1 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Угловая скорость колеса автомобиля

Угловая скорость колеса автомобиля

1. Колесо делает 120 оборотов за 2 минуты. Какова частота вращения колеса и период вращения?

2. Шарик вращают на нитке длиной 0,5 м так, что он делает за одну секунду 3 оборота. С какой линейной и угловой скоростью движется шарик.

3. Линейная скорость точек вращающегося колеса 20 м/сек. Определите их угловую скорость движения, период и частоту вращения, если диаметр колеса 0,8 метра.

4. Автомобиль движется по дороге со скоростью 72 км/час. Определите, с какой скоростью относительно Земли движется ось его колеса, его нижняя и верхняя точки.

5. Велосипедист движется со скоростью 36 км/час. Определите частоту вращения велосипедного колеса, имеющего диаметр 0,6 метра, период его вращения, угловую и линейную скорости точек колеса относительно оси его вращения.

Краткая теория:

Равномерное движение по окружности интересно тем, что скорость движущейся точки остается постоянной по величине, изменяясь при этом по направлению. Скорость изменения угла вектора скорости относительно оси координат постоянна. То же самое можно сказать относительно радиуса-вектора, проведенного из оси вращения к вращающейся точке. Эта скорость называется угловой скоростью.

Равномерное движение по окружности характеризуется несколькими взаимосвязанными величинами:

Частота вращения. Обычно обозначается латинской буквой «n» или греческой буквой «?». Эта величина говорит о том, сколько оборотов в единицу времени делает тело. Например, сколько оборотов в секунду, или в минуту, или в час и т.д.

Период вращения чаще всего обозначается латинской буквой «T». Это время одного оборота вокруг оси.

Линейная скорость вращения, обозначается обычно латинской буквой «v». Это скорость, с которой тело движется по окружности. Вектор линейной скорости направлен по касательной к окружности вращения. Он перпендикулярен радиусу окружности вращения.

Угловая скорость вращения обычно обозначается греческой буквой «?». Это величина, показывающая, на какой угол поворачивается радиус-вектор (или вектор скорости) за единицу времени. Обычно измеряется в радианах в секунду.

Формулы для решения:

Где N — количество оборотов, t — время, за которое они совершились.

Линейная скорость вращения

Угловая скорость вращения

Алгоритм решения типовой задачи:

1. Кратко записать условие задачи.

2. Изобразить графически движение, нарисовав окружность вращения и обозначив стрелками скорость и направление движения.

3. Ввести систему отсчета, введя начало отсчета времени и выбрав оси координат для движения и скорости. Часто бывает удобно разместить начало системы координат на движущейся точке, направив одну ось вдоль радиуса, тогда вторая ось будет направлена вдоль скорости.

4. Записать необходимые для решения формулы из числа вышеуказанных. Составить из них уравнение или систему уравнений, с помощью которых можно найти неизвестную величину.

5. Решить уравнение или систему в общем виде.

6. Подставить заданные величины в общее решение, вычислить.

7. Записать ответ.

Возможные особенности задач:

В некоторых несложных задачах можно не вводить систему отсчета в явном виде, а действовать сразу по формулам, включающим в себя неизвестную величину.

Примеры решения:
Задача 1.

Колесо делает 120 оборотов за 2 минуты. Какова частота вращения колеса и период вращения?

Решаем по алгоритму.

1. Кратко записываем условие задачи.

2. Изображаем графически движение, нарисовав вращающееся колесо и обозначив стрелкой направление вращения.

3. Систему отсчета в явном виде можно не вводить. В неявном виде она, конечно же присутствует, поскольку мы должны произвести отсчет времени и оборотов.

4. Записываем необходимые для решения формулы.

5. Эти уравнения сразу дают нам результат в общем виде.

6. Подставляем заданные величины в общее решение, вычисляем.

Переводя в систему единиц СИ, получаем: 60 об/мин=1 об/сек, 1/60 мин=1 сек.

7. Записываем ответ.

Ответ: Частота вращения колеса 1 оборот в секунду, период вращения 1 секунда.

Задача 2.

Шарик вращают на нитке длиной 0,5 м так, что он делает за одну секунду 3 оборота. С какой линейной и угловой скоростью движется шарик.

1,2. Кратко записываем условие задачи, изображая рядом движение.

3. Вводим систему отсчета, начав отсчет времени в момент нахождения шарика в нижней точке и разместив начало системы координат на шарике, направив одну ось вдоль радиуса, а вторую вдоль скорости.

4. Записываем необходимые для решения формулы.

5. Записанные формулы сразу дают решение в общем виде.

6. Подставляем заданные величины в общее решение, вычисляем.

7. Записываем ответ.

Ответ: Скорость движения шарика по окружности 9,42 м/сек, угловая скорость — 18,84 рад/сек.

Задача 3.

Линейная скорость точек вращающегося колеса 20 м/сек. Определите их угловую скорость движения, период и частоту вращения, если диаметр колеса 0,8 метра.

Решаем по алгоритму.

1. Кратко записываем условие задачи. 2. Изображаем графически движение колеса, обозначаем стрелками скорость и направление вращения.

3. Вводим систему отсчета, связав начало отсчета времени и ноль координат с нижней точкой колеса, направив одну ось вдоль радиуса, тогда вторая ось будет направлена вдоль скорости.

4. Записываем необходимые для решения формулы.

5. Решаем эти уравнения в общем виде.

6. Подставляем заданные величины, вычисляем.

7. Записываем ответ.

Ответ: Угловая скорость движения точек колеса 50 радиан в секунду, частота вращения 80 оборотов в секунду, период вращения 125 десятитысячных секунды.

Задача 4.

Автомобиль движется по дороге со скоростью 72 км/час. Определите, с какой скоростью относительно Земли движется ось его колеса, его нижняя и верхняя точки.

Решаем по алгоритму.

1. Кратко записываем условие задачи.

2. Изображаем графически движение, нарисовав колесо, обозначив его ось, верхнюю и нижнюю точки и указав стрелками скорость и направление движения.

3. Вводим систему отсчета, связанную с землей. Начало отсчета помещаем в нижнюю точку.

4. Представим себе характер движения. Сразу можно сказать, что скорость нижней точки относительно земли равна нулю. Мысленно зафиксируем начало координат, помещенное в эту точку. Каково движение остальных точек? При каком движении движутся все точки тела, кроме одной? Это вращение вокруг фиксированной точки. Получается, что в каждое мгновение времени колесо вращается вокруг точки его соприкосновения с землей. В следующее мгновение эта точка меняется, но вокруг нее опять происходит вращение. Можно представить себе вращение колеса вокруг мгновенной оси вращения, проходящей через точку касания земли.

Записываем необходимые для решения формулы. Требуется всего одна.

Из нее следуют два уравнения:

Под «омегой» здесь понимается угловая скорость мгновенного вращения диаметра колеса вокруг мгновенной оси вращения.

5. Решаем эти уравнения в общем виде и получаем соотношение скоростей:

Делим второе уравнение на первое, получаем:

6. Подставляем заданные величины в общее решение.

Скорость оси равна скорости автомобиля, так как она связана с ним, то есть 72 км/час.

7. Записываем ответ.

Ответ: Скорость нижней точки относительно земли равна нулю, скорость оси равна 72 км/час, скорость верхней точки колеса равна 144 км/час.

Задача 5.

Велосипедист движется со скоростью 36 км/час. Определите частоту вращения велосипедного колеса, имеющего диаметр 0,6 метра, период его вращения, угловую и линейную скорости точек колеса относительно оси его вращения.

Решаем по алгоритму.

1. Кратко записываем условие задачи.

2. Изображаем графически движение, нарисовав окружность вращения и обозначив стрелками скорость и направление движения.

3. Введем систему отсчета. Выберем среди равноправных точек колеса ту, которая в момент начала отсчета времени касалась земли. Начало оси координат поместим в точку их первого (по нашему отсчету) соприкосновения.

4. Запишем необходимые для решения формулы, для чего сначала проанализируем движение велосипеда и движение точек колеса. В этом движении колесо прокатится на один оборот и замеченная нами точка вновь окажется внизу, а ось опять точно над ней. Но время одного оборота — это же период вращения колеса! То есть время, за которое будет пройден путь, равный длине окружности колеса — это период его вращения. Это время легко найти, зная путь и скорость.

Обозначим длину окружности колеса через «s», время прохождения этого пути через «t», искомый период вращения через «T». Выше мы выяснили, что

Если мы знаем период и радиус колеса, то легко найти все остальное из следующих уравнений.

5. Решаем уравнения в общем виде.

6. Подставляем заданные значения, вычисляем. Величины должны быть измерены в одних единицах. Переводим километры в час в метры в секунду. В одном километре 1000 метров, а в одном часе 3600 секунд.

7. Записываем ответ.

Ответ: Период обращения колеса велосипеда 19 сотых секунды, частота вращения 5,25 оборота в секунду, угловая скорость 33,3 радиана в секунду, линейная скорость точек колеса 10 метров в секунду.

Физика автомобиля для игр.

Автор: Marco Monster

Введение

Эта статья рассказывает о поведении автомобилей в играх, а именно о физике автомобиля.

Одним из ключевых пунктов в упрощении физики транспортного средства является раздельная обработка продольной и боковой силы. Продольная сила работает в направлении корпуса автомобиля (или же в противоположном направлении). Это сила тяги, тормозящая сила, сила трения и сила сопротивления перемещению (= сопротивление воздуха). Вместе эти силы управляют ускорением или замедлением автомобиля, следовательно, и скоростью автомобиля. Боковые силы позволяют автомобилю поворачиваться. Эти силы вызваны поперечным трением на колесах. Мы также рассмотрим угловой момент скорости автомобиля и момент вращения, вызванные боковыми силами.

Примечание и соглашения

Векторы выделены полужирным текстом, мы будем использовать 2d векторы. Так что примечание a = —b означало бы следующее:

На протяжении все этой статьи я буду предполагать, что задние колеса являются ведущими (для четырех ведущих колес нужно применять необходимую адаптацию)

Все физические величины я буду измерять в единицах СИ (метры, килограммы, Ньютоны и т.д.).

Физика движения по прямой

Сначала рассмотрим автомобиль, двигающийся по прямой линии. Какие силы задействованы здесь? Прежде всего, это сила тяги, то есть сила, которая передается двигателем через задние колеса. Двигатель вращает колеса вперед (на самом деле он передает момент вращения на колеса), колеса «толкают назад» поверхность дороги, в результате поверхность дороги выталкивает колеса в противоположном направлении, то есть вперед. Сейчас мы просто положим, что сила тяги эквивалентна по величине переменной Engineforce, которая управляется непосредственно пользователем.

Ftraction = u * Engineforce,
где u — единичный вектор в направлении движения автомобиля.

Если бы это была единственная сила, то автомобиль просто бы ускорился до бесконечной скорости. Ясно, что в реальной жизни дело обстоит совсем не так. Введем силы сопротивления. Первая и обычно наиболее важная — сила воздушного сопротивления, другими словами аэродинамическое сопротивление. Эта сила важна, поскольку она пропорциональна квадрату скорости. Когда мы двигаемся быстро (а какая игра не вовлекает в высокие скорости?) эта сила становится наиболее важной силой сопротивления.

Fdrag = — Cdrag * v * |v|
где Cdrag константа, v — вектор скорости и |v| — модуль вектора v, являющийся длиной вектора v.

Длина вектора скорости обычно известна как скорость. Обратите внимание на различие типа данных: скорость — скаляр, скорость — вектор. Используйте приблизительно следующий код:

Так же, еще есть сопротивление вращения. Это вызвано трением между резиной и дорожной поверхностью, так как колеса прокручиваются, трением на осях и т.д. Мы обозначим это силой, которая пропорциональна скорости, с использованием другой константы.

Frr = — Crr * v
где Crr константа, и v — вектор скорости.

При низких скоростях трение (Frr) является основной силой сопротивления, при высоких скоростях Fdrag превышает по значению Frr. Приблизительно при 100 км/час (60 миль в час, 30 м/с) они равны ([Zuvich]). Это означает, что Crr должен быть равен приблизительно 30-ти Cdrag.

Общая продольная сила — это векторная сумма этих трех сил.

Flong = Ftraction + F drag + Frr

Обратите внимание, что если вы двигаетесь по прямой линии, то силы аэродинамического сопротивления и трения будут направлены противоположно силе тяги (Ftraction). То есть вы вычитаете силу аэродинамического сопротивления из силы сцепления. И когда автомобиль движется с постоянной скоростью, то силы находятся в равновесии, и Flong равен нулю.

Ускорение (a) автомобиля (в м/с 2 ) определено равнодействующей силой автомобиля (в Ньютонах) и массой автомобиля М (в килограммах) по второму закону Ньютона:

a = F / M

Скорость автомобиля (в метрах в секунду) определяется, как интеграл ускорения через какое-то время (dt). Это звучит слишком сложным, но следующее уравнение поможет нам. Воспользуемся методом Эйлера для численного интегрирования.

v = v + dt * a,
где dt — промежуток времени между предыдущим и текущим вызовами просчета физики.

Позиция автомобиля свою очередь определяется, как интеграл скорости по dt.

p = p + dt * v

Используя эти три силы, мы уже довольно точно можем моделировать ускорение автомобиля. Вместе они также определяют максимальную скорость автомобиля для данной мощности двигателя. То есть, нет необходимости устанавливать максимальную скорость где-нибудь в коде, она автоматически вычисляется из уравнений. Дело в том, что уравнения формируют своего рода цикл отрицательной обратной связи. Если сила тяги (Ftraction) превышает все другие силы, то автомобиль ускоряется. Увеличивающаяся скорость, также заставляет увеличиваться силы сопротивления. Равнодействующая сила уменьшается, а следовательно уменьшается и ускорение. В некоторой точке силы сопротивления и сила тяги компенсируют друг друга, и автомобиль достигает своей максимальной скорости для данной мощности двигателя.

На этом графике Ось X обозначает скорость автомобиля в метрах в секунду и значения силы, которая отмечена по Оси Y. Значение силы тяги (темно синий) установлено произвольно, оно не зависит от скорости автомобиля. Трение (пурпурная линия) — линейная функция скорости, и сопротивление (желтая кривая) — квадратичная функция скорости. При низких скоростях трение превышает аэродинамическое сопротивление. При 30 м/с эти две функции пересекаются. При более высоких скоростях аэродинамическое сопротивление является наибольшей силой сопротивления. Сумма из двух сил сопротивления показана светло-синей кривой. При 37 м/с эта кривая пересекает горизонтальную линию силы тяги. Это — максимальная скорость для данной мощности автомобиля (37 м/с = 133 км/час = 83 мили в час).

Переходные характеристики машины при скачкообразном повороте рулевого колеса

Рубрика: Технические науки

Дата публикации: 29.11.2014 2014-11-29

Статья просмотрена: 236 раз

Библиографическое описание:

Адилов, О. К. Переходные характеристики машины при скачкообразном повороте рулевого колеса / О. К. Адилов, Д. И. Кулмурадов, Б. Я. Бегматов. — Текст : непосредственный // Молодой ученый. — 2014. — № 20 (79). — С. 101-104. — URL: https://moluch.ru/archive/79/13757/ (дата обращения: 26.08.2021).

При расчетном моделировании переходных характеристик варьировались передаточное число рулевого управления, скорость движения машины, коэффициенты сопротивления уводу и поперечная жесткость шин.

Расчеты проводились для четырех колесной машины с передним расположением управляемого колеса и четырех колесной схемы машины с задними управляемыми колесами и транспортного трактора с одним прицепом.

При расчетах определялись средний угол поворота управляемого колеса, угловая скорость поворота машины, поперечные деформации шин передних и задних колес. Решение уравнений движения проводилось численным интегрированным методом Рунге — Кутта с применением стандартных программ.

Рис. 1.1. Переходные характеристики рулевого управления при различных передаточных числах скорость движения 20 км/ч рулевого управления: 1–12,8; 2–16,2; 3–21,5; 4–31,0

При расчетах время, за которое рулевое колесо поворачивалось на угол 65°, принималось равным 0,265 с. Этим параметрам соответствует угловая скорость поворота рулевого колеса, равная 250 град/с (4,4 рад/с).

На рис.2.6 показаны переходные характеристики рулевого управления при разных значениях передаточного числа рулевого управления.

Как установлено, при всех значениях передаточного числа рулевого управления переходная характеристика угла поворота управляемых колес имеет монотонный характер изменения. Анализ этих характеристик показывает следующее. Во-первых, время запаздывания поворота управляемых колес после поворота рулевого колеса оказывается различным, при разных значениях передаточного числа рулевого управления.

Наименьшее запаздывание имеет место при передаточном числе рулевого управления, равном 12,8, и составляет 0,09–0,10 с. С увеличением передаточного числа рулевого управления время запаздывания поворота управляемых колес начинает расти и при передаточном числе рулевого управления, равном 31,0, составляет 0,20 с, т. е. увеличивается в 2 раза.

Во-вторых, как и ожидалось, отношение угла поворота рулевого колеса к углу поворота управляемых колес отличается от его статического значения и всегда больше его. Причем эта величина (динамическое передаточное число) отличается от его статического значения на 5–15 %.(рис 2.7)Это явление объясняется тем, что фактический угол поворота управляемых колес, при одном и том же значении угла поворота рулевого колеса, уменьшается с увеличением статического передаточного числа рулевого управления. Поэтому силы и моменты от этих сил уменьшаются, что обусловливает меньшее «скольжение» рулевого колеса и меньшие деформации в рулевом приводе.

Рис 1.2. Максимальные значения динамических передаточных чисел при скачкообразном повороте рулевого колеса

Максимальная скорость поворота управляемых колес определялась по переходной характеристике угла поворота управляемых колес путем вычисления производной вблизи точки, касательная к которой имеет наибольший угол (рис 2).

На рис 3 показана зависимость скорости поворота управляемых колес при скачкообразном повороте рулевого колеса на угол 65° в зависимости от передаточного числа рулевого управления. Как установлено, зависимость максимальной угловой скорости поворота управляемых колес с увеличением передаточного числа рулевого управления уменьшается по закону, близкому к линейному.

Рис 2. Определение максимальной угловой скорости поворота управляемых колес

При передаточном числе рулевого управления, равном 12,8, угловая скорость поворота управляемых колес составляет 0,055с -1 , а при передаточном числе, равном 31,0, -0,033с -1 , т. е. уменьшается более чем на 65 %.

При номинальном значении передаточного числа рулевого управления (21,5) угловая скорость меньше, чем при Uс=12,8 на 25 %.

Уменьшение скорости поворота управляемых колес объясняется меньшей скоростью поворота золотника распределительного устройства насос–дозатора.

Рис. 3. Зависимость скорости поворота управляемых колес от передаточного числа рулевого управления при скачкообразном повороте рулевого колеса на угол 65°

Переходные характеристики машины по угловой скорости поворота также имеют монотонный (апериодический) характер изменения (см. рис 2)

Время переходного процесса составляет 0,35–0,5 с. Его меньшие значения обусловлены к значениями передаточных чисел рулевого управления, равными 12,8 и 16,1. С увеличением же передаточного числа рулевого управления время переходного процесса возрастает.

Время запаздывания поворота машины лежит в диапазоне 0,13–0,17 с. и также зависит от передаточного числа рулевого управления. Передаточному числу, равному 12,8, соответствует время запаздывания 0,130–0,135 с, а при передаточном числе 31,0 — оно составляет 0,165–0,170 с.

Установившиеся значения угловой скорости поворота, отношение к углу поворота рулевого колеса (чувствительность машины к управлению) показаны на рис. 4. Изменения установившихся значений угловой скорости, отношений к углу поворота колеса лежат в диапазоне 0,04–0,03с -1 . С увеличением передаточного числа рулевого управления чувствительность машины к управлению снижается приблизительно линейному закону.

При передаточном числе рулевого управления, равному 12,8, чувствительность к управлению составляет 0,04 с -1 , а при передаточном числе, равном 31,0, снижается до 0,035 с -1 .

Рис 4. Переходные характеристики угловой скорости поворота при различных передаточных числах рулевого управления Скорость движения 20 км/ч:1–12,8; 2–16,2; 3–21,5; 4–31,0

Расчеты при изменении коэффициентов сопротивления уводу шин и жесткости рулевого управления показали, что изменением этих параметров можно вносить некоторую коррекцию в характеристики чувствительности машины к управлению. Однако влияние передаточного числа рулевого управления на чувствительность машины к управлению существеннее, чем изменение жесткости рулевого управления либо коэффициентов сопротивления уводу шин.

1. Каримов И. А. Узбекистан на пороге ХХI века. Ташкент — Узбекистон. 1997. — 137с.

2. Хашимов Д. И. Управляемость и устойчивость движения хлопкоуборочных машин. Т.,Укитувчи, 1993, — 128 с.

3. Хашимов А. Д., Турсунов И. С., Хашимов Д. И., Махмудов Г. Н. Определение требуемого быстродействия рулевого управления колесной машины. Сборник научных трудов Международной научно-технической конференции «Развитие автомобильно-дорожного комплекса в Республике Узбекистан». — Ташкент: ТАДИ, 2001. — С. 62.

Равномерное движение тела по окружности

1. Движением тела по окружности называют движение, траекторией которого является окружность. По окружности движутся, например, конец стрелки часов, точки лопасти вращающейся турбины, вращающегося вала двигателя и др.

При движении по окружности направление скорости непрерывно изменяется. При этом модуль скорости тела может изменяться, а может оставаться неизменным. Движение, при котором изменяется только направление скорости, а её модуль сохраняется постоянным, называется равномерным движением тела по окружности. Под телом в данном случае имеют в виду материальную точку.

2. Движение тела по окружности характеризуется определёнными величинами. К ним относятся, прежде всего, период и частота обращения. Период обращения тела по окружности ​ ( T ) ​ — время, в течение которого тело совершает один полный оборот. Единица периода — ​ ( [,T,] ) ​ = 1 с.

Частота обращения ​ ( (n) ) ​ — число полных оборотов тела за одну секунду: ​ ( n=N/t ) ​. Единица частоты обращения — ( [,n,] ) = 1 с -1 = 1 Гц (герц). Один герц — это такая частота, при которой тело совершает один оборот за одну секунду.

Связь между частотой и периодом обращения выражается формулой: ​ ( n=1/T ) ​.

Пусть некоторое тело, движущееся по окружности, за время ​ ( t ) ​ переместилось из точки А в точку В. Радиус, соединяющий центр окружности с точкой А, называют радиусом-вектором. При перемещении тела из точки А в точку В радиус-вектор повернётся на угол ​ ( varphi ) ​.

Быстроту обращения тела характеризуют угловая и линейная скорости.

Угловая скорость ​ ( omega ) ​ — физическая величина, равная отношению угла поворота ( varphi ) радиуса-вектора к промежутку времени, за которое этот поворот произошел: ​ ( omega=varphi/t ) ​. Единица угловой скорости — радиан в секунду, т.е. ​ ( [,omega,] ) ​ = 1 рад/с. За время, равное периоду обращения, угол поворота радиуса-вектора равен ​ ( 2pi ) ​. Поэтому ​ ( omega=2pi/T ) ​.

Линейная скорость тела ​ ( v ) ​ — скорость, с которой тело движется вдоль траектории. Линейная скорость при равномерном движении по окружности постоянна по модулю, меняется по направлению и направлена по касательной к траектории.

Линейная скорость равна отношению пути, пройденному телом вдоль траектории, ко времени, за которое этот путь пройден: ​ ( vec=l/t ) ​. За один оборот точка проходит путь, равный длине окружности. Поэтому ​ ( vec=2pi!R/T ) ​. Связь между линейной и угловой скоростью выражается формулой: ​ ( v=omega R ) ​.

Из этого равенства следует, что чем дальше от центра окружности расположена точка вращающегося тела, тем больше её линейная скорость.

4. Ускорение тела равно отношению изменения его скорости ко времени, за которое оно произошло. При движении тела по окружности изменяется направление скорости, следовательно, разность скоростей не равна нулю, т.е. тело движется с ускорением. Оно определяется по формуле: ​ ( vec=frac>) ​ и направлено так же, как вектор изменения скорости. Это ускорение называется центростремительным ускорением.

Центростремительное ускорение при равномерном движении тела по окружности — физическая величина, равная отношению квадрата линейной скорости к радиусу окружности: ​ ( a=frac ) ​. Так как ​ ( v=omega R ) ​, то ​ ( a=omega^2R ) ​.

При движении тела по окружности его центростремительное ускорение постоянно по модулю и направлено к центру окружности.

ПРИМЕРЫ ЗАДАНИЙ

Часть 1

1. При равномерном движении тела по окружности

1) изменяется только модуль его скорости
2) изменяется только направление его скорости
3) изменяются и модуль, и направление его скорости
4) не изменяется ни модуль, ни направление его скорости

2. Линейная скорость точки 1, находящейся на расстоянии ​ ( R_1 ) ​ от центра вращающегося колеса, равна ​ ( v_1 ) ​. Чему равна скорость ​ ( v_2 ) ​ точки 2, находящейся от центра на расстоянии ​ ( R_2=4R_1 ) ​?

1) ​ ( v_2=v_1 ) ​
2) ​ ( v_2=2v_1 ) ​
3) ​ ( v_2=0,25v_1 ) ​
4) ​ ( v_2=4v_1 ) ​

3. Период обращения точки по окружности можно вычислить по формуле:

1) ​ ( T=2pi!Rv ) ​
2) ( T=2pi!R/v ) ​
3) ( T=2pi v ) ​
4) ( T=2pi/v ) ​

4. Угловая скорость вращения колеса автомобиля вычисляется по формуле:

1) ​ ( omega=a^2R ) ​
2) ( omega=vR^2 ) ​
3) ( omega=vR )
4) ( omega=v/R ) ​

5. Угловая скорость вращения колеса велосипеда увеличилась в 2 раза. Как изменилась линейная скорость точек обода колеса?

1) увеличилась в 2 раза
2) уменьшилась в 2 раза
3) увеличилась в 4 раза
4) не изменилась

6. Линейная скорость точек лопасти винта вертолёта уменьшилась в 4 раза. Как изменилось их центростремительное ускорение?

1) не изменилось
2) уменьшилось в 16 раз
3) уменьшилось в 4 раза
4) уменьшилось в 2 раза

7. Радиус движения тела по окружности увеличили в 3 раза, не меняя его линейную скорость. Как изменилось центростремительное ускорение тела?

1) увеличилось в 9 раз
2) уменьшилось в 9 раз
3) уменьшилось в 3 раза
4) увеличилось в 3 раза

8. Чему равен период обращения коленчатого вала двигателя, если за 3 мин он совершил 600 000 оборотов?

1) 200 000 с
2) 3300 с
3) 3·10 -4 с
4) 5·10 -6 с

9. Чему равна частота вращения точки обода колеса, если период обращения составляет 0,05 с?

1) 0,05 Гц
2) 2 Гц
3) 20 Гц
4) 200 Гц

10. Линейная скорость точки обода велосипедного колеса радиусом 35 см равна 5 м/с. Чему равен период обращения колеса?

1) 14 с
2) 7 с
3) 0,07 с
4) 0,44 с

11. Установите соответствие между физическими величинами в левом столбце и формулами для их вычисления в правом столбце. В таблице под номером физической
величины левого столбца запишите соответствующий номер выбранной вами формулы из правого столбца.

ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА
А) линейная скорость
Б) угловая скорость
В) частота обращения

ФОРМУЛА
1) ​ ( 1/T ) ​
2) ​ ( v^2/R ) ​
3) ​ ( v/R ) ​
4) ​ ( omega R ) ​
5) ​ ( 1/n ) ​

12. Период обращения колеса увеличился. Как изменились угловая и линейная скорости точки обода колеса и её центростремительное ускорение. Установите соответствие между физическими величинами в левом столбце и характером их изменения в правом столбце.
В таблице под номером физической величины левого столбца запишите соответствующий номер выбранного вами элемента правого столбца.

ФИЗИЧЕСКАЯ ВЕЛИЧИНА
A) угловая скорость
Б) линейная скорость
B) центростремительное ускорение

ХАРАКТЕР ИЗМЕНЕНИЯ ВЕЛИЧИНЫ
1) увеличилась
2) уменьшилась
3) не изменилась

Часть 2

13. Какой путь пройдёт точка обода колеса за 10 с, если частота обращения колеса составляет 8 Гц, а радиус колеса 5 м?

Датчик угловой скорости (сенсор)

4.8.3. Датчик угловой скорости (сенсор).

Датчик скорости колеса является датчиком электромагнитного типа. Он представляет собой катушку, намотанную вокруг магнита. Устанавливается датчик вблизи импульсного кольца, которое закреплено на ступице колеса автомобиля. Импульсное кольцо и датчик скорости показаны на рисунке 53, а внешний вид датчиков разных производителей показаны на рисунке 54.

Рисунок 53. Импульсное кольцо с датчиком скорости

Строение датчика показано на рисунке 55. Датчик состоит из чувствительного элемента, содержащего постоянный магнит и обмотку. Датчик имеет металлический корпус, торец датчика усилен, для защиты от стирания металла корпуса при работе. Датчик работает с импульсным кольцом, имеющим 60, 80, 100 или 120 зубьев. Датчик скорости крепиться жестко на неподвижной части перпендикулярно импульсному кольцу. Импульсное кольцо выполняется из магнитомягкого материала, жестко устанавливается на ступице и вращается синхронно с колесом автотранспортного средства. При вращении импульсного кольца воздушный зазор между ним и чувствительным элементом изменяется, что приводит к изменению магнитного потока и появлению в обмотке переменного напряжения. Поскольку частота переменного напряжения пропорциональна скорости вращения импульсного кольца, это позволяет определить скорость вращения колеса. Датчик постоянно отслеживает изменяющуюся скорость автомобиля.

Рисунок 54. Внешний вид датчиков скорости и втулки

Выходное напряжение датчика (Uдд-Spitze-Spitze/Bepшинa-Bepшинa=l,6B) зависит от воздушного зазора между датчиком числа оборотов и импульсным кольцом и от значения скорости вращения импульсного колеса.

Из чего следует, что при минимальном воздушном зазоре и максимальном значении скорости напряжение на выходе датчика максимальное — Uдд

Рекомендуемое расстояние между зубцами импульсного кольца и торцом датчиком 0,8-1,4 мм, при увеличении данного зазора происходит снижение уровня сигнала датчиков ниже допустимого 0,1В, что в свою очередь приведет к индикации неисправности системой -«большое воздушное расстояние между датчиком скорости и импульсным кольцом».

Вращающееся вместе со ступицей колеса импульсное кольцо воздействует, посредством чередования структуры зуб — зазор, на магнитный поток индуктивного датчика числа оборотов и индуцирует при этом синусоидальное напряжение, частота которого пропорциональна числу оборотов колеса (строение и принцип работы показа на рисунках 55. 56). Примерные и эталонный графики с датчика скорости показаны на рисунке 57. При всем этом обрабатывается не значение напряжения, а частота и ее изменение во времени. Это требует определенной минимальной точности зубчатого венца (параметры указаны на рисунках 51 и 52).

Рисунок 55. Строение датчика скорости

Внимание: Когда находящиеся в магнитном потоке различные переходы, такие как болты, отверстия, канавки, ребра жесткости и многое другое, расположены вблизи датчика, они влияют на выдаваемый датчиком сигнал. Для исключения такого паразитного воздействия расстояние от датчика до подобного элемента конструкции должно быть более 10 мм.

При невозможности обеспечения этого условия требуются отдельные исследования.

При вращении импульсного кольца смещение зубцов оказывает воздействие на датчик, то есть возникает ЭДС, оно задает переменное напряжение в катушке, частота которого пропорциональна скорости вращения колеса.

Рисунок 56. Работа датчиков скорости

Рисунок 57. Г рафик сигнала поступающего с датчика скорости Характеристики датчиков скорости.

Дифференциал автомобиля. Разновидности и особенности функционирования

Дифференциалом называется механизм, передающий вращающий момент от одного источника двум потребителям. Его ключевой особенностью является способность перераспределять мощность и обеспечивать разные угловые скорости вращения потребителей. Применительно к дорожному транспортному средству это означает, что посредством дифференциала колеса могут получать разную мощность и вращаться с разной скоростью.

Дифференциал является важным элементом автомобильной трансмиссии. Попробуем разобраться, почему так.

Почему нельзя обойтись без дифференциала

Строго говоря, без дифференциала можно обойтись. Но только до тех пор, пока автомобиль движется по безупречной трассе, никуда не сворачивая, а шины у него одинаковые и равномерно накачанные. Иными словами, пока все колеса проезжают одинаковый путь и вращаются с одинаковой скоростью.

Но когда машина входит в поворот, колесам приходится преодолевать разное расстояние. Очевидно, что внешняя дуга поворота длиннее внутренней, поэтому колесам, движущимся по ней, приходится крутиться быстрее, чем колесам, проезжающим по внутренней дуге. Когда ось не является ведущей, а колеса не зависят одно от другого, то никакой проблемы нет.

Иное дело — ведущий мост. Для осуществления нормального управления вращение передается на оба колеса. При их жесткой связи они имели бы одинаковую угловую скорость и в повороте стремились бы проехать одинаковое расстояние. Поворот был бы затруднен и приводил бы к пробуксовке, повышенному стиранию шин и излишней нагрузке на трансмиссию. Часть мощности двигателя уходила бы на пробуксовку, а значит и топливо расходовалось бы понапрасну. Нечто подобное, хотя и не столь очевидно, происходит и в других ситуациях — при езде по неровной дороге, неравномерной нагрузке на колеса, неодинаковом давлении в шинах, различной степени износа покрышек.

Вот тут и приходит на помощь дифференциал. Он передает вращение на обе полуоси, но соотношение угловых скоростей вращения колес может быть произвольным и меняться оперативно в зависимости от конкретной ситуации без вмешательства водителя.

Виды дифференциалов

Дифференциалы бывают симметричными и несимметричными. Симметричные передают на оба ведомых вала одинаковый вращающий момент, при использовании несимметричных устройств передаваемые моменты различны.

Функционально дифференциалы могут применяться в качестве межколесных и межосевых. Межколесный передает вращающий момент колесам одной оси. В переднеприводном авто он размещен в КПП, в заднеприводном — в картере заднего моста.

В полноприводной машине механизмы находятся в картерах обоих мостов. Если полный привод является постоянным, в раздаточной коробке монтируется еще и межосевой дифференциал. Он передает вращение от коробки передач на оба ведущих моста.

Межколесный дифференциал всегда симметричный, а вот межосевой обычно бывает несимметричным, типовое процентное соотношение моментов между передней и задней осью — 40/60, хотя может быть и иным.

Возможность и способ блокировки определяет еще одну классификацию дифференциалов:

свободные (без блокировки);

с ручной блокировкой;

Блокировка может быть как полной, так и частичной.

Как функционирует дифференциал и зачем его блокировать

По сути дифференциал — это механизм планетарного типа. В самом простом симметричном межколесном дифференциале четыре конические шестерни — две полуосевые (1) плюс два сателлита (4). Схема работает и с одним сателлитом, но второй добавлен, чтобы сделать устройство более мощным. В грузовиках и внедорожниках ставят две пары сателлитов.

Чашка (корпус) (5) выполняет роль водила для сателлитов. В ней жестко закреплена большая ведомая шестерня (2). Она получает вращающий момент от КПП посредством ведущей шестерни главной передачи (3).

На прямой дороге колеса, а значит, и их полуоси крутятся с одинаковой угловой скоростью. Сателлиты совершают обороты вокруг колесных полуосей, но вокруг собственных осей не вращаются. Таким образом они вращают полуосевые шестерни, придавая им одинаковую угловую скорость.

В повороте у колеса, идущего по внутренней (меньшей) дуге, сопротивление качению больше и потому оно замедляется. Поскольку соответствующая полуосевая шестерня также начинает вращаться медленнее, она заставляет крутиться сателлиты. Их вращение вокруг собственной оси приводит к увеличению оборотов шестерни на полуоси наружного колеса.

Подобная ситуация может возникнуть и в тех случаях, когда покрышки имеют недостаточное сцепление с дорогой. К примеру, колесо попадает на лед и начинает проскальзывать. Обычный свободный дифференциал станет передавать вращение туда, где сопротивление меньше. В результате проскальзывающее колесо будет вращаться еще быстрее, а противоположное практически остановится. Машина в итоге не сможет продолжить движение. Причем картина принципиально не изменится и в случае полного привода, поскольку межосевой дифференциал также передаст всю мощность туда, где встретит меньшее сопротивление, то есть на мост с проскальзывающим колесом. В итоге даже полноприводный автомобиль может застрять, если забуксует всего одно колесо.

Данное явление серьезно ухудшает проходимость любого автомобиля и совершенно неприемлемо для внедорожников. Исправить ситуацию можно блокированием дифференциала.

Типы блокировок

Полная принудительная блокировка

Добиться полной ручной блокировки можно, заклинив сателлиты так, чтобы лишить их возможности крутиться вокруг собственной оси. Другой способ — ввести чашку дифференциала в жесткое зацепление с полуосью. Оба колеса станут крутиться с равной угловой скоростью.

Для включения данного режима нужно всего лишь нажать кнопку на приборной панели. В приводном устройстве может быть задействована механика, гидравлика, пневматика либо электромотор. Такая схема годится и для межколесных и для межосевых дифференциалов. Включать ее можно, когда машина стоит на месте, а пользоваться следует лишь на малой скорости при езде по пересеченной местности. Выехав на нормальную дорогу, блокировку обязательно нужно отключить, иначе управляемость заметно ухудшится. Злоупотребление этим режимом может стать причиной поломки полуоси или сопряженных с ней деталей.

Больший интерес представляют самоблокирующиеся дифференциалы. Они не требуют вмешательства водителя и срабатывают автоматически, когда возникает надобность. Поскольку блокировка в таких устройствах неполная, то вероятность повреждения полуосей невелика.

Дисковая (фрикционная) блокировка

Это наиболее простой вариант самоблокирующегося дифференциала. Механизм дополнен набором фрикционных дисков. Они плотно прилегают друг к другу и через один жестко закреплены на одной из полуосей и в чашке.

Вся конструкция крутится как единое целое, пока скорость вращения колес не становится разной. Тогда между дисками появляется трение, ограничивающее рост разности скоростей.

Вискомуфта

Подобный принцип функционирования имеет и вискомуфта (вязкостная муфта). Только здесь диски с нанесенной на них перфорацией размещены в герметичном боксе, все свободное пространство которого заполнено силиконовой жидкостью. Ее отличительная особенность — изменение вязкости при перемешивании. Когда диски крутятся с разной скоростью, жидкость перемешивается, и чем интенсивнее перемешивание, тем более вязкой становится жидкость, доходя почти до твердого состояния. Когда скорость вращения выравнивается, вязкость жидкости быстро падает, и дифференциал разблокируется.

Вискомуфта имеет довольно большие габариты, потому используется чаще как дополнение к межосевому дифференциалу, а иногда и вместо него, выполняя в этом случае роль псевдодифференциала.

У вискомуфты есть ряд недостатков, которые существенно ограничивают ее применение. Это инерционность, значительный нагрев и плохая совместимость с ABS.

Торсен

Название происходит от Torque Sensing, то есть «воспринимающий вращающий момент». Считается одним из наиболее эффективных самоблокирующихся дифференциалов. В механизме используется червячная передача. В конструкции также есть фрикционные элементы, дополнительно передающие вращающий момент при возникновении пробуксовки.

Имеется три типа данного механизма. При нормальном сцеплении с дорогой разновидности T-1 и T-2 функционируют как дифференциалы симметричного типа.

Когда одно из колес теряет сцепление, Т-1 способен перераспределить крутящий момент в соотношении от 2,5 к 1 до 6 к 1 и даже больше. То есть колесо, имеющее лучшее сцепление с дорогой, будет получать момент больший, чем у проскальзывающего колеса, в указанной пропорции. У разновидности Т-2 этот показатель ниже — от 1,2 к 1 до 3 к 1, зато меньше люфт, вибрации и шум.

Torsen Т-3 изначально разрабатывался как несимметричный дифференциал с показателем блокирования 20. 30 %.

QUAIFE

Дифференциал Квайф назван по фамилии английского инженера, разработавшего данное устройство. По конструкции относится к червячному типу, как и Торсен. Отличается от него количеством сателлитов и их размещением. Quaife весьма популярен среди энтузиастов автомобильного тюнинга.

Определить скорость вращения колеса

Условие задачи:

Найти скорость движения автомобиля, если его колесо диаметром 1,1 м делает 309 оборотов в минуту.

Задача №1.8.3 из «Сборника задач для подготовки к вступительным экзаменам по физике УГНТУ»

(D=1,1) м, (
u=309) об/мин, (upsilon-?)

Решение задачи:

Строго говоря, относительно Земли точки колеса при движении автомобиля совершают сложное движение, при котором они двигаются и поступательно, и вращательно. Но если перейти в систему отсчета (СО), связанную с автомобилем, то колеса будут уже совершать простое вращательное движение. При этом понятно, что линейная скорость крайних точек колеса равна скорости движения автомобиля (upsilon).

Эту линейную скорость можно определить по такой формуле, учитывая, что радиус равен одной второй диаметра:

Угловую скорость (omega) найдем, используя частоту вращения (
u), данную в условии, по такому выражению:

Подставим (2) в (1):

Перед тем, как подставлять значения и вычислять ответ, переведем частоту вращения в систему СИ.

[upsilon = 3,14 cdot frac > > cdot 1,1 = 17,79; м/с]

Ответ: 17,79 м/с.

Если Вы не поняли решение и у Вас есть какой-то вопрос или Вы нашли ошибку, то смело оставляйте ниже комментарий.

Если Вам понравилась задача и ее решение, то Вы можете поделиться ею с друзьями с помощью этих кнопок.

4 мысли о « Найти скорость движения автомобиля, если его колесо диаметром 1,1 м делает »

как узнать скорость, если диаметр колеса 39 см, а скорость вращения 900 оборотов в секунду?

Таким же образом, используете такую же формулу:
v=3,14⋅900⋅0,39=1102,14 м/с
Вероятно скорость вращения все-таки 900 оборотов в минуту, иначе, как Вы видите, мы получаем невероятную скорость в 1,1 км/с. Если я прав, то ответ будет таким:
v=3,14⋅900/60⋅0,39=18,37 м/с

Есть ошибка с переводом единиц в систему Си.

v=3,14 * 900 (оборотов в минуту) * 0,39 (метра) = 1102,14 м/мин

Именно метра в минуту.
Не может быть 1102,14 м/с, если у нас вращение
900 оборотов в минуту.

Далее 1102,14 м/мин =
1102,14 * 60 минут / 1000 метров = 66,13 км/час

Вывод: при размере колеса в 39 см (15,35 дюймов) и скорости вращения 900 об/мин,
объект (автомобиль) двигается с нормальной скоростью 66,13 км/час.

Никак не с космической скоростью в 1,1 км/сек.

Это неверно.

Переход от угловой к линейной скорости.

Сегодня смотрел на детей, катающихся на карусели, и подумал — а интересно, с какой скоростью они крутятся.
Подумав еще, понял, что ответить на этот вопрос очень просто, достаточно подсчитать, сколько оборотов в минуту они совершают.

Зная число оборотов в минуту, можно найти угловую скорость в радианах в секунду — за один оборот угол меняется на радиан, за минуту — радиан, и соответственно за секунду — радиан.

Это угловая скорость — радиан/сек. Переход к линейной тривиален — углу в 1 радиан соответствует дуга окружности равная радиусу, соответственно,

Вот и все, а ниже калькулятор. Скорость в м/с приводит к км/час, чтобы было понятнее.

Немного из школьного курса математики и геометрии — как рассчитать скорость в зависимости от оборотов двигателя и выбранной передачи.
Для этого необходимо знать размерность шин и передаточные отношения главной пары и передач в коробке передач…

Формулы:
Диаметр колеса: Ширина шины, м х Профиль, % х 2 + Диаметр обода, дюймов х 2,54/100
Пример: шина 195/65R15: 0,195 х 0,65 х 2 + 15 х (2,54 / 100) = 0,63 м
Используя формулу диаметра колеса, можно посчитать на сколько изменится клиренс, поделив изменение диаметра на 2
Окружность колеса: Диаметр колеса х число Пи (3,14)
Пример: 0,63 м х 3,14 = 1,98 м
Используя формулу окружности колеса, можно посчитать на сколько процентов изменятся показания одометра и спидометра при замене дисков и/или резины, поделив новое значение окружности на старое и отняв единицу, и умножив полученное значение на сто
Скорость автомобиля при 1 000 об/мин на выбранной передаче: Окружность колеса делим на произведение передаточного отношения главной пары и передаточного отношения выбранной передачи, полученное число умножаем на 60 (минут в часе) и делим на 1 000 (метров в километре), далее полученное число умножаем на число оборотов двигателя в минуту (в нашем случае 1 000 об/мин)
Пример: [1,98 / (3,8 х 1 (пятая передача))] х (60 / 1 000) х 1 000 = 31 км/ч

Технические данные для расчетов (Hyundai Elantra MD 1.6 MPi 6AT на шинах 195/65R15):

Непосредственно сами расчеты (Hyundai Elantra MD 1.6 MPi 6AT на шинах 195/65R15):

* Максимальная мощность на этом двигателе достигается при 6 300 об/мин, максимальный крутящий момент — при 4 850 об/мин

I. Механика

Тестирование онлайн

Так как линейная скорость равномерно меняет направление, то движение по окружности нельзя назвать равномерным, оно является равноускоренным.

Угловая скорость

Выберем на окружности точку 1. Построим радиус. За единицу времени точка переместится в пункт 2. При этом радиус описывает угол. Угловая скорость численно равна углу поворота радиуса за единицу времени.

Период и частота

Период вращения T — это время, за которое тело совершает один оборот.

Частота вращение — это количество оборотов за одну секунду.

Частота и период взаимосвязаны соотношением

Связь с угловой скоростью

Линейная скорость

Каждая точка на окружности движется с некоторой скоростью. Эту скорость называют линейной. Направление вектора линейной скорости всегда совпадает с касательной к окружности. Например, искры из-под точильного станка двигаются, повторяя направление мгновенной скорости.

Рассмотрим точку на окружности, которая совершает один оборот, время, которое затрачено — это есть период T. Путь, который преодолевает точка — это есть длина окружности.

Центростремительное ускорение

При движении по окружности вектор ускорения всегда перпендикулярен вектору скорости, направлен в центр окружности.

Используя предыдущие формулы, можно вывести следующие соотношения

Точки, лежащие на одной прямой исходящей из центра окружности (например, это могут быть точки, которые лежат на спице колеса), будут иметь одинаковые угловые скорости, период и частоту. То есть они будут вращаться одинаково, но с разными линейными скоростями. Чем дальше точка от центра, тем быстрей она будет двигаться.

Закон сложения скоростей справедлив и для вращательного движения. Если движение тела или системы отсчета не является равномерным, то закон применяется для мгновенных скоростей. Например, скорость человека, идущего по краю вращающейся карусели, равна векторной сумме линейной скорости вращения края карусели и скорости движения человека.

Вращение Земли

Земля участвует в двух основных вращательных движениях: суточном (вокруг своей оси) и орбитальном (вокруг Солнца). Период вращения Земли вокруг Солнца составляет 1 год или 365 суток. Вокруг своей оси Земля вращается с запада на восток, период этого вращения составляет 1 сутки или 24 часа. Широтой называется угол между плоскостью экватора и направлением из центра Земли на точку ее поверхности.

Связь со вторым законом Ньютона

Согласно второму закону Ньютона причиной любого ускорения является сила. Если движущееся тело испытывает центростремительное ускорение, то природа сил, действием которых вызвано это ускорение, может быть различной. Например, если тело движется по окружности на привязанной к нему веревке, то действующей силой является сила упругости.

Если тело, лежащее на диске, вращается вместе с диском вокруг его оси, то такой силой является сила трения. Если сила прекратит свое действие, то далее тело будет двигаться по прямой

Как вывести формулу центростремительного ускорения

Рассмотрим перемещение точки на окружности из А в В. Линейная скорость равна vA и vB соответственно. Ускорение — изменение скорости за единицу времени. Найдем разницу векторов.

Разница векторов есть . Так как , получим

Движение по циклоиде*

В системе отсчета, связанной с колесом, точка равномерно вращается по окружности радиуса R со скоростью , которая изменяется только по направлению. Центростремительное ускорение точки направлено по радиусу к центру окружности.

Теперь перейдем в неподвижную систему, связанную с землей. Полное ускорение точки А останется прежним и по модулю, и по направлению, так как при переходе от одной инерциальной системы отсчета к другой ускорение не меняется. С точки зрения неподвижного наблюдателя траектория точки А — уже не окружность, а более сложная кривая (циклоида), вдоль которой точка движется неравномерно.

Мгновенная скорость определяется по формуле

способ контроля углов установки колес автомобиля и давления воздуха в шинах колес автомобиля

Способ включает введение во взаимодействие вращающихся колес движущегося автомобиля и опорной поверхности. Вначале сравнивают угловые скорости колес каждой оси автомобиля и по разнице этих угловых скоростей колес судят о величине давления воздуха в шинах колес. Затем при допустимой величине давления воздуха в шинах колес сравнивают угловые скорости колес передней и задней осей автомобиля, а о величинах углов установки колес судят по разнице угловых скоростей колес передней и задней осей автомобиля. В результате уменьшается трудоемкость и время контроля, повышается его эффективность. 2 ил.

Формула изобретения

Способ контроля углов установки колес автомобиля и давления воздуха в шинах колес автомобиля, включающий введение во взаимодействие вращающихся колес движущегося автомобиля и опорной поверхности, отличающийся тем, что сравнивают угловые скорости колес каждой оси автомобиля и по разнице этих угловых скоростей колес судят о величине давления воздуха в шинах колес, затем при допустимой величине давления воздуха в шинах колес сравнивают угловые скорости колес передней и задней осей автомобиля, а о величинах углов установки колес судят по разнице угловых скоростей колес передней и задней осей автомобиля.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для диагностирования ходовой части автомобиля, а именно для контроля углов установки колес и давления воздуха в шинах колес автомобиля.

Известен способ контроля углов установки колес автомобиля, основанный на имитации движения автомобиля, заключающийся в том, что вводят во взаимодействие вращающиеся колеса неподвижного автомобиля и опорную поверхность путем установки автомобиля передними колесами на барабаны, имеющие возможность вращения посредством связанного с ними электродвигателя и снабженные электрическими датчиками, закрепления автомобиля за переднюю ось, приведения передних колес во вращение до заданной скорости с помощью барабанов, затем измеряют боковые силы, возникающие при взаимодействии вращающихся колес с опорной поверхностью, используя фиксацию сигналов датчиков на пульте управления. По значениям этих боковых сил определяют значение углов установки колес автомобиля. При различных углах установки колес боковые силы также будут различными. Способ контроля углов установки колес реализован в роликовом (барабанном) стенде модели КИ — 4872 (см. книгу Борц А.Д. и др. Диагностика технического состояния автомобиля. -М.: Транспорт, 1979, -с.94-95, рис.5.9).

Недостатками способа контроля углов установки колес автомобиля являются узкие технологические возможности, потому что осуществляется проверка правильности установки колес только передней оси автомобиля, повышение трудоемкости контроля и затраты времени на его проведение, обусловленные необходимостью использования громоздкого и дорогостоящего стационарного оборудования, на которое необходимо установить автомобиль для реализации способа.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является способ контроля углов установки колес автомобиля, включающий введение во взаимодействие вращающихся колес движущегося со скоростью 2-3 км/ч автомобиля и опорной поверхности, выполненной в виде плиты, установленной с возможностью перемещения по платформе, последующее фиксирование бокового перемещения плиты посредством устройства, воспринимающего боковое перемещение плиты и соединенного с указательной колонкой, снабженной световыми и звуковыми анализаторами. По величине бокового смещения плиты судят о правильности углов установки колес автомобиля (то есть о боковом уводе колес). Этот способ реализован на платформенном стенде модели ЦКТБ-К112 (см. книгу Борц А.Д. и др. Диагностика технического состояния автомобиля. — М.: Транспорт, 1979, -с.95-97, рис.5.12).

Основными недостатками вышеописанного способа контроля углов установки колес автомобиля являются узкие технологические возможности, поскольку осуществляется только контроль правильности установки колес автомобиля, движущегося с малой скоростью 2-3 км/ч, повышенные трудоемкость контроля и затраты времени на его проведение, обусловленные необходимостью использования громоздкого и дорогостоящего стационарного оборудования, низкие эффективность и достоверность контроля, так как контроль углов установки колес производят только на очень малых скоростях движения автомобиля, не охватывая всего спектра возможных скоростей движения автомобиля в реальных дорожных условиях.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе контроля углов установки колес автомобиля и давления воздуха в шинах колес автомобиля, включающем введение во взаимодействие вращающихся колес движущегося автомобиля и опорной поверхности, сравнивают угловые скорости колес каждой оси автомобиля и по разнице этих угловых скоростей колес судят о величине давления воздуха в шинах колес автомобиля, затем при допустимой величине давления воздуха в шинах колес автомобиля сравнивают угловые скорости колес передней и задней осей автомобиля, а о величинах углов установки колес судят по разнице угловых скоростей колес передней и задней осей автомобиля.

Предлагаемый способ контроля углов установки колес автомобиля и давления воздуха в шинах колес автомобиля основан на том, что при изменении углов установки колес автомобиля (развала и схождения) изменяется угловая скорость колес автомобиля при неизменной линейной скорости автомобиля (см. формулу(3)).

Техническим результатом является расширение технологических возможностей, уменьшение трудоемкости контроля и времени на его проведение, повышение эффективности и достоверности контроля.

Расширение технологических возможностей обеспечивается вследствие осуществления двух операций — контроля давления воздуха в шинах колес автомобиля и углов установки колес каждой оси автомобиля (как передней, так и задней) при прямолинейном движении в реальных дорожных условиях.

Уменьшение трудоемкости контроля и времени на его проведение достигается за счет осуществления контроля углов установки колес и давления воздуха в шинах колес автомобиля непосредственно при прямолинейном движении автомобиля, используя для измерения угловой скорости колес автомобиля, например, датчики угловой скорости антиблокировочной системы автомобиля, а в качестве решающего устройства, например, компьютер автомобиля. При этом отпадает необходимость сложного в эксплуатации стационарного оборудования, что требуется в способе — прототипе.

Повышение эффективности и достоверности контроля обеспечивается вследствие его проведения на любых скоростях реального движения автомобиля при помощи существующих систем автомобиля.

Способ контроля углов установки колес автомобиля и давления воздуха в шинах колес автомобиля поясняется схемой зависимости угловой скорости колеса автомобиля от линейной скорости автомобиля и угла схождения при неизменном радиусе колеса, где на фиг.1 изображено колесо автомобиля с углом схождения, равным нулю; на фиг.2 — колесо автомобиля с углом схождения, не равным нулю.

На чертеже дополнительно обозначено:
V лин. — вектор линейной скорости колеса автомобиля;
V бок. — вектор боковой составляющей скорости колеса автомобиля;
V дейст. — вектор действительной скорости колеса автомобиля;
— угол схождения.

Способ контроля углов установки колес автомобиля и давления воздуха в шинах колес автомобиля осуществляется следующим образом.

Выбирают прямолинейный участок опорной поверхности и включают нейтральную передачу, задействуя датчики угловой скорости, и решающее устройство, реализующие предлагаемый способ. При этом руль должен находиться в положении, соответствующем движению автомобиля, — прямо. В качестве датчиков угловой скорости колес можно использовать датчики антиблокировочной системы автомобиля, а в качестве решающего устройства — компьютер автомобиля.

Угловая скорость колеса 1 автомобиля изменяется при изменении угла колеса 1 автомобиля (на чертеже — угла схождения) и при той же линейной скорости колеса автомобиля V лин. (см. чертеж).

Эту зависимость можно представить в виде формулы (3). Из треугольника скоростей колеса автомобиля, представленного на фиг.2, можно получить зависимость действительной скорости колеса автомобиля V дейст. от линейной скорости колеса (автомобиля) V лин и угла схождения в виде выражения (1)
V дейст = V лин /cos (1)
Из выражения (1), подставив в него значение действительной скорости колеса автомобиля, выраженное по известной формуле через угловую скорость колеса W кол. и его радиус R кол. , получим выражение (2)
W кол R кол = V лин /cos (2)
Из выражения (2) можно получить зависимость угловой скорости колеса автомобиля W кол. от угла схождения колеса в виде формулы (3)
W кол = V лин /(cosR кол ) (3)
Из формулы (3) видно, что при одинаковых линейных скоростях угловая скорость больше у того колеса, у которого больше угол схождения , при одинаковых радиусах колеса.

Влияние такого угла установки колес, как развала, на угловую скорость колеса автомобиля аналогично влиянию угла схождения.

Кроме того, на угловую скорость колеса автомобиля оказывает влияние радиус колеса автомобиля. При одинаковых линейных скоростях угловая скорость будет больше у того колеса, чей радиус меньше, а радиус колеса находится в прямой зависимости от давления воздуха в шине колеса автомобиля.

Сначала сравнивают угловые скорости колес одной оси автомобиля, затем другой оси. Если угловые скорости отличаются на величину больше предельно допустимой, значение которой хранится в компьютере, значит давление воздуха в шинах колес автомобиля не удовлетворяет требованиям, снижение воздуха в шинах на одну и ту же величину маловероятно. Если давление допустимое, то сравнивают угловые скорости колес передней и задней осей автомобиля. Разница их угловых скоростей также должна находиться в заданных пределах, значение которого хранится в компьютере. Если разница укладывается в этот предел, значение углов установки колес соответствуют требованиям, и наоборот. Таким образом, по разнице угловых скоростей колес передней и задней осей автомобиля судят о величинах углов установки колес автомобиля.

Использование предлагаемого способа по сравнению с прототипом позволит расширить технологические возможности вследствие осуществления контроля углов установки колес автомобиля и давления воздуха в шинах колес движущегося автомобиля, реализуемого на действующих системах автомобиля, уменьшить трудоемкость контроля и время на его проведение, повысить эффективность и достоверность контроля, обеспечить удобство контроля за счет его реализации на действующих системах автомобиля.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector