第一章地面-輪胎力學(xué)《汽車?yán)碚?》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(jì)算汽車的通過性時(shí)，滿載還是空載？l2、發(fā)動(dòng)機(jī)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(dòng)和制動(dòng)力矩，吸振以及保證轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性。汽車的運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)響應(yīng)之間關(guān)系的，它的主要任務(wù)是建立精確實(shí)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(biāo)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(dòng)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(biāo)系中，地面作用在輪胎上的主要力和力矩有：（在輪胎坐標(biāo)系中已標(biāo)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(dòng)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。這種遲滯損失輪胎內(nèi)部摩擦產(chǎn)生的遲滯損失。這種遲滯損失表現(xiàn)為阻礙車輪運(yùn)動(dòng)的阻力偶。表現(xiàn)為阻礙車輪運(yùn)動(dòng)的阻力偶。一、滾動(dòng)阻力一、滾動(dòng)阻力CDK

3、NF,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(dòng)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(yùn)動(dòng)的阻力偶。損失表現(xiàn)為阻礙車輪運(yùn)動(dòng)的阻力偶。111111111111WFffWFrafFraFrFrFaFTWFppzppxzfz則令滾動(dòng)阻力系數(shù)ffl滾動(dòng)阻力系數(shù)滾動(dòng)阻力系數(shù)l 車輪在一定條件下，滾動(dòng)所車輪在一定條件下，滾動(dòng)所需要推力需要推力Fp1與負(fù)荷與負(fù)荷W1之比，即之比，即單位重力的推力單位重力的推力：rTFWFffpp1111且阻力偶用滾動(dòng)阻力描述 滾動(dòng)阻力無法在受力圖上畫出，

4、它是滾動(dòng)阻力無法在受力圖上畫出，它是一個(gè)數(shù)值，在受力圖上它是切向反力。一個(gè)數(shù)值，在受力圖上它是切向反力。11xFWf在實(shí)際計(jì)算時(shí)，可不必考慮阻在實(shí)際計(jì)算時(shí)，可不必考慮阻力偶，而用滾動(dòng)阻力替代力偶，而用滾動(dòng)阻力替代滾動(dòng)阻力系數(shù)的試驗(yàn)確定法牽引法、滑行法和轉(zhuǎn)鼓法l1. 速度速度ua對(duì)對(duì) 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(duì)對(duì) f 的影響因素的影響因素 2. 輪胎的結(jié)構(gòu)、材料、簾線對(duì)輪胎的結(jié)構(gòu)、材料、簾線對(duì)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。fPfWPfPaaa參與變形（

5、稍微）道路壽命道路受力f 的經(jīng)驗(yàn)公式aaaauf,ufu.f)/u(ff商用車轎車商用車：轎車：220000056000760194401甚至增加幾十倍。側(cè)滑時(shí)。通常不考慮轉(zhuǎn)彎的影響轉(zhuǎn)彎時(shí)f%,f10050表表2-5 車輪滾動(dòng)阻力系數(shù)車輪滾動(dòng)阻力系數(shù)路面類型路面類型滾動(dòng)阻力系滾動(dòng)阻力系數(shù)數(shù)路面類型路面類型滾動(dòng)阻力系滾動(dòng)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(shí)土路（干燥）0.0100.0180.0180.0200.0200.0250.0350.0300.0350.0500.0250.035壓實(shí)土路（雨后）泥濘土路(雨季或解凍期)干砂濕砂結(jié)

6、冰路面壓實(shí)雪道0.0500.1500.1000.2500.1000.3000.0600.1500.0150.0300.0300.0502ZFa2xF2pF2WtT222WfFraFzf22222222/ftxfxtZxtZxtFFFFFFraFFrTaFrFT圖圖112驅(qū)驅(qū)動(dòng)動(dòng)輪輪受受力力圖圖aul真正驅(qū)動(dòng)車輪前進(jìn)的力是地面切真正驅(qū)動(dòng)車輪前進(jìn)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(dòng)力驅(qū)動(dòng)力Ft與滾動(dòng)阻力與滾動(dòng)阻力Ff之差。之差。22222ftftxftxFFrTrTFTTT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；

7、n為冪指數(shù)，當(dāng)水層厚度大于0.5mm時(shí)，冪指數(shù)近似等于1.6排擠水層而增加的滾動(dòng)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(dòng)率：（實(shí)際速度-理論速度）/實(shí)際速度純滾動(dòng)、純滑動(dòng)(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(yùn)動(dòng)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

8、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(biāo)系輪胎坐標(biāo)系原因原因偏角側(cè)偏現(xiàn)象、側(cè)偏力、側(cè). 2u uuvyFyFCC剛剛性性輪輪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符號(hào)相反符號(hào)相反與與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)

9、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(shí)太大時(shí)，k；l輪胎充氣壓力輪胎充氣壓力 ，k ；l行駛車速對(duì)行駛車速對(duì)k影響較小影響較小；l潮濕特別在積水時(shí)，潮濕特別在積水時(shí)，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胎胎壓壓附著橢圓一定側(cè)偏角下，驅(qū)動(dòng)一定側(cè)偏角下，驅(qū)動(dòng)力或制動(dòng)力增

10、加時(shí)，側(cè)偏力或制動(dòng)力增加時(shí)，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(dāng)縱向力相當(dāng)大的關(guān)系。當(dāng)縱向力相當(dāng)大時(shí)，側(cè)偏力顯著下降，接時(shí)，側(cè)偏力顯著下降，接近附著極限時(shí)，切向力已近附著極限時(shí)，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(dòng)力制動(dòng)力ZbXZbXTFFFTFFF或制動(dòng)力驅(qū)動(dòng)力或制動(dòng)力驅(qū)動(dòng)力ZT回回正正力力矩矩bFyYkFYFYFO000YFYF000WYFkkFFFkFkkYYYY外外傾傾角角產(chǎn)產(chǎn)生生的的側(cè)側(cè)偏偏力力外外傾傾角角產(chǎn)產(chǎn)生生的的側(cè)側(cè)偏偏角角的結(jié)果的結(jié)果力共同作用力共同作用和由側(cè)傾角產(chǎn)生的側(cè)傾和由側(cè)傾角產(chǎn)生的側(cè)傾的側(cè)偏