,б) аналогичным способом:
Коэффициент трения скольжения f1 может быть принят:
Коэффициент трения качения колеса, учитывающий деформацию шины может быть принят f = 0,1÷0,01
Сила сопротивления движению на задних приводных колёсах при равномерном движении на прямолинейном участке дороги может быть определена из уравнения движения ведущих колёс (Рис.1а).
Рд = (Rx1 +Rx2 + Рв)