Автомобильное колесо с пневматической шиной является наиболее распространенным движителем АТС. Под движителем вообще понимается рабочий механизм, взаимодействующий с поверхностью дороги или грунтом и обеспечивающий передвижение машины. Движители могут быть колесными, гусеничными, шнековыми, шагающими и т.д.
Коэффициент сопротивления качению. Колесо преобразует вращательное движение в поступательное и при этом происходят потери мощности. Количественной мерой потерь является коэффициент сопротивления качению f. Его физический смысл заключается в том, что он численно равен мощности в ваттах, теряемой при качении колеса, нагруженного силой Pz = 1 Н при скорости Vx = 1 м/c.
Значительное влияние на величину коэффициента сопротивления качению, оказывают:
- конструктивные параметры шин (материал, конструкция и состояние);
- давление воздуха в шине;
- нагрузка на колесо;
- тип и состояние покрытия дороги;
- режим движения колеса.
Коэффициент сопротивления качению существенно снижается с увеличением температуры шины. Например, изменение температуры на 100º С (от -7 до +93º С) у шин обычной конструкции уменьшает сопротивление качению почти в три раза.
Сцепление колеса с опорной поверхностью. При передаче момента через колесо некоторые элементы шины скользят относительно опорной поверхности. Чем больше момент, тем больше элементов шины скользят. Однако продольная реакция Rx продолжает расти. При некоторой степени скольжения она достигает максимального значения, а затем уменьшается. Скольжение колеса в тормозном режиме удобно характеризовать коэффициентом скольжения S. В ведущем режиме этот коэффициент - коэффициент буксования.
Эти коэффициенты изменяются от нуля до единицы (либо чистое буксование, либо чистое скольжение).
Наибольшего значения коэффициент сцепления достигает на сухих чистых дорогах с асфальтобетонным покрытием.
Наименьшее значение коэффициент сцепления имеет на обледенелых и заснеженных дорогах при температурах близких к нулю, причем при снижении температуры коэффициент сцепления на таких дорогах увеличивается.
Коэффициент сцепления j зависит от многих конструктивных и эксплуатационных факторов:
- величины скольжения (буксования);
- типа и состояния покрытия дороги;
- скорости движения АТС;
- размеров колеса и конструктивных особенностей шины;
- нормальной нагрузки на шину и т.д.
Большое влияние на коэффициент сцепления оказывает шероховатость покрытия дороги, определяемая высотой и формой выступающих над общей поверхностью покрытия неровностей.
Увеличение скорости особенно сильно снижает коэффициент сцепления на мокрых и загрязненных дорогах с недостаточной шероховатостью.
Из конструктивных особенностей шины наибольшее влияние оказывают рисунок протектора, размеры колеса и давление воздуха в шинах.
На сухих дорогах с твердым покрытием коэффициент сцепления несколько возрастает с увеличением коэффициента насыщенности рисунка протектора, т. е. с увеличением отношения площади контакта по выступам рисунка протектора к общей площади контакта. На мокрых дорогах коэффициент сцепления тем выше, чем лучше рисунок протектора обеспечивает отвод влаги и грязи из зоны контакта.
Давление воздуха в шинах по-разному влияет на величину коэффициента сцепления. На сухих чистых дорогах с твердым покрытием увеличение давления воздуха до некоторых пределов увеличивает коэффициент сцепления в связи с тем, что в результате повышения удельных давлений улучшаются условия выдавливания из контакта влаги или грязи. На деформируемых дорогах (рыхлый снег, песок, размокшая грунтовая дорога) к повышению коэффициента сцепления приводит уменьшение давления воздуха. Исключение составляют деформируемые покрытия с твердым подслоем. На таких дорогах при увеличении давления воздуха колесо продавливает мягкий подслой, в результате чего сцепление улучшается.
