Шины. Некоторые проблемы эксплутации и производства - Ильясов Р.С.
ISBN 5-7882-0140-3
Скачать (прямая ссылка):
Автомобильные шины представляют собой композиционное изделие, основная часть которой - покрышка - включает текстильные и металлические детали, каучуки, наполнитель и химикаты - добавки десятков наименований. Вследствие этого научно-технические разработки по созданию новых конструкций покрышек относятся к области композиционных материалов. Проведение таких разработок в пределах отдельно взятого промышленного предприятия невозможно без взаимосвязи и взаимодействия конструкционных, рецептурных, технологических, аппаратурных и экологических аспектов создания шин.
7.1. Методы разработки новых конструкций шин.
Вот уже на протяжении многих десятилетий наиболее полно и систематически вопросами разработки новых конструк-
473
ций шин занимались и занимаются ведущие специалисты НИИШП а: Бидерман В. П., Бухин Б. П., Соколов С. Д., Басс Ю. П. и др.
Вначале проектирования разработчик должен поставить и ответить на следующие вопросы [486]: 1) какие характеристики должна иметь сконструированная шина; 2) как будут изменяться эти характеристики, если изменить ее конструкцию, материалы, условия нагружения и т. д.; 3) какие эксплуатационные свойства будет иметь машина с конкретными шинами; 4) какие характеристики должна иметь шина, чтобы машина имела требуемые эксплуатационные свойства; 5) какими должны быть конструкция и материалы шин, чтобы последняя обладала требуемыми эксплуатационными свойствами; 6) как создать оптимальную конструкцию.
Расчетно-экспериментальный метод разработки шин имеет следующую логическую цепочку: задание конструкции шины
- физическая модель (расчетная схема) - математическая модель
- решение и получение численных результатов - проверка адекватности - настройка модели - практическое опробование шины.
В наиболее подробном варианте схема разработки конструкции шины и оценки ее работоспособности приведена в [487], (рис. 60).
В данной схеме МКЭ обозначает «метод конечных элементов»; НДС - напряженно-деформированное состояние; РКК -резинокордный композит; ОКН - образец с косой нитью.
Данная схема в основных деталях повторяет вышеприведенную логическую цепочку и содержит следующие этапы: 1) выбор конструкции шины, материалов для ее изготовления, технологии изготовления и изготовление опытных образцов для расчетных данных; 2) определение НДС расчетными и экспериментальными методами; 3) определение режима вулканизации расчетными и экспериментальными методами; 4) испытания опытных шин в требуемых режимах нагружения; 5) про-
474
Выбор
исходного
варианта
Материалы
Технология
Определение НДС изделия
Конструкция
Расчетные
методы
11-,
Нелинейные вязкоупругие свойства резин и РКК
Целевая
функция
изделия
Многослойные
анизотропные
оболочки
МКЭ
Тензометрический'
Эксперимен-
тальные
методы
Поляризационно-
оптическая
Учет
влия-
ния
дороги
и
автомо-
биля
Определение режима вулканизации
Расчеты тепловых потоков и температурных полей
Измерения температур в изделии при вулканизации
Изготовление образцов для испытаний
Неизотермическая
вулканизация
РКК: ОКН, ОКН2
Резина:сложное НДС
Испытания
образцов
Квазиравновесные
Усталостные
Динамические
Негармонические циклы
Сцепление, износ
и Определение ресурса изделия с Проверка принципа
учетом условии эксплуатации «равнопрочности»
Рис. 60. Схема оценки работоспособности шины.
475
гнозирование ресурса шин с учетом условий эксплуатации и проверка принципа «равнопрочности»; 6) при необходимости корректировка пункта 1 и повторение цикла исследований.
Одним из главных элементов этой схемы является расчет механических характеристик шин, который включает почти все виды математического аппарата: системы линейных и нелинейных уравнений, векторный анализ, обыкновенные дифференциальные уравнения и уравнения с частными производными, краевые задачи, случайные процессы и математическая статистика, численные методы и т. п. Важным является то, что имея математическую модель можно проводить машинные эксперименты по оптимизации конструкции покрышки, по изучению влияния изменений исходных данных на характеристики шины и автомобиля. В результате расчетов можно получить следующие характеристики шины данной конструкции в зависимости от условий эксплуатации, механических и термических свойств конструкционных материалов: прочность и долговечность, сопротивление качению, выходные характеристики, материалоемкость, шум и другие экологические характеристики, ремонтопригодность.
Понятно, что "вручную" практически невозможно сделать все необходимые расчеты. По этой причине и у нас в России5и за рубежом созданы программы для расчетов на ЭВМ. С появлением мощных персональных ЭВМ в НИИШПе создан на языке "Фор-тран-77" ряд специализированных программ для компьютеров типа PC IBM, например, программа "АПР - ПЕРСОНАЛ" может быть использована в конструкторской практике как самостоятельно, так и в рамках разрабатываемых систем автоматизации проектирования пневматических шин - САПР - Ш. Как и предыдущие программы, данная программа с достаточной для практики точностью позволяет рассчитать основные механические характеристики шин радиальной конструкции:
