Особливості руху еластичного колеса по криволінійній та прямолінійній траєкторії з відведенням

Abstract

Наведено результати дослідження руху еластичного колеса як цілісного механізму по криволінійній та прямолінійній траєкторіях з відведенням на опорній поверхні з високим коефіцієнтом зчеплення. Аналіз раніше проведених досліджень довів, що найповнішу теорію кочення колеса без ковзання на пружному пневматику сформулював В. М. Келдиш, який запропонував рівняння для розрахунку кривизни траєкторії руху. Через складність визначення коефіцієнтів цього рівняння на сьогодні його використання є обмеженим. У цій роботі запропоновано залежності для визначення складових рівняння кривизни траєкторії руху еластичного колеса.Згідно з теорією шиммі під час кочення еластичного колеса по криволінійній траєкторії виникає одночасно поворот диска та його бічне зміщення відносно контактного відбитка шини. Поворот диска спричиняє закручування тіла шини, а бічне зміщення зумовлює кочення колеса з кутом відведення. Встановлено, що кут закручування тіла шини за абсолютною величиною дорівнює куту відведення, а їхні значення залежать від кривизни траєкторії руху, поздовжньої осі контактного відбитка шини та наявності зчеплення у ньому.Визначено умову, за якої розподілення енергії в тілі шини на відносний поворот диска та його бічне зміщення під час руху по криволінійній траєкторії відбувається рівномірно. Отримано експериментальне підтвердження гіпотези про рівномірне розподілення підведеної до еластичного колеса енергії під час руху по криволінійній траєкторії на відносний поворот диска та його бічне зміщення.Під час руху еластичного колеса по прямолінійній траєкторії з відведенням виникає тільки бічне зміщення диска, яке супроводжується виникненням бічної сили, прикладеної у центрі контактного відбитка, та стабілізуючого моменту шини відносно вертикальної осі, що проходить через геометричний центр контактного відбитка. Визначено також витрати енергії на бічне зміщення диска під час кочення колеса з відведенням по прямолінійній траєкторії.Результати досліджень можуть стати у нагоді фахівцям, що працюють над удосконаленням експлуатаційних властивостей колісних транспортних засобів, зокрема маневреності, керованості та стійкості руху.

The results of the study of the motion of an elastic wheel as an integral mechanism along a curvilinear and a rectilinear trajectory with a slip on the ground plane having a high adhesion coefficient are presented. The previous researches analysis has shown that the most complete theory of wheel skidless rolling without slipping on elastic pneumatics was formulated by Keldysh V. M. who proposed the equation for calculating the curvature of the motion trajectory. Due to the difficulty of this equation coefficients determining, its use is currently limited. In this paper, the dependences for determining the components of the equation of the elastic wheel motion trajectory curvature have been proposed.According to the shimmy theory, during an elastic wheel rolling along a curvilinear trajectory, the rim turn and its lateral displacement relative to the tire-ground contact patch occur simultaneously. The rim turn causes tire body torsion, and the lateral displacement causes the elastic wheel moving with a slip angle. It is established that the absolute value of the tire body torsion angle is equal to the slip angle, and their values depend on the trajectory curvature, on the tire-ground contact patch longitudinal axis, and on the existence of traction there.The condition, under which the tire body energy distribution on the rim relative rotation and on its lateral displacement during the movement along a curved trajectory is uniform, has been determined. The experimental confirmation of the hypothesis of uniform distribution of the energy supplied to the elastic wheel during its movement along a curvilinear trajectory on the rim relative turning and its lateral displacement has been obtained.When the elastic wheel moves along a rectilinear trajectory with a slip, only the rim lateral displacement occurs, this displacement is accompanied by a cornering force applied in the center of the tire-ground contact patch and by the tire alining torque relative to the vertical axis passing through the contact patch geometric center. The energy consumption for the rim lateral displacement during the wheel rolling along a rectilinear trajectory with a slip has been also determined.The results of the research can be useful to professionals improving the wheeled vehicles performance characteristics, including maneuverability, handling, and road stability.