타이어의 운동역학

소개글

타이어의 운동역학에 대한 보고서 자료입니다.

목차

1. 마찰계수

2. 구름저항

3. 슬립율

4. 타이어의 변형

5. 제동안정성

6. 타이어의 운동역학

본문내용

소달구지 같은 원시적인 운송수단의 추진력은 차량 외부로부터 공급된다. 이러한 수동적인 운송장치에 있어서 화물의 무게를 지탱해 줄뿐만 아니라 지면과의 마찰력을 손쉬운 구름운동으로 대체해주는 바퀴의 역할은 매우 지대하였다.
반면에 자동차 바퀴의 경우 그에 덧붙여 중요한 특성이 요구된다. 엔진 토크를 실제적 추진력으로 전환해 주는 것과 동시에 상당한 수준의 횡(橫)마찰력을 제공해야 한다는 것이다. 횡마찰력은 자동차의 조향작용에 지대한 영향을 미치는 요소이다.
강성(剛性) 바퀴 (Rigid Wheel)
바퀴의 주된 목적은 마찰을 줄이는 것이지만, 바퀴의 구름운동이 성립하려면 충분한 정지 마찰력이 필요하다. 다음과 같은 두 가지 형태의 바퀴 운동이 있을 수 있다.
1. 미끄럼 (Sliding) - 여느 일반적인 물체를 밀거나 끌어당길 때와 같은 운동
2. 구름 (Rolling) - 원통형 물체가 지면과의 접점에서 지면과의 상대운동 없이 진행하는 운동. 여기서 원의 중심속도는 원주의 선속도와 같다.
바퀴가 지면에서 제대로 추진력을 발휘하려면(Rolling) 지면과의 정지마찰력이 필수요소이다. 정지마찰력이 구동력과 균형을 이룰 정도로 충분치 않다면 바퀴는 헛돌게(sliding) 될 것이다.
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타이어의 변형 (Tire Deformation): 단단한 노면위에서 구르는 고무 타이어를 측면에서 관찰해보면, 지면과의 접촉지점이 만드는 현(絃)의 길이는 변형되지 않은 타이어의 호(弧)의 길이보다 짧기 때문에 접촉면에서 필연적으로 수축이 발생한다. (그림 3.) 타이어 접촉면에서의 압력분포는 타이어가 진행함에 따라 이동하며 압축되었던 타이어 표면의 질점(質點)들은 노면접촉이 해제되면서 다시 확장하게 된다. 노면접촉이 지나감에 따라 타이어 수축면은 탄성력에 의해 다시 팽창한다. 사실상, 이 팽창현상이 회전속도보다 진행속도를 지연시키는 슬립의 요인이며 “deformation slip(변형 미끄럼?)”이라고 칭할 수도 있을 것이다. 그러므로 타이어에 가해지는 토크는 어떻게든 미끄럼을 수반할 수밖에 없는 것이다. 강성 바퀴의 경우 최대 정지마찰력을 발휘하려면 슬립율이 0이어야 하는 반면에 공기압 타이어인 경우에는 슬립율이 10~20%일 때 최대 구동력을 발휘할 수 있다. 어떤 시험자료에 의하면 20%가 deformation slip의 한계라고 보고 있으며 그렇다면 이 지점에서 마찰계수 이 최대에 도달하는 것이다. 여기서 슬립율이 계속 증가하면 마찰계수가 급격히 감소하여 급기야 실질적인 동마찰계수 에 도달하게 되므로 매우 불안정한 상태를 초래한다. 탄성 바퀴의 이러한 특성을 보다 사실적으로 부각시키기 위해 고무 타이어의 마찰계수를 특히 노면 접지계수(coefficient of road adhesion)라고 부르고 있다.

키워드

자동차,   타이어,   마찰계수