книги из ГПНТБ / Петров М.А. Работа автомобильного колеса в тормозном режиме

2 ^ 6 s 9 ^

Рис. 1.7. Экспериментальная зависимость коэффициента

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

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

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

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

\

,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:

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