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

Pranevich Ihar

Трение качения в системе "колесо- дорога"

Рейтинг: 4.87. Голосов: 189.
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 SE4. Посмотреть сообщение
    обода не глубокие и в центр сразу кинул 15мм., в 3 слоя
    Сокращение высоты полости, занимаемой воздухом в шине, ведёт к уменьшению коэффициента трения качения колеса.
  2. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от Sersus Посмотреть сообщение
    даже на асфальте повышенные давления давно не в моде именно потому, что резина перестает поглощать неровности асфальта
    Не сказать, что так это,- потери энергии на происходящие при качении нежёсткого колеса деформации намного больше.
  3. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от rrust Посмотреть сообщение
    неровности на дороге вызывают вибрацию рамы и все что на ней, и в конечном итоге велосипедиста.
    велосипедист имея очень вязкое тело просто поглощает вибрации не передавая их дальше.
    значит вся работа этой вибрации переходит в тепло
    Цитата Сообщение от SashaAn Посмотреть сообщение
    куда дальше "тело велосипедиста" может передать вибрации?
    Цитата Сообщение от Sersus Посмотреть сообщение
    В тепло, батенька, в тепло!
    Такого не происходит, температура тела не повышается.
    Обновлено 13.05.2024 в 12:33 Pranevich Ihar (дополнение)
  4. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от Sersus Посмотреть сообщение
    Что, в результате, крайне влияет на утомляемость. Особенно на долгих дистанциях.
    Следствие затрат энергии на работу сил сопротивления движению, в том числе, трения качения.
  5. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от Jonesy Посмотреть сообщение
    Но пиволет - подвес таки будет терпимее к дубу в покрах, не так ли?
    Постоянные потери энергии более жёсткими колёсами уменьшатся, добавятся случайные, происходящие в пружинах амортизаторов при наезде на препятствия.
  6. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от Jambozzy Посмотреть сообщение
    3,5 бар это никакая не "дубовая" резина, она вполне себе проминается хилыми пальцами на значимые расстояния
    Цитата Сообщение от Were1325 Посмотреть сообщение
    4атм 2" шина весьма сильно промятая получается когда садишься на вел
    Нежёсткие шины, тем более, относительно трубок.
    Цитата Сообщение от Jambozzy Посмотреть сообщение
    шоссерная 23 трубка с 8 бар это уже другое дело, так считай как доска
  7. Аватар для Pranevich Ihar
    Следует отметить, что и при одинаковом давлении воздуха в шинах колесо с трубкой будет жёстче, преимущественно за счёт меньшей высоты полости, занимаемой воздухом в трубке.
  8. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от ROG_XXX Посмотреть сообщение
    В общем на более тяжелом веле стало даже легче ехать за счет повышения жОсткости
    Меньше деформации, меньше и траты энергии велосипедиста на них.
  9. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от Sersus Посмотреть сообщение
    чем больше объем покрышки, тем меньше в нее надо вкачивать для получения одинаковой упругости стенок
    Получается обычно наоборот, если о жёсткости шины со сжатым воздухом идёт речь.
  10. Аватар для Pranevich Ihar
    Больший объём, как правило, способствует увеличению высоты полости, занимаемой воздухом в шине, что приводит к уменьшению её жёсткости.
  11. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от Sersus Посмотреть сообщение
    Перекаченный аморт тоже не меняет своих физических свойств
    Почему же нет,- его жёсткость возрастает.
  12. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от Were1325 Посмотреть сообщение
    И чем больше радиус кривизны покрышки, тем больше сила возникает при промятии её, например, на 5мм. Потому что у 2" покрышки при промятии на 5мм пятно контакта будет примерно в 2 раза больше, чем у 1" покрышки - а значит и сила примерно в те же 2 раза больше, при равном давлении.
    Совсем не так. Иное толкование ...
    Цитата Сообщение от Pranevich Ihar
    Возникающая в шине при её сжатии сила упругости численно равна модулю и противоположна направлению внешней деформирующей силы. https://forum.velomania.ru/entry.php...ge=11#comments
    Цитата Сообщение от Pranevich Ihar
    На основании третьего закона Ньютона сформулировано. https://forum.velomania.ru/entry.php...3#comment20243
    Обновлено 15.05.2024 в 09:49 Pranevich Ihar (дополнение)
  13. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от jazz_fan Посмотреть сообщение
    Когда хочешь получить силу, необходимую для деформации покрышки - логично понадобится проинтегрировать по площади
    Не надо.
    Цитата Сообщение от Pranevich Ihar Посмотреть сообщение
    Модуль силы упругости F, в соответствии с законом Гука, определяется прозведением жёсткости, или коэффициента упругости, k на величину деформации x: F= kx.
  14. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от jazz_fan Посмотреть сообщение
    обсуждали другое
    1) промять ЦК покрышку шириной 30 мм пальцем на величину деформации 5 мм при давлении 2 атм
    2) промять фэт покрышку шириной 90 мм пальцем на величину деформации 5 мм при давлении 2 атм
    сила одинаковая?
    Не одинаковая.
    Цитата Сообщение от Pranevich Ihar Посмотреть сообщение
    В общем случае нет, зависит от жёсткости шин с воздухом на конкретных ободьях.
    Цитата Сообщение от Pranevich Ihar Посмотреть сообщение
    Если всё схожее, кроме размера шин, то меньшего диаметра будет жёстче.
    Обновлено 15.05.2024 в 18:49 Pranevich Ihar (уточнение)
  15. Аватар для Pranevich Ihar
    На одном и том же ободе узкая шина будет иметь более короткие воздушные пружины, что повышает её жёсткость при одинаковом давлении воздуха в ней, то есть модуле Юнга.
  16. Аватар для Pranevich Ihar
    Иными словами, нужна больше внешняя сила, чтобы величина абсолютной деформации была той же.
  17. Аватар для Pranevich Ihar
    В свою очередь, действующая со стороны сжатого воздуха, оказывающего давление p, сила F на широкую шину возрастает, так как больше площадь S её внутренней поверхности, F= pS.
    Обновлено 19.05.2024 в 22:21 Pranevich Ihar
  18. Аватар для Pranevich Ihar
    Сила давления воздуха на боковины шины возрастает, она стремится принять округлую форму, однако, в направлении действия внешней деформирующей силы её жёсткость уменьшается, случай соответствует первому нижеприведённого комментария.
    Цитата Сообщение от Pranevich Ihar
    Профиль шины в накачанном состоянии зависит от силы давления воздуха, оказываемой на её разные участки. Анализируются крайние случаи.
    1. Широкая шина, узкий обод. Сила давления воздуха на всю внутреннюю поверхность шины примерно одинакова, поперечное сечение похоже на таковое лампочки.
    2. Узкая шина, широкий обод. Центральная часть располагается ближе к ободу, сила давления воздуха на неё, ввиду большей площади, со стороны воздуха несколько больше, чем на боковины,- она как бы стремится от него удалиться, профиль шины принимает форму, близкую к U-образной. https://forum.velomania.ru/entry.php...age=4#comments
    Во втором же случае, наоборот, жёсткость шины увеличивается.
  19. Аватар для Pranevich Ihar
    Сила, действующая со стороны воздуха на шину, увеличивается как с ростом его давления в ней, так и площади её внутренней поверхности. Однако, если в первом случае жёсткость шины с воздухом повышается, то во втором, наоборот, понижается.
  20. Аватар для Pranevich Ihar
    Получается, что доля внутренней энергии газа, требуемой для поддержания формы шины больших размеров, возрастает, и, соответственно, уменьшается на противодействие внешним деформациям.