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

Pranevich Ihar

Трение качения в системе "колесо- дорога"

Рейтинг: 4.84. Голосов: 50.
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 28.11.2018 в 23:54 Pranevich Ihar

Метки: 1'", 1????%2527%2522 Добавить / редактировать метки
Категории
Без категории

Комментарии

  1. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от Pranevich Ihar
    Похожий эффект наблюдается и при увеличении жёсткости элементов верхнего строения железнодорожного пути, аннотация научной статьи в журнале "Трение и износ": https://www.elibrary.ru/item.asp?id=47311432.
    В переводной версии журнала "Трение и износ", "Journal of Friction and Wear": https://link.springer.com/article/10...68366621050020.
  2. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от Pranevich Ihar
    Проводились эксперименты с покрышками 20- 622. Длина пути до остановки составила 477 м, значение коэффициента трения качения 0,00346 м.
    Цитата Сообщение от Pranevich Ihar
    Можно ручные весы одной стороной через шнур закрепить к чему-то неподвижному, другую велосипедист держит в руке, повышая силу натяжения
    Среднее показание весов составило 0,80 кг, выраженное в метрах значение коэффициента трения качения получилось равным 0,00343 м. Следует заметить, что поверхность, на которой расположен велосипед, должна быть ровной горизонтальной, иначе возможны неточности.
  3. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от Pranevich Ihar
    Давление находящегося в шине воздуха на обод будет несколько большим в области её контакта с дорогой за счёт действия внешних сил, которые создают дополнительное давление,- обод локально деформируется, натяжение близлежащих спиц ослабевает; при данных условиях закон Паскаля не применим, так как нельзя пренебречь сжимаемостью воздуха.
    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.
  4. Аватар для Pranevich Ihar
    Нет никаких оснований считать, что, при иных схожих условиях, колесо, имеющее на определённой скорости меньшее значение коэффициента трения качения по сравнению с другим, на низшей будет обладать большим.
  5. Аватар для Pranevich Ihar
    При одной и той же величине силы, действующей на механическую систему, энергия её деформации тем больше, чем меньше жёсткость: W= (k·x·x)/2= (F·F)/(2·k), где по закону Гука F= k·x.
  6. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от Pranevich Ihar
    Если более жёсткое колесо, держа в руке, отпустить с некоторой высоты на твёрдую поверхность, то оно после удара поднимется на существенно меньшую, так как запасает небольшую потенциальную энергию, которая в незамкнутой системе препятствует качению.
    Цитата Сообщение от Pranevich Ihar
    W= (k·x·x)/2= (F·F)/(2·k)
    Сила F тем больше, чем выше скорость тела перед столкновением.
  7. Аватар для Pranevich Ihar
    Потери энергии на деформации можно проиллюстрировать следующим примером. На ровной твёрдой горизонтальной поверхности лежит тело, для перемещения на расстояние s по которой с постоянной скоростью нужно приложить силу F, её работа, полезная, A(п)= F·s. Допускается теперь, что сила действует на тело через пружину жёсткостью k, которая деформируется на величину x= F/k, при этом затрачиваемая работа A(д)= (F·F)/(2·k). Общая работа силы по движению тела в этом случае равна A(о)= A(п)+ A(д)= F·s+(F·F)/(2·k); коэффициент полезного действия η= A(п)/A(о)= A(п)/(A(п)+ A(д))= 1/(1+ F/(2·k·s)), то есть тем ближе к нулю, чем больше сила F и меньше жёсткость пружины k, расстояние s.
  8. Аватар для Pranevich Ihar
    Коэффициент трения качения абсолютно твёрдого шара или цилиндра по абсолютно твёрдому плоскому покрытию равен нулю, как и коэффициент восстановления при ударе абсолютно твёрдого тела об абсолютно твёрдую поверхность.
  9. Аватар для Pranevich Ihar
    В некоторых дорожных условиях более жёсткое колесо катится, по ощущениям, мягче.
  10. Аватар для Pranevich Ihar
    Чем лучше покрытие дороги, тем жёстче должны быть колёса для минимизации потерь энергии на их непрерывно происходящие в процессе качения деформации.
  11. Аватар для Pranevich Ihar
    В общем случае допустимо предполагать, что энергетическая эффективность пневмошины невысока. К примеру, коэффициент лёгкости хода шины 32-622 не менее 0,22 (ГОСТ 4750-89 "Шины пневматические для велосипедов. Технические условия", https://internet-law.ru/gosts/gost/11205/),- это означает, что полезная работа может составлять 22%, а силы трения качения 78% от общей.
    Обновлено 14.09.2022 в 20:05 Pranevich Ihar (уточнение)
  12. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от Tokisoda Посмотреть сообщение
    Я дунул 2 атмосферы, и уже как камень, едет по асфальту хорошо.
    Цитата Сообщение от Were1325 Посмотреть сообщение
    2 атм мягкое совсем.
    Наглядный пример того, что ...
    Цитата Сообщение от Pranevich Ihar Посмотреть сообщение
    Не только давление воздуха в пневмошине определяет её жёсткость.
  13. Аватар для 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.
  14. Аватар для Pranevich Ihar
    В незамкнутых (колесо) и замкнутых (спортивная обувь) системах нужно использовать различные подходы для уменьшения потерь энергии,- в первом случае увеличивать жёсткость для минимизации деформаций, во втором оптимизировать её с целью способствования максимальному превращению кинетической энергии движения в потенциальную упругой деформации, и наоборот. Мяч представляет собой незамкнутую систему, когда катится, и замкнутую в момент соударения.
    Обновлено 25.09.2022 в 12:33 Pranevich Ihar (дополнение)
  15. Аватар для Pranevich Ihar
    Гистерезис практически не имеет значения в незамкнутых системах, но существенен в замкнутых.