Pranevich Ihar
Мощность сил трения качения при различной весовой нагрузке на колёса
25.12.2018 в 22:28 (31458 Просмотров)
Силы сопротивления качению совершают работу за счёт энергии движения велосипедиста, чем больше их величина, тем больше потери.
Оценивалась мощность сил трения качения при разной развесовке велосипеда. Коэффициент сопротивления вычислялся, исходя из пружинной модели колеса, по формуле μ= (1+ xv2n2/4gπ2)·(nrx/4π), где x- прогиб шины, v= 20 (км/ч)- линейная скорость движения, n= 100 (1/м)- количество пружин на единичном радиусе, r= 0, 34 (м) радиус колеса, g= 9,8 (м/с2)- ускорение свободного падения, число π= 3,14. Величина силы трения определялась по закону Кулона F= (μmg)/r, её мощность P= Fv.
1) На переднее колесо приходится 40%, заднее 60% веса велосипедиста с велосипедом общей массой 75 кг. При прогибе шины переднего колеса x11=0,001 (м) коэффициент трения качения μ11= 0,00487 (м), сила трения качения F11= 4,21 (Н), её мощность P11= 23,41 (Вт); для заднего колеса x12=0,0015 (м), μ12= 0,00892 (м), F12= 11,57 (Н), P12= 64,33 (Вт). Общая мощность сил трения для велосипеда P1= P11+P12= 87,74 (Вт). Если укрепить багажник с грузом общей массой 5 (кг), вес которого будет приходиться только на переднее колесо, то для него x21= 0,0012 (м), μ21= 0,00636 (м), F21= 6,42 (Н), P21= 35,70 (Вт); только на заднее колесо x22=0,0017 (м), μ22= 0,01085 (м), F22= 15,64 (Н), P22= 86,96 (Вт). При дополнительном нагружении переднего колеса общая мощность потерь составит P2= P21+ P12= 100,03 (Вт), заднего P3= P11+ P22= 110,37 (Вт).
2) Предполагается, что распределение веса стало: переднее колесо 35%, заднее 65%, суммарная масса не изменилась. В таком случае для переднего колеса x31= 0,0009 (м), μ31= 0,00419 (м), F31= 3,17 (Н), P31= 17,63 (Вт), заднего x32= 0,0016 (м), μ32= 0,00986 (м), F32= 13,85 (Н), P32= 77,01 (Вт); общая мощность сил сопротивления качению P4= P31+P32= 94,64 (Вт). Установка багажника с грузом общей массой 5 кг, вес которого приходится только на переднее колесо, приведёт к следующим значениям физических величин: x41= 0,0011 (м), μ41= 0,00559 (м), F41= 5,04 (Н), P41= 28,02 (Вт); только на заднее x42= 0,0018 (м), μ42= 0,01187 (м), F42= 18,39 (Н), P42= 102,25 (Вт). Общая мощность потерь велосипеда с багажником на переднем колесе составит P5= P41+ P32= 105,03 (Вт), заднем P6= P31+ P42= 119,88 (Вт).
Получается, что чем неравномернее распределена весовая нагрузка на колёса велосипеда, тем значительнее мощность сил сопротивления качению при прочих равных условиях; дополнительная нагрузка приводит к большим потерям, если приходится на колесо, имеющее большее значение коэффициента трения качения.
Отправить другу ссылку на эту запись
Пометить как прочтённый
