Soggetti:
- Calcolare il carico sull'asse utilizzando VLS
- Calcolare il carico sull'asse anteriore
- Differenza tra peso e massa
- Calcolare il carico sull'asse posteriore
- Calcola il peso del naso
- Calcolare l'influenza del peso del muso sull'asse posteriore
Calcolare il carico sull'asse utilizzando VLS:
I carichi sugli assi di un veicolo possono essere calcolati con un disegno schematico e i dati dell'auto. Un'auto con le forze rilevanti può essere disegnata utilizzando un VLS (Free Body Diagram) (vedi immagine sotto). Le condizioni di un VLS sono che il manto stradale non sia tracciato. Anche se il veicolo si trova su una collina, il veicolo non deve essere trainato obliquamente, ma nel VLS deve essere disegnata una forza orizzontale con una direzione.
Il vantaggio di lavorare con un VLS è che le cose inutili vengono tralasciate. Ad esempio, quando si calcolano i momenti interni o il carico sull'asse di un rimorchio, è utile disegnare solo il rimorchio anziché un'auto con rimorchio. Disegnando solo ciò che è necessario si evita di commettere errori (includendo nel calcolo troppe forze orizzontali/verticali che non rientrano).
Innanzitutto il peso deve essere calcolato utilizzando l'accelerazione gravitazionale che agisce sul veicolo. La gravità dipende da dove si trova il veicolo sulla Terra. Nei Paesi Bassi l'accelerazione gravitazionale è di 9,81 m/s.
La massa del veicolo deve essere moltiplicata per la gravità. Ciò dà: 1500 x 9.81 = 14.715N (L'unità di forza è Newton). Va notato che l'accelerazione gravitazionale è talvolta chiamata anche accelerazione gravitazionale, costante gravitazionale o velocità di caduta. Talvolta il numero 9,81 viene arrotondato anche a 9,8 o, molto approssimativamente, a 10. Questo è più facile da calcolare (1500/10 è più facile da calcolare a memoria che 1500/9.81), ma la risposta finale non è certamente esatta. Pertanto, utilizza sempre 9,81 m/s, a meno che, ad esempio, non sia indicato diversamente in una domanda d'esame.
La forza totale con cui il veicolo viene premuto sul manto stradale è quindi di 14.715 Newton. Questa forza è distribuita su entrambi gli assi dell'auto.
Il carico sull'asse è spesso maggiore nella parte anteriore perché è lì che si trova il motore. Nell'immagine questo è visibile dal baricentro che, visto dal centro, è nella parte anteriore. Il centro di gravità è un punto di rotazione immaginario. Se questo baricentro fosse esattamente al centro, il carico su entrambi gli assi sarebbe lo stesso (dividere la massa del veicolo per 2). Poiché sono note le distanze delle ruote, la posizione del baricentro e la massa totale del veicolo, è possibile calcolare i carichi sugli assi anteriori e posteriori.
Massa del veicolo: 1500 kg
Peso: 14715 N
Altezza piano stradale – punto di svolta: 60 cm
Distanza F1 – punto di piega: 115 cm
Distanza del punto di articolazione – F2: 160 cm
Distanza F1 – F2: 115+160= 275cm (questo è il passo)
Calcolare il carico sull'asse F2 (asse posteriore):
14715 x 1,15 – F2 x 2,75 = 0
16922 – F2x2,75 = 0
F2 = 16922/2,75
F2 = 6154N
Il calcolo è dettagliato di seguito:
- Per calcolare F1 e F2 è necessario prima calcolarli. Scegliamo di calcolare prima F2.
Facciamo il perno in F1. Tutto in senso orario è positivo e tutto in senso antiorario è negativo. Ciò significa che le forze dirette verso il basso sono positive e la forza F2 verso l'alto è negativa. Compiliamo la prima parte della formula.
14715 x 1,15 – F2 x 2,75 = 0
(Inserire normalmente quest'ultimo 0, perché più avanti nel calcolo i numeri a sinistra e a destra del segno " = " vengono invertiti) - Forza x braccio: Il peso di 14715 viene moltiplicato per la distanza di 1,15:
14715 x 1,15 = 16922 - Ora lo inseriamo nuovamente nella formula:
16922 – F2x2,75 = 0 - Sposta il 16922 dall'altra parte dove è lo 0:
F2x2,75 = 16922 - Dividi entrambi i lati per 2,75 per rimuoverlo a sinistra del segno =:
F2 = 16922/2,75 - Ciò si traduce in:
F2 = 6154N.
Differenza tra peso e massa:
Ricorda che il peso non è la stessa cosa della massa. Il peso di F2 nel calcolo precedente è 6154 Newton. Una massa è sempre espressa in chilogrammi. Deve quindi essere sempre diviso per l'accelerazione gravitazionale di 9,81. (6154/9,81 = 627,3kg) Basti pensare alla massa del veicolo a vuoto indicata sulla carta di circolazione. Questo è sempre indicato in kg. Per chiarire la storia di cui sopra; Non c'è gravità nello spazio. Tutto galleggia lì, non importa quanto sia pesante. Tutto ha un peso; quando lanci un cartone di latte contro qualcosa, o contro un sasso, questo avrà un impatto diverso. Ad esempio, il cartone del latte non danneggerà facilmente nulla quando colpisce il muro, ma la pietra causerà sicuramente danni. Questo perché la forza con cui l'oggetto si ferma è maggiore per la pietra che per il cartone del latte. Ciò dimostra che anche il peso è presente nello spazio ed è importante, ma la massa no. La massa è dovuta all'attrazione gravitazionale della Terra. Quindi il peso dell'auto non è 1200 kg, ma la sua massa è 1200 kg. Spesso si commettono molti errori in questo senso.
Calcolare il carico sull'asse posteriore:
Quando sono noti il peso totale e il carico di 1 asse, il carico del 2° asse può essere facilmente calcolato sottraendo questi due l'uno dall'altro:
Peso totale – F2 = F1:
14715 – 6154 = 8561N.
Naturalmente la F1 può essere calcolata anche separatamente. Questo è quasi lo stesso del primo calcolo:
14715 x 1,6 – F1 x 2,75 = 0
23544 – F1x2,75 = 0
F1 = 23544/2,75
F1 = 8561N
La forza che la ruota anteriore esercita sul manto stradale è 8561N e quella posteriore 6154N. Sommati insieme questo è 14715N. La massa totale del veicolo è quindi 14715 / 9.81 = 1500 kg.
Calcolare il peso del naso:
Nello stesso modo in cui nei capitoli precedenti sono stati calcolati i carichi sugli assi dell'auto, è possibile determinare anche il peso sul gancio di traino dell'auto. Il momento è la forza x il braccio. Ciò significa che più lungo è il braccio, maggiore è il momento. Il carico sull'asse posteriore dipende dalla distanza tra F2 e F3 e il peso sul gancio di traino dipende dalla distanza tra F3 e F4. Ed è proprio la forza sul "punto cardine", ovvero sulla sfera del gancio di traino, che deve essere calcolata.
L'auto pesa 1500 kg e il rimorchio 300 kg. Per prima cosa lo riconvertiamo in Newton moltiplicandolo per l'accelerazione gravitazionale:
1500 x 9,81 = 14715 N
300 x 9,81 = 2943 N
Per calcolare il peso del muso è più semplice disegnare prima solo il rimorchio. L'auto in sé non è importante nel calcolo.
Il peso sul muso è indicato con F3 e la forza con cui il pneumatico preme sul manto stradale è F5.
F3 diventa il punto cardine e calcoleremo la forza F5. Il baricentro è una forza rivolta verso il basso, quindi positiva. La forza che agisce su F5 è una forza ascendente, quindi è negativa (quindi ha un segno meno davanti a sé). Il peso del rimorchio è di 4000 N.
Calcolare la forza F5:
4000 x 1,2 – F5 x 1,4 = 0
4800 – F5x1,4 = 0
F5 = 4800/1,4
F5 = 3429N
Calcolare il peso del muso (F3):
4000 – 3429 = 571 N
571/9,81 = 58,2kg
Il peso sul gancio di traino con questo rimorchio è di 58,2 kg.
Quando il centro di gravità si sposta all'indietro, il peso del muso diminuisce. Per acquisire questa consapevolezza ed esercitarsi con i calcoli, è utile aumentare e diminuire la distanza tra F3 e F4 e quindi anche tra F4 e F5 ed eseguire nuovamente il calcolo.
Calcolare l'influenza del peso del muso sull'asse posteriore:
Poiché ormai è noto il peso sul muso, è possibile calcolare quale effetto questo ha sull'asse posteriore. Il peso non può essere semplicemente aggiunto, perché la distanza tra l'asse posteriore e la sfera di traino è molto importante (forza x braccio). Usiamo di nuovo la stessa immagine dell'auto con rimorchio.
Nel calcolo precedente era noto che il peso del muso (F3) è 571N. Era già noto anche F2, che era 6154N. Le forze non possono essere sommate perché la distanza tra la ruota posteriore e la testa della sfera di traino funziona ancora come un braccio. Ricreeremo l'intera formula, come all'inizio di questa pagina. A questa formula viene aggiunto 571 x 3,65 (la forza su F3 più la distanza da F1 a F3).
14715 x 1,15 + 571 x 3,65 – F2 x 2,75 = 0
19006 – F2x2,75 = 0
F2 = 19006/2,75
F2 = 6911N = 691 kg.
Ciò significa che l'asse posteriore ha un peso di 691 kg.
