第一章地面-輪胎力學(xué)《汽車理論》張文春主編

1、第一章第一章 地面輪胎力學(xué)地面輪胎力學(xué)問題回顧問題回顧汽車六大性能:l1、計算汽車的通過性時，滿載還是空載？l2、發(fā)動機與輪胎的受力是什么關(guān)系？第一節(jié)第一節(jié) 概概 述述l輪胎是連接汽車車身與道路的唯一部件，其基本職能是支承車輛重量、傳遞驅(qū)動和制動力矩，吸振以及保證轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性。汽車的運動依賴于輪胎所受的力。l輪胎力學(xué)是研究輪胎受力、變形和運動響應(yīng)之間關(guān)系的，它的主要任務(wù)是建立精確實用的數(shù)學(xué)模型，描述輪胎的力學(xué)特性。第三節(jié)第三節(jié) 作用在車輪上的力和力矩作用在車輪上的力和力矩l一、輪胎坐標系xyXFZF回回正正力力矩矩zTxT翻翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)力力矩矩yT外傾角外傾角yF側(cè)偏角側(cè)偏角滾動阻力矩地面反作用力縱向

2、分力地面反作用力側(cè)向分力二、輪胎六分力二、輪胎六分力l在輪胎坐標系中，地面作用在輪胎上的主要力和力矩有：（在輪胎坐標系中已標注）l縱向力F x 地面切向反作用力沿x軸的分量；l側(cè)向力F y 地面切向反作用力沿y軸的分量；l地面法向反作用力F z ；l翻轉(zhuǎn)力矩M x 地面反作用力繞x軸的力矩；l滾動阻力矩M y 地面反作用力繞y軸的力矩；l回正力矩M z 地面反作用力繞z軸的力矩。第四節(jié)第四節(jié) 輪胎的縱向力學(xué)特性輪胎的縱向力學(xué)特性l輪胎內(nèi)部摩擦產(chǎn)生的遲滯損失輪胎內(nèi)部摩擦產(chǎn)生的遲滯損失。這種遲滯損失這種遲滯損失表現(xiàn)為阻礙車輪運動的阻力偶。表現(xiàn)為阻礙車輪運動的阻力偶。一、滾動阻力一、滾動阻力CDKN

3、F,mmh/ZF圖圖1-9 輪胎徑向變形曲線輪胎徑向變形曲線1ZFa1xF1fT1W1pFau圖圖1 11111滾動阻力系數(shù)l 輪胎內(nèi)部摩擦產(chǎn)生遲滯損失，這種輪胎內(nèi)部摩擦產(chǎn)生遲滯損失，這種損失表現(xiàn)為阻礙車輪運動的阻力偶。損失表現(xiàn)為阻礙車輪運動的阻力偶。111111111111WFffWFrafFraFrFrFaFTWFppzppxzfz則令滾動阻力系數(shù)ffl滾動阻力系數(shù)滾動阻力系數(shù)l 車輪在一定條件下，滾動所車輪在一定條件下，滾動所需要推力需要推力Fp1與負荷與負荷W1之比，即之比，即單位重力的推力單位重力的推力：阻力偶用滾動阻力描述 滾動阻力無法在受力圖上畫出，它是滾動阻力無法在受力圖上畫出

4、，它是一個數(shù)值一個數(shù)值，在受力圖上它是切向反力。在受力圖上它是切向反力。在實際計算時在實際計算時，可不必考慮阻可不必考慮阻力偶，而用力偶，而用滾動阻力替代滾動阻力替代滾動阻力系數(shù)的試驗確定法牽引法、滑行法和轉(zhuǎn)鼓法l1. 速度速度ua對對 f 的影響的影響脫落和爆裂。產(chǎn)生駐波現(xiàn)象，高溫、fhkmuconstfhkmuaa,/200.,/100對對 f 的影響的影響因素因素 2. 輪胎的結(jié)構(gòu)、材料、簾線對輪胎的結(jié)構(gòu)、材料、簾線對f 的影的影響也很大。子午線輪胎響也很大。子午線輪胎 f 小，天然橡膠小，天然橡膠 f 低。低。f 的經(jīng)驗公式aaaauf,ufu.f)/u(ff商用車轎車商用車：轎車：2

5、20000056000760194401甚至增加幾十倍。側(cè)滑時。通常不考慮轉(zhuǎn)彎的影響轉(zhuǎn)彎時f%,f10050表表2-5 車輪滾動阻力系數(shù)車輪滾動阻力系數(shù)路面類型路面類型滾動阻力系滾動阻力系數(shù)數(shù)路面類型路面類型滾動阻力系滾動阻力系數(shù)數(shù)瀝青或混凝土路面（新）瀝青或混凝土路面（磨舊）碎石路面卵石路面（平）卵石路面（坑洼）壓實土路（干燥）0.0100.0180.0180.0200.0200.0250.0350.0300.0350.0500.0250.035壓實土路（雨后）泥濘土路(雨季或解凍期)干砂濕砂結(jié)冰路面壓實雪道0.0500.1500.1000.2500.1000.3000.0600.1500.

6、0150.0300.0300.0502ZFa2xF2pF2WtT222WfFraFzf22222222/ftxfxtZxtZxtFFFFFFraFFrTaFrFT圖圖112驅(qū)驅(qū)動動輪輪受受力力圖圖aul真正驅(qū)動車輪前進的力是地面切真正驅(qū)動車輪前進的力是地面切向反力向反力Fx2。其。其在數(shù)值上等于汽車在數(shù)值上等于汽車驅(qū)動力驅(qū)動力Ft與滾動阻力與滾動阻力Ff之差。之差。二、穿水阻力二、穿水阻力nwCbuF C為比例常數(shù)；b為輪胎的寬度；u為汽車的行駛車速；n為冪指數(shù)，當水層厚度大于0.5mm時，冪指數(shù)近似等于1.6排擠水層而增加的滾動阻力 三、三、前束阻力前束阻力 前束阻力：車輪的前束角造成 ，用

7、以消除偶然外力沖擊保持直線行駛的一種能力。四、縱向附著系數(shù)四、縱向附著系數(shù)l縱向附著系數(shù)定義：縱向力與垂直載荷的比值l滑動率：（實際速度-理論速度）/實際速度純滾動、純滑動(拖滑)、邊滾邊滑縱向附著系數(shù)影響因素：路面：材料、路面狀況輪胎：輪胎結(jié)構(gòu)、材料、花紋、新舊程度、氣壓輪胎與路面：受力、相互運動狀態(tài)路況好,則縱向附著系數(shù)大;車速越低,則縱向附著系數(shù)大.第五節(jié)第五節(jié) 輪胎的側(cè)偏特性輪胎的側(cè)偏特性側(cè)偏特性：側(cè)偏力、回正力與側(cè)偏角的關(guān)系xyzXFZFYF回回正正力力矩矩zTxT翻翻轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)力力矩矩yT外傾角外傾角yF側(cè)偏角側(cè)偏角1 1 輪胎坐標系輪胎坐標系原因原因偏角側(cè)偏現(xiàn)象、側(cè)偏力、側(cè). 2u u

8、uvyFyFCC剛性輪剛性輪zlYFFzlYFFYFYFkkFFFYyY側(cè)偏剛度側(cè)偏角側(cè)偏現(xiàn)象側(cè)向力側(cè)偏力yFYF概念概念YFyFYFyFYFyFYFradKNk/8028 彈彈性性輪輪胎胎vu ukFY符符號號相相反反與與kFY最大側(cè)偏力的影響因素l附著條件附著條件 及垂直載荷及垂直載荷F FZ Zl輪胎胎面花紋、材料、結(jié)構(gòu)、充輪胎胎面花紋、材料、結(jié)構(gòu)、充氣壓力氣壓力l路面材料、結(jié)構(gòu)、潮濕程度路面材料、結(jié)構(gòu)、潮濕程度l車輪外傾角車輪外傾角3. 輪胎結(jié)構(gòu)、工作條件與側(cè)偏特性l尺寸尺寸的輪胎，的輪胎，k ；l子午線輪胎接地面寬子午線輪胎接地面寬，k大大；l鋼絲比尼龍輪胎鋼絲比尼龍輪胎k大大；l扁

9、平率：輪胎斷面高度與斷面寬度之比扁平率：輪胎斷面高度與斷面寬度之比H /B ， k ；l在一定范圍內(nèi)，載荷在一定范圍內(nèi)，載荷 （FZ ） ，k 。但。但載荷載荷太大時太大時，k；l輪胎充氣壓力輪胎充氣壓力 ，k ；l行駛車速對行駛車速對k影響較小影響較??；l潮濕特別在積水時，潮濕特別在積水時，k 很大很大。kW增增加加扁扁平平率率BH /增增加加載載荷荷WYF增加增加WYFYF增增加加p胎壓胎壓附著橢圓一定側(cè)偏角下，驅(qū)動一定側(cè)偏角下，驅(qū)動力或制動力增加時，側(cè)偏力或制動力增加時，側(cè)偏力逐漸有所減小，這是由力逐漸有所減小，這是由于輪胎側(cè)線彈性有所改變于輪胎側(cè)線彈性有所改變的關(guān)系。當縱向力相當大的關(guān)系。當縱向力相當大時，側(cè)偏力顯著下降，接時，側(cè)偏力顯著下降，接近附著極限時，切向力已近附著極限時，切向力已耗去大部分附著力，而側(cè)耗去大部分附著力，而側(cè)向力能利用的附著力很小。向力能利用的附著力很小。xFbFYF側(cè)側(cè)偏偏角角xbYFFF或YxbFFF或ccccccccaaaaaaaaeYFYzeFT 輪胎拖距euyFzTYFYFYF側(cè)側(cè)偏偏角角ZT回回正正力力矩矩ZT回回正正力力矩矩W載載荷荷賽賽車車胎胎子子午午線線胎胎斜斜交交胎胎ZZTT6464XF驅(qū)動力制動力ZbXZbXTFFFTFFF或制動力驅(qū)動力或制動力驅(qū)動力ZT回回正正力力矩矩bFyYk