3.2 Момент опору коченню колеса у веденому режимі під час прямолінійного руху

Під час прямолінійного руху еластичного колеса по твердій дорозі, що не деформується, підведена до нього енергія витрачається на подолання тертя в гумокордовій оболонці, у гумі протектора і в контакті колеса з опорною поверхнею. Ці три тертя викликають гістерезисні явища (втрати) в шині.

Якщо колесо нерухоме, тоді нормальні реакції опорної поверхні симетричні відносно вертикальної вісі, що проходить через центр колеса, а отже їх рівнодіюча R_z проходить через центр колеса точку О (див. рис.3.2а ).

Якщо прикласти до колеса штовхальну силу Р_шт, то під час його руху через гистерезисні втрати в шині нормальні реакції опорної поверхні будуть несиметричні відносно вертикальної вісі. Ця несиметричність викличе зсув рівнодіючої нормальних реакцій R_z за напрямком руху на величину «а» (див. рис. 3.2.б).

Зсув рівнодіючої нормальних реакцій R_z відносно центра колеса, точки О, викличе момент, який визначається за формулою:

М = R_z а.

Розділивши праву і ліву частини отриманої залежності на радіус колеса, отримаємо:

.

Безрозмірну величину назвали коефіцієнтом опору коченню і позначили f.

Одержане від ділення моменту М на радіус колеса r_к назвали силою опору коченню і позначили Р_f .

У цьому випадку маємо:

,

де Р_f – сила опору коченню в Н.

Остаточно силу опору коченню запишемо:

,

де R_z – нормальна реакція опорної поверхні в Н.

На горизонтальній дорозі:

R _z = G _{к ,}

де G_к – навантаження на колесо в Н.

Якщо опорна поверхня має кут нахилу , тоді рівнодіюча нормальних реакцій дорівнює:

,

а силу опору коченню Р_f запишемо:

Р_f = .

Момент опору коченню на дорозі, що має нахил, дорівнює:

М_f = .

В отриманій залежності особливу зацікавленість викликає коефіцієнт опору коченню f, який залежить від цілого ряду чинників. При цьому основними з них є:

- тип і стан опорної поверхні. Мінімальне значення коефіцієнт f має на асфальтобетонній сухій дорозі. Його значення для тороїдних шин і шин регульованого тиску при номінальному тиску повітря знаходиться в межах 0,01…0,02;

- тип і конструктивні параметри шини. Мінімальне значення коефіцієнт f на сухій асфальтобетонній дорозі має для шин з металокордом (f=0,01) і максимальне (f=0,02) для шин з регульованим тиском;

- швидкість руху. Зі збільшенням швидкості руху через додаткову деформацію тіла шини при ударах і коливальних процесах відбувається збільшення витрат енергії на подолання опору коченню шини. Збільшення коефіцієнта f, зумовлене швидкістю руху, може бути враховано емпіричною залежністю:

, (3.1)

де V – швидкість руху колеса, м/с;

f ₀ – коефіцієнт опору коченню при швидкості, яка дорівнює нулю.

Окрім цих чинників, на величину коефіцієнта f впливають: ступінь зносу протектора, температура шини, кількість і матеріал шарів корда, якість вживаної гуми, геометричні параметри шини, тиск повітря тощо. Проте вплив цих чинників менш істотний порівняно з вищеперерахованими і, як правило, їх впливом нехтують.