В современных условиях перевозки грузов идут при больших скоростях. Поэтому аэродинамическое сопротивление существенно возрастает. Сила сопротивления воздуха состоит из нескольких составляющих основной из которых является сила лобового сопротивления. При движении автомобиля впереди него возникает избыточное давление воздуха, а сзади пониженное. Кроме лобового сопротивления на автомобиль воздействуют силы, создаваемые сопротивлением выступающих поверхностей, силы возникающие при прохождении воздуха через радиатор и подкапотное пространство, силы трения воздуха о поверхность.

Силу сопротивления воздуха определяют по формуле

P_w = Cx ⋅ ρ_в ⋅ F ⋅ V²,                                                 (7)

где С_х – коэффициент аэродинамического сопротивления;

ρ_в – плотность воздуха при стандартных атмосферных условиях, ρ_в = 1,225 кг/м³;

F – площадь лобового сопротивления, м²;

V – скорость автомобиля, м/с;

P_w – сила, Н.

Коэффициент аэродинамического сопротивления Сх определяют опытным путем. Измеряют силу сопротивления воздуха при движении автомобиля с различными скоростями. Затем измеряют силу сопротивления воздуха при движении цилиндра, у которого поперечное сечение равно наибольшему поперечному сечению автомобиля. Отношение этих сил при одинаковых скоростях автомобиля и цилиндра и есть коэффициент аэродинамического сопротивления, т.е.

С_х = .                                         (8)

Коэффициент С_х – безразмерный параметр.

При движении автомобиля по дороге трудно разделить силы сопротивления воздуха и силы сопротивления качению. Поэтому испытания проводят в аэродинамических трубах, в которых мощные вентиляторы создают требуемые скорости воздуха относительно неподвижного автомобиля. Испытывают или натуральные модели автомобилей, или их уменьшенные копии.

При доводке легковых автомобилей уделяется много внимания как форме автомобиля, так и его отдельным элементам. У большинства моделей легковых автомобилей значение коэффициента С_х лежит в пределах 0,3-0,34. Например, у автомобиля ВАЗ «Лада Приора» С_х = 0,32, у автомобиля ВАЗ–2110 – 0,347. У автомобиля ВАЗ-2121 «Нива» С_х = 0,536, а у «Нива Шевроле» – 0,455.

У грузовых автомобилей большая площадь фронтальной поверхности. Кузов автомобиля и полуприцепа может значительно превышать высоту кабины тягача. В этом случае условия обтекания автопоезда воздухом существенно ухудшаются. Поэтому на таких автомобилях на крыше кабины устанавливают аэродинамический щиток – спойлер, который имеет возможность менять угол наклона и тем самым приспосабливать его для полуприцепов разной высоты. Имеет значение величина зазора между кабиной тягача и полуприцепа. В этом зазоре возникают завихрения, которые ухудшают условия обтекания полуприцепа особенно при боковом ветре. Установка тента на кузов автомобиля снижает величину коэффициента С_х, но увеличивается лобовая площадь.

В таблице 3 для разных классов грузовых автомобилей приведены ориентировочные усредненные значения коэффициентов С_х и диапазон изменения лобовой площади F. Эти данные могут быть использованы для ориентировочного определения аэродинамического сопротивления однотипных объектов.

Таблица 3 – Усредненные численные значения коэффициентов С_х и диапазоны изменения лобовой площади F

Примечание. При наличии аэродинамического обтекателя на крыше кабины автомобиля численные значения С_х снижаются на 20%.

Сопротивление качению шин

Автомобильные колеса воспринимают всю массу автомобиля и динамические нагрузки, передаваемые на раму или кузов автомобиля, смягчают и поглощают толчки и удары от неровностей дороги. От характера взаимодействия колес с дорогой зависят тяговые и тормозные свойства автомобиля, плавность хода, экономичность, проходимость, устойчивость и управляемость. Колеса должны иметь минимальное сопротивление качению, хорошее сцепление и демпфирующие свойства, бесшумность работы, высокую долговечность и износостойкость. Для разных условий эксплуатации автомобилей промышленность выпускает разные шины.

Конструкция шин

Основными элементами шин являются каркас, брекер, протектор, боковины и борты.

Каркас – это главный силовой элемент покрышки, состоящий из нескольких слоёв обрезиненного корда, закрепленных, как правило, на бортовых кольцах. Корд представляет собой ткань, состоящую из толстых нитей основы и тонких редких нитей по утку, изготавливаемую на основе натуральных или синтетических волокон, или тонких стальных нитей (металлокорд). В зависимости от ориентации нитей корда в каркасе различают шины радиальные и диагональные. В радиальных шинах нити корда расположены вдоль радиуса колеса, а в диагональных под углом 45-60⁰к радиусу колеса, причем нити соседних слоёв перекрещиваются. Радиальные шины более жесткие, у них больший ресурс, лучшая стабильность формы пятна контакта, меньше сопротивление качению.

Брекер – это внутренняя деталь покрышки, расположенная между каркасом и протектором и состоящая из нескольких слоёв обрезиненного металлического или другого корда. Брекер предназначен для смягчения ударных нагрузок, возникающих при движении автомобиля по дороге.

Протектор – наружная резиновая часть покрышки шины, как правило с рельефным рисунком, обеспечивающая сцепление с дорогой и предохраняющая каркас от повреждений.

Радиальные шины, в отличие от диагональных, имеют каркас с меньшим числом слоёв корда. Они имеют мощный брекер, чаще металло кордный. Это обеспечивает им меньшую окружную деформацию при качении и меньшее проскальзывание протектора при контакте с дорогой. Радиальные шины имеют также пониженное теплообразование и меньшие потери на качение. Они выдерживают более высокие нагрузки и скорости.

Диагональные шины обычно используют, в основном, для грузовых и внедорожных машин, работающих в условиях бездорожья. Они обеспечивают хорошую проходимость техники и имеют большую механическую прочность в таких условиях эксплуатации.

Обозначения шин

В обозначении шин указаны их основные размеры. В РФ по ГОСТ 4754-97 допускаются обозначения, принятые и в Западной Европе, и в США, т.е. допускается различное обозначение. Поэтому обозначение лучше пояснить на примерах. Основные размеры шины, установленной на диск колеса и накачанной до требуемого давления воздуха, показаны на схеме.

Рисунок 1 – Схема шины

Шина 315/80 R 22,5

Первые цифры это ширина В = 315 мм. Вторые цифры означают отношение высоты профиля к ширине в процентах, т.е. Н = 80%, В = 0,8 ∙ 315 = 252 мм.

Буква R означает, что шина радиальная. Если буквы R нет, то шина диагональная, но буква D не ставится. Последние цифры – это диаметр диска в дюймах, т.е. d₀ = 22,5 дюйма = 22,5 ∙ 25,4 = 571,5 мм.

Наружный диаметр этой шины, установленной на диск и накачанной до требуемого давления, но без нагрузки D ₀ = d₀+2Н = 571,5 + 2 ∙ 252 = 1075,5 мм.

Шина 11.00 R 20

Первые цифры – ширина в дюймах, т.е. В = 11 ∙ 25,4 = 279,4 мм. Следующие два ноля означают, что высота профиля составляет 92 % от ширины, Н = 92%, В = 0,92 ∙ 279,4 = 257 мм, R – радиальная, d₀ = 20 дюймов = 20 ∙ 25,4 = 508 мм.

D₀ = d₀ + 2Н = 1022 мм.

Шина 8,25 R 20

Первые цифры – ширина в дюймах В = 8,25 ∙ 25,4 = 209,6 мм. Высота профиля для такого обозначения Н = (80 – 82) %, В = 0,81 ∙ 209,6 = 170 мм.

Диаметр диска колеса d₀ = 20 дюймов = 20 ∙ 25,4 = 508 мм.

D ₀ = d₀ + 2Н = 848 мм.

По американскому стандарту все размеры шины в дюймах и первые цифры – это наружный диаметр. Например, шина внедорожника 35 12,50 R15.

Наружный диаметр D ₀ = 35 дюймов = 35 ∙ 25,4 = 889 мм. Следующее число – ширина В = 12,50 ∙ 25,4 = 317,5 мм. R – радиальная, d₀ = 15 дюймов = 381 мм.

Высота профиля для этой шины Н = = 254 мм = 80% В.

Шина 1350х550х533 R

Наружный диаметр D₀ = 1350 мм, ширина протектора B = 550 мм, диаметр диска d₀ = 533 мм.

R – радиальная.

Высота профиля этой шины H =

Могут встречается и другие варианты обозначения шин.