Новости    Библиотека    Карта сайтов    Ссылки    О сайте



предыдущая главасодержаниеследующая глава

2.2.1. Неподвижное колесо

Пневматическая шина, смонтированная на обод и накаченная воздухом, изменяет свои размеры по сравнению с исходной конфигурацией, определяемой пресс-формой, в которой покрышка проходит заключительную стадию формирования. Как правило, автомобильные шины при накачивании воздухом увеличивают свои размеры по диаметру. Это приводит к растяжению каркаса и протектора по беговой дорожке шины.

При нагружении автомобильного колеса нормальной нагрузкой шина подвергается деформации и в зоне контакта с опорной поверхностью получает нормальный прогиб. На рис. 2.6 схематично показано неподвижное автомобильное колесо, находящееся под воздействием одной нормальной нагрузки. Контакт шины с опорной поверхностью характеризуется при этом следующими параметрами:

нормальным прогибом шины h2 = rсв - rст, где rсв - свободный и rст - статический радиусы колеса;

длиной контакта lк;

углом контакта αк, складывающегося из двух равных между собой углов α1 и α2;

площадью контакта F, которая для большинства современных шин при полной нормальной нагрузке имеет форму, близкую к прямоугольной с осями lк и b.

Рис 2.6. Схема сил, действующих на неподвижное колесо и эпюры распределения контактных напряжений по площади контакта
Рис 2.6. Схема сил, действующих на неподвижное колесо и эпюры распределения контактных напряжений по площади контакта

При воздействии на колесо нормальной нагрузки G сумма нормальных контактных напряжений q по площади контакта равна нормальной нагрузке, т. е.


где R2 - нормальная реакция опорной поверхности.

Нормальные контактные напряжения q распределяются неравномерно по площади контакта шины. При малых прогибах шины нормальные напряжения должны быть пропорциональными нормальной деформации шины в данной точке поверхности контакта. Поэтому нормальные напряжения должны увеличиваться от начала контакта в точке А к его центру. В точке D они должны достигнуть максимальной величины. В направлении от точки D к В напряжения будут снова снижаться симметрично распределению на участке DA и пропорционально уменьшению нормальной деформации шины в данных радиальных сечениях. При В малых прогибах шины распределение нормальных напряжений по длине контакта должно подчиняться некоторым эллиптическим или параболическим зависимостям, как показано на рис. 2.7.

С увеличением нормального прогиба шины возникает новое явление, влияющее на характер распределения нормальных напряжений по длине контакта. При больших нормальных прогибах беговая дорожка шины в результате изгибного эффекта стремится в центре контакта переместиться внутрь контакта, т. е. отжаться от опорной поверхности.

Рис. 2.7. Распределение нормальных контактных напряжений по длине контакта шины при малых (1) и больших (2) нормальных прогибах
Рис. 2.7. Распределение нормальных контактных напряжений по длине контакта шины при малых (1) и больших (2) нормальных прогибах

Поворот беговой дорожки происходит относительно поверхностей контакта, лежащих в зоне точек А и В (см. рис. 2.6).

В связи в этим нормальные контактные напряжения в центре контакта (в зоне точки D) должны уменьшаться, а в зонах начала контакта (точки А и В) повышаться. В результате при больших прогибах шины эпюры распределения нормальных напряжений по длине контакта шины должны приобрести другую форму, чем при малых прогибах. В этом случае эпюры приближаются к трапецеидальной форме.

По ширине контакта из-за неодинаковой радиальной жесткости беговой дорожки в разных продольных сечениях, нормальные напряжения распределяются также неравномерно. Беговая дорожка шины имеет наименьшую толщину в центральной части беговой дорожки и существенно большую в своих плечевых зонах (по углам беговой дорожки). Таким образом, в центральной части беговая дорожка имеет меньшие радиальную и изгибную жесткости, а в плечевых зонах - большие. В соответствии с этим упомянутый выше изгибной эффект беговой дорожки будет проявляться в большей степени в центральной зоне и в меньшей степени в плечевых зонах. Поэтому и при больших прогибах шины эпюры распределения нормальных напряжений по длине контакта в плечевых зонах должны в большей степени подчиняться эллиптическим или параболическим зависимостям, чем трапецеидальным. Нормальные напряжения в этих зонах должны быть большими по абсолютным значениям, чем в центральной части беговой дорожки.

На рис. 2.6, д показана эпюра распределения нормальных напряжений q по длине контакта в центральной части беговой дорожки (сечение 1-1), приближающаяся к трапецеидальной форме и соответствующая нагружению шины с большими прогибами при полной нормальной нагрузке на колесо. Верхнее основание трапеции, приближенно отражающей эпюру, показано штрихами.

Эпюра распределения нормальных напряжений для сечения 3-3, лежащего в плечевой зоне беговой дорожки, показана на рис. 2.6, е. Она представляет собой некоторую параболическую зависимость. На рис. 2.6, г представлена эпюра распределения нормальных напряжений по ширине контакта в сечении 2-2.

Описанная качественная картина закономерностей распределения нормальных контактных напряжений по площади контакта автомобильной шины подтверждается экспериментальными исследованиями, посвященными измерению напряжений в контакте шины [7].

На рис. 2.6, а в зоне контакта шины пунктиром показан первоначальный контур шины по наружному диаметру. В зоне контакта внешние силы, приложенные к шине со стороны дороги, уравновешивают нагрузку от внутреннего давления воздуха. Вследствие этого в определенной зоне OMADBW беговая дорожка сокращается по длине. В зонах МА и BW элемент беговой дорожки, первоначально имеющий длину l, сокращается по длине до l (l-ε), где ε - относительная окружная деформация беговой дорожки. Непосредственно в зоне контакта - зона ADB - элементы беговой дорожки, наряду со стремлением сжаться в окружном направлении, при выпрямлении беговой дорожки получают угловое смещение относительно обода колеса: влево в зоне угла α1 и вправо в зоне угла α2. Точка D в этом случае является нейтральной - она не имеет углового смещения относительно обода. Смещенные элементы беговой дорожки стремятся сдвинуться относительно опорной поверхности к поперечной плоскости колеса. Однако их смещению препятствуют силы трения, действующие между шиной и опорной поверхностью. В результате этого возникают продольные касательные напряжения τх, приложенные к шине в направлении от центральной поперечной плоскости к краям контакта (к зонам точек А и В).

Эпюры распределения сил трения τF, если принять коэффициент трения μ постоянным по всей площади контакта, т. е. не зависящим от величины нормальных напряжений, подчиняются тем же закономерностям, что и нормальные контактные напряжения q, рассмотренные выше. На рис. 2.6 штрихами показаны эпюры распределения по длине контакта сил трения τF = qμ в центральной части беговой дорожки.

Напряжения равны нулю в начале контакта (точки А и В), где силы трения равны нулю, и на центральной поперечной плоскости (точка D) как нейтральной плоскости, в зоне которой изменяется направление действия продольных касательных напряжений.

От точки D к точкам А и В напряжения τx возрастают в соответствии с изменением углов смещения элементов беговой дорожки относительно обода колеса, достигая максимальной величины между точками D и A, D и В. Таким образом, эпюра продольных касательных контактных напряжений τх по длине контакта должна иметь вид, показанный на рис. 2.6, ж.

Продольные касательные напряжения τх для неподвижного колеса, нагруженного одной нормальной нагрузкой, могут быть приближенно выражены следующей синусоидальной зависимостью:


где Cβ - коэффициент крутильной жесткости шины; β - угол закрутки, т. е. угловая деформация (смещение) элементов беговой дорожки относительно обода при нормальном прогибе шины; αк - угол контакта шины; αn - текущее значение угла поворота колеса (начало отсчета от вертикали, проходящей через ось колеса).

В поперечном направлении по площади контакта с опорной поверхностью действуют поперечные касательные напряжения τу, природа которых аналогична природе продольных касательных напряжений τх, рассмотренной выше. Эпюра распределения поперечных контактных напряжений τу представлена на рис. 2.6, б.

предыдущая главасодержаниеследующая глава














© Злыгостев Алексей Сергеевич, подборка материалов, оцифровка, статьи, оформление, разработка ПО 2001-2019
При копировании материалов проекта обязательно ставить активную ссылку на страницу источник:
http://motorzlib.ru/ 'Автомобилестроение, наземный транспорт и организация движения'