Особенности работы шин мотоцикла на поворотах

При движении мотоцикла по радиусу (на повороте) возникает центробежная сила, величина которой определяется по формуле:

F = G*V^3 / R

где F — центробежная сила;
G — масса мотоцикла;
V— скорость движения;
R — радиус поворота.

Следствием центробежной силы является боковая cила, действующая (в случае поворота мотоцикла с боковым прицепом) вдоль оси колеса.

Действие боковой силы качения

Рис. Действие боковой силы качения

Под действием боковой силы шина деформируется в поперечном направлении, причем искажается не только профиль шины, но и форма контакта.

Плоскесть колеса смещается относительно продольной оси контакта на некоторое расстояние b, зависящее от боковой жесткости шины. Боковая нагрузка Рб вызывает возникновение в зоне контакта касательных сил.

В отличие от неподвижного колеса распределение касательных сил в контакте катящегося колеса несимметрично относительно поперечной оси 0—0, в силу чего равнодействующая касательных сил несколько смещена назад относительно оси колеса на величину а. Это приводит к тому, что при качении шины каждый элемент протектора смещается в направлении увеличения касательных сил на большую величину, чем предыдущий. В результате направление движения колеса изменится. Колесо будет перемешаться под некоторым углом б к плоскости вращения.

Это явление называется боковым уводом, а угол 6 — углом бокового увода.

На рисунке показана зависимость угла увода б от боковой силы Рб.

Зависимость угла увода от боковой силы

Рис. Зависимость угла увода от боковой силы

Боковой увод может также оцениваться коэффициентом сопротивления уводу, равным отношению боковой силы Рб к углу увода б:

Л = Рб / б

На линейном участке графика коэффициент является тангенсом угла наклона характеристики к горизонтальной оси.

Действующие в зоне контакта касательные силы вызывают проскальзывание элементов рисунка протектора относительно дороги. Наибольшее проскальзывание происходит в задней части контакта, где касательные силы имеют максимальное значение. Равнодействующая касательных сил, равная по величине боковой нагрузке Рб, создает момент Мст, который стремится совместить плоскость колеса с плоскостью направления движения мотоцикла. Этот момент называется стабилизирующим моментом. Он уравновешивается моментом, приложенным водителем к рулю мотоцикла.

По мере увеличения боковой силы Рб проскальзывание в зоне контакта увеличивается. При некотором значении боковой силы наступает полное проскальзывание, вызывающее занос мотоцикла.

При движении на повороте мотоцикла с боковым прицепом водитель должен приложить к рулю определенное усилие, чтобы повернуть переднее колесо на необходимый угол (особенно заметно это при прохождении левого поворота). Это усилие уравновешивает стабилизирующий момент Мст. Чем выше скорость движения, тем большее усилие должен приложить водитель, чтобы противодействовать возрастающему Мст. В тот момент, когда начинается проскальзывание колеса в боковом направлении (т. е. начинается занос) величина Мст резко уменьшается. Водитель чувствует это по уменьшению усилия, которое он прикладывает к рулю и должен сразу принять меры, чтобы предотвратить занос.

Следовательно, условие устойчивости колеса против заноса определяется выражением:

Pб < Qv,
где Q — нагрузка на колесо;
v — коэффициент сцепления.

При движении мотоцикла с боковым прицепом по радиусу можно сделать допущение, что центробежная сила параллельна оси заднего колеса. В связи с этим условие устойчивости мотоцикла против заноса будет:

GV^2 / К = Qv
где V — скорость движения мотоцикла;
G — масса мотоцикла;
v — коэффициент сцепления;
R — радиус поворота.

Таким образом, из формулы ясно, что при движении мотоцикла с боковым прицепом на повороте постоянной кривизны критерием устойчивости мотоцикла против заноса является скорость.

Явление бокового увода наблюдается не только при движении мотоцикла с боковым прицепом по радиусу, но и при его движении по наклонной плоскости. В этом случае боковая сила Рб является составляющей веса мотоцикла, направленной параллельно наклонной плоско сти.

Схема сил, действующих на мотоцикл с боковым прицепом при качении по наклонной плоскости

Рис. Схема сил, действующих на мотоцикл с боковым прицепом при качении по наклонной плоскости

Следовательно, при постоянном коэффициенте сцепления шин с дорогой занос (боковое скольжение) может произойти только тогда, когда боковая сила будет больше силы сцепления шин с дорогой. Поскольку сила возрастает по мере увеличения угла а (наклона дороги), критерием устойчивости мотоцикла против бокового скольжения является угол наклона дороги. Однако при высоком коэффициенте сцепления шин с дорогой компоновка мотоцикла может быть такой, что боковая сила Рб при некотором угле а, не достигнув по величине силы сцепления, вызовет опрокидывание мотоцикла. Т. е., если tga>Vбок, то раньше заноса произойдет опрокидывание мотоцикла.

Схема сил, действующих на мотоцикл-одиночку при движении по радиусу

Рис. Схема сил, действующих на мотоцикл-одиночку при движении по радиусу

При движении по радиусу мотоцикла-одиночки для обеспечения устойчивости водитель наклоняет его к центру поворота. Центробежная сила F и сила тяжести Q создают опрокидывающие моменты противоположного направления относительно контакта шин с дорогой.

Условие равновесия мотоцикла-одиночки будет иметь вид:

Мf = Mq
где Мf и Мq — опрокидывающие моменты.

В этом случае равнодействующая R проходит через контакт шины с дорогой.

С увеличением скорости прохождения поворота растет центробежная сила F и опрокидывающий момент Mf.

Следовательно, для сохранения равновесия при увеличении скорости движения угол а наклона мотоцикла должен увеличиваться.

При наклоне мотоцикла боковая сила, действующая на шину, несколько меньше, чем у мотоцикла с боковым прицепом (при одинаковом значении центробежной силы). Это объясняется тем, что у мотоцикла, движущегося с наклоном, боковая сила, действующая вдоль оси колеса, является составляющей центробежной силы. При этом происходит некоторое увеличение радиальной нагрузки на шину (по сравнению с нагрузкой на прямолинейно движущемся мотоцикле), так как R>Q (R — равнодействующая сил Q и F).

В связи с этим боковая деформация шин на мотоцикле-одиночке несколько уменьшается. Угол поворота плоскости колеса при прохождении одного и того же поворота у мотоцикла-одиночки также меньше, чем у мотоцикла с боковым прицепом.

Меньшие угол поворота плоскости колеса и боковая сила, действующая на колесо, а также наклон плоскости колеса уменьшают угол увода у мотоцикла-одиночки по сравнению с мотоциклом с боковым прицепом при прохождении поворота одинакового радиуса с одинаковой скоростью.

Условие устойчивости мотоцикла-одиночки против заноса при движении по радиусу будет то же, что и для мотоцикла с боковым прицепом при движении его по наклонной плоскости, т. е.

tgа < Vбок

Основное требование, предъявляемое к шине мотоцикла, движущегося с некоторым утлом наклона к плоскости,— надежное сцепление шины с дорогой. Это условие может быть выполнено только в том случае, если во всем диапазоне возможных углов наклона мотоцикла (от 0 до 50°) величина площади контакта достаточно большая, т. е. близкая по величине или больше контакта шины при вертикальном положении мотоцикла.

Наличие постоянно большого контакта шины с дорогой при постепенном наклоне мотоцикла обеспечивается специально подобранным профилем сечения шины. имеющим определенную кривизну рабочей части протектора.

Изменяющаяся кривизна различных участков сечения шины по профилю должна иметь плавное сопряжение.

Таким образом, по профилю сечения мотоциклетные шины значительно отличаются от автомобильных шин. Кроме профиля, большое влияние на устойчивость мотоцикла, движущегося с наклоном к дороге, оказывает характер рисунка протектора. Те элементы рисунка, которые работают при наклоне мотоцикла, должны иметь достаточную жесткость в поперечном направлении. При большой подвижности элементы рисунка значительно деформируются в боковом направлении. Вследствие этого возрастает неравномерность напряжений в элементах рисунка, что приводит к увеличению удельных касательных сил. В результате проскальзывание наступает раньше, чем у шин с более жестким рисунком и, следовательно, возрастает опасность заноса. Кроме того, водитель ощущает некоторую неустойчивость мотоцикла в поперечном направлении, так называемую «игру шины», что вызывает неуверенность в управлении мотоциклом.

Сечение шины треугольного профиля

Рис. Сечение шины треугольного профиля

Особенно важны все перечисленные факторы для спортивных шин, устанавливаемых на гоночные мотоциклы.

Шины оригинальной конструкции для гоночных мотоциклов выпускает фирма «Данлоп». Эти шины отличаются от существующих мотоциклетных шин несколько необычным профилем. Сечение шины имеет форму, близкую к треугольнику. На рисунке показано сечение Шины «Данлоп» модели KR-73 размера 3,50—19.

Шина «Данлоп» модели КР-73 имеет узкую беговую дорожку при движении мотоцикла по прямой и большую площадь контакта на повороте. Однако эксплуатация мотоцикла на таких шинах требует от водителя очень высокой квалификации и большого опыта. Это объясняется тем, что при входе в поворот наклон мотоцикла должен быть произведен гораздо быстрее, чем на шинах обычного профиля, чтобы максимально сократить время качения шины на углообразном участке b, соединяющем беговую дорожку а с участком с.

Применение на гоночных мотоциклах шин с треугольным профилем позволило увеличить скорость прохождения виражей на 3,5% (по данным фирмы «Данлоп»).

1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд (Пока оценок нет)

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.