Файл: Петров М.А. Работа автомобильного колеса в тормозном режиме.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 27.06.2024
Просмотров: 88
Скачиваний: 0
2 ^ 6 s 9 ^
Рис. 1.7. Экспериментальная зависимость коэффициента
трения протекторной резины |
от |
удельного |
давления: |
(.1 — коэффициент трения при |
скольжении со |
скоростью |
|
10 мм/сек; q — среднее (контурное) |
удельное |
давление; |
1— стальная поверхность (5-нб класс чистоты); 2 — це ментобетон; 3 — асфальтобетон.
о наличии существенного влияния на коэффициент трения раз меров и формы испытуемого образца.
Вследствие вязкоупругих свойств резины наблюдается зна чительное уменьшение коэффициента трения при малых ско ростях скольжения [17; 18; 19; 20; 21; 24; 25; 26]. Такие за висимости получены автором для образцов из протекторной резины при скольжении их по различным опорным поверх ностям [27]. Характер кривых, приведенных на рис. 1.8, сви детельствует о значительном росте коэффициента трения с увеличением скорости скольжения от 0,001 мм/сек до 10-н -Н00 мм/сек. Особенно значительное увеличение коэффици
ента трения получено на стальной опорной |
поверхности (в |
|
5,5 раза) и на цементобетоне (в 1,9 раза). |
Форма экспери |
|
ментальных |
кривых позволяет предполагать о снижении ко |
|
эффициента |
трения при дальнейшем уменьшении скорости |
19
Рис. 1.8. Экспериментальная зависимость коэффи циента трения протекторной резины от скорости скольжения (удельное давление 7,4 кгс/см2):
ц — коэффициент трения; V — скорость скольже ния; 1 — по стали; 2 — по цементобетону; 3 — по асфальтобетону; 4 — по влажному асфальто бетону.
скольжения. При скоростях скольжения более 100 мм/сек обычно наблюдается монотонное снижение коэффициента тре ния с увеличением скорости. Основными причинами этого сни жения считают увеличение динамического модуля резины, вибраций и температуры в контакте [28].
В связи с этим следует отметить, что получение достовер ных данных о величинах коэффициента трения в области вы
20
соких скоростей скольжения затруднительно ввиду неизбеж ного изменения температуры в контакте и прилегающих сло ях испытуемого образца. Возможность использования метода температурно-временного приведения к исследованию внешне го трения резины недостаточно обоснована, хотя и доказана однозначная связь между внутренним и внешним трением [15; 21; 29].
Как уже было сказано, упруговязкая природа фрикцион ного контакта резины с недеформируемой опорной поверхно стью должна проявляться во влиянии на силу трения колеба ний вертикальной нагрузки. Тем более, что аналогичное влия ние установлено при изучении трения твердых тел [30].
На установке ИУ-1 были получены зависимости коэффи циента трения протекторной резины по стали от частоты цик лического изменения нормальной нагрузки. Технические воз можности установки позволили изменять частоту в пределах от 2 до 5 герц с амплитудой 15ч-30% от статической нагрузки.
Результаты эксперимента приведены на рис. 1.9 и свиде тельствуют о наличии ощутимого влияния циклического изме нения нормальной нагрузки на среднее значение коэффици ента трения.
§ 4. Деформации пневматической шины
Одной из основных особенностей эластичного колеса явля ется его способность к изменению геометрических размеров и формы в связи с деформацией пневматической шины под действием внутреннего давления воздуха и передаваемых мо ментов и сил. Эти деформации в значительной мере влияют на все выходные характеристики автомобильного колеса.
Деформации шины от внутреннего давления воздуха
При наполнении шины воздухом ее резинокордная оболоч ка стремится занять равновесное состояние. Однако вследст вие того, что конструкция резинокордной оболочки является резко анизотропной, ее форма отличается от равновесной кон фигурации. Поэтому с повышением внутреннего давления воз духа возможно различное изменение первоначальных раз меров колеса [31]. Причем изменение размеров от значений, определенных по пресс-форме покрышки, зависит от времени
21
Рис. 1.9. Влияние циклического изменения нормального давления на коэффициент трения резины по металлу (скорость скольжения — 50 мм/сек, удельное давление — 8 кгс/см2):
а — образец осциллограммы; |
б — текущее значение |
коэффициента |
||||
трения; в — изменение |
коэффициента |
трения |
от |
частоты пульсации |
||
нагрузки; N — нормальная |
нагрузка, кгс; |
F — сила |
трения, кгс; |
|||
Р — коэффициент трения; р с р |
— среднее значение коэффициента тре |
|||||
ния; Д — постоянное |
нормальное |
давление; |
О — пульсирующее |
|||
|
нормальное давление. |
|
|
|
Выдержка под давлением. Прикатка на станке
Рис. 1.10. Изменение основных размеров пневматических шин от действия внутреннего давления воздуха, времени выдержки под давлением и длительности прикатки на станке ИПЗ-41ѴІ (шина 260-20Р модели 0-43):
L — длина окружности в центральной плоскости; В — ширина профиля; Ь — ширина беговой дорожки.
нагружения внутренним давлением и пробега колеса. Послед нее обусловлено тем, что при длительном нагружении корда в нем появляются остаточные деформации.
На рис. 1.10 приведено изменение размеров колеса с пнев матической шиной 260-20Р модели 0-43 под действием внут реннего давления воздуха при различной выдержке под этим давлением и длительности обкатки на станке ИПЗ-4М. По полученным данным ширина беговой дорожки изменяется не значительно (1ч-1,5 мм), ширина профиля с повышением дав ления увеличивается на 8% и затем остается неизменной. Дли на окружности в центральной плоскости колеса имеет тенден цию к увеличению с ростом внутреннего давления, времени
23
выдержки под давлением и длительности обкатки. Общее уве личение в данном случае достигает 40 мм (1,25%).
Шины диагонального построения имеют тенденцию к боль шему изменению длины окружности и меньшему изменению ширины профиля [31].
Статические деформации шины, при нагружении ее различными силами
Очевидно, что для выполнения своих функций автомобиль ное колесо должно иметь силовое взаимодействие с опорной поверхностью через зону контакта. В результате этого взаимо действия шина претерпевает сложные деформации, которые изменяют ее первоначальную форму и размеры отдельных элементов. При этом максимальные деформации соответству ют участкам шины, находящимся в зоне контакта, а по мере удаления от контакта деформации прогрессивно уменьша ются.
На рис. 1.11 приведены опытные данные по изменению ра диального размера шин диагонального и радиального построе ния при действии на них номинальной радиальной нагрузки [32]. Согласно этим данным значительное изменение радиаль ного размера происходит в пределах центрального угла около 60° для радиальных шин и угла 80° для диагональных шин.
Дополнительное нагружение колеса продольной силой Р
и крутящим моментом М не вносит существенных изменений в распределение радиальных деформаций в зонах, удаленных от контакта, но вызывает дополнительные доформации шины в направлении действия этих сил — касательную Ііх и кру тильную ß [33]. Экспериментальными исследованиями уста новлено, что угловое смещение элементов шины относитель но обода колеса происходит, в основном, в зоне контакта и прилегающих к нему участков [34]. По мере удаления от кон такта жесткость каркаса шины на кручение постепенно по вышается, и форма его искажается незначительно.
Аналогичные явления происходят и при нагружении коле са боковой силой Ру. Под действием этой силы колесо сме
щается на величину !іу за счет искажения профиля оболочки и деформации материала шины в направлении действия силы.
Изучение радиальной и боковой деформаций в контакте показывает, что основной составляющей является деформация профиля шины (70-ч-80%), и лишь 20-ь30% составляет дефор мация материала беговой дорожки:
24
Рис. 1.11. Изменение радиальных размеров пневматической |
шины |
|||
под действием нормальной нагрузки: |
|
|
||
а — угловая координата замера радиальных размеров; |
Дт — измене |
|||
ние радиальных размеров;-------- до нагружения шины; |
------ |
— пос |
||
ле приложения нормальной |
нагрузки; Р — для |
шины |
радиального |
|
построения; Д — для |
шины диагонального |
построения. |
Количественное определение и разделение этих деформа ций является предметом многочисленных теоретических и экс периментальных исследований, проводимых в СССР и за ру бежом [32; 34; 35; 36; 37; 38; 39; 40]. В результате этих ис следований накоплен большой фактический материал по упру гим характеристикам шин различных конструкций, моделей, размеров и т. д., выявлены факторы, влияющие на величину деформаций, а также предложены формулы для определения и прогнозирования этих характеристик расчетным путем.
Анализ имеющихся экспериментальных данных позволяет, с некоторым ■приближением, принять линейную зависимость между значениями влияющих факторов и величиной упругрх деформаций пневматической шины.
В этом случае искомая зависимость может быть выраже на уравнениями регрессии вида:
25
\
ij = a + b x x+ c x 2+ d x z..„ |
(1.10) |
,где у — среднее значение упругой деформации при данных значениях, влияющих на нее факторов хх; х2; х3;
а; Ь; с; d — параметры уравнения регрессии.
Вкачестве основных факторов, влияющих па упругие де формации пневматических шип, обычно принимают нормаль ную нагрузку Gk и внутреннее давление воздуха Pw . В этом случае уравнения регрессии для нормального прогиба шины /г., бокового упругого смещения Ііу н касательного смещения Лх будут иметь следующий вид:
^ z ~ a z ~ \ - b z G k |
- - C z P к,; |
|
|
h y — c iy - \ - b y P y + C y |
■P w + d y |
G ft; |
|
fJx= ах~^ЬхРx-\-cxPw-\-dxGk. |
(1.11) |
||
В таблице 1.2 приведены уравнения |
регрессии, |
получен |
ные в результате обработки методом наименьших квадратов экспериментальных данных лаборатории испытания шин Ом ского шинного завода для некоторых моделей шин. В таблице также указаны пределы варьирования анализируемых вели чин, учтенные при вычислении параметров уравнений регрес сии.
Анализ коэффициентов уравнений, полученных для опреде ления касательного упругого смещения колеса, показывает неоднозначность влияния Pw и Gk на это смещение. Для не которых моделей шин увеличение внутреннего давления возду ха ведет к снижению деформации, хотя для большинства рас смотренных моделей это влияние противоположное.
Нормальная нагрузка в большинстве случаев способствует повышению жесткости в касательном направлении, однако для двух моделей шин увеличение нормальной нагрузки при водит к снижению жесткости.
Отмеченный факт является следствием одновременного и соизмеримого влияния на касательное смещение деформации элементов протектора и каркаса шины в зоне контакта и при легающих к контакту участков.
Деформации шин при качении колеса
Качение колеса сопровождается циклическим изменением напряженного состояния элементов пневматической шины [4]. Изменение напряжений вызывает соответствующее изменение
26
деформаций. По сравнению со статическим нагружением эти деформации могут отличаться за счет увеличения жесткости резины при динамическом нагружении [6; 9], изменения усло вий формирования контакта с опорной поверхностью, а также изменения констант термодинамических процессов рабочего объема воздуха.
Знание деформаций шины при качении позволяет полнее изучить рабочий процесс эластичного колеса и его выходные характеристики.
В результате исследования этих деформаций отечествен ными и зарубежными учеными [4; 39; 40; 41; 42] установлено, что качественная и количественная стороны процесса дефор мации у катящейся шины, в основном, совпадают с таковыми для неподвижного колеса при равенстве действующих сил.
На рис. 1.12 приведены экспериментальные данные о ради альной и касательной деформациях внутреннего слоя каркаса шины катящегося колеса, полученные с помощью трехкомпонентиого датчика деформаций [43] на испытательной уста новке (ИУ-2).
Согласно этим данным шины различных построений имеют принципиальные отличия в характере деформаций. В частнос ти, диагональные шины имеют значительно большую зону по вышенных радиальных деформаций и меньшую зону каса тельных деформаций по сравнению с таковыми у шины ради ального построения. Другой отличительной особенностью рас сматриваемых деформаций является изменение направления касательного смещения в центре контакта у радиальной ши ны, что свидетельствует о высокой жесткости брекерного поя са в касательном направлении.
Приложение к нагруженной катящейся шине продольной силы вызывает изменение радиальных и касательных дефор маций [39].
Для ведущего режима колеса радиальные деформаций увеличиваются, а для тормозного — уменьшаются. Касатель ные деформации увеличиваются со смещением максимальных значений по направлению действия силы. У шин радиального построения это смещение достигает 10° по сравнению с ведо мым режимом качения.
Демпфирующие свойства пневматических шин
Колесо с пневматической шиной является колебательной системой, так как обладает всеми необходимыми для такой системы параметрами — массой, упругостью и демпфером.
27
сч
СЗ
а
а
варьирования параметров |
|
Интервалы |
 |
|
О |
I |
|
Уравнения регрессии
o. c
о
«
с;
t=c
s s
и
и
л
CL >»
я
си
я я
ОчЭ
а»
я
О
LO
со
©‘
•I'
о
о
гч
<3
с о
о"
■I*
о
о
О!
о о о ю о о о о о о
O O r O N O O f O O O O ) Г О - T N O t O N O N N N
СЧ —' С Ч —'СОСЧСЧСЧСЧСЧ
•!■i -I- -l-J- -I--I-•!■-I--I-
оо о ю с 5 о о о о о
ОО О С Ч О С О Ю С О С О С О
ОС О Ю ^ О О ) Ю О ) 0 ) С )
— —< СЧ —<
ОЮ С О І М Ю О Ю І Л Ю
со“ і л т»« со“ со' со* со“ со* со“
•I- I -I--I--I--I--I--I--I--I-
T f со СЧ Ю Ю О i n і о ю ю
Tf сч“—«“іо V
0
|
|
со |
Л» |
•** |
||
ю —• |
00 |
|
|
|||
о |
^ (>, со ^ |
|||||
о |
|
о |
^ 0 0 Ю |
|||
сч ^ |
|
|||||
о о |
о* |
ІЛ > |
О to |
|||
о о |
||||||
° . о |
1 |
|
|
; о |
||
о |
_и |
э |
|
|
|
|
|
|
0ч |
? |
|
'в I |
|
|
|
ю |
|
|||
00 |
со |
№ |
0 ? |
|||
СЧ |
||||||
|
ю |
со ^ |
ю ста |
|||
t-, г-Ч |
+ |
|
W- |
|||
~ -© ‘ |
(М « О ” |
СП |
||||
|
|
|
СО - |
+ |
— . |
чо |
СО |
CL ^ |
|
^ 00 |
со |
со СТ> |
о |
О со |
о “ |
со о |
° - о * |
+ |
|
h- |
СО |
со |
со |
|
rj« to |
ю |
со‘£ |
о" |
{ ° l |
|
I о |
|
•s- |
|
О+ - ! 0
1,0, . 1,
s 2 ° i p r - ° . 0 t-~
s?+s
5 £ Я |
+ |
r |
- H r © |
|
Ю S "f сч
со"® I СЧ
i> H
|
|
|
|
|
|
|
|
CD |
|
fD- |
•*£ |
|
*сс |
|
CD |
CD |
|
о |
^ О CD |
|
|
о |
||||
|
|
о |
||||||
о |
^ Ю Ю ^ — |
|
||||||
о |
g S o o o |
|
||||||
о |
|
|||||||
о* |
♣ |
8° |
|
° |
− |
|
||
I |
Я1о ‘^ |
° |
а, а |
о, |
||||
$ |
I |
|
I о, |
|
00 |
|||
С. |
|
|
|
|
|
|
|
-ГГ |
h- |
О, 0. г~ 00 ' |
со“ |
||||||
<D |
||||||||
сч |
ІЛ |
L O S ? 0 |
I |
|||||
сч" |
<N_f- |
|
|
|
|
|||
со"СО |
|
|
|
|
||||
I |
.1 >ч >ч |
|
||||||
|
I |
|
I |
|
г-і |
|||
|
|
' |
|
CL |
|
- . |
|
|
г- |
|
>* |
|
CL CL |
00 |
|||
. J |
^ |
|
CD -3« CO |
|||||
|
о |
|||||||
оо |
“?(J)00CDlO |
о ' |
||||||
Ю |
Oe t*«* о |
о |
о |
оо ° . о ' o “o “
+? + + +
г - “ г с ч —• C D |
о |
CO O l со CO 00 |
|
t"-’ CG —«* |
со“ |
СЧ t ^ - c o —I —I |
сч |
>ѵ>, >4 SS=Ь
аа Э&&ЗоГ&э
^50, О,О,О,^ О,О. Э
^ ^ с О О О і Л С О т М Л С О 4 *«
C g l O ' T i O c O t 4" T N ' T co CD_,_( г г —* СО — '_ © — I t^-.co
СЧ со“ со’ to ’ Tt»*in “ o i“ со“ со“ СО*
I I I М I I I I I
OCDCDCDCDCDCDCDO^
ю г-
i n c o m C D t ^ ^ C O O i C D
—* © — іГ -» С О ч З *© С О С О С О |
|
' O — |
» |
0 ^ 0 © .© 0 . 0 |
О ©e© © |
© © “О © “ О © “ О * О * © ‘ о *
+Н—I-++H—ЫН—I-
__ |
___ |
с о ^ 0 0 со |
CD Г«ч |
С О С О С О О Ю ^ Н |
|
СО 00 ^ |
іЛ СО со' O i —«_(£) со |
|
—« со" со“ со" Н |
ІО t-.“ ю ’ со“ CD“ |
O l r — С Ч С О ^ С О г-н С Ч о і СЧ
II |
II |
II II |
II |
II II II II II |
||
|
|
|
|
ÄLQ |
|
|
|
|
|
|
[£і СЧ °0 СЧ со |
||
2 |
— |
' |
|
© |
i n с о |
^ |
|
^ |
СЧ ^ |
‘ |
|||
|
і |
CQ |
Tr* |
|||
|
1 |
w>’ I |
I I |
|||
|
■ Q 5 о |
I E E O |
||||
s s s S O |
n s s s „ |
|||||
00 00 00 oo ??CL |
|
OH |
||||
О |
о |
О О |
V |
00 00 00 00 00 |
||
i n |
ІО Ю i n |
|
©ІПШІОІПЮ© © о © |
|||
II |
I ІО |
I |
I I |
и |
||
© о о о ° . |
© ©©©© |
|||||
43« СЧСЧ00 «ФСО с о © |
с о СО |
СЧ СЧ со —' —<сч сч сч сч сч