Effekt på ett rullande hjul

Rullmotstånd, såsom ibland kallas rullfriktion, existerar detta motstånd såsom uppstår då en runt objekt såsom ett boll alternativt en däck rullar vid enstaka strategi yta. detta orsakas främst från deformation från föremålet (hjulet) och/eller underlaget.

Kraftsystemets effekt på kroppen definieras av

Ytterligare bidragande faktorer existerar hjulets radie samt dess hastighet framåt^[1] samt vidhäftning samt slip mellan ytorna.

Rullmotståndet beror många vid relaterat till däck ämne samt vid typen från underlag. Exempelvis ger gummi större rullmotstånd än stål. Sandig mark ger högre rullmotstånd än betong.

en frirullande fordon saktar successivt ned vid bas från rullmotståndet, dock enstaka rälsbuss tillsammans med stålhjul liksom rullar vid stålräls kommer för att rulla längre än ett lika massiv landsvägsbuss tillsammans gummidäck liksom rullar vid grusväg.

Rullmotståndskoefficienten (även specifikt rullmotstånd) existerar inom allmänhet många lägre på grund av däck alternativt bollar än koefficienten på grund av glidande friktion^[2].

Vid 60&#;km/h existerar rullmotståndet lika stort såsom luftmotståndet till enstaka medelstor automobil tillsammans med en C_D-värde vid 0,35^[3].

nära 80&#;km/tim konstant hastighet använder enstaka lastbil cirka 40&#;% från sitt drivmedel mot rullmotstånd. på grund av en genomsnittligt körmönster använder ett personbil cirka 25&#;% från drivmedlet mot för att övervinna rullmotståndet (75&#;% går mot luftmotstånd samt acceleration). Energieffektiva däck (20&#;% lägre rullmotstånd än standarddäck) förmå minska bilens drivmedelsförbrukning tillsammans med cirka 5&#;%.

eftersom bilens CO2-utsläpp existerar direkt proportionella mot drivmedelsförbrukningen, kunna även utsläppen från växthusgasen koldioxid reduceras tillsammans med 5&#;% tillsammans hjälp från enklare rullande däck^[4].

Grundläggande mekanism

[redigera | redigera wikitext]

Den huvudsakliga orsaken mot rullmotstånd existerar hysteres:

Hysteres existerar enstaka egenskap hos deformerbara ämne var deformationsenergin existerar större än återhämtningsenergin.

Gummiblandningen inom vanliga däck uppvisar hysteres. då däcket roterar beneath fordonets vikt, utsätts detta till upprepade cykler från deformation samt återhämtning, samt hysteresen ger energiförluster inom form eller gestalt från värme. Hysteres existerar den främsta orsaken mot energiförluster inom samband tillsammans rullmotstånd samt tillskrivs dem viskoelastiska egenskaperna hos relaterat till däck gummi.^[5]

Därmed ger gummi samt andra ämne liksom fjädrar många samt fjädrar åter långsamt en större rullmotstånd än stål samt andra stärka ämne liksom ämne vilket fjädrar igen snabbt, mot modell kiseldioxid.

Däck tillsammans med lågt rullmotstånd innehåller typiskt silika inom stället på grund av kimrök inom slitbanan på grund av för att minska den lågfrekventa hysteresen utan för att kompromissa tillsammans med väggreppet^[6].

Vägegenskaper såsom påverkar rullmotståndet

[redigera | redigera wikitext]

Rullmotståndet ökar vid slitna samt trasiga vägytor tillsammans med grövre textur samt mer vägojämnheter.

Mätningar äger demonstrerat för att rullmotståndet på grund av en självklart däck likt rullar vid stärka vägbeläggningar är kapabel skilja +/- 15&#;%, beroende vid vägytans textur.

Vägytans innebörd till personbilars rullmotstånd äger undersökts inom EU-projektet "Integration of the Measurement of Energy Conservation in Road Pavement Design, Maintenance and Utilisation"^[7].

en grundlig mätprogram besitter gett nästa resultat:

• När medelprofildjupet (MPD) hos vägytans makrotextur (skrovlighet) ökar tillsammans 1&#;mm, ökar rullmotståndet på grund av personbil tillsammans med 30&#;% nära 90&#;km/tim samt 17&#;% nära 50&#;km/tim. (Se not 1).
• När vägens ojämnhet mätt vilket International roughness index (IRI) 1&#;mm/m, ökar rullmotståndet till personbil tillsammans 6,0&#;% nära 90&#;km/tim samt 1,8&#;% nära 50&#;km/tim.

  (Se not 2).

Not 1: Normalvärde till MPD existerar ca 1&#;mm. MPD beneath à &#;mm är kapabel innebära halkrisk nära vått vägförhållanden. modell vid beläggning såsom ofta äger upphöjd makrotextur (cirka 2&#;mm) existerar den vanliga ytbehandlingen inom en lager, Y1, samt indränkt makadam, IM.

Not 2: IRI existerar en mått vid hur ojämnheter tillsammans cirka 0,5 – 30 m våglängd påverkar enstaka personbils fjädringsrörelser inom 80&#;km/tim.

Nya vägar äger IRI vid cirka 1&#;mm/m. IRI blir högt nära gupp, tjälskador, vissa sättningar samt deformationer inom svaga vägkonstruktioner. Lokala skador är kapabel äga IRI liksom överstiger &#;mm/m. Ofta studeras medelvärde ovan 20 m. angående m medelvärdet överstiger 5&#;mm/m brukar färder inom 80&#;km/tim upplevas obehagliga inom personbil.

inom lastbil brukar redan IRI vid 2 - 2,5&#;mm/m artikel obehagligt. 10&#;cm höga fartdämpande vägbulor ger m medelvärde till IRI angående ca 8&#;mm/m.

Guppiga - olika vägytor ger energiförluster samt därmed rullmotstånd vid tre sätt:

1. Hysteres likvärdig liksom vid jämna ytor.

Kraftens effekt

2. Energiförluster inom relaterat till däck fjädrande sidväggar samt slitbana vid bas från vägojämnheterna.

3. Förluster inom fjädringssystemet.

Beräkningar besitter demonstrerat för att energiförluster från typ 2 samt 3 vid ojämn väg förmå existera lika stora vilket typ 1, detta önskar yttra rullmotståndet förmå dubbleras jämfört tillsammans vid jämn väg^[8].

Fleråriga mätningar inom instrumenterade svenska timmerlastbilar^[9] äger även demonstrerat för att drivmedelsförbrukningen existerar 25 - 40&#;% högre vid vägar tillsammans asfalt inom uselt skick än vid god asfalt. vid grusväg plats timmerbilarnas drivmedelsförbrukning 65 - 70&#;% högre än vid asfalt inom utmärkt skick.

Betrakta en kropp

enstaka massiv sektion från dessa skillnader torde ej bero vid rullmotstånd inom egentlig fras, utan snarare hastighetsändringar. Inbromsning till exempelvis tvära kurvor (vilka förekommer oftare vid sämre vägar) alternativt extrema gupp efterföljs från energiförbrukande acceleration upp mot normal hastighet. Detta indikeras omväg från SkogForsks rapport från hastighetsmönster nära dem testade vägförhållandena.

dem inom denna forskning uppmätta resultaten existerar därmed sannolikt enstaka konsekvens från både ryckigare körning samt högre rullmotstånd vid sämre vägar.

definieras av

Vägytans temperatur samt styvhet (se bärighet) påverkar även rullmotståndet, då vägytans svikt beneath fordonet är kapabel ge enstaka resultat liknande för att ständigt köra inom enstaka uppförsbacke. inom synnerhet asfaltvägars svikt påverkas från vägytans temperatur, vilken därmed alltså även påverkar rullmotståndet.

Föroreningar därför likt vit nederbörd, vätska samt lera vid vägbanan förmå öka rullmotståndet avsevärt.

Hjulegenskaper likt påverkar rullmotståndet

[redigera | redigera wikitext]

Enligt ovan påverkas rullmotståndet från hjulets hastighet vidare samt typen från underlag. detta påverkas även från hjulets egenskaper:

• Material - olika fyllnadsmedel samt polymerer inom däckens sammansättning är kapabel minska hysteresen. för att ersätta kimrök tillsammans dyrare kvarts-silika existerar en vanligt sätt för att minska relaterat till däck rullmotstånd.^[5]
• Dimensioner - rullmotståndet påverkas från sidoväggarnas flexande samt från relaterat till däck "fotavtryck".

  Exempelvis flexar bredare lågprofildäck mindre inom sidoväggarna då dem rullar samt ger därmed lägre rullmotstånd (dock även högre luftmotstånd).^[10] en enkelt sätt för att minska rullmotståndet existerar för att minska tjockleken hos relaterat till däck undergummi. Detta sker då mot priset från ökad fara till skärskador vilket förstör däcket.

• Lufttryck - Lägre tryck inom däcken leder mot mer flexrörelser inom stommens sidoväggar samt därmed mot högre rullmotstånd.^[10] Mätningar inom Tyskland visade för att då trycket i däck tilläts sjunka ifrån 2,0 dryckesställe mot 1,4 dryckesställe, ökade rullmotståndet tillsammans 20&#;%.

  angående sidoväggarna tvingas jobba många intensivt, är kapabel detta leda mot överhettning samt däckexplosion. Detta fenomen ansågs ligga ner på baksidan enstaka rad vältolyckor tillsammans med Ford Explorer, vilket medförde enstaka tvist mellan däcktillverkaren Firestone samt biltillverkaren Ford. Högt lufttryck existerar gynnsamt.

  Överdrivet lufttryck (till modell vid cyklar) reducerar dock ej rullmotståndet ytterligare, eftersom däcket tenderar för att börja hoppa vid vägbanan. Övertryck medför även sämre väggrepp samt sämre komfort.

• Mönsterdjup - Ju grövre slitbana, desto högre rullmotstånd.^[10] Således besitter detta "snabbaste" cykeldäcket många litet mönsterdjup.

  Tunga lastbilar får även förbättrad drivmedelsekonomi inom takt tillsammans för att relaterat till däck slitbana nöts.

• Större hjul, allt annat lika, äger lägre rullmotstånd än mindre hjul. Detta beror bland annat vid för att större hjul medför för att på grund av identisk gods kommer ett mindre sektion från sidoväggarna för att flexa.^[11]

Trots fördelen tillsammans med lägre rullmotstånd hos stora hjul, äger praktiskt taget samtliga världens hastighetsrekord äger fastställts vid relativt smala hjul.

Detta anses dock bero vid aerodynamiska fördelar nära upphöjd hastighet, snarare än vid skillnad inom rullmotstånd. relaterat till däck aerodynamik existerar ej särskilt avgörande nära normala hastigheter. Å andra sidan förmå smala däck pumpas tuffare än breda däck, vilket ger något lägre motstånd ("Om ni jämför numeriskt värde däck från liknande konstruktion, tillsammans med identisk tryck, samt identisk tryck dock olika bredd, existerar antingen detta bredare däcket överdrivet stort, alternativt detta smalare däcket till lite pumpat", ).

ett ytterligare begränsning inom sammanhanget existerar för att smala cykeldäck medför ökad fara till genomslagspunktering till tunga cyklister.

Lastbilsdäck tillsammans "bränslebesparande" stomme gynnar bränsleekonomin beneath varenda regummerade slitbanornas liv, medan en lastbilsdäck tillsammans "bränslebesparande" mönster bara ger besparing tills den aktuella slitbanan nötts ned.

Mätning från relaterat till däck rullmotståndskoefficient

[redigera | redigera wikitext]

Vanligtvis mäts rullmotstånd tillsammans med någon från nästa tre metoder:

1. inom Europa används oftast ISO-standard "Passenger fordon tyres -- Methods of measuring rolling resistance" till för att mäta rullmotståndskoefficienten . en modell vid mätrapport existerar Research report 54 ifrån detta tyska institutet TuV.

2. Den koefficient vid rullmotståndet b, liksom äger dimension längd, existerar approximativt lika tillsammans med värdet från rullmotståndskraften gånger hjulets radie, delat tillsammans hjulets belastning.^[1]

3. inom USA äger samhälle of Automotive Engineers (SAE) tagit fram testmetoderna SAE J samt J SAE på grund av för att mäta rullmotståndskoefficienten hos gummidäck.

på grund av dem flesta nya personbilsdäck rapporteras värden vid mellan 0, samt 0,^[5]. till cykeldäck fås typiskt värden ifrån 0, mot 0,^[12] Dessa koefficienter existerar uppmätta vid rullar, tillsammans med kraftmätare beneath cykling vid riktiga vägytor, alternativt genom utrullningstest. inom dem numeriskt värde senare fallen måste effekten från luftmotståndet beaktas, endera genom subtraktion alternativt genom för att utföra testet nära många nedsänkt hastighet.

Testresultat till rullmotstånd kunna artikel svåra på grund av allmänheten för att ett fåtal sektion från, då däcktillverkare föredrar för att marknadsföra attribut vilket komfort samt prestanda.

Fysikaliska formler

[redigera | redigera wikitext]

Rullmotståndskraften kunna beräknas genom:^[5]

där

existerar rullmotståndskraften,

existerar den dimensionslösa rullmotståndskoefficienten, och

existerar normalkraften.

Koefficienten på grund av rullfriktion hos en styvt hjul förmå beräknas genom

där

existerar den dimensionslösa rullmotståndskoefficienten,

existerar underlagets nedsjunkning (deflektion), och

existerar diametern vid detta stärka hjulet.

Rullmotståndskraften kunna även beräknas som:^[1]

där

existerar rullmotståndskraften,

existerar hjulets radie,

existerar rullmotståndskoefficienten (eller koefficienten till rullfriktion tillsammans dimension längd), och

existerar normalkraften.

Genom för att likställa ekvationerna samt åtgärda ut B fås för att b = C_r·r.

ifall ett källa bara anger den dimensionslösa rullmotståndskoefficienten (C_r), förmå den därmed omvandlas mot b (med enheten längd) genom för att multiplicera C_r tillsammans med hjulets radie r.

I normalfallet kommer dem krafter en "enkelt hjul" utsätts till, endast för att existera den totala massa hos föremålet (karossen) likt hjulen stöder dividerat tillsammans med antalet hjul, plus massan från hjul självt multiplicerat tillsammans tyngdaccelerationen g (~&#;m·s⁻² vid jorden).

I ovanstående ekvationer ingår ej variationen från rullmotstånd tillsammans med hastighet. Detta existerar inom dem flesta fall ett rimlig förenkling, då mätningar nära olika hastigheter bara visar enstaka mindre spridning.^[13]

Rullmotståndskoefficienter

[redigera | redigera wikitext]

Tabell tillsammans med modell vid rullmotståndskoefficienter angivna från olika källor:^[14]

Cr	b	Beskrivning
till [15][16]	&#;mm[1]	Järnvägshjul mot stålräls
&#;mm[1]	Härdade stålkulor mot stål
till [17]	Cykeldäck (normala) nära 50&#;km/tim, uppmätt vid rullprovare
[18]	Speciella Michelin eco-marathon däck
	Spårvagnshjul mot smutsig räls
[18]	BMX cykeldäck nyttja vid soldrivna fordon
till [19]	Bildäck
till [20]	Bildäck vid betongväg
till	Bildäck vid växttäcke alternativt mjukt lerigt underlag
[20]	Bildäck vid småsten

där

existerar den dimensionslösa rullmotståndskoefficienten, och

existerar rullfriktion angiven tillsammans med längdenheten mm.

Exempel: inom jordens gravitationsfält behöver ett fordon vid landsväg drivas från enstaka kraft vid cirka &#;kg × 9,81&#;m/s² × 0,01 = 98,1&#;Newton till för att övervinna rullmotståndet.

Se även

[redigera | redigera wikitext]

Referenser

[redigera | redigera wikitext]