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

Pranevich Ihar

Трение качения в системе "колесо- дорога"

Рейтинг: 4.89. Голосов: 167.
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

Метки: ux2jnhrf Добавить / редактировать метки
Категории
Без категории

Комментарии

  1. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от iG0Lka Посмотреть сообщение
    Понятно что сила действия равна силе противодействия и на обод действует реакция опоры равная весу сидальца, но как именно она передается на обод? через что?
    Посредством сжатого воздуха.
    Цитата Сообщение от Pranevich Ihar Посмотреть сообщение
    В области контакта шины с дорогой давление воздуха на внутреннюю поверхность обода возрастает, он локально деформируется, сила натяжения близлежащих спиц уменьшается, чего бы не было, если бы давление по всей площади было выравнивалось.
  2. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от iG0Lka Посмотреть сообщение
    Не похоже, совсем, что коэффициент трения качения переднего колеса шоссейного велосипеда невелик.
    Цитата Сообщение от Pranevich Ihar Посмотреть сообщение
    Шина переднего колеса шоссейного велосипеда не выглядит жёсткой (4:17), потери энергии на работу сил трения качения могут быть существенными.
  3. Аватар для Pranevich Ihar
    Бывает, езду по гладкой дороге велосипедист ощущает как по якобы неровной. Причём наблюдаться это может и при визуально более-менее ровных колёсах, тогда как в противном случае такое иногда не происходит. Объяснением может служить наличие по окружности колеса участков с различной высотой воздуха, и, соответственно, жёсткостью. При наезде на упругий элемент с большей жёсткостью шина в радиальном направлении деформируется на меньшую величину, и возникает толчок, подобный таковому в случае переезда небольшого дорожного препятствия.
  4. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от yuniki Посмотреть сообщение
    Вчера вот понял, что шипованный Bridger 3.0/i35 сильно скругленный имеет профиль, что делает его не очень цепким по нынешнему морозному пуху для такой широкой шиповки. Приходится давление делать 24пси/20град= 21пси/-15град на 80кг+20кг ездоквел, чтобы обеспечить более плоское пятно контакта, а при моих обычных 30 пси/20град оно вообще как на 2.6" покрышке смотрится на снегу...
    Зависит от жёсткости шины в накачанном состоянии,- чем она больше, тем меньше её деформация в радиальном направлении, площадь поверхности контакта с покрытием при одних и тех же давлении воздуха в ней, весовой нагрузке на колесо.
  5. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от yuniki Посмотреть сообщение
    недостатки школьных подходов
    Наиболее близким к реальности можно считать рассмотрение пневматической шины как упругого тела, модуль Юнга которого равен давлению воздуха в ней.
  6. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от al_giorno Посмотреть сообщение
    За сто лет эмпирическим путем как-то пришли к тому, что для 28ми идеальный обод - 17 мм.
    Не сказать, что это так.
    Цитата Сообщение от Pranevich Ihar Посмотреть сообщение
    Что же касается клинчерных колёс, то их оптимизацией особо никто и не занимался, так как профессионалы и большинство продвинутых любителей использовали колёса на трубках.
  7. Аватар для Pranevich Ihar
    Аннотации научных публикаций о трении качения с моим участием: https://elibrary.ru/item.asp?id=47311432, https://elibrary.ru/item.asp?id=48923824, https://elibrary.ru/item.asp?id=49026236, https://elibrary.ru/item.asp?id=50414040.
  8. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от Hawfinch Посмотреть сообщение
    колеса и рамы начинают играть роль, около 40 и выше
    В общем-то, не так это.
    Цитата Сообщение от Pranevich Ihar Посмотреть сообщение
    При любой скорости имеется влияние,- сила трения качения колёс может существенно отличаться как по причине разных значений коэффициента трения качения, так и из-за различного распределения весовой нагрузки на них.
  9. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от f1rstx Посмотреть сообщение
    в следующем году никого на трубках не будет
    Неизвестно.
    Цитата Сообщение от Pranevich Ihar Посмотреть сообщение
    Что когда где будет, сложно сказать. Как и о том, какие технологии используются при производстве шоссейных колёс, используемых профессиональными командами. Ширину шины в накачанном состоянии можно измерить, а с внутренними глубиной, шириной обода неясно. Если кто-то придумал, как снизить трение качения колеса, он будет делиться с конкурентами или запускать массовое производство? Нет, как можно дольше будет пытаться сохранить в секрете.
  10. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от WeekendRider100 Посмотреть сообщение
    И низкое давление в узких покрышках не тоже самое, что низкое давление в широких.
    Как правило, в первом случае колесо жёстче.
  11. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от WeekendRider100 Посмотреть сообщение
    Оптимальное давление зависит от условий конкретной трассы.
    Отношение ширины шины к внутренней обода также имеет значение, влияя на жёсткость колеса.
  12. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от ollegator5 Посмотреть сообщение
    Для меня шоссе это асфальт. Качаю как пишет производитель покрышек на боковинке с поправкой на собственный вес.. И уверяю, что недокачка будет ДЛЯ МЕНЯ медленнее...
    Коэффициент трения качения колеса возрастает.
  13. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от ollegator5 Посмотреть сообщение
    Мой друг, тумбочник в своей категории , иногда в абсолютах на всяких российских водокачках, рассказывает, - ***..., обгоняю их, смотрю на колеса, а они идиоты все на полуспущенных...
    На ровном твёрдом покрытии при уменьшении жёсткости колеса существенно растут потери энергии на его деформации, увеличиваются сила трения качения и её работа.
  14. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от NeverLetMeGo Посмотреть сообщение
    трубки позволяют катить с очень малым давлением
    Колесо на трубке довольно таки жёсткое, даже при небольшом давлении воздуха в ней.
  15. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от Rotterdam Посмотреть сообщение
    трубки лучше безкамерок
    По сути, так и есть,- за счёт внутренне неглубокого обода меньшая высота полости, занимаемой воздухом в трубке, способствует повышению жёсткости колеса, и, как следствие, снижению его коэффициента трения качения на хорошем асфальте.
  16. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от Rotterdam Посмотреть сообщение
    Понятно что на треке трубки нужны. А вот в реальной жизни хватает плохого асфальта, ям и всего прочего, что делает трубки медленнее
    Шоссейные колёса не являются оптимальным вариантом для плохой дороги, лучше подойдут другие, менее жёсткие, которые, однако, будут неэффективными на нормальном шоссе.
    Цитата Сообщение от Pranevich Ihar Посмотреть сообщение
    Адаптация колёс к плохим дорожным условиям сводит на нет преимущества шоссейного велосипеда,- он так себе будет катить по хорошему асфальту.
  17. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от Pranevich Ihar
    Давление газа есть результат упругих столкновений его молекул со стенками ёмкости, в которой он находится. Если шина в месте контакта с дорогой сжимается, то расстояние между ней и ободом в этой области уменьшается, количество ударов об их в единицу времени становится больше, давление локально повышается. https://forum.velomania.ru/entry.php...age=3#comments
    Цитата Сообщение от Pranevich Ihar
    В этом можно убедиться, надавливая на накачанную шину пальцем,- чем на большую величину её нужно прогнуть, тем существеннее силу надо приложить. Объясняется это тем, что возрастает сила со стороны воздуха на внутреннюю область шины под пальцем, то есть его давление на эту часть увеличивается, так как её площадь практически не изменяется. Если бы вследствие локального воздействия давление равномерно перераспределялось по всей площади, с которой контактирует воздух, то сила бы заметно не увеличивалась, и пневмошину было бы довольно легко прогнуть до обода, что сделало бы затруднительным её практическое применение. https://forum.velomania.ru/entry.php...age=4#comments
    Локальное внутренннее давление на деформируемую область шины со стороны находящегося в ней воздуха будет примерно, из-за нечётких границ, равно внешнему давлению пальца на неё, то есть отношению прикладываемой силы к площади поверхности под ним.
  18. Аватар для Pranevich Ihar
    Так называемые аэроколёса обладают относительно малым трением качения за счёт большей жёсткости, их лобовое сопротивление сравнимо с другими.
  19. Аватар для Pranevich Ihar
    Колесо катится по поверхности, а не летит над ней, и именно трение качения является основной силой, тормозящей его движение.
  20. Аватар для Pranevich Ihar
    Колёса с высоким внешним профилем обода, внутренне широкого и неглубокого, имеют большую жёсткость и, соответственно, меньший коэффициент трения качения на твёрдом ровном покрытии.