«Уральский завод дорожных машин»

Силы действующие на автомобиль

Силы действующие на автомобиль

В механике чаще всего приходится иметь дело с силами различной величины, действующими в различных направлениях. Силы принято обозначать на схемах стрелками и буквами, причем направление стрелок должно совпадать с направлением действия силы, а длины всех стрелок должны быть выдержаны в одном масштабе пропорционально величинам сил. Начало («хвост») стрелки устанавливают в точке приложения силы.

Рис. Силы, действующие на автомобиль, изображают стрелками.

Приведем простой пример: на кузов автомобиля действуют две силы — сила сопротивления воздуха и сила ветра, дующего под углом 90° к продольной оси (и направлению движения) автомобиля. Скорость автомобиля (т. е. встречного движения воздуха) 30 метров в секунду (30 м/сек), или 108 километров в час (км/час), скорость ветра 10 м/сек, или 36 км/час. Величины сил лобового сопротивления и бокового ветра примерно пропорциональны квадратам скорости, так что можно изобразить стрелки длиной 30^2 = 900 или 90 мм и 10^2 = 100 или 10 мм, приложенные в точке центра тяжести автомобиля.

Вообще же величины сил измеряют в килограммах (сокращенно кг).

Практически, действие силы или нескольких сил на тело приводит к началу движения (перемещения) неподвижного тела, к изменению направления и скорости движения тела или к давлению одного тела на другое, если одно из них препятствует перемещению другого.

Попутно отметим, что давление измеряют в килограммах (кг), приходящихся на 1 квадратный сантиметр (см2). Если нагрузка, действующая на одно колесо автомобиля, равна 300 кг, а поверхность соприкасающейся с дорогой части шины (отпечатка шины) равна 150 см2, то давление составляет 300:150 = 2 кг/см2 (удельное давление шины на грунт).

Рис. Нагрузка, приходящаяся на колесо, распределяется по поверхности отпечатки шины.

На тело, например на автомобиль, могут действовать несколько сил. Совокупность нескольких сил, одновременно действующих на тело, называется системой сил. Эти несколько сил можно суммировать (сложить), чтобы выявить равнодействующую (или результирующую) силу. Если силы действуют в одном направлении и приложены в одной точке, их равнодействующая приложена в той же точке, направлена в ту же сторону и равна по величине сумме составляющих сил.

Рис. Впадина дороги. Сила тяжести и центробежная сила действуют в одном направлении и складываются.

Рис. Перекат дороги. Центробежная сила противодействует силе тяжести.

Например, при прохождении автомобилем впадины дороги сила тяжести Ga и центробежная сила Zц, приложенные в точке центра тяжести, дают равнодействующую R = Ga + Zц. Если силы направлены в противоположные стороны (прохождение выпуклого места дороги), равнодействующая равна их разности, приложена опять в точке центра тяжести и направлена в сторону большей силы. Если противодействующие силы равны, тело находится в покое или в установившемся движении, так как равнодействующая равна нулю.

Рис. При сложении сил ветра и давления встречного воздуха равнодействующая направлена по диагонали параллелограмма этих сил.

Возвратимся к примеру с боковым ветром. Здесь действуют две силы в разных направлениях, приложенные к одной точке. Сложение таких сил отличается от сложения сил, направленных в одну или в противоположные стороны. Равнодействующая сил встречного воздуха и бокового ветра направлена по диагонали параллелограмма, сторонами которого являются составляющие силы, и равна длине этой диагонали (т. е. в данном примере R = корень_из_(10:2 + 90:2) = 90,5).

Можно складывать силы встречного воздуха и бокового ветра, дующего под различными углами к продольной оси автомобиля.

Рис. Складывая веса, приходящиеся на передние и задние колеса, можно получить вес автомобиля.

Бывают случаи, когда на тело (автомобиль) действуют две параллельные силы, приложенные в разных точках (например, нагрузка на передние и задние колеса автомобиля). Равнодействующая равна их сумме, направлена параллельно в ту же сторону, а точка приложения ее находится на линии, соединяющей точки приложения двух составляющих сил, причем расстояния от точки приложения равнодействующей силы до точек приложения составляющих обратно пропорциональны величинам составляющих сил. Приведем пример: база автомобиля равна 3000 мм, на передние колеса приходится 1200 кг, или 30% нагрузки, на задние — 2800 кг, или 70%; отсюда найдем, что величина равнодействующей силы составляет 4000 кг и эта сила приложена в точке, находящейся на расстоянии (70*3000)/100 = 2100 мм от передней оси и (30*3000)/100 = 900 мм от задней. Отметим, что в данном случае равнодействующая сила является пол-

ным весом автомобиля.

Если приложенные к телу силы направлены в разные стороны, равнодействующая равна разности этих сил и направлена в сторону большей силы, а точка ее приложения лежит на продолжении прямой, проходящей через точки приложения составляющих сил, за большей силой. Расстояния от равнодействующей до составляющих сил обратно пропорцион-альны величинам этих сил.

Рис. На концы оси действуют силы, направленные в разные стороны. Их равнодействующая показана справа (слева по ходу автомобиля).

Возьмем в качестве примера такой случай: левое колесо во время движения автомобиля попадает на бугор, а правое — в выбоину. На концы оси действуют противоположно направленные силы; в зависимости от величины неровностей, скорости движения и т. д., силы могут быть разными. Допустим, что действующая на левое колесо сила в 10 раз больше действующей на правое (В = А:10); колея автомобиля равна 1400 мм. Равнодействующая сила равна А — 1/10А = 9/10А. Расстояние Х от этой силы до большей силы вычисляем из пропорции:

Х / (Х + 1400) = А/10А;

10х = х + 1400,

х = 155 мм.

Рис. Силу тяжести автомобиля на косогоре можно разложить на две, направленные параллельно и перпендикулярно поверхности дороги.

Отсюда расстояние от равнодействующей до меньшей силы равно 1555 мм.

Силы можно (и бывает нужно) не только складывать, но и раскладывать. Разложение одной силы на две обычно приходится производить в том случае, когда нужно узнать, какие части известной силы действуют в заданных направлениях.

Рис. Сила тяжести (вес автомобиля) раскладывается на две силы, действующие на передние и задние колеса.

Например, нужно узнать, какая часть силы тяжести, приложенной к центру тяжести находящегося на косогоре автомобиля, направлена вбок и какая перпендикулярно поверхности дороги. Поскольку разложение силы является действием, обратным сложению, принимаем данную силу за диагональ параллелограмма и из точки приложения силы проводим две линии в заданных направлениях, а из вершины силы проводим линии, параллельные проведенным ранее. В результате получаем параллелограмм, стороны которого и являются искомыми силами.

Рис. Крутящий момент возникает от силы давления газов, переданной через поршень и шатун и приложенной на плече, равном радиусу кривошипа.

Разложение силы на параллельные также происходит в порядке, обратном сложению. Нужно лишь знать расстояние отданной силы до ее предполагаемых составляющих (или задаться этими расстояниями). Если вес автомобиля равен 2 т, а центр тяжести расположен посередине базы, т. е. расстояния от заданной силы тяжести (2 т) до передней и задней осей автомобиля равны, то на каждую ось приходится половина веса автомобиля — 1 т. Каждая составляющая сила равна половине данной силы. Если центр тяжести сдвинут от середины базы и расположен, например, на расстоянии 1/3 базы от задней оси, составляющие силы, равные в сумме данной, обратно пропорциональны расстояниям от осей до центра тяжести, т. е. на задние колеса придется 2/3 веса автомобиля, на передние — 1/3.

Рис. Реакция дороги равна силе тяжести (весу), приходящейся на колесо.

Но возможны положения, когда силы или сила вызывают поворот или вращение тела. Такое положение возникает, например, когда противодействующие параллельные силы равны, а их равнодействующей не существует — она равна нулю. Систему таких сил называют парой сил, расстояние между ними — плечом пары, а произведение одной из сил на плечо — моментом пары. Момент измеряют в килограммометрах (кгм), так как в произведение входит сила, измеренная в кг, и плечо, измеренное в м. Подобное положение имеется и в случае, когда одна сила действует на тело, закрепленное в какой-либо точке. Момент силы тогда является произведением силы на кратчайшее расстояние (плечо) от линии действия силы до неподвижной точки. Этот момент вызывает вращение тела или его скручивание, поэтому его называют крутящим моментом или вращающим моментом.

Действию всегда соответствует равное ему и противоположно направленное противодействие. Сила тяжести автомобиля давит через колесо на дорогу; если асфальт размягчен в жаркую погоду, шина вдавливается в асфальт. Но и дорога с той же силой давит на шину. Эта последняя сила называется реакцией дороги. Точно так же ноги спортсмена при прыжке давят на песчаную площадку, оставляя в ней след, а площадка как бы подбрасывает спортсмена; в момент приземления спортсмен ощущает удар — давление площадки на ступню и одновременно вдавливает с той же силой песок.

  • Классификация транспортных средств
  • Категории транспортных средств
  • Виды буксируемых транспортных средств

Метки: Силы, Теория

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Можно использовать следующие HTML-теги и атрибуты: <a href="" title=""> <abbr title=""> <acronym title=""> <b> <blockquote cite=""> <cite> <code> <del datetime=""> <em> <i> <q cite=""> <s> <strike> <strong>