地面－轮胎力学

地面轮胎力学问题回顾汽车六大性能:1、计算汽车的通过性时，满载还是空载？2、发动机与轮胎的受力是什么关系？第1页/共40页第一节 概 述轮胎是连接汽车车身与道路的唯一部件，其基本职能是支承车辆重量、传递驱动和制动力矩，吸振以及保证转向稳定性。汽车的运动依赖于轮胎所受的力。轮胎力学是研究轮胎受力、变形和运动响应之间关系的，它的主要任务是建立精确实用的数学模型，描述轮胎的力学特性。第2页/共40页第三节 作用在车轮上的力和力矩一、轮胎坐标系滚动阻力矩地面反作用力纵向分力地面反作用力侧向分力第3页/共40页第4页/共40页二、轮胎六分力在轮胎坐标系中，地面作用在轮胎上的主要力和力矩有：（在轮胎坐标系中已标注）纵向力F x 地面切向反作用力沿x轴的分量；侧向力F y 地面切向反作用力沿y轴的分量；地面法向反作用力F z；翻转力矩M x 地面反作用力绕x轴的力矩；滚动阻力矩M y 地面反作用力绕y轴的力矩；回正力矩M z 地面反作用力绕z轴的力矩。第5页/共40页第四节 轮胎的纵向力学特性轮胎内部摩擦产生的迟滞损失。这种迟滞损失表现为阻碍车轮运动的阻力偶。一、滚动阻力第6页/共40页图1-9 轮胎径向变形曲线第7页/共40页图111第8页/共40页滚动阻力系数 轮胎内部摩擦产生迟滞损失，这种损失表现为阻碍车轮运动的阻力偶。第9页/共40页滚动阻力系数 车轮在一定条件下，滚动所需要推力Fp1与负荷W1之比，即单位重力的推力：第10页/共40页阻力偶用滚动阻力描述 滚动阻力无法在受力图上画出，它是一个数值，在受力图上它是切向反力。在实际计算时，可不必考虑阻力偶，而用滚动阻力替代第11页/共40页滚动阻力系数的试验确定法牵引法、滑行法和转鼓法1.速度ua对 f 的影响对 f 的影响因素第12页/共40页 2.轮胎的结构、材料、帘线对f 的影响也很大。子午线轮胎 f 小，天然橡胶 f 低。第13页/共40页f 的经验公式第14页/共40页表2-5 车轮滚动阻力系数路面类型路面类型滚动阻力系滚动阻力系数数路面类型路面类型滚动阻力系滚动阻力系数数沥青或混凝土路面（新）沥青或混凝土路面（磨旧）碎石路面卵石路面（平）卵石路面（坑洼）压实土路（干燥）0.0100.0180.0180.0200.0200.0250.0350.0300.0350.0500.0250.035压实土路（雨后）泥泞土路(雨季或解冻期)干砂湿砂结冰路面压实雪道0.0500.1500.1000.2500.1000.3000.0600.1500.0150.0300.0300.050第15页/共40页图112驱动轮受力图第16页/共40页真正驱动车轮前进的力是地面切向反力Fx2。其在数值上等于汽车驱动力Ft与滚动阻力Ff之差。第17页/共40页二、穿水阻力C为比例常数；b为轮胎的宽度；u为汽车的行驶车速；n为幂指数，当水层厚度大于0.5mm时，幂指数近似等于1.6排挤水层而增加的滚动阻力 第18页/共40页三、前束阻力 前束阻力：车轮的前束角造成，用以消除偶然外力冲击保持直线行驶的一种能力。第19页/共40页四、纵向附着系数纵向附着系数定义：纵向力与垂直载荷的比值滑动率：（实际速度-理论速度）/实际速度纯滚动、纯滑动(拖滑)、边滚边滑纵向附着系数影响因素：路面：材料、路面状况轮胎：轮胎结构、材料、花纹、新旧程度、气压轮胎与路面：受力、相互运动状态路况好,则纵向附着系数大;车速越低,则纵向附着系数大.第20页/共40页第五节 轮胎的侧偏特性侧偏特性：侧偏力、回正力与侧偏角的关系1 1 轮胎坐标系第21页/共40页原因概念第22页/共40页第23页/共40页最大侧偏力的影响因素附着条件附着条件 及垂直载荷及垂直载荷F FZ Z轮胎胎面花纹、材料、结构、轮胎胎面花纹、材料、结构、充气压力充气压力路面材料、结构、潮湿程度路面材料、结构、潮湿程度车轮外倾角车轮外倾角第24页/共40页3.轮胎结构、工作条件与侧偏特性尺寸的轮胎，k ；子午线轮胎接地面宽，k大；钢丝比尼龙轮胎k大；扁平率：轮胎断面高度与断面宽度之比H/B，k ；在一定范围内，载荷（FZ ），k 。但载荷太大时，k；轮胎充气压力，k ；行驶车速对k影响较小；潮湿特别在积水时，k 很大。第25页/共40页第26页/共40页附着椭圆一定侧偏角下，驱动力或制动力增加时，侧偏力逐渐有所减小，这是由于轮胎侧线弹性有所改变的关系。当纵向力相当大时，侧偏力显著下降，接近附着极限时，切向力已耗去大部分附着力，而侧向力能利用的附着力很小。第27页/共40页第28页/共40页第29页/共40页第30页/共40页第31页/共40页第32页/共40页本次课小节及课后思考题:主要内容小节：1轮胎的六分力（重点、需掌握）2.轮胎的纵向力学特性（重点、难点、需掌握）3.掌握轮胎的侧偏特性（重点、难点、需掌握）4.轮胎阻力的形成（难点、了解）课后思考题：总结轮胎六分力形成机理及各自的影响因素 第33页/共40页