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

Pranevich Ihar

Трение качения в системе "колесо- дорога"

Рейтинг: 4.78. Голосов: 41.
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: Нет Добавить / редактировать метки
Категории
Без категории

Комментарии

  1. Аватар для Pranevich Ihar
    При уменьшении давления воздуха в шине увеличивается сила трения качения, могущая приводить к постепенному смещению покрышки с камерой относительно обода.
    Обновлено 20.08.2021 в 14:11 Pranevich Ihar
  2. Аватар для Pranevich Ihar
    В случае движения по ровной твёрдой поверхности отнесённый к радиусу колеса коэффициент трения качения μ=(1+a·v·v)·b, где величины a и b определяются весовой нагрузкой на колесо, его жёсткостью. Если слагаемое (a·v·v) намного меньше единицы в каком-то диапазоне скоростей, то значение коэффициента трения качения при данных условиях будет практически постоянным, и наоборот. К примеру, a·v(1)·v(1)=0,1; v(2)=2·v(1); a·v(2)·v(2)=0,4: коэффициент трения качения увеличится в 1,273 раза, или на 27,3 %.
    Обновлено 26.08.2021 в 19:34 Pranevich Ihar
  3. Аватар для Pranevich Ihar
    Жёсткие колёса велосипеда во время его движения по хорошей дороге с небольшими неровностями способствуют уменьшению дребезга неплотно установленной в закреплённый на подседельной трубе рамы держатель фляги с жидкостью. Цилиндрической формы ёмкость вращается вокруг своей оси симметрии с совсем небольшой угловой скоростью против часовой стрелки, если смотреть сверху.
    Обновлено 30.08.2021 в 20:38 Pranevich Ihar
  4. Аватар для Pranevich Ihar
    Нежёсткое колесо при качении по ровной твёрдой поверхности как бы спотыкается само о себя,- вначале деформируется находящаяся в данный момент времени вблизи области контакта с дорогой его часть, затем происходит поступательное движение оси.
    Обновлено 20.09.2021 в 21:23 Pranevich Ihar
  5. Аватар для Pranevich Ihar
    Степень отдачи преодоления расстояния s со скоростью v за время t=s/v велосипедистом может быть оценена как отношение кинетической энергии к сумме таковой с работой сил сопротивления движению, качению и лобового, η=E(k)/(E(k)+F(c)·s). Преобразуя это выражение, получается η=M·v·v/(M·v·v+2·F(c)·s), или η=1/(1+(2·t·F(c))/(M·v)). Таким образом, повысить эффективность передвижения на велосипеде можно путём понижения величины сил сопротивления, сокращения времени преодоления дистанции за счёт увеличения скорости. Что же касается увеличения массы M системы, то происходит уменьшение влияния силы лобового сопротивления, но возрастает коэффициент трения качения.
    Обновлено 06.10.2021 в 22:48 Pranevich Ihar
  6. Аватар для Vladimir1978U
    А на каком сайте или ютуб канале можно посмотреть характеристики различных покрышек по критерию накатистости ?
  7. Аватар для Pranevich Ihar
    Здесь ...
    Цитата Сообщение от lookout
    В общем-то, ...
    Цитата Сообщение от Pranevich Ihar Посмотреть сообщение
    Сопротивление качению колеса не только шиной определяется, а зависит также как от его самого, так и приходящейся на него весовой нагрузки.
    Обновлено 16.10.2021 в 12:57 Pranevich Ihar
  8. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от Pranevich Ihar
    Нежёсткое колесо при качении по ровной твёрдой поверхности как бы спотыкается само о себя,- вначале деформируется находящаяся в данный момент времени вблизи области контакта с дорогой его часть, затем происходит поступательное движение оси.
    Следует ещё учитывать и то, что в месте поверхности контакта шины с дорогой имеется скольжение.
    Цитата Сообщение от Pranevich Ihar Посмотреть сообщение
    При деформации покрышки возникает сила трения скольжения в перпендикулярном движению направлении, величина которой на мокром асфальте уменьшается.
  9. Аватар для Pranevich Ihar
    Форма шины изменяется под действием весовой нагрузки на колесо, даже относительно небольшой, что, как правило, приводит к некоторому уменьшению жёсткости и увеличению коэффициента трения качения.
  10. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от Pranevich Ihar
    Для снижения потерь энергии движения необходимо повышать жёсткость системы "шина- воздух"
    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.
  11. Аватар для Pranevich Ihar
    Низкая посадка, кроме минимизации лобового сопротивления велосипедиста, способствует уменьшению суммарного трения качения колёс велосипеда из-за приходящейся на них более равномерной весовой нагрузки.
  12. Аватар для Pranevich Ihar
    При сокращении площади поверхности соприкосновения шины с дорогой, в иных похожих условиях, коэффициент трения качения уменьшается, а скольжения увеличивается.
  13. Аватар для Pranevich Ihar
    Именно жёсткость шины с воздухом качественно оценивается пальцами при её прощупывании.
    Цитата Сообщение от Pranevich Ihar Посмотреть сообщение
    Перепроверил в очередной раз жёсткость покрышек, при давлении воздуха в них 6,5 атм, разных колёс. По ощущениям, в порядке уменьшения жёсткости:
    - шина 20-622, обод 622-15;
    - шина 20-622, обод 622-14;
    - шина 20-622, обод 622-13;
    - шина 28-622, обод 622-19.
    Другая серия:
    - шина 35-406, обод 406-23;
    - шина 35-406, обод 406-15;
    - шина 44-406, обод 406-15.
    Обновлено 01.02.2022 в 10:31 Pranevich Ihar
  14. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от Pranevich Ihar
    Сила трения качения практически не зависит от диаметра колеса, при близких иных условиях, в случае качения по ровной твёрдой поверхности
    Следует отметить, что коэффициент трения качения колеса меньшего диаметра сокращается.
    Цитата Сообщение от Pranevich Ihar Посмотреть сообщение
    Малого диаметра нормально собранное колесо по сравнению с большим при схожих профилях ободьев, внутреннем и внешнем, ширине, типе шин, давлении воздуха в них, жёстче, и, следовательно, на ровном твёрдом покрытии имеет меньшее значение коэффициента трения качения. В подшипниках втулки несколько увеличаться потери энергии за счёт возросшей угловой скорости, но их сокращение в системе "колесо- дорога" будет более существенным.
    Обновлено 26.02.2022 в 13:30 Pranevich Ihar
  15. 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.
    Суть процессов трения качения в различных условиях подобна, независимо от того, колесо деформируется или поверхность дороги, по которой оно катится; пневматическая или иная шина используется, либо вовсе её нет.
  16. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от Pranevich Ihar
    Увеличение высоты внешнего профиля обода, диаметра фланцев втулки, уменьшение длины спиц понижает коэффициент трения качения колеса и зависимость его от скорости движения. https://forum.velomania.ru/entry.php?b=11529
    К факторам, сокращающим коэффициент трения качения колеса, можно отнести уменьшение расстояния между фланцами втулки, что несколько повышает его радиальную жёсткость.
    Обновлено 07.04.2022 в 20:56 Pranevich Ihar
  17. Аватар для Pranevich Ihar
    По ощущениям, колесо получается более жёстким с использованием высокопрофильного обода и меньшего количества спиц, чем наоборот,- низкопрофильный обод, много спиц.
  18. 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.
    Велосипед с жёсткими колёсами проще катить,- он меньше подпрыгивает на неровностях.
  19. Аватар для Pranevich Ihar
    Цитата Сообщение от Pranevich Ihar Посмотреть сообщение
    При деформации покрышки возникает сила трения скольжения в перпендикулярном движению направлении, величина которой на мокром асфальте уменьшается.
    Улучшение качения колеса на влажном асфальте, или уменьшение сопротивления, проявляется тем заметнее, чем шире покрышка и меньше давление воздуха в ней, то есть когда на сухом ровном твёрдом покрытии имеется существенное трение.
  20. Аватар для Pranevich Ihar
    Метод примерной оценки суммарной силы трения качения колёс велосипеда и её мощности, учитывающий массы велосипеда и велосипедиста, заключается в следующем. Велосипед устанавливается на ровную твёрдую горизонтальную поверхность, на него садится велосипедист. Экспериментатор тянет за горизонтально расположенные ручные весы, другой стороной закреплённые спереди велосипеда, постепенно увеличивая усилие, и после начала его движения снимает показания (кг). Для определения силы трения качения их нужно умножить на ускорение свободного падения, а её мощности- ещё и на предполагаемую скорость движения (м/с).