Лабораторна робота №4. Визначення характеристик еластичності покришок

Визначення характеристик еластичності покришок

 

Мета роботи: Ознайомитися з методикою експериментального визначення характеристик нормальної і бокової еластичності покришок і встановити вплив на них тиску повітря в покришці.

Обладнання: Установка для визначення нормальної (радіальної) і бокової деформації покришки, насос, манометр, мікрокалькулятор.

Задачі роботи: Одержати експериментальні дані і зробити розрахунки для побудови графіків - радіального прогину покришки, бокового зміщення колеса, радіальної і бокової жорсткості покришки від навантаження;

Проаналізувати вплив радіальної і бокової сили, тиску повітря в камерах, на деформацію покришки при різних навантаженнях.

 

Теоретичні положення

Покришка безпосередньо стикається з поверхнею дороги. Будучи наповненою стиснутим повітрям, вона стає пружною і здатна сприймати великі навантаження. Під дією зовнішнього навантаження покришка піддається складній деформації. Цю деформацію для зручності вивчення як правило поділяють на три більш прості: нормальну (радіальну), бокову і колову (крутильну).

Нормальна (радіальна) деформація покришки

Під дією прикладеного до колеса навантаження P_z покришка починає деформуватися, площа її контакту з дорогою збільшується до тої пори, поки не настане рівновага між нормальною реакцією дороги R_z і навантаженням P_z (рис.1). Права частина рисунка відповідає стану ненавантаженої покришки, а ліва - деформовану радіальним навантаженням.

Деформація покришки відбувається при майже незмінному тиску повітря в ній. Об`єм повітря, витіснений при деформації, порівняно з об`ємом повітря в камері дуже малий, тому збільшення тиску в покришці внаслідок її навантаження також мале і складає 1…2%.

Під дією навантаження P_z відбувається зменшення відстані від осі колеса до дороги із-за зменшення висоти Н і збільшення ширини В профілю покришки. Нормальний прогин покришки h_z оцінюють різницею вільного r_k і статичного r_ст радіусів колеса h_z = r_k - r_ст і є однією із найбільш важливих характеристик покришки. Надмірне збільшення прогину приводить до підвищення напружень в покришці, нагріву і, як наслідок, зниження втомлювальної міцності покришки. В зв`язку з цим відносна величина нормального прогину (відношення ) покришок звичайної конструкції обмежується значенням 10…12%.

Рис. 1. Схема нормальної деформації покришки.	Рис. 2. Схема визначення нормальної деформації покришки на установці: 1- колесо; 2 - стрілка покажчика; 3 - шкала.

 

Для покришок з регулюючим тиском повітря і широкопрофільних це значення складає 12…15%, а для арочних 15…20%.

При визначенні нормальної деформації покришки її ступінчато навантажують нормальним навантаженням P_z (рис. 2).

Крім працездатності нормальний прогин визначає такий важливий експлуатаційний параметр, як нормальна жорсткість покришки, яка безпосередньо зв`язана з плавністю ходу автомобіля, його демпферуючої властивості, навантаженням в деталях ходової частини.

Нормальна жорсткість покришки C_z визначається із відношення

. (1)

Нормальна жорсткість залежить від конструкції покришки. При однаковому тиску повітря, покришки з діагонально розміщеним кордом мають на 10…20% більшу нормальну жорсткість, ніж покришка з радіальним кордом. На нормальну жорсткість найбільше впливає тиск повітря в покришці, в меншій мірі навантаження на колесо.

В реальних умовах експлуатації жорсткість залежить від динамічних режимів навантаження, форми опорної поверхні, форми і розмірів нерівностей, температури покришки і інших факторів.

Бокова деформація покришки

Податливість покришки в боковому напрямку сильно впливає на стійкість і керованість автомобіля. Процес бокового деформування покришки доволі складне явище.

Прикладена до колеса бокова сила Р_у (рис. 3) змінює деформацію покришки, яка викликана радіальним навантаженням P_z. Відбувається викривлення форми профілю покришки і вигин її в боковому напрямку.

В результаті деформації покришки під дією бокової сили відстань від осі колеса до дороги зменшується. Центр колеса дещо відходить від середньої його площини, яка проходить через центр площі контакту протектора.

Цю деформацію називають боковим пружним зміщенням колеса h_y - це лінійне зміщення центра колеса відносно площі контакту за рахунок пружних властивостей покришки під дією бокової сили, заміряне в центральній площині, паралельно до опорної.

При визначенні бокової деформації покришки її ступінчато навантажують боковою силою Р_у (рис. 4). Максимальне значення бокової сили обмежується зчепленням покришки з дорогою.

Рис. 3. Схема бокової деформації покришки.	Рис. 4. Схема визначення бокової деформації покришки на установці. 1 – колесо; 2 – стрілка покажчика; 3 – шкала.

 

Величина бокового пружного зміщення колеса залежить від конструкції покришки, її вантажопідйомності. Бокове пружне зміщення називають боковою жорсткістю покришки С_у, і визначають із відношення:

. (2)

Бокова жорсткість покришки на відміну від нормальної - це постійна величина, яка практично не залежить від бокового зміщення колеса.

Колова (тангенціальна) деформація покришки

При прикладені до колеса крутного моменту і повздовжньої сили відбувається колова деформація покришки. Дія на колесо крутного моменту викликає поворот обода колеса на деякий кут відносно нерухомого контакту протектора покришки.

В зв`язку із складністю експериментального визначення тангенціальної деформації покришки, в даній роботі її не визначають.

 

Методика і порядок виконання роботи

На установці проводять вимірювання нормального (радіального) прогину покришки h_z при різних нормальних навантаженнях P_z і бокове пружне зміщення колеса h_y, навантаженого постійним нормальним навантаженням при різній боковій силі P_y. Вимірювання виконують при різному тиску повітря в покришці P_n. Роботу виконують в такій послідовності.

1. Встановити тиск повітря в покришці P_n = 0, 14 МПа.

2. Встановити покришку в положення нульового навантаження.

3. Ступінчато змінюючи нормальне навантаження P_z в інтервалі 0...1, 0 кН через кожні 200Н фіксують по шкалі нормальний прогин покришки h_z. Результати вимірювань заносять в табл. 1.

Таблиця 1

Результати вимірювань і розрахунків нормальної деформації покришки

Нор-мальне наванта-ження Pz, H	Тиск повітря в покришці Pn, МПа
0, 07	0, 10	0, 14
Нор-мальний прогин hz, мм	Нор-мальна жорсткість Cz, H/м	Нор-мальний прогин hz, мм	Нор-мальна жорст-кість Cz, H/м	Нор-мальний прогин hz, мм	Нормальна жорсткість Cz, H/м

 

4. Встановити постійне нормальне навантаження на колесо, P_z = 2, 5 кН.

5. Ступінчато змінюючи бокову силу Р_у в інтервалі 0…500 Н, через кожні 100 Н фіксують по шкалі пружне зміщення колеса h_y. Результати вимірювань заносять в табл. 2.

6. Повторити операції в відповідності з пп. 2…5 при тиску повітря в покришці 0, 07; 0, 10; 0, 14 МПа.

7. Провести розрахунки нормальної C_z і бокової С_у жорсткості покришки в відповідності з навантаженнями. Одержані значення занести в табл. 1 і 2.

 

 

Таблиця 2

Результати вимірювань і розрахунків бокової деформації покришки

Бокова сила Ру, Н	Тиск повітря в покришці Pn, МПа
0, 07	0, 10	0, 14
Бокове пружне зміщення hy, м	Бокова жорсткість Су, Н/м	Бокове пружне зміщення hy, м	Бокова жорсткість Су, Н/м	Бокове пружне зміщення hy, м	Бокова жорсткість Су, Н/м

 

8. По результатам вимірювань і розрахунків побудувати залежності h_z=f(P_z), h_y=f(P_y), C_z=f(P_z), C_y=f(P_y) при різному тиску повітря в покришці.

 

Аналіз і висновки

Проаналізувати вплив на одержані залежності нормального навантаження, бокової сили і тиску повітря в покришці.