Effekt på ett rullande hjul

Rullmotstånd, liksom ibland kallas rullfriktion, existerar detta motstånd såsom uppstår då en runt objekt såsom enstaka boll alternativt en däck rullar vid enstaka strategi yta. detta orsakas främst från deformation från föremålet (hjulet) och/eller underlaget. 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 enstaka lika massiv landsvägsbuss tillsammans med gummidäck såsom 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 liksom luftmotståndet till enstaka medelstor fordons tillsammans med en C_D-värde vid 0,35^[3].

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

Kraftsystemets effekt på kroppen definieras av

eftersom bilens CO2-utsläpp existerar direkt proportionella mot drivmedelsförbrukningen, förmå även utsläppen från växthusgasen koldioxid reduceras tillsammans 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 på grund av 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 med rullmotstånd samt tillskrivs dem viskoelastiska egenskaperna hos relaterat till däck gummi.^[5]

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

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

Vägegenskaper likt 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 till en självklart däck likt rullar vid stärka vägbeläggningar förmå skilja +/- 15&#;%, beroende vid vägytans textur.

Vägytans innebörd på grund av 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 med 1&#;mm, ökar rullmotståndet på grund av personbil tillsammans 30&#;% nära 90&#;km/tim samt 17&#;% nära 50&#;km/tim. (Se not 1).
• När vägens ojämnhet mätt likt International roughness index (IRI) 1&#;mm/m, ökar rullmotståndet till personbil tillsammans med 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 förmå 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 med cirka 0,5 – 30 m våglängd påverkar enstaka personbils fjädringsrörelser inom 80&#;km/tim.

Nya vägar besitter IRI vid cirka 1&#;mm/m. IRI blir högt nära gupp, tjälskador, vissa sättningar samt deformationer inom svaga vägkonstruktioner. Lokala skador förmå 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.

B Psom påverkas av ett system av yttre krafter F y:(dF P P,),dM ∈B, där dF P representerar en och dM P kraft ett moment (ett kraftparsmoment) angripande i den materiella punkten P∈B

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

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

1. Hysteres likvärdig såsom vid jämna ytor.

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

3. Förluster inom fjädringssystemet.

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

Fleråriga mätningar inom instrumenterade svenska timmerlastbilar^[9] besitter även demonstrerat för att drivmedelsförbrukningen existerar 25 - 40&#;% högre vid vägar tillsammans med asfalt inom uselt skick än vid god asfalt.

vid grusväg fanns timmerbilarnas drivmedelsförbrukning 65 - 70&#;% högre än vid asfalt inom utmärkt skick. ett 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 rapportering från hastighetsmönster nära dem testade vägförhållandena. dem inom denna undersökning uppmätta resultaten existerar därmed sannolikt ett inverkan från både ryckigare körning samt högre rullmotstånd vid sämre vägar.

Vägytans temperatur samt styvhet (se bärighet) påverkar även rullmotståndet, då vägytans svikt beneath fordonet kunna ge enstaka resultat liknande för att ständigt köra inom ett uppförsbacke.

inom synnerhet asfaltvägars svikt påverkas från vägytans temperatur, vilken därmed alltså även påverkar rullmotståndet.

Föroreningar sålunda liksom vit nederbörd, en färglösluktlös vätska som är livsnödvändig samt lera vid vägbanan är kapabel öka rullmotståndet avsevärt.

Om golvet utsätts för föroreningar i form av damm, skräp eller andra orenheter, orsakar detta ocskå ett nerslipande slitage

Hjulegenskaper såsom 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 förmå 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 på grund av skärskador liksom 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 med 20&#;%.

  angående sidoväggarna tvingas jobba många intensivt, kunna detta leda mot överhettning samt däckexplosion. Detta fenomen ansågs ligga ner på baksidan enstaka rad vältolyckor tillsammans med Ford Explorer, vilket medförde ett 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 med 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 till identisk gods kommer ett mindre sektion från sidoväggarna för att flexa.^[11]

Trots fördelen tillsammans lägre rullmotstånd hos stora hjul, besitter praktiskt taget varenda 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 kunna smala däck pumpas tuffare än breda däck, vilket ger något lägre motstånd ("Om ni jämför numeriskt värde däck från liknande konstruktion, tillsammans identisk tryck, samt identisk tryck dock olika bredd, existerar antingen detta bredare däcket överdrivet stort, alternativt detta smalare däcket på grund av lite pumpat", ).

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

Lastbilsdäck tillsammans med "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 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 med hjulets belastning.^[1]

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

till dem flesta nya personbilsdäck rapporteras värden vid mellan 0, samt 0,^[5]. på grund av cykeldäck fås typiskt värden ifrån 0, mot 0,^[12] Dessa koefficienter existerar uppmätta vid rullar, tillsammans kraftmätare beneath cykling vid riktiga vägytor, alternativt genom utrullningstest.

För detta konstruerades ett fysiskt instrument tillsammans med en beteendemodell som relaterar effektför-brukningen i en elmotor till testobjektets rullfriktion

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 är kapabel existera svåra på grund av allmänheten för att ett fåtal sektion från, då däcktillverkare föredrar för att marknadsföra attribut såsom komfort samt prestanda.

Fysikaliska formler

[redigera | redigera wikitext]

Rullmotståndskraften är kapabel beräknas genom:^[5]

där

existerar rullmotståndskraften,

existerar den dimensionslösa rullmotståndskoefficienten, och

existerar normalkraften.

Koefficienten till rullfriktion hos en styvt hjul kunna beräknas genom

där

existerar den dimensionslösa rullmotståndskoefficienten,

existerar underlagets nedsjunkning (deflektion), och

existerar diametern vid detta stärka hjulet.

Rullmotståndskraften förmå 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.

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

I normalfallet kommer dem krafter en "enkelt hjul" utsätts på grund av, endast för att existera den totala massa hos föremålet (karossen) vilket hjulen stöder dividerat tillsammans 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 enstaka rimlig förenkling, då mätningar nära olika hastigheter bara visar ett mindre spridning.^[13]

Rullmotståndskoefficienter

[redigera | redigera wikitext]

Tabell tillsammans 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 längdenheten mm.

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

Se även

[redigera | redigera wikitext]

Referenser

[redigera | redigera wikitext]