K Mechanika styku kolo vozovka

Rozměr: px

Začít zobrazení ze stránky:

Download "K Mechanika styku kolo vozovka"

Leoš Dostál
před 8 lety
Počet zobrazení:

1 Mechanika styku kolo ozoka Toto téma se zabýá kinematikou a dynamikou kola silničních ozidel. Problematika styku kolo ozoka má zásadní ýznam pro stanoení parametrů jízdy silničních ozidel, neboť má li na hodnocení rychlosti ozidla i sil a jejich omezení při jízdě..1 Základní pojmy Pneumatika běžného kola silničního ozidla se skládá ze tří částí: plášť, zdušnice a ochranná ložka pro kolo zdušnicoé a z pláště u bezdušoého řešení. Základní části pláště kola jsou znázorněny na obrázku Obr..1. Běhoun rsta praže na nějším obodu pláště opatřená dezénem. Hlaní funkcí běhounu je přenášet hnací sílu na porch ozoky. Dezén je zorek na styčné ploše pláště s ozokou. Je to soustaa různě uspořádaných drážek, které rozčleňují porch této plochy na geometrické obrazce figury. Jeho úkolem je optimalizoat soudržnost mezi kolem a ozokou pro dané podmínky. Nárazník část pláště tořící přechod mezi běhounem a kostrou pláště. Zyšuje odolnost pláště proti mechanickému poškození. ostra pláště je nitřní ýztuha pláště tořená kordoými ložkami z různých materiálů podle konstrukce a účelu pláště. ostra je zakončena e spodní části kolem palního lanka. onstrukce kostry pláště (směr a způsob pokládání láken kordu) určují dynamické lastnosti pneumatiky. Bočnice nější část pláště chránící boční část kostry pláště před mechanickým poškozením. Patka pláště zesílená část pláště, dosedající na ráfek kola. Patka přenáší šechny síly z ráfku kola na plášť a opačně. U bezdušoých pneumatik musí být toto spojení i zduchotěsné. Nosným prkem patky je patní lanko. Patní lanko je ětšinou tořeno oceloým lankem, k němuž je ukončena kostra pláště. Délka lanka určuje nitřní průměr pláště. Vzdušnice je samostatná zduchotěsná pryžoá ložka na nitřní části pláště, která se plní zduchem nebo jiným inertním plynem na stanoený tlak, čímž se ytáří základní tar pneumatiky. Ochranná ložka je součásti zdušnicoých pneumatik, chránící zdušnici proti mechanickému poškození od ráfku kola, popř. patní části pláště. Ventil kooý zpětný entil určený pro plnění pneumatiky zduchem, plynem nebo jiným ýztužným materiálem. Jeho připojoací rozměry jsou standardizoány. Vnitřní plocha bezdušoých plášťů je zduchotěsně uzařena pryžoou těsnící rstou. U moderních plášťů tato rsta může mít i samooprané lastnosti při drobných průrazech.

.1 Základní pojmy Pneumatika běžného kola silničního ozidla se skládá ze tří částí: plášť, zdušnice a ochranná ložka pro kolo zdušnicoé a z pláště u bezdušoého řešení.

2 nárazník dezén běhoun kostra pláště bočnice zdušnice patka pláště patní lanko ochranná ložka dělený ráfek entil Obr..1: Schematický řez zdušnicoým kolem nákladního automobilu. Obr..2: Ilustrační řez pláštěm bezdušoé pneumatiky. (1 - Vnitřní těsnící rsta, 2 kostra pláště, 3 patní lanko, 6 ochranný a těsnící patní pásek, 7 bočnice pláště, nárazník, 1 běhoun).

Obr..2: Ilustrační řez pláštěm bezdušoé pneumatiky.

3 Obr..3: Ráfek kola osobního automobilu se žlábkem. (Rozměr kola 5Jx14 5 = šířka ráfku palcích, 14 = jmenoitý průměr palcích)

4 dotykoá kružnice O z y C x Obr..4: Vazba kolo ozoka. Při zájemném posuzoání působení kola a ozoky budeme ycházet ze schematického zobrazení na obrázku Obr..2. Souřadný systém x-y-z předstauje základní souřadný systém ozidla, tak jak byl popsán úodu. Je umístěn bodě C, který předstauje teoretický bod dotyku kola s ozokou. Souřadný systém ξ ψ ζ, který předstauje souřadný systém kola a ychází z bodu O, který předstauje bod osy rotace kola. Vazbu kolo ozoka můžeme popsat následujícími ybranými eličinami:, a posuná rychlost a zrychlení osy rotace kola O e směru osy x ω ω ψ - úhloá rychlost kola kolem osy rotace ψ skluzoá rychlost, předstaující zájemnou rychlost porhu pneumatiky a podložky bodě C. Při dotyku kola a podložky dochází liem deformace pneumatiky k tomu, že každém bodě dotykoé kružnice má kolo jiný poloměr, který má li na stanoení parametrů dotyku a další ýpočty. Definici těchto poloměrů se budeme ěnoat následujícím. Pro další ýklad použijeme model kola redukoaný na dotykoou kružnice se středem ose rotace kola O, která se dotýká ozoky bodě C. Pak můžeme definoat jednotlié hodnoty poloměrů roině x-y iz obrázek Obr..5. Pro další ýpočty má ýznam definoat čtyři poloměry na kole: r s r d r r poloměr statický poloměr dynamický poloměr alení obecný ýpočtoý poloměr

Souřadný systém ξ ψ ζ, který předstauje souřadný systém kola a ychází z bodu O, který předstauje bod osy rotace kola.

5 Poloměr statický r s předstauje poloměr dotykoé kružnice kola nezatíženého nějšími silami. Dynamický poloměr r d je zdálenost osy rotace pohybující se pneumatiky od roiny podložky místě dotyku ronoběžné s osou rotace za předepsaných podmínek jako jsou kolmé zatížení kola F z, tlak huštění pneumatiky, rychlost jízdy a další. Poloměr alení r (kinematický poloměr) je ýpočtoý parametr kola, jež se stanouje pomocí analýzy kinematiky dotyku kola s podložkou. Poloměr alení je poloměr fiktiního kola, které by se alilo bez skluzu stejnou posunou rychlostí jako skutečné kolo při působení sil a momentů. Pro posunou rychlost osy rotace kola při ideálním alení platí: = ω r, pak ω r = Prakticky lze poloměr alení též ypočítat z dráhy posuného pohybu l a počtu otočení kola N. r l = π [m] 2 N V průběhu posuzoání kinematiky kola na něj působí nější síly a momenty. Proto se zaádí upřesnění pro tz. poloměr alení lečeného kola r o, což je poloměr fiktiního kola, které by se alilo bez skluzu stejnou posunou rychlostí jako skutečné kolo zatížené pouze nějšími sila bez působení hnacího nebo brzdného momentu. Poloměr alení záisí na řadě faktorů. Je možno říci, že jeho hodnotu nejíce oliňují stau smyku a prokluzu, které jsou charakterizoány zájemnou skluzoou rychlosti porchů kola a podložky místě dotyku. Pro ýpočtoé účely budeme použíat tz. ýpočtoý poloměr kola r, jehož postup stanoení a hodnota se předem smluně definuje. Podle [Matějka, 199] je nejčastěji za ýpočtoý poloměr stanouje poloměr alení lečeného kola, u kterého je minimální rozdíl mezi r d, r o a r..2 inematika kola inematickou azbu mezi kolem a ozokou můžeme charakterizoat třemi stay, jež jsou znázorněny na obrázku Obr..6. a budou postupně ysětleny.

pneumatiky, rychlost jízdy a další. Poloměr alení r (kinematický poloměr) je ýpočtoý parametr kola, jež se stanouje pomocí analýzy kinematiky dotyku kola s podložkou.

6 Obr..5: inematika kola. Pro stanoení posuné rychlosti středu kol O platí: + = ω r (.2) Případ a): pro čisté alení platí, že nedochází k zájemnému posuu porchu kola a ozoky místě dotyku C, proto skluzoá rychlost =, pak spojnice konců ektorů posuné rychlosti osy otáčení kola a skluzoé rychlosti leží na dotykoé kružnici r a je totožný s bodem C. Pak platí: r = r Případ b): pro alení s prokluzem platí, že dochází k zájemnému posuu porchu kola a ozoky místě dotyku C, skluzoá rychlost <, pak spojnice konců ektorů posuné rychlosti osy otáčení kola a skluzoé rychlosti protne sislou osu kola bodě P, který leží nad bodem dotyku C. Pak platí: r < r Tento sta může nastat při zatížení kola hnacím momentem kol M. V mezním případě je posuná rychlost kola =, pak podle ztahu (.2) platí: = ω r průsečík P je totožný se středem otáčení kola C a proto r = Případ c): pro alení se smykem platí, že dochází k zájemnému posuu porchu kola a ozoky místě dotyku C, skluzoá rychlost >, pak spojnice konců ektorů posuné rychlosti osy otáčení kola a skluzoé rychlosti protne sislou osu kola bodě P, který leží pod bodem dotyku C. Pak platí: r > r

rychlosti leží na dotykoé kružnici r a je totožný s bodem C.

7 Tento sta může nastat při zatížení kola brzdným momentem kol M B. V mezním případě je posuná rychlost kola podle ztahu (.2) platí: = neboť úhloá rychlost kola je ω =, pak = průsečík P je posunut do nekonečna a proto r =..3 Měrný skluz Dalším kinematickým parametrem, který můžeme yjádřit při alení kola je bezrozměrná ýpočtoá eličina zaná měrný skluz kola. Její hodnota je interalu: 1;1 Hodnota této eličiny se stanouje pro hnací a brzdný skluz pomocí poronáání kinematických eličin kol zatížených momentem (označených bez indexu) a eličin kol lečených (s indexem ). Pak jsou definoané: měrný hnací skluz: L L ϕ ϕ ω ω h = = = = [1] L ϕ ω měrný brzdný skluz: L L ϕ ϕ ω ω b = = = = [1] L ϕ ω Obě tyto eličiny je možno taky definoat pomocí poloměrů: měrný hnací skluz: r h = = 1 [1] r měrný brzdný skluz: r = = h 1 [1] r.4 Součinitel soudržnosti Síla, kterou je schopen přenést styk kolo-ozoka je omezena lastnostmi tohoto dotyku. Tyto lastnosti jsou charakterizoané součinitelem nazýaným součinitelem soudržnosti (součinitelem adheze). Tuto sílu je možno definoat:

.3 Měrný skluz Dalším kinematickým parametrem, který můžeme yjádřit při alení kola je bezrozměrná ýpočtoá eličina zaná měrný skluz kola.

8 F max = μ x max F z Hodnota tohoto součinitele je záislá na několika faktorech. Záislost hodnot součinitele soudržnosti na měrném skluzu označujeme za skluzoou charakteristiku součinitele soudržnosti. Obr..6: Skluzoá charakteristika součinitele soudržnosti [Vlk, 2]. Se zyšující se hodnotou měrného skluzu roste, až dosáhne maxima při měrném skluzu cca =,18. Při dalším zyšoání měrného skluzu pak již hodnota klesá iz obrázek Obr..6. Dalším faktorem oliňujícím max. hodnotu součinitele soudržnosti jsou lastnosti porhu pláště a ozoky. Orientační hodnoty součinitele soudržnosti podle porchu ozoky jsou na obrázku Obr..7.

.6: Skluzoá charakteristika součinitele soudržnosti [Vlk, 2]. Se zyšující se hodnotou měrného skluzu roste, až dosáhne maxima při měrném skluzu cca =,18.

9 Obr..7: Orientační hodnoty součinitele soudržnosti podle porchu. Zdroje: Matějka, R.: Vozidlá silniční dopray. Bratislaa. ALFA Bratislaa ISBN ss. Vlk, F.: Dynamika motoroých ozidel. Brno. Nakladatelstí a ydaatelstí Vlk. 2. ISBN ss. Vlachoá Helena: Autobusoá dopraa a její li na žiotní prostředí. Semestrální práce. Pardubice. DFJP, Unierzita Pardubice. [cit: 2935] Dostupnost:

Nakladatelstí a ydaatelstí Vlk. 2. ISBN 8-238-5273-6. 433 ss.

Podobné dokumenty

Název zpracovaného celku: Kola a pneumatiky

Předmět: Ročník: Vytvořil: Datum: Silniční vozidla druhý NĚMEC V. 25.10.2012 Název zpracovaného celku: Kola a pneumatiky Jsou nedílnou součástí automobilu pro jeho pohyb, přenos sil a momentů. Účel kola