Ходовая часть: силы, действующие на автомобиль

Ходовую часть автомобиля составляют: подрамник, конструктивно совмещенный с основанием кузова, передняя и задняя подвески, ступицы колес и колеса с шинами. Механизмы и детали ходовой части в совокупности связывают колеса с кузовом, обеспечивают восприятие всех сил, действующих на автомобиль, снижают динамические нагрузки, передаваемые от колес кузову при движении автомобиля по неровным дорогам, гасят колебания кузова.

Независимо от того, стоит ли автомобиль на месте или движемся, на него всегда действуют определенные силы. Если он неподвижен и установлен на горизонтальной площадке, на него действует только сила тяжести (вес автомобиля), направленная вертикально вниз, и силы противодействия дороги давлению колес (реакция дороги), направленные в противоположную сторону. На автомобиле, стоящем на наклонной плоскости, сила тяжести раскладывается на две составляющие, одна из которых прижимает автомобиль к дороге, а другая стремится его опрокинуть в поперечной или продольной плоскости — в зависимости от направления уклона дороги. При этом опрокидывающий момент будет тем больше, чем больше угол наклона автомобиля и выше его центр тяжести. На автомобиль, находящийся в движении (рис. 96), кроме силы тяжести, действуют: тяговая сила, сила сопротивления качению, сила сопротивления воздуха, сила сопротивления подъему (при движении в гору), сила сопротивления боковому скольжению. При повороте автомобиля на него действуют центробежная сила, а при разгоне (торможении) — сила инерции.




Тяговая сила создается за счет крутящего момента двигателя, передаваемого через механизмы трансмиссии на ведущие колеса автомобиля. При этом в точке касания шин с поверхностью дороги возникает окружная сила, стремящаяся как бы отодвинуть дорожное покрытие назад, в результате чего на колесо действует сила реакции дороги, направленная в сторону движения автомобиля, эта сила от колес передается через рессоры (толкающие штанги) на кузов и заставляет автомобиль двигаться. Тяговая сила на ведущих колесах затрачивается на преодоление всех сил сопротивления, возникающих при движении (сила сопротивления качению, сила сопротивления воздуха, сила сопротивления подъему и сила сопротивления разгону). Величина тяговой силы, которая может быть реализована при движении, ограничивается силой сцепления шин с дорогой, так как, если сила тяги превысит силу сцепления — колеса будут пробуксовывать.

Сила сопротивления качению равна произведению веса автомобиля на коэффициент сопротивления качению шин, который при движении по дороге с твердым покрытием в среднем равен 0,015—0,025. Эта сила затрачивается на деформирование (смятие) шины и дороги, на трение шины о дорогу и на трение в подшипниках ходовой части. Коэффициент сопротивления качению возрастает с увеличением скорости движения, крутящего и тормозного момента, а также при снижении давления воздуха в шинах.

Сила сопротивления воздуха зависит от площади лобовой поверхности автомобиля, формы кузова и слагается из давления встречного воздуха, трения частиц воздуха о поверхность кузова и величины разрежения сзади автомобиля. Эта сила возрастает пропорционально квадрату скорости движения автомобиля.


Сила сопротивления подъему тем больше, чем больше масса автомобиля и угол подъема дороги.

Центробежная сила возникает при движении автомобиля на повороте. Ее величина зависит от радиуса закругления, массы автомобиля и скорости движения. Она вызывает боковой крен и перемещение пассажиров в сторону, противоположную повороту. Если центробежная сила превысит суммарную силу сцепления колес с дорогой, автомобиль получает боковое скольжение и может даже опрокинуться.

Сила инерции возникает при ускорении (разгоне) или замедлений (торможении) движения автомобиля и противодействует соответственно ускорению или замедлению. В первом случае возникает смещение пассажиров и грузов назад, а во втором — вперед.

Тяговая сила за вычетом силы сопротивления воздуха называется силовым запасом, который тем больше, чем больше крутящий момент двигателя и передаточные числа в коробке передач и главной передаче. При включении низшей передачи силовой запас увеличивается, что способствует ускорению разгона автомобиля. Силовой запас может быть использован на преодоление сопротивления качению, на преодоление подъемов и разгон.

Пока тяговая сила больше суммы сил сопротивления движению (сопротивление воздуха, сопротивление качению, сопротивление подъему), скорость автомобиля может повышаться. Однако тяговая сила не всегда может быть полностью реализована при движении автомобиля. Она ограничивается силой сцепления ведущих колес с дорогой. Эта сила определяется как произведение веса автомобиля, приходящегося на ведущие колеса, и коэффициента сцепления, который зависит от типа и состояния дорожного покрытия, конструкции и состояния шин (рисунок протектора, давление воздуха) и скорости движения автомобиля. На сухой дороге с твердым покрытием этот коэффициент в среднем равен 0,6—0,7.

Если тяговая сила больше силы сцепления, то колеса буксуют и автомобиль стоит на месте.

На устойчивость автомобиля существенное влияние оказывает положение центра тяжести — условной точки, в которой сосредоточена вся его масса. Расположение центра тяжести по высоте зависит от характера и массы груза. Например, если в легковом автомобиле груз расположен только в кузове, то его центр тяжести будет значительно ниже, чем при перевозке груза на багажнике.

Однако независимо от характера груза и его размещения центр тяжести груженого автомобиля будет всегда выше, нежели негруженого. Поэтому при прочих равных условиях нагруженный автомобиль менее устойчив особенно против опрокидывания на поворотах.