Понятие о работе шины

Шина представляет собой упругую конструкцию, в которой эластичность 2 и жесткость прочной герметичной резинотканевой оболочки сочетается с упругостью сжатого воздуха.

Шины существенно влияют на эксплуатационнотехнические качества автомобилей: грузоподъемность, расход топлива, устойчивость, проходимость, мягкость хода, максимальную скорость, безопасность движения.

При вращении колеса шина совершает определенную механическую работу. При этом происходит деформация и трение о дорогу движущейся шины, на что расходуется некоторая часть мощности, развиваемой двигателем и передаваемой колесам. Кроме трения, беговая поверхность шиныподвергается ударной сосредоточенной нагрузке от встречающихся на дорогах препятствий, разрушающей протектор и каркас. Многократные деформации и трение вызывают значительное теплообразование в шине, что приводит к потере прочности материалов, из которых она изготовлена, и ослаблению связи между отдельными элементами конструкции.

На работу шины большое влияние оказывают ее конструкция и материал, нагрузка и условия движения.

Резинотканевый каркас шины, отличаясь значительной упругостью и гибкостью, является в то же время очень мало растяжимым. В каждый данный момент действия нагрузки на шину каркас ее изгибается (деформируется), отдельные слои ткани и резины частично сдвигаются относительно друг друга, но при этом каркас почти не растягивается. Лишь постепенно в течение длительного времени работы шины каркас ее вследствие небольшого растяжения нитей корда разнашивается, т. е. увеличивается в объеме.

Протектор шины наряду с некоторой жесткостью, необходимой для повышения его износостойкости, обладает эластичностью, обеспечивающей надлежащее сцепление шины с дорогой и амортизацию толчков и ударов, возникающих при качении.

Круглая форма обычной шины, близкая к тору, создает касание небольшой части беговой поверхности протектора с поверхностью дороги; эта площадь касания, или контакта, шины с дорогой имеет форму овала. В зависимости от конструкции шины площадь контакта ее с дорогой может значительно отличаться по форме и величине.

С увеличением давления воздуха в шине площадь контакта ее с дорогой уменьшается, а по мере снижения давления воздуха площадь контакта увеличивается.

Благодаря своей эластичности шина хорошо амортизирует толчки или удары, получаемые при переезде неровностей дороги — выступов, выбоин и отдельных камней. При наезде на камень или выбоину шина деформируется и амортизирует (поглощает) толчок, который поэтому не передается далее на подвеску и раму автомобиля.

За счет этого колебания колес автомобиля в вертикальном направлении при движении резко уменьшаются. Так, например, при наезде шины на выступ высотой 50 мм ось колеса почти не поднимается над дорогой.

Взаимодействуя с подвеской автомобиля, шины обеспечивают ему плавный ход.

Эластичность, прочность, герметичность и сохранение необходимой формы профиля шины достигаются совокупностью качеств покрышки и камеры и величинами допустимых давлений воздуха и нагрузки, отклонения от которых резко снижают качества шины и ускоряют ее износ.

Вследствие эластичности и переменного характера нагрузки все размеры и параметры работающей шины (смотреть статью под номером 15) имеют переменный характер, изменяясь во время ее качения. Поэтому один и тот же параметр может иметь несколько значений.

Например, различают давления сжатого воздуха: pw0 — в шине, свободной от деформирующей нагрузки; pw — в шине, находящейся под статической нагрузкой (при нормальной температуре); pw\— в шине в условиях динамической Цагрузки на нее. Существует также несколько понятий о радиусе шины (автомобильного колеса):

свободный радиус г0 или максимальный радиус шины, свободной от деформирующей ее нагрузки;

статический радиус rs или минимальное расстояние от центра оси колеса до опорной плоскости, на которой неподвижно стоит колесо (см. смотреть статью под номером 15);

динамический радиус rd или минимальное расстояние от центра оси колеса до опорной плоскости, по которой катится колесо автомобиля; его определяют, измеряя данное расстояние в условиях качения колеса;

радиус качения гк или радиус такого условного жесткого колеса, которое при отсутствии пробуксовывания и проскальзывания имеет одинаковые с действительным колесом скорость вращения и скорость качения (скорость перемещения оси колеса); этот радиус определяют, измеряя путь, пройденный колесом за определенное число его оборотов.

В отличие от свободного радиуса г0 шины все остальные радиусы (rs, т, гк) могут быть названы рабочими радиусами, так как характеризуют шину в рабочем состоянии.

Приведенный на смотреть статью под номером 15 параметр S представляет собой площадь овала или общую площадь контакта шины. Так как протектор шины имеет рисунок, состоящий из ряда выпуклых площадок — выступов различной геометрической формы, между которыми имеются впадины или «канавки», то, очевидно, что фактическая площадь контакта или касания выступов шины с дорогой S’ будет всегда меньше общей площади контакта S, описанной овалом.

В действительности давление шины на дорогу передается через площадь S’ фактического контакта шины с дорогой, величина которой зависит: от весовой нагрузки на шину GK, давления сжатого воздуха, свойств рисунка протектора, жесткости покрышки и других свойств конструкции шины.

Величина общей площади контакта S шины с дорогой может быть определена приближенно как площадь эллипса 1 или в соответствии с обозначениями.

Зависимость между величинами площадей S’ к S выражается коэффициентом р уплотненности или насыщенности рисунка протектора.

Коэффициент р характеризует особенности разных типов шин и рисунков протектора.

Функция шины в основном заключается в несении нагрузки, создаваемой сжатым воздухом, и нагрузки, передаваемой через площадь контакта шины с дорогой, в осуществлении сцепления с поверхностью дороги и в амортизации ударов и колебаний от неровностей дороги.

Сжатый воздух создает значительную нагрузку на шину и одновременно придает ей упругость, необходимую конфигурацию рабочего профиля и рассредоточивает большую часть нагрузки, передаваемой через площадь контакта шины, по ее внутренней поверхности.

При вращении колеса за один его оборот каждый элемент шины проходит последовательно.через рабочий сектор, подвергаясь воздействию дополнительной нагрузки, передаваемой через площадь контакта шины с дорогой. Под действием весовой нагрузки, сжимающей шину в рабочей части2, внутренний объем ее несколько уменьшается. Уменьшение внутреннего объема будет тем большим, чем больше нагрузка, передаваемая на шину. По мере прекращения действия нагрузки на шину внутренний объем ее восстанавливается. Деформируясь под действием нагрузки, элементы протектора шины в ее рабочей части сплющиваются и несколько растягиваются или сжимаются в зависимости от характера нагрузки, передаваемой через площадь контакта.

Деформация и трение о дорогу работающей шины вызывают ее износ, заключающийся в потере прочности материала покрышки и камеры, в истирании протектора и уменьшении веса покрышки, в разнашиваемости, изменении внешнего вида покрышки и камеры и в снижении герметичности последней.

Сосредоточенное на отдельных участках усилие прогиба, деформирующее каркас шины, равно реакции шины Р’, слагающейся из реакции Р’т сжатого воздуха и реакции Р’ой оболочки, т. е. в данном случае имеется следующее соотношение:

Р’Рш0 +РобРеакция сжатого воздуха является внутренней реакцией шины. Реакции Р’ и Р’об характеризуют жесткость шины. Чем больше реакции Р’ и Р’об, тем жестче шина и наоборот. Жесткость шины повышается с увеличением давления сжатого воздуха. Большую часть Жесткости шины создает сжатый воздух. Если принять, что между жесткостью шины и, ее упругостью имеется обратная зависимость, то в рассматриваемом случае статического нагружения упругость может измеряться коэффициентом KY, а жесткость — коэффициентом Km, получаемыми из соотношений, где h —стрела прогиба деформированного участка шины.

Нагрузка на работающую шину является сложной по характеру сил, действующих на нее, переменной по величине и неравномерно распределенной по элементам шины и ее беговой части.

В состоянии покоя шина несет статическую, а при движении автомобиля динамическую нагрузку.

Статическая нагрузка на шину слагается из внутренней нагрузки сжатого воздуха и весовой нагрузки на колесо, а динамическая —• из внутренней нагрузки сжатого воздуха, динамической весовой нагрузки на колесо (включая удары о препятствия, встречающиеся на дорогах), силы сопротивления качению колеса на до роте, силы тяги ведущих колес, силы торможения и центробежных сил автомобиля и колеса. Смонтированная шина, находящаяся в запасе, несет только внутреннюю нагрузку сжатого воздуха. Сила давления сжатого воздуха стремится разорвать каркас шины. Вследствие давления сжатого воздуха каждый борт шины грузового автомобиля прижимается к закраине обода с суммарной силой в несколько тонн.

Давление сжатого воздуха в шине создает очень большую нагрузку на ее каркас, примерно до 1—2 кГ на каждую нить корда. Удельное давление воздуха в шине измеряют манометром.

Нагрузка сжатого воздуха на шину всегда равномерно распределена по ее поверхности и заметно увеличивается с увеличением температуры шины. Летом давление воздуха в шине при качении ее может увеличиваться на 20—25%.

Изменение величины внутреннего давления воздуха в шине в зависимости от температуры может быть определено по закону термодинамики, на основании которого приращение давления воздуха в шине будет равно, где — приращение температуры воздуха в шине, соответствующее Apw;

pwo — начальное давление воздуха в шине, свободной от внешней нагрузки, при температуре 0° С.

Температура работающей шины находится в зависимости от температуры окружающего воздуха и дороги, величины внешней нагрузки, скорости и продолжительности движения.

Изменение давления сжатого воздуха в зависимости от температуры шины характеризуется коэффициентом, откуда следует, что приращение удельного давления воздуха.

Удельное давление рт сжатого воздуха па покрышку при наличии изменения температуры шины измеряют манометром.

Из последнего соотношения может быть определен коэффициент т.

В летних условиях работы коэффициент т равен примерно: для шин легковых автомобилей 0,2; для шин грузовых автомобилей 0,1.

Наличие диффузии сжатого воздуха через стенки камеры понижает в ней давление. Для шин легковых автомобилей падение давления вследствие диффузии составляет примерно 0,1 кГ/см2 в неделю. Диффузия воздуха возрастает с увеличением температуры шины. Практически диффузия воздуха не должна сказываться на уменьшении внутренней нагрузки на шину, так как при правильной эксплуатации давление воздуха в шинах поддерживается соответствующим норме.

Суммарная удельная нагрузка сжатого воздуха в основном зависит от начального давления, приращения давления за счет температурных изменений и приращения давления изза действия внешней динамической нагрузки.

Резкое изменение давления сжатого воздуха оказывает значительное влияние на изменение величин деформации, трения, теплообразования и износа шины.

Сжатый воздух выполняет наиболее эффективно свою функцию в шине при некоторой определенной величине его давления.

Нормальным давлением сжатого воздуха в шине называется такое давление, которое обеспечивает шине наиболее высокие эксплуатационнотехнические качества.

Статическая весовая нагрузка на шину равна весу GK, приходящемуся на колесо. В зависимости от размера шин наибольшая допустимая ГОСТ 4754—64 весовая нагрузка на шину легкового автомобиля равна от 225 до 785 кГ и грузового автомобиля (ГОСТ 5513—69) — от 1000 до 2730 кГ и доходит в некоторых случаях до 8250 кГ (для шин 18,00—32) и более. Весовая нагрузка полностью передается через шину на площадь контакта с дорогой.

Если весовую нагрузку GK на шину разделить на площадь S’ контакта ее с дорогой, то получится величина среднего удельного давления р шины на дорогу, характеризующая проходимость и другие качества шины.

Удельное статическое давление шины на дорогу не равно внутреннему удельному давлению воздуха в шине, а всегда больше его за счет жесткости шины примерно на 15—20% и более для шин грузовых автомобилей.

Сила Ps, равная нагрузке GK, передается через площадь контакта S’ на опорную поверхность.

Сила Ps представляет собой проекцию иа вертикальную ось суммы сил, действующих на шину.

Допустим, что сила Ps, передаваемая на дорогу, слагается из сил действия на площадь S’ контакта сжатого в шине воздуха Pw и покрышки с камерой Р0б, т. е. в данном случае имеем следующее уравнение равновесия.

Определение значений Ps, Pw и Р0б не представляет затруднений.

Сила Ps = GK, величины pw и S’ определяют замерами. При известных величинах р№ и S’ сила Pw может быть приближенно определена из выражения.

Зная силы Ps и Рт по их разности определяем PoG. По своей сущности сила Роб представляет силу, деформирующую покрышку шины в ее рабочей части.

Экспериментами установлено, что при нормальном давлении воздуха в работающей шине сила Ps, передаваемая на дорогу, характеризуется главным образом величиной силы Р,г действия сжатого воздуха на площадь контакта 5′, составляющей 73—86% весовой нагрузки на шину (для шин размеров 10,50—20 и 12,00—20).

По мере падения давления сжатого воздуха (силы Рго) соответственно увеличивается сила Р0г, при неизменной величине силы Ра, передаваемой через шину на дорогу Средние удельные давления р шины и р0б покрышки на площадь контакта могут быть определены из следующих соотношений.

Удельное давление р0а покрышки шины на дорогу является условной величиной.

Зависимость р и роб от давления рю приведена на смотреть статью под номером 16.

При постоянной нагрузке GI{ на шину с уменьшением давления pw сжатого воздуха происходит резкое уменьшение среднего удельного давления р шины на дорогу; это явление объясняется соответствующим увеличением площади контакта S’ шины с дорогой (смотреть статью под номером 17).

Относительную жесткость покрышки в общей жесткости шины, находящейся под статической нагрузкой, можно оценивать статическим коэффициентом 6 жесткости покрышки.

Зависимость коэффициента б жесткости шины от давления сжатого воздуха приведена на смотреть статью под номером 18.

Основываясь на значении коэффициента б, среднее удельное статическое давление шины на дорогу можно подсчитать приближенно по уравнению.

Так как изменение давления сжатого воздуха влияет на удельное давление шины на дорогу, то, согласно изложенному, разным значениям pw соответствуют разные значения средних удельных давлений р шины на дорогу.

Во всех случаях изменения давления сжатого воздуха происходит соответствующее изменение площади контакта S’. В силу этого изменяется удельное давление р, а также величина коэффициента б жесткости шины.

Величина внешней нагрузки GK на шипу или давления Ps шины на дорогу, выраженная через коэффициент б, аналитически может подсчитываться с некоторым приближением на основании следующего уравнения.

Весовая нагрузка на шину (колесо) зависит от распределения общего веса автомобиля по его осям и значительно изменяется при движении автомобиля.

Динамическая нагрузка на работающую шину всегда больше статической примерно в 1,5—2 раза (смотреть статью под номером 19). Удельная ударная нагрузка на беговую поверхность шины может превышать удельную статическую нагрузку во много раз. Например, удар шины о камень во время качения ее с большой скоростью приводит к разрыву каркаса покрышки.

Шины воспринимают и передают все силы, действующие между колесом и дорогой, и благодаря этому взаимодействию автомобиль движется. Так, например, на ведущее колесо автомобиля, катящееся по дороге со скоростью V в направлении, указанном стрелкой, действуют следующие силы и моменты (смотреть статью под номером 20): крутящий момент Мк, передаваемый от двигателя через трансмиссию и создающий окружную силу Рк (горизонтальная реакция от оси колеса), которой противодействует равная и противоположно направленная горизонтальная реакция RK от дороги; вертикальная нагрузка GK, которой противодействует равная и противоположно направленная вертикальная реакция дороги Хк. Величина а обозначает снос реакции Хк по отношению к вертикали, проходящей через центр колеса.

Движение автомобиля (ведущего колеса) зависит рт величины реакции RK, называемой тяговой силой. Максимальная величина тяговой силы определяется сцеплением шины с дорогой и равна, где ф — коэффициент сцепления шины с дорогой.

Если окружная сила Рк превышает горизонтальную реакцию RK, то колесо будет буксовать. Максимальное значение тяговой силы Рк max называется силой сцепления колеса с дорогой. Чтобы не было буксования, окружная сила на ведущих колесах не должна быть больше силы сцепления колеса с дорогой.

Поэтому для максимальной реализации окружной силы Рк необходимо увеличение реакции RK, т. е. веса GK, и коэффициента сцепления шины с дорогой, зависящего в значительной мере от типа и состояния дороги. Величины коэффициентов сцепления шины с дорогой составляют, например: для асфальтобетонных покрытий сухих 0,7—0,8, мокрых 0,3—0,4; для грунтовых покрытий сухих 0,5—0,6, мокрых 0,3—0,4; обледенелых дорог 0,2—0,3.

Качение ведомого колеса обеспечивается силой Рк, причем вращающий момент Мк отсутствует.

В общем сопротивлении движению автомобиля значительную часть составляет сила сопротивления качению шин (колес), где f — коэффициент сопротивления качению.

Коэффициент сопротивления качению для дороги с асфальтобетонным покрытием равен 0,015—0,020, дороги с гравийным покрытием — 0,020—0,025, грунтовой дороги сухой — 0,025—0,035 и мокрой — 0,05—0,15, для песка — 0,10—0,30.

Сила сопротивления качению слагается из потерь на внутреннее трение в шинах при их деформации во время работы, потерь на трение между протектором и дорогой и потерь на деформацию дорожного покрытия (значительных на мягких грунтах).

Сила торможения и тормозной момент, действующие на шину при качении, направлены в сторону, противоположную движению (вращению) колеса, и создают значительное трение между дорогой и протектором.

Вес, приходящийся на колесо, й вертикальная реакция дороги, крутящий и тормозной моменты, окружная и тормозная силы действуют на колесо в плоскости его вращения. При движении автомобиля на повороте профиль эластичной шины деформируется в боковом направлении под действием центробежной (боковой) силы Y и боковой реакции дороги Ук, направленных перпендикулярно плоскости вращения колеса (смотреть статью под номером 20, б).

Все действующие на работающую шину внешние силы непрерывно изменяются по величине и направлению в зависимости от режима движения автомобиля и дорожных условий.

Величина внешнего динамического давления PSd шины на дорогу может быть выражена через коэффициент у давления колеса на дорогу, т. е.

Psd = GKlv,

где GKi — весовая статическая нагрузка на колесо автомобиля, стоящего на ровной горизонтальной площадке (с равномерным распределением груза в кузове). Коэффициент у представляет собой отношение нагрузки GK(j на колесо движущегося автомобиля к статической нагрузке GK[ на то же колесо.

Выше было указано, от каких факторов зависит величина динамической нагрузки на шину. Так, например, крутящий момент на задних колесах автомобиля вызывает реактивный момент, действующий между задним мостом и рамой, разгружающий при движении вперед передние колеса .и дополнительно нагружающий задние, а при движении под уклон наоборот. При разгоне автомобиля передние колеса под влиянием сил инерции разгружаются, а задние нагружаются дополнительно, при замедлении движения наоборот. На высоких скоростях движения (вперед) сила сопротивления воздуха разгружает передние колеса и дополнительно нагружает задние. При движении автомобиля вперед с работающим двигателем для передних колес у < 1 и доходит до 0,8, а для задних колес Y > 1 и доходит до 1,2. Отклонения коэффициентов у от 1 увеличиваются с увеличением сопротивления движению автомобиля. Все эти перераспределения нагрузок неизбежно сказываются на работе шин.

Нагрузка на работающую шину, создаваемая внешними силами, распределяется неравномерно по ее элементам, так как в каждый данный момент она сосредоточивается в рабочей части шины, в то время как остальная ее часть остается ненагруженной. В площади контакта шины с дорогой давление выступов рисунка протектора на дорогу неодинаково. Рабочая часть составляет примерно 7з—7г окружности шины.

Неравномерность распределения общей нагрузки по элементам шины и площади ее контакта с дорогой зависит от конструкции шины (типа, рисунка протектора, радиуса кривизны протектора, жесткости каркаса) и величин внутренней и внешней нагрузок.

Неравномерность распределения внешней нагрузки на площади контакта подтверждается данными исследования упругости шин и измерениями величин фактических удельных давлений р шипы на дорогу в различных точках контакта, результаты которых приводятся ниже.

Неравномерное распределение статической и динамической нагрузок по беговой поверхности шины проявляется в неравномерном давлении элементов протектора шины на дорогу.

На смотреть статью под номером 21 приведены: схема деформации шины при нагрузке на нее в 2600 кГ и давлении воздуха 4,5 кГ/см2, отпечаток площади 5 контакта и кривые замеренных вертикальных удельных давлений для разных сечений площади контакта. Эти кривые .в сечениях а—а, Ь—Ъ и с—с резко различны как по величине, так и по характеру распределения фактических удельных давлений на площади контакта шины. Наибольшие давления наблюдаются в сечении с—с, т. е. по краям отпечатка площади контакта (плечевая зона беговой поверхности), а наименьшее — в сечении а—а, т. е. по средней большой оси площади контакта. Сечение Ъ—Ь имеет в середине провал кривой давлений.

Уменьшение давления в середине площади контакта шипы по сечению а—а объясняется в данном случае происходящим под нагрузкой некоторым выгибом эластичного протектора от краев внутрь, называемым «мостовым эффектом».

Наличие различных величин фактических удельных давлений на площади контакта шины вызывает ускоренный износ протектора и

каркаса покрышки на участках с максимальными удельными давлениями.

Вследствие эластичности протектора и неравномерного давления выступов протектора на дорогу при качении колеса в площади контакта происходит не только трение качения, но и трение скольжения отдельных его элементов по дороге.

В соответствии с характером внешней нагрузки имеются следующие виды деформации шины: радиальная, тангенциальная (окружная), боковая. Статической нагрузке на шину соответствует радиальная симметричная деформация, а динамической — все виды деформации.

Для работающей шины характерна главным образом сложная деформация (динамическая).

Радиальная деформация шины вызывается действием весовой нагрузки, тангенциальная — действием окружной и тормозной сил, боковая — действием центробежной силы автомобиля, сложная — действием одновременно нескольких указанных сил, например окружной и центробежной.

Если нагрузка сжатого воздуха как бы препятствует деформации шины и способствует сохранению ее формы, то весовая статическая нагрузка стремится исказить форму профиля рабочей части шины, т. е. деформирует ее. При этом шина в рабочей части сжимается по высоте профиля, боковые стенки выгибаются наружу и ширина профиля в рабочей части соответственно увеличивается, причем выпуклая округленная форма протектора выпрямляется на участке площади контакта с дорогой, а выступы протектора несколько сплющиваются. Статический радиус нагруженной шины всегда меньше свободного радиуса (см. смотреть статью под номером 15) за счет уменьшения высоты профиля ее в рабочей части. Увеличение весовой нагрузки на шину сопровождается увеличением ее радиальной деформации и площади контакта и уменьшением статического радиуса.

При качении колеса происходит сложная деформация шины, представляющая собой последовательные непрерывные изгибы и выпрямления боковых стенок и беговой поверхности в рабочей части шины, а также сжатие и растяжение элементов протектора на площади контакта ее с дорогой и прилегающих участках.

Динамическая деформация имеет циклический характер, т. е. одному обороту колеса соответствует один цикл деформации шины. За время эксплуатации шина в состоянии выдержать миллионы и даже десятки миллионов циклов деформаций, которые следуют друг за другом с большой частотой, например 15 тыс. циклов в час.

При качении шины без торможения на участках беговой поверхности, примыкающих с двух сторон к так называемому рабочему сектору иплощади, контакта, наблюдается тангенциальная деформация протектора. При этом на участке перед входом протектора в контакт с дорогой происходит предварительное сжатие элементов протектора, а на участке после выхода протектора из контакта с дорогой — последующее растяжение элементов протектора. Под действием на работающую шину сил тяги и торможения значительно увеличивается тангенциальная и изменяется радиальная деформация шины.

Динамическая деформация изменяет рабочие радиусы шины и площадь контакта ее с дорогой.

В случае передачи через колесо силы тяги в соприкосновение с опорной поверхностью приходят сжатые элементы шины, отчего радиус качения колеса уменьшается, а в случае передачи через колесо тормозной силы в соприкосновение с опорной поверхностью приходят растянутые элементы шины, отчего радиус качения увеличивается.

Уменьшение радиуса качения вызывает уменьшение пути, проходимого ведущим колесом за один оборот за счет сжатия элементов шины в тангенциальном направлении под действием силы тяги;

увеличение радиуса качения, наоборот, увеличивает путь, проходимый тормозящим колесом за один его оборот за счет тангенциального растяжения элементов шины тормозной силой.

По Данным экспериментов [18], у шин легковых автомобилей статический радиус меньше радиусов качения и динамического. Это явление можно объяснить влиянием окружной силы, создающей тангенциальную деформацию элементов шины, которая увеличивает жесткость ее в рабочей части и таким образом влияет на уменьшение радиальной деформации.

Изменение тангенциальной эластичности шины в ее рабочей части под влиянием окружной силы Р° характеризуется [18] коэффициентом X тангенциальной эластичности шины, представляющим собой изменение радиуса гк (в миллиметрах), соответствующее изменению полной окружной силы Р° на 1 кг, где 1 и 2 — индексы, соответствующие двум (например, 1 — начальному и 2 — конечному) значениям силы Р° и радиуса /„.

Значения коэффициента Я для разных размеров шин легковых автомобилей были получены в пределах 0,072—0,090 мм/кГ.

При движении автомобиля на повороте профиль эластичной шины деформируется в боковом направлении под действием центробежной силы, направленной перпендикулярно плоскости колеса (смотреть статью под номером 22, а).

Для эластичного автомобильного колеса характерно явление бокового увода (т. е. качение колеса под Некоторым углом а к его плоскости), появляющееся при самом малом значении боковой силы (смотреть статью под номером 22, б).

Вследствие боковой деформации шины колесо катится не в плоскости /—/, а под. углом а бокового увода. Боковое смещение площади контакта шины в рассматриваемом случае иллюстрируется схемой на смотреть статью под номером 22, б.

При деформации беговой поверхности на участке площади 5 контакта шины с дорогой образующая дуга свободной беговой поверхности, характеризуемая радиусом р кривизны протектора, в результате сжатия беговой поверхности переходит в хорду, характеризуемую шириной площади контакта шины. Такой характер деформации беговой поверхности, неравномерное распределение нагрузки по элементам площади S’ действительного контакта и неровности дороги неизбежно создают продольное и боковое перемещение частиц беговой поверхности шины относительно поверхности дороги, сопровождающееся в случае свободного качейия шины трением скольжения. При передаче через шину тяговых, тормозных и боковых усилий трение скольжения между частицами беговой поверхности и дороги увеличивается.

Действие радиальной и тангенциальной деформаций шины на ее износ различно, что объясняется разным характером деформаций. Износ беговой поверхности покрышки в ее рабочей части происходит главным образом вследствие тангенциальной деформации.

Характерно, что сила Pf сопротивления качению шины резко увеличивается с ростом полной окружной силы Р°. Одна и та же сила при действии на шину в тангенциальном направлении вызывает значительно большую потерю на качение, чем при действии в радиальном направлении.

При радиальной деформации шины значительная часть затраченной энергии возвращается обратно по мере перехода элементов шины в свободное состояние. Энергия же, затраченная на тангенциальную деформацию элементов шины, почти полностью расходуется на внутреннее трение в шине и на трение шины о дорогу.

Увеличение жесткости шины в ее рабочей части в результате тангенциальной деформации (т. е. за счет сжатия элементов покрышки действием окружной силы) вызывает также непосредственное восприятие рабочей частью шины большей доли внешней нагрузки, уменьшение площади контакта, увеличение удельного давления шины на дорогу и, следовательно, больший износ рисунка протектора.

Многообразие сложных деформаций материала шины при ее качении сопровождается значительным теплообразованием в результате внутреннего трения, возникающего в материале шины, внешнего трения ее о поверхность дороги и трения между частями комплекта шины (покрышка, камера, ободная лента) и также трения между шиной и ободом. Внутреннее трение в шине слагается из междумолекулярного трения в материале (резина, ткань), трения между отдельными нитями ткани и трения между отдельными слоями резины и ткани. Трение беговой поверхности шины о дорогу слагается из трения качения и трения скольжения.

Теплообразование в шине зависит в основном от свойств материала и особенностей конструкции шины, величины и характера нагрузки на шину, частоты циклов деформаций, температуры окружающего воздуха, температуры тормозных барабанов, вентиляции шины, типа, состояния, температуры и влажности покрытия дороги. Поэтому распределение тепла в материале работающей шины имеет неравномерный характер (смотреть статью под номером 23). Номера кривых на смотреть статью под номером 23, а соответствуют точкам, указанным в сечении профиля покрышки (смотреть статью под номером 23, б). Наибольшая температура обычно развивается в плечевой части шины, боковых ее стенках и с внутренней стороны шины в зоне беговой дорожки (точки и кривые 5, 6, 1 на смотреть статью под номером 23).

В условиях (правильной эксплуатации шины нагрузка на нее, деформация, а следовательно, трение и теплообразование в материале не выходят за пределы, допускаемые прочностью конструкции, что сберегает покрышку и камеру от преждевременного износа.

Добавить комментарий