Учреждение образования «БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ» СЦЕПЛЕНИЕ ШИНЫ С ДОРОГОЙ 2/17/2018 2: 49: 01 PM
Вязкоупругие свойства резины. 1 Коротко о поведении упругих материалов Поведение пружины Сила (или напряжение) 2/17/2018 2: 49: 02 PM Перемещение (или деформация)
Вязкоупругие свойства резины. 2 Фазовый угол ( = /2) или гистерезис Сила (или напряжение) 2/17/2018 2: 49: 02 PM Перемещение (или деформация)
Вязкоупругие свойства резины. 3 Коэффициент потерь энергии=tg Угол сдвига фаз ( ) 2/17/2018 2: 49: 02 PM Сила (или напряжение) Перемещение (или деформация)
Вязкоупругие свойства резины. 4 Мостики из серы 2/17/2018 2: 49: 03 PM
Вязкоупругие свойства резины. 5 Перемещения каждой молекулярной цепи ограничены другими цепями, ее окружающими. Пространство, занимаемое молекулой, можно представить в виде зигзагообразной тубки. Когда молекулу вытягивают, она трется о стенки этой "трубки", что замедляет движение молекулы. Напряжение Деформация Коэффициент потерь энергии=tg 2/17/2018 2: 49: 03 PM Динамический модуль 0/ 0 Угол сдвига фаз ( ) или гистерезис
Вязкоупругие свойства резины. 6 влияние частоты напряжений Область протекторных резин Потери энергии Резиноподобное состояние Стеклообразное состояние Зона максимального гистерезиса Логарифм частоты ( при заданной температуре) Область протекторных резин Растяжение Модуль Стеклообразное состояние Резиноподобное состояние Зона максимального гистерезиса 2/17/2018 2: 49: 04 PM Логарифм частоты ( при заданной температуре)
Вязкоупругие свойства резины. 7 влияние температуры Область протекторных резин Модуль Зона максимального гистерезиса Стеклообразное состояние Область протекторных резин Резиноподобное состояние Потери энергии Температура стеклования (Tg) Температура 0 С (при заданной частоте) Стеклообразное состояние Зона максимального гистерезиса Резиноподобное состояние Температура стеклования (Tg) 2/17/2018 2: 49: 05 PM Температура 0 С (при заданной частоте)
Вязкоупругие свойства резины. 8 температурно-частотная эквивалентность Логарифм частоты Зона стеклообразн ого состояния Соотношение WLF Для любой данной резины температура стеклования возрастает с ростом частоты напряжений, сдвигая стеклообразное состояние в сторону высоких температур. Эта зависимость задается соотношением WLF. Зона резиноподобного состояния Т в 0 С 2/17/2018 2: 49: 05 PM
Механизмы, вовлеченные в трение между резиной и дорогой. 1 Резина протектора Скорость скольжения (Vslip) Дорожная поверхность 2/17/2018 2: 49: 06 PM Расстояние (d) (в миллиметрах)
Механизмы, вовлеченные в трение между резиной и дорогой. 2 Резина протектора Скорость скольжения (Vslip) Дорога Расстояние в сотнях микрон 2/17/2018 2: 49: 06 PM
Механизмы, вовлеченные в трение между резиной и дорогой. 3 ДЕЙСТВИЕ ДОРОЖНЫХ НЕРОВНОСТЕЙ (ВДАВЛИВАНИЕ) Резина протект ора Дорога МОЛЕКУЛЯРНОЕ СЦЕПЛЕНИЕ Резина протект ора Скорость скольжения (Vslip) Расстояние (d) в миллиметрах Шашка протектора ударяется о дорожный выступ и деформируется, но вследствие гистерезиса она возвращается к начальной форме на другой стороне выступа шероховатости не сразу. Эта несимметричная деформация порождает силовое поле, касательная составляющая силы которой (Х) противодействует скольжению. ЧАСТОТНЫЕ ПРЕДЕЛЫ ЭФФЕКТА ДОРОЖНЫХ НЕРОВНОСТЕЙ 102 – 106 Гц 2/17/2018 2: 49: 07 PM Скорость скольжения (Vslip) Дорога Расстояние сотнях микрон Молекулярные цепи натягиваются: из-за их вязких свойств, представленных поршнем, деформация встречает сопротивление и возникает сила трения Х, которая противодействует скольжению. ЧАСТОТНЫЕ ПРЕДЕЛЫ МОЛЕКУЛЯРНОГО СЦЕПЛЕНИЯ 106 – 109 Гц
Классификация дорожных поверхностей. 1 Микронеровности Стандартный разброс между 0, 001 и 0, 1 миллиметров Макронеровности Стандартный разброс между 0, 1 и 10 миллиметров Щебень Мелкий заполнитель Щебенка Связующее Связу ющее 2/17/2018 2: 49: 07 PM Стандартная дорожная поверхность Дренажный покров
Измерение контактирующей поверхности Измерение поверхности, воспринимающей нагрузку Отпечаток очень шероховатой поверхности Давление Резиновая шашка Отпечаток мелкозеринистой поверхности Лист бумаги Дорожная поверхность Отпечаток на листе бумаги позволяет определить величину поверхности, воспринимающей нагрузку для данной резины и среднее давление на верхней части неровностей. Контакт с дорогой в процентах и давление в контакте Тип автомобиля легковой грузовой Площадь контакта 150 см 2 500 см 2 Внутреннее давление 2 бара 8 бар 70% 3 бара 11 бар Насыщенность рисунка Среднее давление в контактном отпечатке Резина, вошедшая в контакт с дорогой в процентах (поверхность, несущая нагрузку) Локальное давление на выступах 2/17/2018 2: 49: 08 PM неровностей (средняя величина) очень шероховатые поверхности 7% 43 бар очень гладкие поверхности 60% 5 бар очень шероховатые поверхности 7% 157 бар очень гладкие поверхности 60% 18 бар
Классификация дорожных поверхностей. 2 Шкала микронеровностей Шероховатость Макрогладкая и микрошероховатая дорожная поверхность Макронеровная и микрошероховатая дорожная поверхность Шкала макронеровностей Шероховатость Гладкость Макрогладкая и микрогладкая дорожная поверхность Замечание: Между этими категориями нет строгих границ - одна плавно переходит в другую. 2/17/2018 2: 49: 08 PM Макронеровная и микрогладкая дорожная поверхность Гладкость
Сцепление в зависимости от дороги и от резины Влияние типа дорожной поверхности на сцепление (для заданной шины) Коэффициент сцепления Любая сухая поверхность 1 1, 3. Влияние рецептуры резины на сцепление (для заданной влажной поверхности и заданной шины) Коэффициент сцепления Совместимые резиновые смеси 0, 8 Влажные поверхности макро- и микро- неровные поверхности 0, 7 Смесь № 1 для легковых автомобилей 0, 7 Смесь № 2 для легковых автомобилей 0, 6 Мокрые поверхности макро- и микро- неровные поверхности 0, 6 макро- и микро- гладкие поверхности 0, 2 Максимальные коэффициенты сцепления( max) измерялись для шины MXV 3 A на различных поверхностях: на сухой поверхности, на мокрой поверхности, дренирующем покрытии, на мокром асфальте с глубиной воды 2 мм, на мокрой поверхности с отполированным щебнем при глубине воды 2 мм. 2/17/2018 2: 49: 09 PM Смесь для грузовых автомобилей 0, 55 Максимальные коэффициенты сцепления ( max) для шины MXT 175/70 R 14 на влажной дренирующем покрытии для различных протекторных смесей.
Механизмы перемещения резиновой шашки Начальное состояние Сжатие Сдвиг Скольжение Жесткая пластина Резиновая шашка Основание 2/17/2018 2: 49: 10 PM Длина сдвига Длина проскальзывания
Продольное сцепление при торможении 1 Перед торможением 2 Во время торможения Расстояние, покрываемое Расстояние, покрываемое колесом за счет качения колесом за счет скольжения (d) (g) 0, 1 секунды Коэффициент псевдоскольжения G Проскальзывание измеряется разницей между скоростью автомобиля и скоростью качения шины в точке их контакта с дорогой, что дает следующее отношение, называемое коэффициентом псевдоскольжения: G=( R-V)/V, где – угловая скорость колеса, R – радиус качения, V– скорость автомобиля, R– скорость качения шины. Основные значения G: G : Псевдоскольжение при торможении G : Псевдоскольжение при тяговом режиме G = 0 : Свободное качение, G = -1 или 100%: Колесо 2/17/2018 2: 49: 11 PM заблокировано, G = + : Колесо вращается – скорость автомобиля равна нулю. d+g = 2 R 0, 1 секунды Если водитель тормозит, нажимая на педаль тормоза, то Vvehicle снова становится равной R. Скольжение прекращается.
Продольная сила трения и коэффициент продольного трения Итак, продольный коэффициент трения определяется соотношением: 2/17/2018 2: 49: 12 PM
Закон продольного трения (G) : коэффициент трения G: коэффициент псевдоскольжения тормозящий момент 2/17/2018 2: 49: 12 PM ведущий момент
Движение протекторной шашки вдоль контактного отпечатка при торможении Нерастяжимый брекер Шашка входит в контакт с дорожной поверхностью Шашка сжимается под нагрузкой Перемещение Фаза скольжения Фаза сдвига Шашка сдвигается Шашка перестает сцепляться с дорожной поверхностью и начинает скользить Lsh - длина сдвига; Lsl - длина скольжения Перемещение: Суммарное смещение точки на брекере относительно дорожной поверхности при ее движении от входа к выходу из контактного отпечатка. - точка на брекере, - точка протектора в контакте с дорожной поверхностью, - точка дорожной поверхности.
Анализ кривой (G) тормозящий момент сопротивление качению начало появления частот напряжений 2/17/2018 2: 49: 14 PM сцепление ухудшается с ростом температуры
Поперечное сцепление при боковом уводе Касательная к пути переднего колеса М: масса автомобиля V: скорость автомобиля R: радиус поворота Касательная к пути колеса Путь колеса плоскость вращения колеса Касательная к пути заднего колеса Угол увода 2/17/2018 2: 49: 14 PM
Поперечная сила трения и коэффициент поперечного трения Сила Y ЗАКОН Y( ) Угол увода (градусы) Начинают появляться Сцепление падает частоты напряжений из-за роста температуры Ymax достигается при углах увода: от 4 до 7 о для легковых автомобилей; от 6 до 10 о для грузовых автомобилей. 2/17/2018 2: 49: 15 PM уменьшается с ростом Z, потому что шина теряет поперечную жесткость в контактном отпечатке.
Возникновение поперечных сил в зоне контакта Контактный отпечаток проекция контура брекера на дорожную поверхность контактный отпечаток шины, искривленный скольжением центральная линия брекера касательная к пути колеса верхние точки шашек протектора нижние точки шашек протектора длина сдвига длина скольжения 2/17/2018 2: 49: 16 PM проекция верхней точки шашки на дорогу точка дорожной поверхности касательная к пути колеса
Анализ закона Y ( ) Рабочие пределы для протекторных резин Потери энергии Сила Y Стеклоподобно Резиноподобное состояние Угол увода (градусы) Зона максимального гистерезиса Начинают появляться Сцепление ухудшается частоты напряжений с ростом температуры Частота в Гц Температура в СО 2/17/2018 2: 49: 17 PM
Совместное действие увода и торможения 2/17/2018 2: 49: 17 PM
Как работает АБС Тормозящий момент Время Когда Тb начинает прикладываться, колесо постепенно замедляется и появляется псевдоскольжение резины по дороге, порождающее тормозящую силу Х такую, что Х R = Тb. Пока Тb = Х R система сохраняет устойчивость. Если Тb продолжает нарастать, в то время как Х достигает своего максимума (Хmax = max Z), то Тb Х R. Колесо резко замедляется и находится на грани блокировки. Тогда АБС сбрасывает тормозное давление и Тb снова уменьшается так, что Тb Х R. Колесо снова ускоряется. Затем АБС снова позволяет расти Тb. Это известно под названием цикла повторяющегося сцепления. 2/17/2018 2: 49: 18 PM Направление движения автомобиля X - сила трения между протектором и дорогой
СЦЕПЛЕНИЕ НА ВЛАЖНЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ ТРИ ЗОНЫ ВЛАЖНОСТИ В КОНТАКТЕ С ДОРОГОЙ - гидродинамическая (глубина воды 0, 5 мм) - вязкодинамическая (глубина воды от нескольких микрон до 0, 05 мм) - сырая (пленка оставшейся воды прорвана). Зависимость максимума сцепления ( max) от толщины Толщина водяной пленки: несколько 0, 5 мм водяного слоя и от скорости микрон Примеры для макронеровной и микронеровной поверхности Толщина воды 0 (сухая поверхность) Скорость 60 км/час 100 км/час 1 10 микрон (сырая поверхность) 0, 8 0, 7 1, 5 мм 0, 6 0, 4 5 мм 2/17/2018 2: 49: 18 PM 0, 5 0, 1
Гидродинамическая зона водяной клин Если это давление становится выше, чем собственное давление шины на дорожную поверхность, то шина больше не может выталкивать воду, и она отрывается от поверхности дороги. Это называется аквапланированием или гидропланированием. Скорость, при которой начинается аквапланирование: Гидродинамическое давление, порождаемое гладким протектором шины в водяном клине, может быть приближенно описано уравнением Бернулли: Ргидродинамическое = где – плотность воды в кг/м 3, V – скорость автомобиля в м/сек, Ргидродинамическое выражается в Па (105 Па = бар). Экспериментально можно показать, что гидродинамическое давление (Ргидродинамическое ) при аквапланировании равно внутреннему давлению в шине (Р). Скорость аквапланирования может быть приближенно рассчитана по формуле: В действительности коэффициент К зависит от канавок протектора и от формы контактного отпечатка. Сейчас шины для легковых автомобилей высокого класса, пока они новые, дают возможность снизить К до величины 250, то есть увеличить скорость аквапланирования до 100 км/час.
Форма контакта и аквапланирование Водяной клин в зоне отрыва протектора от дороги Направление движения автомобиля направление автомобиля округлый контактный отпечаток движения фронт волны Вода отталкивается вперед и в сторону Давление, возникающее в воде под шиной, уменьшается с увеличением . прямоугольный контактный отпечаток фронт волны 2/17/2018 2: 49: 19 PM Давление, возникающее в воде под шиной, максимальное. Вода скапливается впереди
Вязкодинамическая зона. Канавки протектора. Можно приближенно определить время, нужное для отвода воды в протекторные канавки, по следующей формуле, которая дает время уменьшения высоты вязкой пленки, сжимаемой недеформируемой резиновой шашкой: где K – геометрический коэффициент рисунка протекторной шашки, – вязкость жидкости, в Па сек; p – давление шины на вязкую пленку, в Па; S – площадь шашки, в м 2; hi – начальная высота вязкой пленки, в м; hf – конечная высота вязкой пленки, в м. Протекторная шашка без прорезей Протекторная шашка сжимает воду 2/17/2018 2: 49: 20 PM Вода, попавшая в прорези, перетекает в протекторные канавки
Виды щелевидных прорезей в протекторе Стандартные прорези: Прорези, повышающие сцепление на мокрых поверхностях без воздействия на жесткость протектора, обеспечивающую сцепление на сухих поверхностях. Прямые прорези Волнистые прорези Четырехугольная прорезь Прорезь типа "коленчатого вала" Эта прорезь делается внутри Прорезь "двойная амбразура" протекторного блока, что снижает подвижность протекторной обеспечивает малые угловые шашки. изменения, Такие прорези используются главным образом в плечевой зоне для отвода воды в сторону из-под контактного отпечатка. Z-образная или зигзагообразная прорезь 2/17/2018 2: 49: 20 PM Такая прорезь обладает свойством самозаклиниваться от веса автомобиля и ведущего момента, что повышает жесткость шашки.
Испытания шины на сцепление (дорожные) Водитель за рулем автомобиля, снабженного оборудо ванием для экспериментов на поперечное сцепление. Испытательный полигон в Ладо. Клермон-Ферранд, Франция. 2/17/2018 2: 49: 21 PM
Испытания шины на сцепление (лабораторные) Здесь шина катится по наруж Стенд с плоской беговой дорожкой. ной поверхности барабана. Работает стенд, имитирующий дорогу. Здесь шина катится по внутренней стороне барабана. 2/17/2018 2: 49: 21 PM Испытания на обкаточном стенде имеют существенное преимущество при определении ряда параметров, которые не могут быть найдены при дорожных испытаниях. Например: Окружающая температура и температура шины; Атмосферные условия; Нагрузка; Ведущий или тормозящий момент; Поддержание скорости, несмотря на тормозное усилие. Эти испытания дают графики коэффициента трения в зависимости от нагрузки, угла бокового увода, степени псевдоскольжения, скорости и температуры.
Испытания шины (лабораторно-дорожные) Автомобили-лаборатории используются на испытательных полигонах и снабжены бортовой аппаратурой, связанной с дополнительным колесом, действующим независимо от остальных. Автомобиль-лаборатория с дополнительным колесом для измерений. Это колесо, размещенное в центре автомобиля, работает независимо от других 4 -х колес. Дополнительное испытательное колесо, 2/17/2018 2: 49: 22 PM подключенное к измерительной аппаратуре. Определяемые и протоколируемые условия, при которых проводятся испытания на дороге: Тип поверхности; Вертикальная нагрузка на 5 -е колесо; Ведущий/тормозящий момент на 5 -м колесе; Угол бокового увода 5 -го колеса; Внутреннее давление в шине; Толщина водяного слоя Скорость; Температура. Измеряемые величины: Продольная сила Х; Поперечная сила Y; Степень псевдоскольжения G. Вычисляемые величины: Коэффициенты сцепления и как функции степени псевдоскольжения и угла бокового увода.
Сопротивление качению и сцепление Сопротивление качению Сцепление (сопротивление скольжению) Деформация шины Низкие частоты Высокие частоты Энергия теряется незначительная Энергия теряется с пользой Изгиб, а затем расплющивание Закон для случая торможения (G) Тормозящий момент Сопротивление качению 2/17/2018 2: 49: 23 PM Действие дорожных неровностей Кривая не проходит через 0. При нулевом псевдоскольжении (свободном качении) колесо в конце концов остановится. Это связано с при полной блокировке сопротивлением качению, которое возникает из-за деформации шины на входе и на выходе из контакта при каждом обороте колеса, пока шина вращается. Эта деформация порождает величину : - 0, 01 (т. е. 10 кг/тонна) - для легковой шины; - 0, 005 (т. е. 5 кг/тонна) - для грузовой шины.
Сопротивление качению и сцепление. 2 Энергия поглощаема я единицей объема Падение сопротив. качению Сопроти вление качению Сцепление Частота (Гц) - Высокогистерезисная резиновая смесь (хорошее сцепление); - Новое поколение смесей, совмещающее низкое сопротивление качению и хорошее сцепление; - Низкогистерезисная резиновая смесь. Процесс, который порождает сопротивление качению, такой же, как и у сцепления, но он относится к другой полосе частот. 2/17/2018 2: 49: 24 PM “Зеленая” радиальная шина (Green X –шина) с протектором, содержащим кремний
Спасибо за внимание 2/17/2018 2: 49: 24 PM
Скачать презентацию Учреждение образования БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ СЦЕПЛЕНИЕ ШИНЫ
Сцепление шины с дорогой-2009.ppt