Силы сопротивления движению

К данным силам относят: силу трения трансмиссии, сопротивления дороги и воздуха.

Сила трения трансмиссии

Мощность от двигателя к ведущим колесам передается агрегатами трансмиссии. Часть мощности при этом затрачивается на преодоление трения между зубьями шестерен коробки передач и ведущего моста, в подшипниках и сальниках, а также на преодоление трения шестерен о масло и на его разбрызгивание. Поэтому тяговая мощность, подводимая к ведущим колесам при равномерном движении автомобиля, несколько меньше эффективной мощности двигателя, на величину, затрачиваемой на преодоление трения в трансмиссии.

КПД трансмиссии не остается постоянным в течение всего срока службы автомобиля. После выпуска автомобиля с завода детали трансмиссии и ходовой части прирабатываются и КПД некоторое время увеличивается. Затем довольно длительное время этот параметр остается примерно постоянным, после чего в результате изнашивания деталей, нарушения их номинальных размеров и образования чрезмерных зазоров, начинает уменьшаться. После капитального ремонта автомобиля и последующей приработки деталей КПД трансмиссии снова возрастает, но уже не достигает прежнего значения.

Сила сопротивления дороги

Взаимодействие автомобиля и дороги сопровождается затратами энергии, которые можно разделить на три группы.

1. Затраты энергии на подъем автомобиля при движении в гору.

При движении на подьеме сила больше чем на спуске и зависит от угла уклона.

2. Деформацию шин и дороги.

Шина соприкасается с дорогой бесконечно большим числом точек. В каждой из них на шину действует бесконечно малая сила —элементарная реакция дороги. Равнодействующую элементарных сил, действующих со стороны дороги на колесо в области контакта, называют реакцией дороги. Во время качения колеса между частями шины возникает трение и выделяющееся тепло рассеивается, что приводит к потере энергии. При качении деформируемого колеса по мягкой дороге энергия затрачивается на преодоление внутреннего трения в шине, деформацию дороги и на трение шины о грунт. Шина врезается в грунт, выдавливает его в сторону и спрессовывает отдельные частицы, образуя колею.

Качение колеса по мягкому грунту вызывает уплотнение частиц грунта под колесом и смещение их в сторону движения автомобиля. На коэффициент сопротивления качению при этом влияют глубина колеи, тип и состояние грунта, диаметр колеса и воспринимаемая им вертикальная нагрузка. Понижение давления воздуха в шине приводит к уменьшению глубины колеи, однако при этом возрастают внутренние потери в шине.

При движении автомобиля по дороге с твердым покрытием коэффициент сопротивления качению увеличивается с уменьшением давления воздуха в шине. При передаче крутящего момента коэффициент немного возрастает, так как шина в этом случае деформируется не только в вертикальном направлении, но и по окружности. При большом передаваемом крутящем моменте элементы протектора проскальзывают по дороге, и на трение в области контакта затрачивается дополнительная энергия.

3. Колебания частей автомобиля.

Ни одно дорожное покрытие не является абсолютно ровным. Неровности создают дополнительное сопротивление движению автомобиля и вызывают колебания его осей, колес и кузова. Во время этих колебаний происходит рассеивание энергии в шине и деталях подвески.

При движении автомобиля нормальные реакции дороги не остаются постоянными, а изменяются под действием сил и моментов, приложенных к автомобилю, например момента, передаваемого от двигателя к колесам автомобиля; моментов сил инерции колес, возникающих при неравномерном движении; моментов сил сопротивления качению; момента, создаваемого любой силой, линия действия которой не проходит через переднюю и заднюю оси автомобиля.

Во время разгона нагрузка на переднюю ось автомобиля уменьшается, а на заднюю — возрастает по сравнению с нагрузками при статическом положении автомобиля. При торможении автомобиля происходит обратное явление. Этим объясняется подъем передней части автомобиля, наблюдаемый при разгоне, и наклон ее вниз («клевок») при торможении. Примерные значения коэффициента приведены в таблице.

	На переднюю ось	На заднюю ось
При торможении	1,5 - 2,0	0,5 - 0,7
При ускорении	0,5 - 0,7	1,2 - 1,3

Нормальная реакция дороги на передние колеса автомобиля уменьшается, а на задние возрастает с увеличением крутизны подъема, интенсивности разгона автомобиля, а также с ростом сил сопротивления.

Сила сопротивления воздуха

Автомобиль во время движения перемещает частицы окружающего воздуха, и в каждой точке поверхности автомобиля в результате соприкосновения ее с воздушной средой возникают элементарные силы, нормальные к поверхности и касательные к ней. Касательные силы являются силами трения. Нормальные силы создают давление на поверхность автомобиля.

Затраты мощности на преодоление сопротивления воздуха складываются из следующих составляющих:

- лобового сопротивления, вызванного разностью давления воздуха спереди и сзади автомобиля (55—60% всего сопротивления воздуха);

- сопротивления, создаваемого подножками, крыльями и другими выступающими частями автомобиля (12—18%);

- сопротивления, возникающего при прохождении воздуха через радиатор и подкапотное пространство7 (10—15%);

- трения наружной поверхности автомобиля о близлежащие слои воздуха (5—10%);

- сопротивления, вызванного разностью давления сверху и снизу автомобиля (5—8%).

В результате взаимодействия автомобиля и воздуха возникает также вертикальная сила. У серийных автомобилей эта сила направлена вверх и называется подъемной силой. У скоростных автомобилей (гоночных, спортивных) благодаря специальной форме кузова она направлена вниз и увеличивает силу сцепления шин с дорогой. Более подробно читайте про это в статье Автомобиль и сопротивление воздуха.