Трение качения в системе "колесо- дорога" - Дневники - Форум Velomania.ru
RSS лента

Pranevich Ihar

Трение качения в системе "колесо- дорога"

Рейтинг: 4.89. Голосов: 172.
267 Комментарии
Pranevich Ihar
28.11.2018 в 20:56 (89244 Просмотров)
Силы сопротивления качению оказывают существенное влияние при движении велосипеда, причём наибольшие потери энергии за счёт их действия происходят в системе "колесо- дорога".
Проводилось сравнение коэффициентов трения качения двух комплектов сликовых покрышек 23- 622 с металлическим кордом: одни с утончёнными стенками, другие, на 30% тяжелее, с обычными, давление составляло 7 атм.
Суть экспериментов заключалась в следующем: велосипедист съезжал с возвышенности (высотой 5 м, длиной около 200 м) с достаточно хорошим асфальтовым покрытием. Измерялся полный пройденный путь, считалось, что действует только сила сопротивления качению и её величина постоянна ввиду невысоких скоростей. Из законов сохранения энергии mgh=Fтрs, Кулона Fтр=(Кkmg)/r, где g=9,8 м/с2- ускорение свободного падения, r= 0,34 м- радиус колеса, получается выражение для коэффициента трения качения: Kk=(hr)/s. Для велосипеда, на колёса которого был установлен первый комплект покрышек, длина пути до остановки составила 393 м, второй- 443 м; среднее значение коэффициента трения в первом случае 0,00433 м, во втором- 0,00384 м.
Результаты экспериментов говорят о том, что более жёсткие колёса лучше катят по ровной твёрдой поверхности за счёт меньшего значения коэффицинта трения качения. Жёсткость колеса повышается из- за большей толщины стенок покрышек, которые можно рассматривать как пружины, вместе с воздухом в камере образующими систему параллельно соединённых пружин, жёсткость которой равна сумме жёсткостей отдельных. При вращении колеса шина с воздухом деформируется в месте пятна контакта. С точки зрения движения велосипеда как системы, в которой действуют внешние неконсервативные силы, эти деформационные потери энергии необратимы- один участок сжался, другой расправился, но на сжатие затрачивается энергия движения, которая при расправлении не возвращается в систему.
Для снижения потерь энергии движения необходимо повышать жёсткость системы "шина- воздух", чему могут способствовать: использование обода с неглубоким внутренним профилем, ободных лент большей толщины для уменьшения высоты воздуха с целью увеличения его упругих свойств; применение сликовых шин с более упругими боковыми стенками; увеличение давления в шине. При определённой внутренней ширине обода наименьший коэффициент трения качения будет достигаться при использовании возможно более узкой шины из рекомендуемого диапазона размеров. При данном поперечном размере шины минимальное значение силы сопротивления качению будет достигнуто при её установке на обод с возможно большей из рекомендуемых внутренней шириной.
Таким образом, оптимальный подбор шины и обода позволяет существенно уменьшить величину сил сопротивления качению при движении по ровной дороге с твёрдым покрытием.

Обновлено 29.11.2018 в 00:54 Pranevich Ihar

Категории
‎ Без категории

Комментарии

  1. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от Vladimir1978U Посмотреть сообщение
    У меня огромный опыт езды на покрышках шириной 32 мм, 28 мм и 25 мм одной модели от одного производителя . И даже при обычной езде разница в легкости педалирования на покрышках шириной 28 мм и 25 мм огромна в силе прикладываемой в процесе педалирования. Хотя по ширине всего только 3 мм. Сейчас покрышка шириной 25 мм на заднем колесе полностью износилась. Пр ишлось поставить абсолютно новую шириной 28 мм такой же модели от такого же производителя ехать стало очень тяжело. А разница всего 3 мм.
    На хорошей дороге так обычно и получается.
    Цитата Сообщение от Pranevich Ihar Посмотреть сообщение
    На ровной твёрдой поверхности колесо с более узкой шиной имеет меньший коэффициент трения качения.
  2. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от aalexey Посмотреть сообщение
    под нагрузкой
    Цитата Сообщение от aalexey Посмотреть сообщение
    колесо будет дольше сохранять скорость после прекращения кручения
    Главным образом определяется силами трения качения в системе "колесо- дорога".
  3. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от Pranevich Ihar
    Система со сжатым воздухом, к примеру, пневматическая шина, ведёт себя подобно любой природы упругому телу,- в области действия внешней нормальной силы возникает напряжение, то есть дополнительное давление, равное очень примерно, из-за размытости границ, отношению её величины к площади поверхности, на которую она воздействует. https://forum.velomania.ru/entry.php...age=4#comments
    Цитата Сообщение от Pranevich Ihar
    Иными словами, если заменить воздух каким-либо материалом с модулем Юнга, равным его давлению в шине, то увеличится масса, однако, ходовые качества колеса в реальных условиях эксплуатации существенно не изменятся. https://forum.velomania.ru/entry.php...age=4#comments
    Примеры безвоздушных шин имеются, над их созданием работают.
    Цитата Сообщение от Клубника Посмотреть сообщение
    Американская компания The SMART Tire Company представила велосипедное колесо, спроектированное по технологиям, используемым для космических роверов. Вместо герметичной полимерной камеры и покрышки в нем используется переплетенные проволоки из нитинола — сплава с памятью формы. Это позволяет колесу сопротивляться деформациям и амортизировать удары, но при этом не бояться проколов.
  4. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от Pranevich Ihar
    С физической точки зрения колесо представляет собой систему упругих элементов, то есть пружин, возможно существенно различной жёсткости, воздушных и (или) изготовленных из любых подходящих материалов. https://forum.velomania.ru/entry.php...age=4#comments
    Таковым оно и остаётся, могут меняться материалы и технологии.
    Шины выполнены из множества переплетенных в сетку металлических пружинок, благодаря чему они устойчивы к повреждениям, но обладают теми же демпфирующими свойствами, что и обычные покрышки. https://velomania.ru/22418%E2%80%93b...losipedov.html
  5. Аватар для Pranevich Ihar
    Об упругих элементах мысли вслух...
    Цитата Сообщение от Pranevich Ihar Посмотреть сообщение
    Сел на велосипед, шины деформировались, высадился- деформации исчезли. Чем не пружины? Пружины как есть. Выпустил воздух из шин. Вышеописанное перестало происходить. Получается, пружины воздушные.
  6. Аватар для Pranevich Ihar
    О разных механических системах, потерях и сохранении энергии в них.
    Цитата Сообщение от Limonad40 Посмотреть сообщение
    Ладно, с физикой за 7 класс есть некоторые проблемы, попробуем по другому: гирю/гантелю/тяжелый пакет когда-нибудь поднимали? Вот вы его подняли, затратив свою энергию, а у пакета появилась потенциальная энергия. Затем вы его опустили на пол и больше у него нет потенциальной энергии. Ваша энергия к вам вернулась?
    Цитата Сообщение от Pranevich Ihar Посмотреть сообщение
    Нет, конечно,- система незамкнутая, так как действует внешняя неконсервативная сила. Именно то же самое происходит с деформацией шины, на неё безвозвратно затрачивается энергия, при качении колеса постоянно, есть препятствия или нет их. А сила тяжести консервативная, закон сохранения механической энергии выполняется. Пример- металлический шарик, подвешенный на длинной нерастяжимой нити, достаточно длительное время совершающий колебания, при которых его потенциальная энергия переходит в кинетическую, и наоборот.
  7. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от PASSATizhi Посмотреть сообщение
    Меньше воздуха, значит жоще. Логично же. По примеру вилок, если легче понять
    Подобно иной природы упругим телам.
  8. Аватар для Pranevich Ihar
    Основная функция колеса заключается в качении по поверхности дороги с минимально возможными потерями энергии, и оценивается это с помощью численных значений физических величин.
  9. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от PASSATizhi Посмотреть сообщение
    лопасти определённо едут круче спиц, даже будучи более тяжолыми
    Выше жёсткость колеса, при иных схожих условиях.
  10. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от Foil Посмотреть сообщение
    резина с указанием коэффициента трения
    Не так, совсем.
    Цитата Сообщение от Pranevich Ihar Посмотреть сообщение
    Отдельно взятая не характеризуется такой величиной, коэффициент трения качения определяется для конкретного колеса с ней.
  11. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от Rule №5 Посмотреть сообщение
    уменьшение внутреннего объема шины влечет понижение давления, необходимое для достижения желаемой жесткости
    О том и речь,- шина с воздухом есть упругое тело.
    Цитата Сообщение от Pranevich Ihar
    Когда-то на моём дорожном Аисте ободья 622-25 были заложены ободной лентой толщиной 2,5 мм, что сокращало объём и высоту воздуха в шинах 40-622, заметно способствуя увеличению их жёсткости и уменьшению трения качения колёс. https://forum.velomania.ru/entry.php...age=3#comments
  12. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от Offroadster Посмотреть сообщение
    Но Аисту тогда помешали тяжелые прямоугольного сечения обода. Если колеса этого Аиста менялись на обычные старые, то динамика, и вообще легкость хода, улучшалась заметно так.
    Цитата Сообщение от Pranevich Ihar Посмотреть сообщение
    Дело в форме ободьев, вторые существенно менее глубокие по сравнению с первыми.
    Коэффициент трения качения колеса на ободе типа "ласточка" имел меньшее значение по сравнению с "коробчатым", при тех же шине и давлении воздуха в ней.
    Обновлено 12.01.2024 в 22:41 Pranevich Ihar
  13. Аватар для Pranevich Ihar
    Взгляд со стороны на воздушные пружины.
    Цитата Сообщение от Rule №5 Посмотреть сообщение
    Немного занимательной физики [воздушных пружин]
    Будучи человеком ̶с̶к̶л̶о̶ч̶н̶ы̶м̶ ̶и̶ ̶з̶л̶о̶п̶а̶м̶я̶т̶н̶ы̶м̶ любознательным и увлекающимся, решил развеять ̶и̶з̶в̶е̶с̶т̶н̶о̶е̶ ̶з̶а̶б̶л̶у̶ж̶д̶е̶н̶и̶е̶ выяснить на практике, насколько один слой волшебной ленты чудесным образом может повлиять на снижение давления в шине.
    Взял обод 19мм с установленной 25мм Конти шиной и вложил в нее один виток Пивиси провода диаметром 8,2 мм и еще один виток проводом 6,7мм.
    Площадь сечения шины -внутренний диаметр возьмем 24мм (на самом деле, он меньше, но непринципиально. Добавим площадь углубления (того самого, которое удлинняет пружинки воздушные) - 8мм х 4мм (опять, там меньше, так как форма углубления трапециевидная, но не суть) получаем 452 мм+ 32мм = 484мм квадратных.
    Площадь проводов 53мм+35мм= 88мм
    Итого, 484-88= 396 кв.мм, соответственно, внутренний объем уменьшился на 18%.
    Накачал данное колесо до той же жесткости, что и контрольное. Колесо нормального человека имело давление 70 пси. Колесо теоретика накачалось до 60 пси.
    Конечно, точно жесткость шины измерить не представляется возможным - тем не менее, на прожим пальцем ощущалось примерно одинаково, более того, подопытное колесо умышленно качалось слегка более мягким.
    Вывод - как и обещал модуль юнги, уменьшение внутреннего объема шины влечет понижение давления, необходимое для достижения желаемой жесткости. Но, конечно же, ни о каком снижении давления в 1 атм (15 пси) при добавлении одного слоя ленты и речи быть не может.
  14. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от Rule №5 Посмотреть сообщение
    Итого, 484-88= 396 кв.мм, соответственно, внутренний объем уменьшился на 18%.
    Накачал данное колесо до той же жесткости, что и контрольное. Колесо нормального человека имело давление 70 пси. Колесо теоретика накачалось до 60 пси.
    Выходит, при одинаковой жёсткости давление воздуха в шине обычного колеса на 16,7 % выше.
  15. Аватар для Pranevich Ihar
    Накачав шину изменённого колеса до того же давления, как и обычного, оно получится более жёстким.
  16. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от Dmitry_30 Посмотреть сообщение
    За последние 10 лет, только одна галимая резина от конти требовала этой канавки. И то, на проволочном каркасе.
    Остальные производители, то как швальба и витория канавки вообще не требовали и ставились/снимались руками.
    Так что этот лишний объём имеет смысл убирать. В бескамерных ободах он в принципе отсутствует или убирается лентой в tubless ready ободах при бескамерной эксплуатации.
    Минимизация объёма полости, занимаемой воздухом в шине, важна для уменьшения трения качения колеса, особенно за счёт сокращения её высоты.
  17. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от ollegator5 Посмотреть сообщение
    https://mms.businesswire.com/media/2.../Aither1.1.jpg
    Подобная конструкция способствует снижению трения качения колеса, особенно учитывая одностенный обод.
  18. Аватар для Pranevich Ihar
    История об укладывании лент толщиной 2,5 мм в стальные коробчатого профиля ободья колёс дорожного велосипеда.
    Цитата Сообщение от Pranevich Ihar Посмотреть сообщение
    Колёса собирал сам в 1988 году, комплект вырезанных из авиационных камер лент подарил товарищ. В году 1995 велосипед украли. Сам бы хотел теперешним взлядом посмотреть и более подробно изучить свойства тех колёс, да нет возможности. Другой товарищ, имевший такой же Аист, но с колёсами без закладок, удивлялся,- почему, качая шины до 2,5 атм, на моём велосипеде они ощущались заметно более жёсткими. А третий недоумевал, по какой причине я ездил на Аисте несколько быстрее и дальше, чем на Туристе или Старт- шоссе с колёсами от него.
  19. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от S.N. Посмотреть сообщение
    в авто где давление заметно меньше
    Основное значение имеет жёсткость шины с воздухом, не только его давлением в ней определяющаяся.
  20. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от Rule №5 Посмотреть сообщение
    Ученый сказал, что низкий профиль у авто - ради снижения трения качения
    При одинаковом давлении шина с низким профилем более жёсткая,- меньше высота полости, занимаемой воздухом, и боковин.