Как определить центр тяжести автомобиля: Центр тяжести автомобиля

Содержание

Центр тяжести автомобиля

При расчете автомобиля необходимо учитывать важные этапы компоновки и конструирования автомобиля. Сегодня мы с вами будем определять центр тяжести автомобиля и распределения его массы по осям.

Определение центра тяжести автомобиля и распределение массы автомобиля по осям

Для расчета весовых характеристик автомобиля в расчет обычно принимается масса взрослого человека (около 70кг), а для детей 35 кг. Центр массы взрослого человека принимается на обоснованном расстоянии от нижней крайней точки спинки сиденья и составляет 200 мм. Чтобы определить массу, приходящуюся на одну ось необходимо использовать уравнение моментов.

Сейчас мы рассмотрим расчет распределения нагрузки задней оси:

центр тяжести автомобиля

Расчетная схема определения нагрузки, центр тяжести автомобиля который
приходится на заднюю ось автомобиля:

Gt — это сила тяжести рулевой колонки автомобиля; G1 — сила тяжести рулевого управления автомобиля; G2— сила тяжести кардана автомобиля; G3— сила тяжести силового агрегата автомобиля; G4 — сила тяжести передних сидений автомобиля; G5 — сила тяжести аккумулятора автомобиля; G6 — сила тяжести кузова; G7— сила тяжести задних сидений; G8 — сила тяжести задней подвески автомобиля и моста; С9 — сила тяжести задних колес; G 10 — сила тяжести глушителя выпускной системы автомобиля; G11- сила тяжести запасного колеса; l1,l2…l12  — расстояние от выбранного агрегата до передней оси автомобиля.

Проектирование автомобиля осуществляется с использованием следующих параметров: масса отдельных частей автомобиля, сухая масса автомобиля, реальные массы агрегатов.

Сила тяжести определяется в Ньютонах для этого необходимо получить произведение массы автомобиля, умноженной на коэффициент 9,8. Еще необходимо найти в справочнике массу всех агрегатов и узнать расстояние агрегатов и механизмов до осей автомобиля. Для определения силы тяжести, которая приходится на задний мост необходимо сложить произведения сил тяжести умноженных на расстояния между осями до центра масс агрегата или механизма и разделить на расстояние между принятыми осями автомобиля. Во время расчета принимаем знаки соответствующие математическим выражениям.

Во время рассмотрения оси, справа от нее существует момент силы, произведение сил тяжести на расстояние, тогда принимается знак «+», а моменты сил слева от оси принимаются со знаком «-».

центр тяжести автомобиля

Среднестатистические значения центров масс отдельных узлов и агрегатов автомобилей, выраженные в кг.

Для определения силы тяжести, которая приходиться на другую ось можно воспользоваться таким же методом.

Во время проектирования автомобиля не достаточно построить изображение и дизайн на бумаге. Если проектируется пространство и посадочное место для водителя, необходимо изготовить специальный макет, который создается в натуральную величину , то же самое применяем и к внешнему облику автомобиля, необходимо построить макет, который будет полностью соответствовать параметрам кузова автомобиля. С этого момента можно поговорить и о дизайне кузова автомобиля и его компоновке.

формула центр тяжести

Каждый конструктор ставит перед собой задачу создать, что-то такое чего раньше еще не было, так и в автомобильной отрасли автомобиль должен быть единственным в своем роде, оригинальным.

Требования к проектируемым автомобилям должны соответствовать определенной направленности и динамичности. Важно создать свой оригинальный характер и построение формы автомобиля со спортивной нотой, вид капли, что очень популярно и использовалось кампанией Porshe, форма должна быть изящной и аэродинамической, что уменьшает сопротивления воздуха. Форма капли сама по себе говорит об улучшении аэродинамики и уменьшении воздушного сопротивления, динамичность у нее в крови.

Когда автомобиль движется в пространстве, его внешние

детали испытывают сопротивления воздуха. Сопротивление воздуха оказывает огромное влияние на расход мощности автомобиля. Конструкторы ставят задачу уменьшить повышенное сопротивление воздуха. И скорость движения равно пропорциональна потери мощности на воздушное сопротивление.

Для того чтобы разобраться в вопросах потери мощности, необходимо разобраться в вопросах аэродинамики.

Аэродинамическое сопротивление при перемещении автомобиля в пространстве состоит из нескольких составляющих:

1)      Аэродинамическое сопротивление формы автомобиля в движении;

2)      Индуктивное сопротивление;

3)      Сопротивление внутренних потоков.

Аэродинамическое сопротивление. В большей части сопротивление воздуха зависит от формы и поверхности автомобиля. Поверхность кузова автомобиля влияет на обтекание воздухом и плавность хода. Идеальной в этом смысле является капельная форма кузова. Для создания идеального автомобиля следует избегать остро выраженных углов, и создавать легкие гладкие поверхности кузова автомобиля.


Индуктивное сопротивление зависит от подъемной силы автомобиля, которая возникает при понижении давления в верхней части автомобиля и повышения давления в нижней части в районе днища. Такой принцип сопротивления очень подобает движению самолетного крыла. Такой вид сопротивления воздуху можно отметить на высоких скоростях движения автомобиля. Чтобы уменьшить индуктивное сопротивление используют вспомогательные устройства, такие как спойлеры, антикрылья, подвесы.


Поверхностное сопротивление возникает вследствие трения мелких частиц воздуха, которые следуют по касательной, направляясь к поверхности кузова автомобиля. Поэтому покрытия кузова имеет тоже очень важную роль.


Интерференционное сопротивление это сопротивление, создаваемое различными частями деталей автомобиля, которые выступает за его пределы. Эти элементы могут создавать собственные сопротивления. Способы уменьшения интерференционного сопротивления могут крыться в установке специальных ручек, обода фар, форменных наружных зеркал, ветровых стекол.

Зоны сопротивления воздуха

Зоны сопротивления, создаваемые потоком воздуха.

Чтобы уменьшить сопротивление воздуха каналы входа потока воздуха должны быть размещены внутри кузова, где создается наибольшее давление (передняя часть кузова, зона, находящаяся в районе переднего бампера, и у бокового стекла). Каналы, которые будут выпускать воздух из кузова выполнять пропорционально и в зоне разряжения (задняя часть кузова, передние крылья, район кузова вблизи заднего стекла).

Компоновка необходима для решения стратегического направления при создании конструкции кузова. В процессе создания компоновки отдельные элементы приходится изменять, править, экспериментировать, рассчитывать.

Компоновка автомобиля выполняется в трех видах. Компоновочные чертежи включают: вид сбоку, спереди и сверху. Для точности выполнения компоновки автомобиля строится специальная сетка с установленными расстояниями между линиями в 200 мм.

Пример компоновочного чертежа вы можете увидеть на рисунке.

компоновочный чертеж автомобиля

Центр тяжести автомобиля, расположение центра тяжести, устойчивость автомобиля


Под центром тяжести автомобиля понимается условная точка, в которой как бы сосредоточен весь вес автомобиля. Распределение веса по осям характеризуется расположением центра тяжести автомобиля. Чем ближе к одной из осей расположен центр тяжести, тем больше будет нагрузка на эту ось. На ненагруженных грузовых автомобилях нагрузка на переднюю ось составляет примерно 40%; а на заднюю — 60%, на груженых соответственно — 30 и 70%. На легковых автомобилях нагрузка на оси распределяется примерно поровну. Положение центра тяжести оказывает большое влияние на устойчивость и управляемость автомобиля, поэтому водитель должен это всегда учитывать.


Рис.1 Центр тяжести автомобиля и его расчет.

Положение центра тяжести автомобиля зависит от его компоновки, а также от величины, расположения и объемного веса груза и, следовательно, существенно изменяется при эксплуатации автомобиля. Если автомобиль нагружен железобетонными плитами, то центр тяжести будет расположен значительно ниже, чем при перевозке железнодорожных контейнеров. Однако независимо от характера груза центр тяжести груженого автомобиля всегда выше нежели у негруженого. Поэтому мнение, бытуемое у многих водителей, о том, что нагруженный автомобиль более устойчив, — ошибочно.

Чем выше расположен центр тяжести, тем хуже устойчивость автомобиля против опрокидывания. Это наиболее характерно для автобусов при наличии стоящих пассажиров, автомобилей (автопоездов), перевозящих высокогабаритные грузы, автомобилей — фургонов и специальных автомобилей (автокраны, автовышки и др.).


Рис.2 Высота центра тяжести автомобиля.

Силой тяжести автомобиля называется вес автомобиля (в килограммах), сосредоточенный в его центре тяжести. Она направлена по линии от центра тяжести к центру Земли.

При прямолинейном движении автомобиля обеспечивается поперечная и продольная устойчивость, если линия действия силы тяжести не выходит за пределы периметра точек опоры автомобиля. Если линия действия силы тяжести автомобиля пересекается с поверхностью дороги (местности) за пределами площади, ограниченной точками опоры колес, то автомобиль может потерять устойчивость и опрокинуться.

Нередко имеют место случаи опрокидывания автомобилей не только при движении на поворотах, спусках, подъемах и косогорах, но и на ровных прямых участках дорог. Как правило, это происходит при резком торможении и резких поворотах на высоких скоростях движения.

Определение центра масс автомобиля

№  пп

Наименование параметра

Размерность

Значение

1

Грузоподъемность

кг

600

2

Допустимая масса прицепа (полуприцепа)

кг

700

3

Собственная масса, mо

кг

2070

4

на переднюю ось, mо1

кг

1065

5

на заднюю ось, mо2

кг

1005

6

Полная масса, mа (уаз 3160)

кг

2670(2650)

7

на переднюю ось, mа1

кг

1220

8

на заднюю ось, mа2

кг

1430

9

Радиус поворота по оси внешнего переднего колеса

м

10

Максимальная скорость

км/ч

150

11

Контрольный расход топлива при 90 км/ч

л/100км

10,4

12

Передаточное число: I передачи

4,155

13

II передачи

2,265

14

III передачи

1,428

15

IV передачи

1,000

16

V передачи

0,880

17

передачи заднего хода

3,827

18

Раздаточной коробки: I

1

19

II                        

1,95

20

Главной передачи

5,83

21

Число ходовых колес

4

22

Размер шин

245/70 R16

23

Статический радиус колеса

м

0,343

24

Момент инерции колеса

кг·м

1,9

25

База, L

мм

2760

26

Колея передних колес, Bп

мм

1600

27

задних колес, Bз

мм

1600

28

Кузов: длинна, lk

мм

4647

29

ширина, bk

мм

1929

30

высота hk

мм

2000

31

погрузочная высота hП

мм

740

Характеристика УАЗ – Patriot

Характеристика двигателя ЗМЗ-409.10

Наименование параметра

Размерность

Значение

Максимальная мощность ne ,  при 4400 об/мин

кВт

105

Максимальный крутящий момент Me , при 3900 об/мин

Н·м (кг·см)

230 (23.5)

Момент инерции вращающихся частей

кг·м2

0,23

Степень сжатия

9,0

Минимальный эффективный расход топлива

г·кВт·ч

265

Скоростная характеристика, зависимость :

Ne , об/мин

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

4500

5000

Me , Н·м

171

198

213

221

220

227

230

226

216

Определение центра масс автомобиля.

Для начала определяем координаты центра масс порожнего автомобиля:

Ординату h0 принимаем равной , где rk — статический радиус колеса. Получем .

Абсциссу определим из уравнения моментов относительно точки А:

,

Отсюда =1340 (мм)

Далее определим массу пассажиров:

на переднем ряду:  кг;

на заднем ряду:  кг;

Из этого следует, что допустимая масса груза:  кг;

Массив исходных данных для расчета координат центра масс

Параметр автомобиля

Размерность

Значение

Собственная снаряженная масса, mo

В том числе на переднюю ось, mo1

В том числе на заднюю ось, mo2

кг

кг

кг

2070

1065

1005

Масса груза, mг

кг

225

Число посадочных мест, Zп

В том числе на переднем ряду, Zп1

В том числе на заднем ряду, Zп2

5

2

3

Масса пассажиров, mп

кг

75

Полная масса автомобиля, mа

кг

2670

Статический радиус колеса, rк

мм

343

База автомобиля, L

мм

2760

Координаты центра масс, m0: x10

                                                     h0,

мм

1340

515

Координаты центра масс, mп1: x1,

                                                     h1,

мм

мм

1270

1160

Координаты центра масс, mп2: x2,

                                                     h2,

мм

мм

2210

1200

Координаты центра масс, mг: xг,

                                                  hг,

мм

мм

3000

1300

Составим уравнение моментов относительно точки В для определения абсциссы центра масс груженого автомобиля:

Для определения ординаты, так же составляем уравнение моментов:

Составим уравнение моментов относительно точки А для нахождения Rz2 груженного автомобиля:

Для нахождения Rz1 составим уравнение суммы сил параллельных оси у:

Определим реакции, действующие на порожний автомобиль:

Найдем распределение массы по осям груженого автомобиля:

Блок производных исходных данных

Показатель

Размерность

Значение

Координаты центра масс порожнего АТС: xо

                                                                       hо

мм

мм

1340

515

Координаты центра масс груза: xг

                                                      hг        

мм

мм

3000

1300

Координаты центра масс груженого АТС: xа

                                                                      hа

мм

мм

1549

653

Нормальные реакции дороги груженого АТС, действующие на:

колеса передней оси, RZ1

колеса задней оси, RZ2

Н

Н

11480,8

14685,2

Лобовая площадь АТС, Fа

м2

2,924

Что такое центр тяжести автомобиля, и на что он влияет — Лайфхак

  • Лайфхак
  • Вождение

Фото https://www.thesun.co.uk

Под центром тяжести автомобиля подразумевается условная точка, в которой сосредоточен весь его вес. От ее расположения зависит распределение веса по осям машины, и в легковушках эта нагрузка разделяется по ним примерно поровну. От размещения центра тяжести зависит устойчивость, а следовательно, и управляемость машины.

Нагружая автомобиль тяжелой поклажей, мы можем запросто сместить его центр тяжести. Поэтому делать это надо с умом, иначе машина во время движения будет склонна к опрокидыванию. Например, при перегруженном багажнике на крыше центр тяжести сместится вверх. Впрочем, он все равно окажется выше, даже если забить неподъемным барахлом салон и багажник. Так что в любом случае груженая машина на дороге менее устойчива, чем пустая.

Как раз высота центра тяжести автомобиля влияет на перераспределение нормальных реакций по колесам при разгонах и торможении, а также при кренах автомобиля во время поворотов. Чем выше находится центр тяжести, тем меньше его устойчивость, и больше его склонность к опрокидыванию. Чтобы это понять, достаточно представить, что происходит при разгоне, торможении и в поворотах с движущимся подъемным краном.

Неслучайно инженеры стремятся разместить центр тяжести автомобиля как можно ближе к поверхности дороги, чтобы конструкция была максимально устойчива во время движения. Неслучайно спортивные машины имеют низкий клиренс. Так что кроссовер с большим дорожным просветом в сравнении с седаном всегда будет менее устойчив.

Еще одна важная величина — сила тяжести. Речь идет о весе автомобиля, сосредоточенном в его центре тяжести, откуда эта сила направлена к центру Земли. Движущейся прямо транспортное средство будет сохранять продольную и поперечную устойчивость до тех пор, пока линия действия силы тяжести не выйдет за пределы периметра четырех колес, которые являются точками опоры автомобиля. Как только вектор направления силы тяжести автомобиля сместится за пределы площади, ограниченной колесами, автомобиль тут же потеряет устойчивость и может опрокинуться.

Например, во время прохождения поворотов на высокой скорости линия действия силы тяжести сдвигается в бок под воздействием инерции на автомобиль — во внешнюю сторону поворота. В этом случае высок риск опрокидывания. При крутом спуске с горы в случае экстренного торможения вектор направления силы тяжести резко смещается вперед, провоцируя автомобиль к продольному опрокидыванию. И чем больше скорость, тем выше шанс потерять равновесие во время любых маневров.

5790

5790

29 октября 2019

12869


Как определить центр тяжести автомобиля

Страницы работы

Содержание работы

Допустимая масса прицепа (полуприцепа)

Радиус поворота по оси внешнего переднего колеса

Контрольный расход топлива при 90 км/ч

Передаточное число: I передачи

передачи заднего хода

Раздаточной коробки: I

Число ходовых колес

Статический радиус колеса

Момент инерции колеса

Колея передних колес, Bп

Характеристика УАЗ – Patriot

Характеристика двигателя ЗМЗ-409.10

Максимальная мощность ne , при 4400 об/мин

Максимальный крутящий момент Me , при 3900 об/мин

Момент инерции вращающихся частей

Минимальный эффективный расход топлива

Скоростная характеристика, зависимость :

Определение центра масс автомобиля.

Для начала определяем координаты центра масс порожнего автомобиля:

Ординату h принимаем равной , где rk – статический радиус колеса. Получем .

Абсциссу определим из уравнения моментов относительно точки А:

,

Отсюда =1340 (мм)

Далее определим массу пассажиров:

на переднем ряду: кг;

на заднем ряду: кг;

Из этого следует, что допустимая масса груза: кг;

Массив исходных данных для расчета координат центра масс

Собственная снаряженная масса, mo

В том числе на переднюю ось, mo1

В том числе на заднюю ось, mo2

При создании спортивного автомобиля нередко изменяется подвеска, узлы и агрегаты меняют своё положение, также изменяется положение пилота, добавляются новые механизмы или снимаются ненужные для спорта. Всё это может потребовать расчёта координат центра тяжести (далее ЦТ).

Зная координаты ЦТ можно прогнозировать будущую развесовку и углы опрокидывания, расчитать подвеску в популярных калькуляторах, оценить поведение автомобиля при разгоне и торможении.

От общих слов хочу перейти ближе к телу.

На базе Жужи Синей Масти (это Pajero II) строю трофи-мобиль с множеством изменений, все узлы меняют своё положение, а подвеска меняет геометрию. Сначала меня очень интересовала развесовка по осям, хотелось добиться идеального соотношения 50/50 %. Сейчас, зная кординаты ЦТ, расчитываю заднюю подвеску на четырёх продольных рычагах, впереди расчёт передней подвески на двойных поперечных рычагах.

Для себя создал калькулятор расчёта развесовки и ЦТ. На данном этапе уже могу поделиться и калькулятором в Excel, и некоторым алгоритмом расчёта на основе своего опыта.

1. Для точного расчёта нужно знать массу (вес) каждого агрегата (элемента) и чем больше элементов в расчёте, тем точнее будет результат. В моём случае я считал массу агрегатов по всем комплектующим на основе данных из каталогов в Интернете. Для своей комплектации все основные узлы я просчитал, но, наверное, не успокоюсь и добью абсолютно все детали.

2. В графическом редакторе, поддерживающим слои, открываем фотографию (боковою проекцию) своего автомобиля. Фотография должна быть с минимумом искажений по перспективе. Чертёж автомобиля (внешний вид) на основе заводского – идеальный вариант. Зная основные геометрически параметры (база, длина и т.п.) добавляем слой с сеткой, подгоняем масштаб сетки под масштаб фото. Сетку подгоняем под шаг 100 мм (можно и точнее, но это менее удобно).

3. Вносим виртуальные изменения во внешний вид (все отдельными новыми слоями), если стоит задача просчитать изменения, подвигать элементы и найти их оптимальное положение. Я менял диаметр колёс, боди-лифт и прочее.

4. Вносим в проект чертежи агрегатов новыми слоями, подгоняем их масштаб по сетке и играем их прозрачностью в редакторе. Для этой операции можно взять разрез агрегата из руководства по ремонту, замерить несколько линейных размеров для подгонки под масштаб. Отмечаем примерные ЦТ каждого агрегата. Для перфекционистов: зная массу каждой детали в агрегате (например в коробке передач) и расположение на чертеже, можно вычислить очень точно ЦТ каждого агрегата. Но для примерного расчёта достаточно принять геометрический центр агрегата с некоторой поправкой за его ЦТ.

Центр – тяжесть – автомобиль

Центр тяжести автомобиля – это условная точка, в которой сосредоточивается весь его вес. Расположение центра тяжести оказывает большое влияние на устойчивость и управляемость автомобиля, что должен всегда учитывать водитель автомобиля. Расположение центра тяжести по высоте зависит от характера и веса груза. Например, если легковой автомобиль нагружен грузом, расположенным только в кузове, то его центр тяжести будет значительно ниже, чем при перевозке груза на багажнике, расположенном над крышей. Однако независимо от характера груза и его размещения центр тяжести груженого автомобиля будет всегда выше, нежели у негруженого. Поэтому мнение, бытуемое у многих водителей, что нагруженный автомобиль более устойчив и тем более против опрокидывания – ошибочно. [1]

Высота центра тяжести автомобиля влияет на перераспределение нормальных реакций по колесам при разгонах и торможении, а также при наклонах автомобиля, что отражается на сцепной массе и, следовательно, на максимальной тяговой силе. [2]

Расположение центра тяжести автомобиля имеет существенное значение. Оно характеризует устойчивость автомобиля против опрокидывания. Конструкторы стремятся расположить центр тяжести автомобиля как можно ближе к поверхности дороги. [4]

К центру тяжести автомобиля приложена сила тяжести G M Ag, а также сила инерции Р и поступательно движущихся масс, направленная противоположно ускорению. [6]

Кроме того центр тяжести автомобиля немного смещают в сторону передней оси, что увеличивает составляющую центробежной силы, действующую на управляемые колеса. [7]

О – центр тяжести автомобиля ; Рв – сила инерции; G – весовая нагрузка на передние колеса; О к – весовая нагрузка на эадние колеса; Р – дополнительная нагрузка на передние колеса, возникающая от действия сил инерции; Рд – усилие, уменьшающее весовую нагрузку на задние колеса, которое возникает под действием сил инерции; РТ-тормозные силы, действующие в плоскости контакта шины с дорогой; Л – высота центра тяжести. [9]

Для снижения центра тяжести автомобиля и уровня пола кузова лонжеронам над передней и задней осями придают выгибы в вертикальной плоскости с тем, чтобы средняя часть рамы располагалась ниже. Изгибающие моменты, действующие на раму, воспринимаются лонжеронами. Они создают необходимую жесткость рамы в продольной плоскости. Для лонжеронов применяют высокие открытые или закрытые профили, имеющие большой экваториальный момент инерции. [10]

Чем выше расположен центр тяжести автомобиля , тем ниже по условиям опрокидывания должна быть допустимая скорость движения на повороте. У автомобилей ( особенно грузовых и автобусов), в нагруженном состоянии центр тяжести располагается выше, чем у порожнего автомобиля. Поэтому мнение некоторых водителей, что автомобиль с грузом более устойчив против опрокидывания и что с грузом на повороте можно ехать быстрее, ошибочно. [11]

Уменьшение Я позволяет понизить центр тяжести автомобиля и за счет этого улучшить его устойчивость. [12]

Поперечный наклон шкворня вызывает подъем центра тяжести автомобиля при повороте управляемых колес. В действительности поворачиваемое колесо, опираясь на дорогу, вызывает соответствующий подъем передней оси и центра тяжести автомобиля. Если отпустить рулевое колесо, то передняя часть автомобиля опустится вниз, и передние колеса возвращаются в положение, соответствующее прямолинейному движению. Стабилизирующий момент, действующий на управляемые колеса, с увеличением угла наклона шкворня и веса, приходящегося на переднюю ось, возрастает. [14]

Устойчивость автомобиля зависит от высоты центра тяжести автомобиля , величины расстояния между осями ( базы автомобиля) и колеи. [15]

ЦЕНТР ТЯЖЕСТИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МАССЫ АВТОМОБИЛЯ

Следующий важный этап конструирования и компоновки — определение центра тяжести автомобиля и распределения массы по осям. Для расчета весовых характеристик принимают массу взрослого человека 70 кг, а для детей 35 кг. Центр масс силуэта взрослого человека можно принять на расстоянии 200 мм от нижней точки спинки сиденья. Массу, приходящуюся на одну из осей, можно определить, используя уравнение моментов.

 ЦЕНТР ТЯЖЕСТИ И РАСПРЕДЕЛЕНИЕ МАССЫ АВТОМОБИЛЯ

Расчетная схема определения нагрузки, приходящейся на заднюю ось автомобиля:

Gt — сила тяжести рулевой колонки; G1 — сила тяжести рулевого управления; G2— сила тяжести кардана: G3— сяла тяжести силового агрегата. G4 — сила тяжести передних сидений. G5 — сила тяжести аккумулятора; G6 — сила тяжести кузова. G7— сила тяжести задних сидений; G8 — сила тяжестн задней подвески и моста. С9 — сила тяжестн задних колес; G 10 — сила тяжести глушителя. G11- сила тяжести запасного колеса. l1,l2…l12  — расстояние от соответствующего агрегата до передней оси.

При проектировании автомобиля желательно знать массу отдельных его частей, а следовательно, сухую массу автомобиля. В табл. 8 приведены ориентировочные значения масс отдельных узлов и агрегатов, на которые можно ориентироваться при конструировании автомобиля. В табл. приведены реальные массы агрегатов отечественных автомобилей, которые часто используются при создании самодельных конструкций. Для определения значения силы тяжести в ньютонах необходимо величину массы в килограммах умножить на 9,8. При этом необходимо знать силу тяжести всех агрегатов и расстояние их до соответствующих осей.
Так, например, при определении силы тяжести, приходящейся на заднюю ось , сумму произведений сил тяжести агрегатов на расстояние от передней оси до центра масс принятого агрегата необходимо разделить на расстояние между осями (базу автомобиля). При расчете следует обращать внимание на знаки  перед произведениями  уравнения. Справа от оси,  по отношению к которой рассматривается момент силы, произведение силы тяжести на расстояние принимается со знаком плюс, а слева со знаком минус.

проектирование автомобиля

Ориентировочные значения масс отдельных узлов и агрегатов самодельных автомобилей, кг.

Аналогично можно определить силу тяжести, приходящуюся на другую ось. При проектировании автомобиля нельзя ограничиться только его изображением на бумаге. Например, чтобы отработать место и рабочее пространство водителя, изготавливают посадочный макет, где все элементы рабочего места выполняются в натуральную величину. Чтобы решить внешнюю форму автомобиля, желательно выполнить его макет. И здесь уместно вести разговор о дизайне автомобиля в приложении к компоновке автомобиля. Любой самостоятельный конструктор мечтает создать автомобиль, который был бы единственным в своем роде. Да и в требованиях к самодельным автомобилям сказано, что кузова их на кузове. Вертикальные же линии должны быть подобраны в таком ритмическом соотношении, чтобы они создавали определенную направленность и подчеркивали динамичность. Важно выбрать единый характер построения формы. Например, создавая спортивный автомобиль, стремятся придать ему каплевидную форму, уменьшающую аэродинамическое сопротивление. К тому же изделие каплевидной формы по своей сути уже обладает динамичной формой. О некоторых приемах художественного конструирования будет рассказано в отдельной главе.

Перемещаясь в пространстве, автомобиль испытывает сопротивление воздушной среды, на преодоление которого расходуется большая часть мощности. Поэтому конструкторы автомобиля стремятся по возможности уменьшить причины повышенного сопротивления воздушному потоку. И чем выше скорость движения, тем больше потери мощности на преодоление сопротивления воздушной среды. Чтобы правильно учесть причины потерь, коснемся вопроса аэродинамики автомобиля.
Различают несколько составляющих аэродинамического сопротивления при перемещении автомобиля в воздушной среде. Это сопротивление формы, индуктивное сопротивление, поверхностное сопротивление, интерференционное сопротивление и сопротивление внутренних потоков.

Сопротивление воздушной среды автомобиля 

Сопротивление воздушному потоку

Сопротивление воздушному потоку зависит непосредственно от формы кузова автомобиля. Основные поверхности кузова влияют на плавность обтекания воздухом. Идеальной в этом случае является каплевидная форма, чего не всегда можно добиться, создавая автомобиль. Следовательно, приближаясь к идеальной аэродинамической форме, следует избегать островыраженных углов, заменяя их плавными скруглениями. Таким образом, поверхность автомобиля должна состоять из простых и гладких поверхностей.
Индуктивное сопротивление создается подъемной силой, возникающей при движении автомобиля, за счет понижения давления в верхней части автомобиля и повышения его в нижней под днищем.’ Кузов автомобиля становится подобен самолетному крылу. Эта часть сопротивления проявляется при более высоких скоростях движения. Для борьбы с ним применяют устройства, формирующие поток воздуха (спойлеры), или же устройства, создающие прижимающую силу (антикрылья).

Поверхностное сопротивление
Поверхностное сопротивление возникает за счет трения частиц воздуха, движущихся по касательной к поверхности кузова в пограничном слое. Воздух тормозится за счет трения его о частицы краски. Поэтому чем качественнее покрытие кузова автомобиля, тем меньше будет поверхностное сопротивление.


Интерференционное сопротивление
Интерференционное сопротивление возникает в результате наличия на кузове различных выступающих частей и деталей. Эти элементы взаимодействуют с основным потоком и создают в нем собственные возмущения. Мерой борьбы служит применение утопленных ручек, ободков фар, устанавливаемых заподлицо с поверхностью кузова ветровых стекол, вынесенных на кронштейнах наружных зеркал. Сопротивление внутренних потоков создается за счет прохождения воздуха через внутреннее пространство автомобиля.

auto centr

Зоны давления и разрежения, создаваемые потоком воздуха.

Поэтому для снижения сопротивления воздуха необходимо размещать каналы входа воздушного потока внутрь кузова в зоне наивысшего давления (передняя панель кузова, зона под передним бампером, зона вблизи бокового стекла). Каналы же, выпускающие воздух из кузова, размешать в зоне максимального разряжения (задняя панель кузова, боковая панель передних крыльев, панель кузова позади заднего стекла).
Конечно, невозможно решить все задачи, стоящие перед конструктором только на этапе компоновки. Компоновка дает стратегическое направление в конструировании кузова и решает основные задачи. В процессе отработки отдельных элементов кое-что придется изменять, переделывать, проверять расчетами, экспериментом. Поэтому компоновку можно завершить, выполнив чертеж в трех видах: спереди, сбоку и сверху. Для удобства пользования необходимо нанести сетку с расстояниями между линиями 200 мм. Пример компоновочного чертежа показан на рис.

Схема компоновка автомобиля

Пример компоновочного чертежа автомобиля.

НА ВИРАЖЕ ДОРОГИ — Уроки вождения для начинающих

При движении на автомобиль действуют всевозможные силы, различные по величине и направлению – сила тяжести и сила реакции грунта, сила тяги и сопротивления качению колес, сила инерции, сила сопротивления воздуха и т.д.

На вираже дороги к существующим силам добавляется еще и центробежная сила. Именно она заставляет машины опрокидываться и «вылетать» на обочину.

Центробежная сила

Если взять теннисный мячик, привязать к нему резинку и раскручивать над головой, то по мере увеличения скорости вращения резинка будет растягиваться все больше и больше. Это работает центробежная сила. Она стремится порвать резинку и отбросить мячик подальше от Вас (от центра поворота).

С автомобилем происходит то же самое. Центробежная сила на вираже дороги пытается «отбросить» автомобиль от центра поворота на обочину. И зачастую это ей удается!

К счастью, вестибулярный аппарат человека прекрасно воспринимает радиальные ускорения. Прислушиваясь к своим ощущениям, водитель в состоянии определить критическую скорость движения на повороте, превышение которой может привести к боковому скольжению или опрокидыванию автомобиля.

Вместе с тем, Вы должны знать и учитывать то, что центробежная сила находится в квадратичной зависимости от скорости движения! Увеличение скорости в 2 раза приводит к увеличению центробежной силы в 4 раза!

Следовательно, если Вы хотите существенно уменьшить центробежную силу, то во время прохождения поворота Вам следует хотя бы немного снизить скорость движения. И наоборот, чтобы перевернуться, достаточно лишь немного прибавить «газу», и центробежная сила быстро вырастает до той величины, которая позволяет ей «выбросить» машину на обочину.

Экспериментируя с критической скоростью на вираже дороги, нельзя забывать о траектории движения. Выбирать траекторию прохождения поворота следует с учетом возможного смещения, то есть немного ближе к центру поворота, чтобы у Вас оставался некоторый запас расстояния до обочины (рис. 61). Если центробежная сила достигнет опасной величины и Вам не захочется переворачиваться, то Вы всегда сможете ослабить эту силу, сместившись чуть дальше от центра поворота.

Рис. 61. Смещение автомобиля на повороте

Центр тяжести

Как Вы думаете, какой автомобиль будет более устойчивым против опрокидывания на повороте – груженый или порожний?

Сомневаетесь в ответе? Тогда представьте себе такую картину. В крутой поворот на большой скорости входят две машины – одна с огромным холодильником на крыше (рис. 62 б), другая вообще без верхнего багажника (рис. 62 а). В какой машине Вам будет легче перевернуться?

Правильно, в той, что с холодильником. Вот видите, даже не находясь за рулем, Вы уже можете находить правильные решения. Для этого надо лишь представить себе ситуацию и прислушаться к своим ощущениям.

Рис. 62. Центр тяжести легкового автомобиля: а) без груза; б) с грузом

А как доказать, что груженый автомобиль менее устойчив против опрокидывания по сравнению с порожним?

Да очень просто. Центробежная сила всегда имеет точку приложения, и точкой этой является центр тяжести автомобиля.

У порожнего легкового автомобиля центр тяжести находится где-то между передними сиденьями на уровне пола салона (рис. 62 а). В машине с пассажирами суммарный центр тяжести хоть и немного, но все же будет выше.

А если на крышу машины и в правду водрузить нечто типа холодильника? Тогда центр тяжести переместится вверх от днища кузова на значительное расстояние и окажется намного выше, чем у порожнего автомобиля (рис. 62 б).

Дальше остается вспомнить школьные опыты на уроках начальной физики либо просто поиграть со спичечным коробком. Попробуйте уронить вертикально стоящий коробок, толкая его спичкой в узкое ребро внизу, по центру и в самом верху. Очень быстро Вы убедитесь в том, что: Чем выше точка приложения усилия, тем легче уронить предмет.

Поскольку точкой приложения центробежной силы является центр тяжести предмета, то, применительно к машине на вираже дороги, приходим к следующему выводу: Чем выше расположен центр тяжести автомобиля, тем легче его опрокинуть.

Теперь давайте сделаем окончательные выводы по этой главе:

  • Выбирая траекторию движения при входе в поворот, следует учитывать центробежную силу, способную сместить автомобиль в сторону от центра поворота.
  • С увеличением скорости движения на повороте центробежная сила увеличивается пропорционально квадрату скорости.
  • Центр тяжести груженого автомобиля располагается выше, чем у автомобиля без груза и пассажиров.
  • Вероятность опрокидывания груженого автомобиля на повороте значительно выше, чем у автомобиля без груза и пассажиров.
вернуться к оглавлению «Уроки вождения»

Автоцентр | Калькулятор гравитации

Какая физика стоит за расчетами?

В следующем разделе мы попытаемся объяснить, как вывести все необходимые формулы для определения центра масс автомобиля. В состоянии равновесия общая сила и, что более важно, общий крутящий момент, действующий на объект, равны нулю. Это отправная точка для наших размышлений.

Продольное положение

The picture showing how should you place your car to measure longitudinal location of car center of mass.

Предположим, что обе оси автомобиля лежат на весах, как на рисунке выше.Согласно III закону движения Ньютона, на каждое действие существует равное и противоположное противодействие. Вот почему есть три силы: сила тяжести Fg , действующая на центр масс, сила реакции Fb , действующая на заднюю ось, и сила реакции Fa , действующую на переднюю ось.

Общий крутящий момент вокруг любой точки должен быть равен нулю. Напомним, крутящий момент является простым произведением силы и длины плеча, когда сила и вектор плеча перпендикулярны друг другу .Суммируем крутящие моменты вокруг задней оси:

Fb * 0 + Fa * L - Fg * b = 0 ,

и после тривиального преобразования

b = L * (Fa / Fg) ,

, где Fa фактически вес, измеренный по шкале под передней осью . Точно так же мы можем просуммировать крутящие моменты вокруг передней оси, и мы получим:

а = L * (Fb / Fg) ,

, где Fb , следовательно, — вес, измеренный по шкале под задней осью .

Высота

The picture showing how should you place your car to measure altitudinal location of car center of mass.

Расчеты высотного положения центра масс немного сложнее, но идея остается той же . Поднимем переднюю ось. Мы хотим суммировать каждый крутящий момент вокруг определенной точки и приравнять его к нулю. Есть еще три силы, но две силы реакции немного отличаются . Возьмем сумму крутящих моментов вокруг передней оси:

Fa '* 0 + Fb' * L * cosθ - Fg * | AC | = 0 ,

, где Fa ' и Fb' — это веса , измеренные по шкале соответственно под передней и задней осями .Длина L * cosθ может быть получена непосредственно из рисунка выше. Угол θ технически говорит нам , насколько высоко мы подняли одну из осей . Теперь все, что нам нужно, это оценить длину | AC | . Мы можем сделать это с помощью нескольких наблюдений:

  1. Есть три подобных треугольника с углом θ . На рисунке выше они красные.
  2. Дистанция | AB | = | DE | = (h - r) * sinθ , где h — высота центра масс, а r — радиус колеса.
  3. Дистанция | BC | = | EC | * cosθ = a * cosθ , где a — продольное положение, оцененное ранее.
  4. Наконец, расстояние | AC | = | AB | + | BC | = (ч - г) * sinθ + a * cosθ .

Последний результат можно положить в суммирование моментов и после нескольких преобразований:

h = [(Fb '/ Fg) * L - a] * кроватка (θ) + r ,

, где cot (θ) — это функция котангенса, а угол θ = asin (H / L) — функция арксинуса.В конце концов, мы можем переписать его, подставив a = L * (Fb / Fg) :

h = (Fb '- Fb) / Fg * L * кроватка (θ) + r ,

, где Fb '- Fb изменение веса задней оси после подъема передних колес . Аналогичный подход может быть реализован с суммированием крутящего момента вокруг передней оси:

h = (Fa - Fa ') / Fg * L * кроватка (θ) + r ,

и в этом случае Fa - Fa ' — это изменение веса передней оси после подъема передних колес .

Боковое положение

The picture showing how should you place your car to measure side location of car center of mass.

Расчет бокового положения центра масс так же прост, как определение продольного положения. Предположим, что левые колеса лежат на одной шкале, а правые — на другой. Есть три силы: сила тяжести Fg , действующая на центр масс, сила реакции FL , действующая на оба левых колеса, и сила реакции FR , действующая на оба правых колеса. Суммируем крутящие моменты вокруг левых колес (фактически вокруг центральной точки между двумя левыми колесами):

FL * 0 + FR * T - Fg * x = 0 ,

и, следовательно,

x = T * (FR / Fg) .

Аналогично с правыми колесами:

y = T * (FL / Fg) .

Теперь вы знаете, как найти центр тяжести автомобиля. Наш калькулятор центра масс автомобиля использует все вышеперечисленные уравнения и, таким образом, упрощает вычисления . Просто воспользуйтесь нашим инструментом и узнайте, как быстро он работает!

.

В поисках Центр тяжести автомобиля / масса (CG / CM)

Что такое мята по центру тяжести?
Центр тяжести, также известный как центр масс, — это точка, в которой система или тело ведет себя так, как будто вся его масса сосредоточена в этой точке. Где вес, а также все ускоряющие силы разгона, торможения и прохождения поворотов действовать через это.

Местоположение центра тяжести можно определить как:
— Баланс объекта
— Точка, через которую сила вызовет чистый перевод
— Точка, относительно которой уравновешиваются гравитационные моменты (см. Рис.1)
— Точка, которая, если тело будет подвешено, останется в равновесии (выровнена как он находится на земле).

Рис. 1 Суммирование моментов весов деталей вокруг любой точки равно моменту суммирования весов вокруг этой точки. W. X CG = (W 1 . X 1 + Ш 2 . X 2 + W 3 .X 3 + W 4 . X 4 + W 5 . X 5 + ..)

X CG = Σ (W.X) / Σ (W), где X i — расстояние в x направление между точкой i и этой точкой.

В чем важность CG?
При анализе сил, приложенных к автомобилю, ЦТ является точкой разместить вес автомобиля и центробежные силы при повороте автомобиля или при ускорении или замедлении.Никакая сила, действующая через CG, не имеет тенденция заставить машину вращаться.

Высота центра масс, относительно колеи , определяет перенос нагрузки (связанный с переносом веса, но не совсем), от из стороны в сторону и вызывает наклон тела. Когда шины транспортного средства центростремительная сила, тянущая его за поворот, импульс транспортного средства активирует передачу нагрузки в направлении от текущего положения автомобиля к точке на пути, касающемся пути транспортного средства.Эта передача нагрузки представляет сам по себе в виде поджарого тела. Наклон тела можно контролировать, понижая центр тяжести или расширение автомобильной колеи, это также можно контролировать с помощью пружины, стабилизаторы поперечной устойчивости или высоту центра крена.

Рис.2 Увеличение высоты ЦТ или уменьшение ширины автомобильной колеи приведет к вызвать падение автомобиля.


Высота центра масс относительно колесной базы определяет нагрузку. передача между передним и задним. Импульс автомобиля действует в его центре масс. наклонять автомобиль вперед или назад соответственно при торможении и ускорение. Поскольку изменяется только направленная вниз сила, а не сила расположение центра масс, влияние на избыточное / недостаточное управление противоположно это фактическое изменение центра масс.

Низкий центр масс — основная характеристика Преимущество спорткаров по сравнению с седанами и (особенно) внедорожниками. Некоторые автомобили частично по этой причине панели кузова сделаны из легких материалов.

Получение позиции автомобиля CG:
А транспортное средство не симметрично по форме или массе спереди назад. Большинство автомобилей симметричны слева направо по форме, но не по массе, особенно переднее колесо водить транспорт.

Рис.2 Вес (Вт), реакция (R)

Рис. 3 Расположение ЦТ сбоку и вид спереди


Разница между весом W и Реакцией R:
От На рис.2 W — вес шины (всегда вертикально и вниз), а R — реакция земли (всегда перпендикулярно поверхности земли и подальше от него). Шина балансируется в вертикальном направлении под своим весом. (W) и реакция основания (R), что означает суммирование сил в этом направление равно нулю (W R = 0), что дает W = R.
В нашем анализе мы измеряем веса, но при изучении баланса автомобиля мы использовать реакции, поддерживающие автомобиль от земли (где: W f = R f , W r = R r, W w = R w и W L = R L ).
Символы на рис. 3 переданы в дар:
W — масса автомобиля,
R f — реакция грунта переднего моста массой
R r — реакция массы заднего моста на грунт
R R — реакция грунта правых колес автомобиля массой
R L — реакция грунта на левые колеса автомобиля массой
L — колесная база автомобиля (расстояние между передними и задними колесами / осями автомобиля)
T — колея автомобиля (расстояние между центрами колес на одной оси)
а — расположение ЦТ за передней осью
б — расположение ЦТ перед задней осью
x — расположение ЦТ в стороне от правых колес
y — расположение ЦТ вдали от левых колес

А.В продольное расположение ЦТ:

Рис. 4 Измерьте массу передней и задней оси (W f , W r ) и длина колесной базы (L)

Рис.5 Автомобиль на ровной поверхности, L — колесная база, передняя и задняя оси wights (W f , W r ) и (a и b неизвестны продольные расстояния ЦТ)

* Измерьте колесную базу , L ( расстояние между центром передних и задних колес), рис.3

L = a + b. (1)

а = L б. (2)

Σ F y = 0

Вт ( рт + р р ) = 0 (3)

Тогда W = (R f + R r ) .(4)

* Измерьте массу передней оси автомобиля W f = R f , и масса заднего моста автомобиля W r = Rr , рис. 3.

Воспользуйтесь уравнением (4), чтобы найти массу автомобиля Вт .

Возьмите момент около точки E.

Σ M E = 0

R f L W b = 0

R f L = W b, затем

b = L (R f / W). (5)

Используйте уравн. (5) найти расстояние b .

Подставьте значение b в ур. (2) получить расстояние .

* В уравнении. 5, блоки R f и W могут быть выраженные в единице силы (Н, фунт) или единицы массы (кг), единицы L и b могут быть выражается в (м, см, мм или фут, дюйм).

Б. высота над землей ЦГ (h):

Масса заднего моста ( W r1 ) будет взвешиваться, пока передняя пара колес поднято на довольно небольшое расстояние H ( или h 1 ) (как показано на рисунок 6).

Рис.6 Измерьте вес задней оси (W r1 ) и расстояние подъема передней оси. (В)

Рис. 7 Передние колеса приподняты на небольшое расстояние H (h 1 ), r — радиус колеса, (h — неизвестное расстояние высоты ЦТ)

Использование Инжир.7:

Сумма вертикальных сил в направлении y равна 0.

Σ F y = 0

R f1 + R r1 W = 0

Тогда: R f1 = W R r1

суммирование моментов относительно любой точки равно 0, тогда:

Σ M A = 0

R f 1 (L cos θ) — W (AB) = 0

R f 1 (L cos θ) = W (AB).(6)

На рисунке:

AB = AC BC,

Где:

AC = b cos θ, и

г. до н.э. = ED = (ч-г) грех θ,

Тогда:

AB = AC BC = b cos θ (h-r) sin θ

Заменить значение AB образуют приведенное выше уравнение в формуле. (6), затем

R f1 (L cos θ) = W (b cos θ (h-r) sin θ)

R f1 (L cos θ) = W b cos θ W (h-r) sin θ

Вт (ч-р) sin θ = W b cos θ R f1 (L cos θ)

ч r = [b L (R f1 / W)] детская кроватка θ.. (7)

h = [b L (R f1 / W)] детская кроватка θ + r. (8)

где:

θ = sin -1 (H / L)

(ч-р) — расстояние ЦТ над плоскостью оси, Ур. (7)

ч — расстояние ЦТ над землей, Ур. (8)

* В уравнении. 8, блоки R f1 и W могут выражаться в единицах силы (Н, фунт) или массы (кг), единицах b, L, r и h может быть выражено в (м, см, мм или фут, дюйм).

An Программа Excel для получения центра положение силы тяжести (a, b и h)

C. Боковое расположение CG:

Колеса правые и левые вес ( Вт R , Вт L ) будет измерен, а автомобильная колея Т .

Рис. 8 Определение положения ЦТ в вид спереди, расстояние x, y.

Баланс нагрузки вагона по вертикали постановка шоу:

W = W R + W L

Взяв момент около точки C, получим расстояние x

Σ М С = 0,

Вт. (X) R Л. (Т) = 0

x = (R L / W) Т,

у = Т х

Большинство автомобилей кроме переднеприводных симметричны по распределению веса на виде спереди (R R = R L ).Так что положение ЦТ будет посередине (x = y = T / 2). В большинстве автомобилей это справедливое приближение, чтобы предположить это.

Рабочий пример:

Автомобиль, имеющий при массе 2000 кг и колесной базе 2,44 м центр тяжести автомобиля лежит на 1,52 м. м от заднего моста. Передняя часть автомобиля поднимается на 35 см и дает масса чтения 1150 кг. Радиус колеса 30,5 см. Определите высоту CG.

Требуется

ч

Дано:

м = 2000 кг

L = 2,44 м

b = 1,52 м

H = 35 см

R f1 = 1150 кг

r = 30,5 см

Ответ:

θ = грех -1 (H / L) = sin -1 (35/244) = 8,247

детская кроватка θ = 6,899

h = [b L (R f1 / W)] детская кроватка θ + r

ч = [1.52 2,44 (1150/2000)] 6,899 + 30,5

ч = [1,52 1,403] 6,899 + 0,305 = 0,807 + 0,305

ч = 1,112 м

Источник: [email protected]

.

Точно измерить центр тяжести

Что такое центр тяжести (CG)

Местоположение центра тяжести (CG) — это среднее местоположение всего веса объекта. Центр тяжести — это точка равновесия объекта, также выраженная как точка, в которой, по-видимому, находится вся масса.

Математически центр тяжести можно определить как средневзвешенное значение всех точечных масс в объекте, которое удовлетворяет следующему:

CG = сумма (mi * ri) / сумма (mi) : где ri — положение каждой точечной массы, а mi — масса каждой точечной массы

Какое значение имеет определение местоположения центра тяжести?

Расположение центра тяжести имеет несколько уникальных свойств:
  • Объект в космосе вращается вокруг своего центра тяжести.
  • Сила, приложенная к центру тяжести, вызывает чистый перенос.

Следовательно, расположение центра тяжести является важным параметром для определения летных характеристик объекта. Для управления полетом объекта необходимо хорошо знать местоположение его центра тяжести.

Например, выравнивание направления тяги ракетного двигателя так, чтобы он толкал точно через центр тяжести ракеты, необходимо для достижения прямого полета.

В автомобильной промышленности высота центра тяжести является важным параметром. Чем ниже центр тяжести, тем выше устойчивость автомобиля или грузовика. Это объясняет, почему у внедорожников больше проблем с опрокидыванием, чем у автомобилей, потому что они расположены выше дороги, поэтому их центр тяжести выше. У гоночных автомобилей всегда очень низкий центр тяжести. Некоторые гоночные организации ограничивают допустимую высоту центра тяжести гоночных автомобилей, чтобы поддерживать честную конкуренцию.

Как найти центр тяжести?

Найти центр тяжести объекта — сложная задача.Центр тяжести обычно вычисляется первым, например, с использованием моделей САПР. Но даже у современных инструментов есть свои ограничения. Положение таких компонентов, как кабели, невозможно точно определить с помощью программного обеспечения. Фактическая прокладка кабелей внутри объекта может значительно сместить его центр тяжести. Производственные допуски также создают неопределенность в расположении каждого компонента полезной нагрузки. Все эти небольшие ошибки приводят к большой неопределенности в отношении центра тяжести.

Такое скопление ошибок объясняет, почему часто необходимо измерять центр тяжести реального объекта.

Как измерить центр тяжести?

Для измерения центра тяжести реального объекта использовалось несколько концепций.

Самая простая концепция — использовать систему тензодатчиков. Этот метод используется в приборах для измерения центра тяжести серий WCG и SE90168. Объект размещен на неподвижной платформе, соединенной с тремя датчиками веса. Средневзвешенное значение каждого показания датчика веса дает местоположение центра тяжести объекта.

Другая концепция используется там, где требуется высокая точность.Объект размещается на столе, который поворачивается вокруг определенной оси. Момент, связанный с смещением центра тяжести объекта относительно центральной оси, измеряется с помощью датчика силы. Местоположение центра тяжести определяется на основе измерения момента по следующей формуле:

M = W xd: Где M — приложенный момент, W — вес объекта, d — расстояние от точки поворота до центра тяжести объекта

Этот метод измерения момента используется в KSR и SE8913 серия приборов для измерения центра тяжести.

Точное измерение центра тяжести

В зависимости от того, что вы пытаетесь сделать, ваши требования к точности будут различаться. Например, если вы хотите сложить книги на столе, вам нужно знать центр тяжести в пределах нескольких дюймов. Но если вы хотите, чтобы ваша модель самолета летела прямо, вам нужно знать ее центр тяжести с точностью до долей дюйма. Ниже приведен список примеров с типичными требованиями к точности:
  • Человек: 2 дюйма (5 см)
  • Мяч для гольфа: 0.05 дюймов (1,25 мм)
  • Ракета: 0,01 дюйма (0,25 мм)
  • Космический аппарат: 0,04 дюйма (1 мм)
.

Центр тяжести — Основное объяснение балансировочного груза

Криса Вудфорда. Последнее изменение: 9 января 2020 г.

То, что поднимается вверх, должно опускаться вниз — это один из способов понимания гравитации. Мы думаем о гравитации как о силе, которая тянет вещи вниз (к Центр Земли), но это не всегда так. Иногда гравитация может заставить вещи перевернуться и опрокинуться, особенно если они высоки и неуравновешены.Канатоходцы это понимают лучше всех. Двигаясь на цыпочках по проволоке, они часто раскачиваются. и раскачиваться из стороны в сторону, чтобы развлечь нас, но когда-нибудь отвалится. Инстинктивно понимая физику сил помогает им оставаться на связи. Если, как и они, вы понимаете простую концепцию, называемую центром тяжести, вы найдете балансировка — это детская игра!

Фото: Канатоходец инстинктивно владеет физикой. Вы можете подумать, что фанат она носит это просто забавное прикосновение, но оно важнее, чем кажется: это дает ходунку простой способ перераспределить свой вес и быстро исправить любые колебания, которые могли бы отправить ее на землю.Фотография Eoreum (также называемая Jultagi), корейских танцев на канате, любезно предоставлена ​​отделом по связям с общественностью гарнизона армии США.

Что такое «центр тяжести»?

Бросить мяч в воздух, и сила тяжести тянет его обратно вниз. Не все движется так, когда на него действует гравитация. Большинство объектов не красивые, аккуратные формы, как шары. Это означает, что гравитация действует на них в более сложные способы. Даже в этом случае все объекты ведут себя так, как будто их масса (материал, из которого они сделаны) сосредоточен в точке, называемой их центром сила тяжести.У простого объекта, такого как мяч, центр тяжести находится в очень очевидное место: прямо в его центре. Но в более сложном объект, как и ваше тело, центр тяжести немного выше вашей талии, потому что в верхней половине вашего тела больше веса, чем в нижней половина.

Фото: Почему центр тяжести имеет значение? Если вы хотите безопасно управлять самолетом, важно иметь сбалансированную нагрузку. 1) Центр тяжести этого гигантского самолета C-5 рассчитывается в специальном ангаре для взвешивания и балансировки на базе ВВС Эдвардс в Калифорнии.Фото Дерека Лоуренса. 2) У вертолета, несущего боковой груз, центр тяжести смещен влево, как мы смотрим на картинку. Пилот должен отрегулировать шаг несущих винтов. поэтому они создают большую прижимную силу слева для компенсации. Фотограф неизвестен. Обе фотографии любезно предоставлены Defense Imagery.

Почему высокие предметы падают?

Размышление о центре тяжести помогает нам отвечать на подобные вопросы. Встать прямо, затем попробуйте наклониться в сторону.Очень быстро ты достигнешь точки где все ваше тело чувствует, что вот-вот опрокинется. Вы фактически не двигаясь, а поворачиваясь вокруг лодыжек. Твоя голова движется быстрее, чем ваши колени. На самом деле все ваше тело крутится ваши лодыжки, как колесо. Вы можете подумать, что гравитация — это то, что тянет вниз, а здесь заставляет крутиться по кругу! В чем ты выше, тем больше поворачиваешься, потому что все твое тело действует как рычаг, помогая силе тяжести повернуть вас вокруг.

Чтобы увидеть, как это работает, попробуйте открыть дверь, нажав на ручку одним Палец. Легко, правда? Когда сила толкает то, что может свободно повернуть (как дверь на петлях), эта вещь будет вращаться вместо движется. Теперь попробуйте открыть ту же дверь, нажав одним пальцем рядом петля. На этот раз все намного сложнее. Чем короче расстояние между силой и точкой поворота, тем труднее сила заставить что-то повернуться. Более широкие двери открываются легче, чем более узкие, потому что вся дверь действует как рычаг, умножая сила, которую вы используете, когда нажимаете на ручку.Точно так же гораздо проще заставить что-то высокое опрокинуться, чем опрокинуть что-нибудь, что находится близко к земле.

Рисунок: Как найти центр тяжести объекта: 1) Повесьте объект за точку на его краю, и он будет вращаться, пока его центр тяжести не окажется прямо под этой точкой. Повесьте отвес (гирю на веревке) с той же точки. Проведите линию, параллельную веревке (желтой). 2) Теперь выберите другую точку на краю и повторите процесс.Нарисуйте еще одну линию, параллельную веревке (зеленую). 3) Центр тяжести объекта — это точка, где встречаются две линии.

Почему гравитация опрокидывает ваше тело?

Представьте, что ваше тело — это не одна сплошная масса, а огромный мешок картофель стоит вертикально. Гравитация тянет весь мешок, но он также действует на каждую картофелину отдельно, притягивая ее вниз. когда вы наклоняетесь набок, «картошка» в верхней части тела работать как рычаг, заставляя верхнюю половину оборота опрокидываться о лодыжки.Чем больше вы наклоняетесь, тем больше эффект рычага в верхней части ваше тело — и тем более вероятно, что вы упадете.

Есть другой способ думать о своем весе. Да твоего тела немного как мешок с картошкой. Но это также немного похоже на одну гигантскую картошку, весит столько же, сколько вы, и сосредоточен в бесконечно крошечном точка, где-то посередине — примерно там, где находится ваш живот. это это ваш личный центр тяжести. Пока ваш центр гравитация более-менее выше ваших ног, ваше тело всегда будет сбалансирован, и вы не перевернетесь.Но начни наклоняться в сторону, и все меняется. Ваша голова — одна из самых тяжелых частей вашего тело — как гигантская картошка, сидящая прямо на вершине. Если вы наклонитесь к своему слева, ваш центр тяжести больше не находится прямо над серединой ваших ног. Чем больше вы наклоняетесь, тем больше крутящий момент (сила поворота) это создает, и тем выше вероятность того, что вы опрокинетесь над. Гравитация заставляет все ваше тело вращаться вокруг лодыжек, как палец нажимает на ручку двери.

Художественное произведение: Пока ваш центр тяжести (желтая звезда) остается примерно выше середины между вашими ногами, вы остаетесь в вертикальном положении даже во время сложных движений, таких как ходьба или танцы.Но если вы слишком сильно переместите верхнюю часть тела в одном направлении, вы создайте вращающую силу (зеленый цвет), которая заставит вас вращаться. Чтобы оставаться в вертикальном положении, вам нужно переместите другую часть тела и создайте уравновешивающую силу (желтая стрелка), чтобы нейтрализовать исходную силу поворота.

Как лучше всего сбалансировать?

Чем ниже центр тяжести, тем легче удерживать равновесие. Если вы сидите на стуле, вы можете наклониться больше, чем если бы вы вставать.При низком центре тяжести вы можете наклоняться дальше, чтобы одна сторона или другая, не создавая достаточной силы поворота вы закончили. Вот почему гоночные автомобили (и военные автомобили, такие как Хаммеры) сконструированы с очень низким центром тяжести: чем ниже они земли, тем меньше риск их опрокидывания, неважно как быстро они идут.


Фото: 1: Хамви армии США (высокомобильная многоцелевая колесная машина или HMMWV) имеет низкий центр тяжести, поэтому он может поворачивать на высокой скорости в труднопроходимой местности с гораздо меньшим риском опрокидывания.2: Даже в этом случае солдаты обучаются спасаться от перевернутого Хаммера, используя этот тренажер с гидравлическим приводом под названием HEAT (HMMWV Egress Assistance Trainer). Он вращает макет пассажирского салона Хаммера, чтобы солдаты могли практиковаться. выбираться в самых разных сложных условиях, в том числе под водой. Фотография Hummer сделана сержантом. Алекс Снайдер, HEAT фото Sgt. Трэвис Зелински, оба любезно предоставлены Армией США.

Канатоходцы используют немного другой прием, чтобы овладеть своим центром сила тяжести.Если вы когда-нибудь видели канатоходца, у вас будет заметили, что они никогда не ходят просто по веревке. Некоторые растягивают руки или носить длинную палку или зонтик. Другие приседают или согнуть колени. Третьи ездят на велосипедах с болтающимися грузами. где-то под ними. Эти средства для балансировки помогают создать натянутый канат. ходунки лучше контролируют свой центр тяжести. Если они могут сохранить их центр тяжести всегда находится прямо над веревкой, они никогда не отвалится. Если они начнут двигаться в сторону, поворот сила начнет свергать их в этом направлении.Поэтому они должны быстро переместите часть своего тела на другую сторону, чтобы сделать поворот силы в обратном направлении и восстановить их равновесие.

Инерция (тенденция по-прежнему объекты имеют оставаться на месте и движущиеся объекты продолжать движение) тоже помогает. Канатоходец довольно много весит. Значит они имеют определенную инерцию, и требуется довольно много времени для их тело двигаться в одну или другую сторону. Если они себя чувствуют опрокидывая, у них есть достаточно времени, чтобы переместить другую часть своего тела (или палку или зонтик) на другую сторону.Который создает опрокидывающую силу в противоположном направлении, которая удерживает их сбалансированный. Глядя на канатоходца, который на мгновение остановился, вы можете подумать, что никакие силы не действуют, но вы ошибаетесь. Сила тяжести воздействуя на левую руку пешехода, он пытается склонить его влево, в то время как вес его правой руки наклонит его вправо. В ходунки остаются совершенно вертикальными, совершенно неподвижными, когда все различные силы поворота точно сбалансированы и отменяют одно другой выход.

Как узнать центр тяжести?

Фото: медведи иногда ходят на задних лапах, но так быстрее, проще и безопаснее. ходить на четвереньках, потому что они имеют более низкий центр тяжести и не могут опрокинуться.Изображение Эриха Регера любезно предоставлено Службой охраны рыболовства и дикой природы США.

Если вы скептик, вы можете подумать, что наука полна бесполезной информации. вам никогда не нужно знать, но центр тяжести не входит в их число. Прошлой зимой, переулок, где я живу, полностью промерз и превратился в ледяной покров. Что за лучший способ пройтись по замерзшей улице? Если у вас нет альпинистских ботинок, самый безопасный способ для этого нужно встать на четвереньки и ползти, как белый медведь, на четвереньках.Вы можете получить мокрый или грязный, но вы не перевернетесь и не сломаете себе шею. Если вы сделаете центр тяжести очень низким, это невозможно упасть.

Фото: Низкий центр тяжести: техника прыжков в высоту называется Показанный здесь Fosbury Flop работает, удерживая ваш центр тяжести настолько низким, что он проходит под грифом. Фото Мэтью Л. Романо любезно предоставлено ВМС США.

Размышление о центре тяжести также является ключом к эффективным занятиям многими видами спорта. Все, что включает в себя баланс — практически все виды спорта, от фигурного катания до серфинг — предполагает размышления о том, где находится ваш вес и как быстро его переместить, не затрачивая слишком много энергии и не теряя контроля.Вы заметили как теннисисты широко расставляют ноги? И как прыгуны в высоту делают странные вещи в керлинге их тела вверх и вокруг столба? Все подобные вещи основаны на понимании центра тяжести и применении его на практике!

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *