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汽车制动时车轮受力分析

时间:2022-10-06 百科知识 版权反馈
【摘要】:图2-4所示为汽车在良好的硬路面上制动时车轮的受力情况,图中滚动阻力偶矩和减速时的惯性力、惯性力偶矩均忽略不计。在轮胎周缘克服制动器摩擦力矩所需的力称为制动器制动力,用符号Fu表示。在制动过程中,当制动踏板力较小时,制动器摩擦力矩Tu不大,地面制动力Fxb足以克服制动器摩擦力矩而使车轮滚动。

要使行驶中的汽车降低车速或停车,必须使汽车受到与行驶方向相反的外力,这种外力只能由地面和空气提供。我们知道:一般情况下空气阻力相对较小,所以实际上外力主要是由地面提供的,这种力称为地面制动力。地面制动力越大,制动减速度越大,制动距离也越短,所以地面制动力对汽车制动性具有决定性影响。

下面分析一个车轮在制动时的受力状况,以说明影响汽车地面制动力的主要因素。

1.地面制动力Fxb

图2-4所示为汽车在良好的硬路面上制动时车轮的受力情况,图中滚动阻力偶矩和减速时的惯性力、惯性力偶矩均忽略不计。Tu是车轮制动器中摩擦片与制动鼓或盘相对滑转时的摩擦力矩,单位为N·m;Fxb是地面制动力,单位为N;W为车轮垂直载荷,Tp为车轴对车轮的推力,FZ为地面对车轮的法向反作用力,它们的单位均为N。

图2-4 车轮在制动时的受力情况

显然,从力矩平衡得到:

式中 r——车轮半径,m。

地面制动力Fxb是使汽车制动而减速行驶的外力,其大小取决于两个摩擦副的摩擦力:一是制动器内制动摩擦片与制动鼓 (或制动盘)间的摩擦力;二是轮胎与地面间的摩擦力(附着力)。

2.制动器制动力Fu

在轮胎周缘克服制动器摩擦力矩所需的力称为制动器制动力,用符号Fu表示。它的测得方法是:将汽车架离地面,并踩住制动踏板,在轮胎周缘沿切线方向推动车轮直至它能转动所需的力。

制动器制动力不仅由制动器结构参数所决定,即取决于制动器的形式、结构尺寸、制动器摩擦副的摩擦面数以及车轮半径,还与制动踏板力即制动系的液压或空气压力成正比。

3.地面制动力、制动器制动力与附着力之间的关系

在制动过程中,当制动踏板力较小时,制动器摩擦力矩Tu不大,地面制动力Fxb足以克服制动器摩擦力矩而使车轮滚动。车轮滚动时的地面制动力就等于制动器制动力,并随踏板力的增长成正比地增长 (见图2-5),此时:

但由于地面制动力是滑动摩擦的约束反力,故其值不能超过附着力,即:

Fxb≤Fφ=Fzφ  (2-18)

图2-5 制动过程中地面制动力、制动器制动力及附着力的关系

当制动踏板力或制动系统液压力上升到某一值时,地面制动力Fxb达到附着力Fφ的值,车轮将抱死不转而出现拖滑现象;而制动器制动力Fu随制动踏板力的上升将继续上升,地面制动力Fxb在达到附着力Fφ的值后就不再增加了。

由此可见,汽车的地面制动力Fxb首先取决于制动器制动力Fu,如没有制动器制动力的作用,则地面制动力也不会产生,但其同时又受地面附着条件的限制。所以只有当汽车具有足够的制动器制动力,同时地面又能提供大的附着力时,才能获得足够的地面制动力。

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