Взаимодействие шины с опорной поверхностью

Взаимодействие автомобильного колеса с дорогой осуществляется непосредственно через протектор. В зоне контакта шины с дорожной поверхностью сосредоточен весь комплекс внешних статических и динамических сил, воздействующих на автомобильное колесо.

Протектор шины работает в наиболее тяжелых условиях по сравнению с другими элементами шины. Особенно незащищенной и наиболее нагруженной является контактная поверхность протектора. Все это приводит к возникновению в зоне контакта сложной картины распределения нормальных и касательных напряжений, а также проскальзывания, что является главной причиной износа протектора.

Для упрощения физической модели рассмотрим лишь случаи нагружения колеса при равномерном и прямолинейном его движении по горизонтальной поверхности дороги с твердым, практически недеформируемым покрытием.

При анализе взаимодействия протектора с опорной поверхностью рассматриваются контактные напряжения, приложенные к шине со стороны дороги. Поскольку распределение нормальных и касательных напряжений, действующих в контакте автомобильного колеса, протекает по сложным законам, рассмотрим сначала взаимодействие шины с опорной поверхностью у неподвижного колеса, находящегося под воздействием только нормальной нагрузки. В данном случае шина подвергается простейшему виду нагружения. Затем последовательно рассмотрим другие виды нагружения при различных режимах качения колеса, переходя от простых к более сложным случаям.

Видео:Важность скольжения шинСкачать

Взаимодействие колеса с опорной поверхностью.

Взаимодействие колеса с опорной поверхностью.

При качении колеса наблюдается деформация шины и дороги, сопровождающаяся потерей энергии. Энергия затрачивается на трение в материалах шины и дороги, а также на трение скольжения в контакте шины с дорогой и аэродинамические потери.

Суммарный эффект этих явлений принято называть сопротивлением качению автомобильного колеса. Потери на качение оценивают силой сопротивления качению, коэффициентом сопротивления качению или мощностью потерь на качение.

В шине энергия затрачивается на межмолекулярное трение в резине и корде и механическое трение между различными элементами шины.

В грунте энергия затрачивается в основном на механическое трение между его отдельными частицами.

Сопротивление качению автомобильного колеса зависит от многих факторов: конструкции и материала шины, обода; точности их изготовления; скорости движения; величины приложенных к колесу внешних сил; давления воздуха; температуры; износа протектора и, особенно, от дорожных условий.

В табл. 21.2 приведены значения коэффициента сопротивления качению диагональной шины при движении со скоростью 50 км/ч по различным типам дорожных покрытий.

Коэффициенты сопротивления качению для различных типов дорожных покрытий

Принято при поставке на производство новой шины определять коэффициент сопротивления методом измерения продольной силы на оси колеса, катящегося по гладкому стальному барабану испытательного стенда. Шину прижимают к барабану нагрузкой, равной 80% максимально допустимой для шин легковых автомобилей и 85% — для шин грузовых автомбилей. В этом случае коэффициент сопротивления качению/рассчитывают по формуле

где F — продольная сила, Н; F_5Q — продольная сила при нагрузке 50 Н; Р — нагрузка на шину, Н; г_к — динамический радиус шины, м; R — радиус барабана стенда, м.

В табл. 21.3 приведены регламентируемые коэффициенты сопротивления качению для различных по конструкции шин легковых и грузовых автомобилей при испытаниях на барабанных стендах.

Для решения практических задач при определении сопротивления качению автомобильного колеса используют эмпирические формулы, учитывающие скорость качения и неровности дороги:

Читайте также: Зимние шины для ниссан патрол

Коэффициенты сопротивления качению, полученные на барабанном стенде для шин легковых и грузовых автомобилей

Коэффициент сопротивления качению, не более

где/₀ — начальный коэффициент сопротивления качению ведомого или ведущего колеса, соответствующий сопротивлению качению при малой скорости; А,_п — коэффициент, зависящий от конструкции ходовой части автомобиля (4,0 для легковых и 5,5 — для грузовых автомобилей); S_n — показатель ровности покрытия (для асфальтобетона S_n = 50-150).

При качении шины в результате трения происходит ее нагрев. Тепловое состояние шины в процессе ее работы зависит от ее размеров, геометрии рисунка протектора, упругих, гистерезисных и тепловых характеристик шинных материалов, а также параметров качения: внутреннего давления, вертикальной нагрузки, скорости, температуры окружающего воздуха в камере либо действительной температуры в заданной точке профиля шины. Средняя температура шины, °С,

где G_K — нагрузка на шину, Н;/— коэффициент сопротивления качению; К — коэффициент теплопередачи от поверхности шины; v — скорость качения, км/ч; D_c — средний диаметр шины, м (D_c = D — В); В — ширина профиля шины, примерно равная высоте профиля шины, м.

Температура шины до 100 °С считается допустимой, 100— 120 °С — критической, а выше — опасной для шины.

Способность автомобильного колеса, нагруженного нормальной нагрузкой, воспринимать или передавать касательные силы при взаимодействии с дорогой является одним из важных его качеств, обеспечивающих возможность движения автомобиля. Это качество принято оценивать коэффициентом сцепления ф — отношением максимальной касательной реакции Г_тах в зоне контакта к нормальной реакции или нагрузке G_K, действующей на колесо:

Коэффициент сцепления является характеристикой взаимодействия колеса с дорогой. Он зависит в первую очередь от типа покрытия и состояния дороги, конструкции и материала шины, давления воздуха в ней, нагрузки на колесо, скорости движения, температурных условий, процента скольжения или буксования колеса.

В табл. 21.4 приведены значения коэффициента сцепления различных шин с дорогой.

Коэффициенты сцепления различных шин с дорогой

Коэффициент сцепления для шин

Большое влияние на сцепление элементов шины с дорогой оказывает увлажнение опорной поверхности. С увеличением толщины пленки воды и скорости движения силы трения и сцепления шины с дорогой уменьшаются. Это происходит в результате затрудненного удаления влаги из зоны контакта. При определенной толщине пленки воды и скорости движения из-за действия гидродинамических сил в контакте шина всплывает на пленке жидкости. В этом случае силы сцепления колеса с дорогой имеют очень низкие значения, определяемые трением в жидкостном слое, и колесо не способно передавать или воспринимать сколько-нибудь значительные внешние силы. Такое состояние шины на мокрой дороге принято называть аквапланированием, а скорость, при которой оно возникает, — критической. При критической скорости движение автомобиля становится неустойчивым и незначительное внешнее воздействие (порыв ветра, наклон дороги) может вызвать произвольное отклонение траектории движения автомобиля.

Читайте также: Шипованные шины r13 в перми

Критическая скорость аквапланирования для шины с гладким рисунком протектора может быть определена по формуле

где G_K — нагрузка на колесо; В — ширина протектора; h_B — толщина слоя воды; С_г — коэффициент подъемной силы гидроклина.

Видео:Методика иммобилизации кисти - наложение транспортной шины - meduniver.comСкачать

Контактирование шины с опорной поверхностью

Цель работы:

экспериментальное исследование параметров контакта шины с опорной поверхностью.

Содержание работы:

Изучить теоретические положения по взаимодействию колеса с опорной поверхностью.

В результате выполнения лабораторной работы предусматривается определение следующих параметров контакта шины с опорной поверхностью:

1) фактической площади контакта шины с дорогой;

2) контурной площади контакта;

3) коэффициента насыщенности контакта;

4) среднего фактического давления в пятне контакта;

5) среднего контурное давления в пятне контакта.

При обработке полученных данных установить:

— влияние давления воздуха в шине на величину фактической площади контакта шины с дорогой;

— влияние давления воздуха в шине на величину контурной площади контакта;

— зависимость коэффициента насыщенности контакта от давления воздуха в шине.

1.1. Оборудование и инструменты:

Теоретические положения по взаимодействию колеса

С опорной поверхностью

Опорные свойства автомобиля зависят не только от свойств грунта, но и от веса автотранспортного средства и свойств его шин, которые определяют площадь пятна контакта и величину давле­ния на опорную поверхность.

При контакте шины с твердой поверхностью (асфальтобетон, цементобетон и т.п.) площадь пятна контакта зависит от величины нормальной нагрузки (G_к) и радиальной жесткости шины (с_ш).

При этом следует различать контурную площадь пятна и площадь по выступам протектора (рис. 4.1.).

Рис. 4.1. Площадь пятна контакта шины с дорогой:

а) по выступам; б) контурная

Контурная площадь (F_к) представляет собой площадь фигуры, образованной замкнутой линией, огибающей зону контактирования выступов протектора с опорной плоскостью, а площадь по выступам (F_в) — сумму площадей фактических зон контактирования выступов с опорной поверхностью.

При взаимодействии колеса с твердой опорной поверхностью контурная площадь пятна контакта значительно больше площади по выступам, т.к. включает все промежутки между выступами протектора.

Отношение указанных площадей называется коэффициентом насыщенности контакта:

Контурная площадь пятна контакта может быть приближенно найдена по формуле, предложенной Р. Хедекелем:

где D_св, b — соответственно свободный диаметр и ширина профиля шины;

h_z — радиальная деформация шины.

Величина радиальной деформации определяется величиной нагрузки G_к и радиальной жесткостью шины с_ш:

Значение G_к принимается по справочным данным технической характеристики автомобиля и принимается равной половине массы, приходящейся на соответствующую ось автомобиля, умноженную на ускорение свободного падения.

Радиальная жесткость, в свою очередь, зависит от конструкции шины, геометрических размеров и внутреннего давления воздуха.

Ее значение может быть выражено эмпирической формулой:

где p_w — внутреннее давление воздуха в шине;

p_о — давление в пятне контакта при p_w = 0;

к — эмпирический коэффициент.

Поделив величину нагрузки (G_к) на площадь (F_к), получим формулу, выражающую среднее давление шины по контуру пятна контакта:

Если значение эмпирического коэффициента неизвестна, то пользуются левой частью формулы (5).

Среднее фактическое давление определяется по формуле:

При качении колеса по грунту имеют место следующие деформации опорной поверхности:

1) смятие и уплотнение грунта;

2) выдавливание грунта в стороны;

3) перемещение грунта по направлению движения («бульдозерный» эффект);

4) отрыв поверхностного слоя грунта вследствие его прилипания к шине;

5) срез протектором поверхностного слоя грунта и его выбрасывание из зоны контакта (эффект «экскавации» при пробуксовывании колеса).

Работа по смятию грунта колесом за один оборот равна работе по деформации объема грунта шириной b, высотой h и длиной S = 2pr_к (рис. 4.2.).

Читайте также: Как устанавливать шипованные шины

Величину работы смятия можно выразить формулой:

f(h) – зависимость нормального давления колеса на грунт от глубины колеи (деформируемость грунта).

За один оборот колеса работа силы сопротивления качению:

Рис. 4.2. Смятие грунта колесом

Если принять, что А_f равна работе по деформации грунта (А_г), то, приравняв А_f и А_г и поделив обе части равенства на S и G_к, получим формулу коэффициента сопротивления качению (точнее той его части, которая связана со смятием грунта):

где с, m — постоянные коэффициенты, определяемые при обработке экспериментальных данных.

Из формулы (9) следует, что при определенных параметрах грунта (с и m), ширине колеса и приходящейся на него нагрузке коэффициент сопротивления качению нелинейно зависит от глубины колеи и с увеличением последней возрастает.

Порядок проведения работы

В результате выполнения лабораторной работы предусматривается определение следующих параметров контакта шины с опорной поверхностью:

1) фактической площади контакта шины с дорогой;

2) контурной площади контакта шины с дорогой;

3) коэффициента насыщенности контакта;

4) среднее фактическое давления в пятне контакта;

5) среднее контурное давление в пятне контакта.

Фактическая площадь пятка контакта, т.е. площадь по выступам

протектора (F_B), устанавливается путем получения отпечатка выступов протектора шины на листе миллиметровой бумаги и последующего

определения суммарной площади отпечатков всех выступов, вошедших в контакт с твердой опорной поверхностью.

Контурная площадь пятна контакта (F_K) устанавливается путем определения площади фигуры, образованной линией, плавно огибающей все крайние отпечатки выступов протектора.

1.4. Методика экспериментального определения параметров контакта

1. С помощью шинного манометра проверяют давление воздуха в
шине. Фактическое давление должно быть равно номинальному,
предусмотренному технической документацией. В случае отклонения
давление доводят до номинального значения.

2. Вывесить колесо автомобиля, выводя его из контакта с опорной
поверхностью.

3. В шине вывешенного колеса вновь замеряют давление.

4. Под вывешенное колесо подводят подкладку, поверх которой
кладут чистый лист миллиметровой бумаги разлинованной стороной
кверху. На миллиметровку накладывают лист копирующей бумаги,
красящей стороной вниз, покрывая ее сверху листом бумаги.

5. Опускают автомобиль, давая возможность колесу оставить
отпечаток.

6. Вывесить колесо автомобиля, выводя его из контакта с опорной
поверхностью, после чего снимают листы бумаги и производят расчет фактической и контурной площади пятна контакта графическим способом по полученному отпечатку.

Для этого производят разбивку полученного рисунка на небольшие участки, площадь которых можно определить по известным формулам.

Рекомендуется выбирать следующие геометрические фигуры: прямоугольник, квадрат, треугольник, ромб, трапецию, круг.

Данная рекомендация применяется для определения фактической и контурной площади пятна контакта.

7. Указанный эксперимент, начиная с п. З, выполняют еще несколько раза, каждый раз снижая давление в шине на 0,2 кг/см 2 .

Результаты всех шести опытов сводят в таблицу 4.1.

Результаты опытных данных

После проведения лабораторной работы необходимо довести давление в колесе до нормативного давления.

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ — конструкции, предназначен­ные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.

Папиллярные узоры пальцев рук — маркер спортивных способностей: дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности, не изменяются в течение жизни.

• Свежие записи
  • Нужно ли менять пружины при замене амортизаторов
  • Скрипят амортизаторы на машине что делать
  • Из чего состоит стойка амортизатора передняя
  • Чем стянуть пружину амортизатора без стяжек
  • Для чего нужны амортизаторы в автомобиле
  • Правообладателям
  • Политика конфиденциальности

  Автоподбор © 2023
  Информация, опубликованная на сайте, носит исключительно ознакомительный характер

  📽️ Видео

  Экспертиза шин. "Недокач" и "Перегруз"Скачать

  

  Пэт Кларк - Понимая противодействие (Геометрия подвески) | Перевод А. ПлахотниченкоСкачать

  

  Экспертиза выхода шин из строя 7. Точный монтаж шины на ободСкачать

  

  Травить колеса на бездорожье? А зачем?Скачать

  

  Полный гид по ротации колёс: схемы для разных приводов и рисунков протектораСкачать

  

  Как понять, повреждённая шина ещё годится или уже нетСкачать

  

  РЗ #51 Дифференциальная защита шин (часть 1)Скачать

  

  Всего за 2 минуты определить направление движения у колеса, если нет Никаких ОбозначенийСкачать

  

  Привод суверенитета. Экскурсия в НТЦ Приводная техникаСкачать

  

  Повреждения шинСкачать

  

  Опоры валов и осей: подшипники скольженияСкачать

  

  3.6. Требования к шинам и колесам (курсы экспертов техосмотра)Скачать

  

  ОПОРНЫЕ ПОДШИПНИКИ СКОЛЬЖЕНИЯ // РАДИАЛЬНЫЕ // КОНСТРУКЦИЯ // ПРИНЦИП РАБОТЫ // ВИБРАЦИЯСкачать

  

  Построение линии пересечения поверхности конуса с проецирующей плоскостьюСкачать

  

  Экскурс в теорию автомобиля. Часть №1Скачать

  

  Ремонт боковых порезов шин.Скачать

  

  Автомобильная Шина может взорваться! 3 Основные причины [Автошкола RED]Скачать

  

  Покрышка с деформациейСкачать