Сглаживающая способность пневматической шины при статическом и динамическом взаимодействии автомобильного колеса с твердой неровной опорной поверхностью тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.02.06, кандидат наук Левенков, Ярослав Юрьевич

• Левенков, Ярослав Юрьевич
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Левенков, Ярослав Юрьевич

Содержание

ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. Методы исследования сглаживающей способности шин

1.1. Краткие сведения о пневматических автомобильных шинах

1.2. Силы, действующие на колесо при его движении по опорной поверхности

1.3. Основные показатели контактного взаимодействия шины с опорной поверхностью

1.4. Сглаживающая способность шины

1.5. Экспериментальные методы исследования сглаживающей способности шины

1.6. Расчетные методы моделирования сглаживающей способности шин

1.7. Численные методы, применяемые для расчета сложных механических систем

1.8. Основные принципы и рекомендации по проведению расчетов с использованием МКЭ

1.9. Расчетные конечно-элементные модели шин

1.10. Выводы по главе

Глава 2. Теоретические основы расчетного метода

2.1. Создание конечно-элементной модели автомобильной шины..„45

2.2. Вариационная формулировка решения нелинейных задач в приращениях, основанная на модифицированном подходе Лагранжа

2.3. Основные соотношения метода конечных элементов для линейного и нелинейного анализа

2.4. Постановка задачи для нелинейного динамического анализа твердого тела

2.5. Интегрирование уравнения динамического равновесия методом центральных разностей

2.6. Модель гиперупругого материала Муни-Ривлина

2.7. Демпфирующие свойства материалов

2.8. Учет контактного взаимодействия

2.9. Основные положения расчетно-экспериментального метода определения жесткостной и демпфирующей характеристик автомобильной пневматической шины

2.10. Выводы по главе

Глава 3. Создание расчетной модели и расчет параметров взаимодействия шины с неровной опорной поверхностью

3.1. Разработка расчетной модели шины

3.2. Проверка адекватности модели

3.3. Влияние формы неровности на деформацию шины

3.4. Модель движения колеса по неровной опорной поверхности

3.5. Влияние формы неровности на демпфирующие свойства шины99

3.6. Выводы по главе

Глава 4. Экспериментальные исследования сглаживающей способности шин

4.1. Цель экспериментальных исследований

4.2. Планирование и методика обработки результатов экспериментов

4.3. Задачи экспериментальных исследований

4.4. Конструкция стенда "активное колесо"

3

4.5. Методика проведения исследований взаимодействия колеса с

твердой неровной поверхностью

4.6. Взаимодействие движущегося колеса с неровной твердой опорной поверхностью

4.7. Методика определения характеристик материала Муни-Ривлина

4.8. Выводы по главе

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ РАБОТЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Сглаживающая способность пневматической шины при статическом и динамическом взаимодействии автомобильного колеса с твердой неровной опорной поверхностью»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Одна из основных задач при проектировании

колесных машин связана со снижением динамических воздействий на

конструкцию автомобиля со стороны неровностей дороги. Рациональный

выбор характеристик подрессоривания способствует повышению

управляемости, устойчивости и безопасности движения колесной машины,

увеличению ресурса ее деталей, улучшению показателей плавности хода.

Современные технологии проектирования автомобилей широко используют

для выбора параметров системы подрессоривания возможности

моделирования динамики движения по неровным дорогам, что позволяет

существенно ускорить процесс создания и доводки автомобиля, обеспечить

заданные его характеристики (массовые, прочностные, эксплуатационные).

Однако потенциал расчетных методов анализа динамики движения в полной

мере может быть реализован только при использовании моделей, адекватно

отражающих свойства основных систем, узлов и агрегатов автомобиля, и в

первую очередь, элементов его ходовой системы, а также отражением

особенностей взаимодействия колесной машины с дорожной поверхностью.

Возмущающее воздействие от неровностей дороги на подрессоренные массы

транспортного средства существенно зависит от сглаживающей способности

пневматической шины, т.е. от свойства шины уменьшать подъем оси колеса

по сравнению с высотой преодолеваемой неровности и увеличивать зону

действия неровности на колесо. Шина в ходовой системе является одним из

наиболее сложных объектов для моделирования. Для исследования ее

механических свойств необходимо привлечение методов нелинейной

механики, одновременно учитывающих совокупность нелинейных факторов

(физическая, геометрическая нелинейности, гиперупругие свойства

материалов, контактное взаимодействие). До настоящего времени задача

моделирования пневматической шины (как технического объекта при

статических и динамических воздействиях) решалась весьма приближенно,

5

на основе значительных упрощений, что нередко приводило к серьезным погрешностям в расчетах. Сегодняшний уровень развития вычислительной техники позволяет рассматривать данную научно-исследовательскую задачу в более точной постановке, использовать более сложные расчетные схемы (учитывающие перечисленные нелинейные факторы), полнее отражать в моделях особенности сложной армированной конструкции шины, учитывать взаимодействие шины с неровной опорной поверхностью. Поэтому тема диссертации является актуальной.

Цель работы: Создание новых, более точных по сравнению с известными, экспериментально подтвержденных способов моделирования автомобильных пневматических шин, взаимодействующих с твердой неровной опорной поверхностью, учитывающих все основные особенности конструкции шины, механические свойства материалов, характер силового нагружения автомобильного колеса, геометрические параметры неровностей опорной поверхности.

Объект исследования: Автомобильная пневматическая бескамерная шина с радиально расположенным каркасом, взаимодействующая с твердой опорной поверхностью с неровностями, имеющими различные размеры и форму.

Методы исследований. Методы сопротивления материалов, нелинейной теории упругости, метод конечных элементов (МКЭ), методы математической статистики, геометрического моделирования, компьютерной графики, методы теории колесных машин, методы математического моделирования деформирования пневматической шины при статических и динамических воздействиях в пятне контакта с неровной твердой поверхностью, методы экспериментальной механики для проведения натурных испытаний шины (на стенде "Грунтовой канал" кафедры автомобилей и двигателей ФГБОУ ВПО МГИУ) и для получения механических характеристик резины (на испытательной машине ИР 5081 — 20).

Научная новизна:

1. Разработана новая уточненная трехмерная расчетная модель автомобильной пневматической шины, учитывающая основные особенности ее объемной конструкции (боковины и части протектора из резины, армирование каркасом, бортовой проволокой, опоясывающим кольцом), отражающая нелинейные свойства (несжимаемость и гиперупругость резины, геометрически нелинейное деформирование корда шины, контактное взаимодействие шины с твердой неровной опорной поверхностью), использующая эквивалентную схему моделирования армирования кордом, позволяющая в статике и динамике оценить жескостные свойства шины (при различных значениях вертикальной нагрузки на колесо, значениях давления в шине, различной форме неровностей опорной поверхности), подтвержденная экспериментальными исследованиями.

2. Предложен расчетно-экспериментальный метод определения жесткостной и демпфирующей характеристик автомобильной пневматической шины и оценки ее сглаживающей способности при статическом взаимодействии автомобильного колеса с твердой неровной опорной поверхностью и при движении колеса по неровной дороге с неровностями различных размеров и формы на основе подтвержденного экспериментально трехмерного физически и геометрически нелинейного моделирования шины с учетом контактного взаимодействия шины с опорной поверхностью.

3. Предложена методика определения характеристик гиперупругого материала Муни-Ривлина (для моделирования резины в методе оценки сглаживающей способности автомобильных пневматических шин) на основе сравнения результатов расчетов и испытаний образцов, вырезанных из боковины шины, а также на основе сравнения результатов расчетов и натурных испытаний деформирования шины на плоской твердой поверхности при вертикальном нагружении.

4. Впервые расчетным путем получены результаты по деформированию автомобильной пневматической шины при ее взаимодействии с твердой неровной опорной поверхностью, позволившие выявить нелинейные зависимости жесткости шины и коэффициента демпфирования от характеристик ее нагружения, формы и размеров неровностей опорной поверхности.

Достоверность результатов обеспечена строгим математическим обоснованием разработанных методов моделирования, подтверждена сравнением расчетных характеристик жесткости шины с данными экспериментов и достигнутой степенью сходимости при экспериментальном и расчетном исследовании взаимодействия шины с твердой ровной опорной поверхностью.

Практическая ценность: На основе результатов выполненных исследований для практического использования создана методика решения задачи взаимодействия шины с неровной опорной поверхностью, учитывающая конструктивные особенности шины, условия нагружения, размеры и форму неровностей. Методика позволяет оценить изменение жесткостных параметров шины при взаимодействии с различными неровностями и при различных параметрах нагрузок с целью уточнения динамической модели движения в общей системе " дорога - шина -автомобиль - водитель ".

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертации доложены на конференциях:

1. Конференция «Проектирование колесных машин и двигателей внутреннего сгорания», посвященная 50-летию МГИУ, 2009.

2. Конференция, посвященная 100-летию со дня рождения А.М.Кригера. Секция «Автомобили и двигатели», 2010.

3. Научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых автомобильного факультета "Молодая наука АФ 2011".

4. 9-я Международная конференция пользователей АЫ8У8/САОРЕМ 24-28 октября 2011.

5. 70-я юбилейная научно-методическая и научно-исследовательская конференция МАДИ (30 января - 4 февраля 2012 г.).

6. Международная научно-практическая конференция: "Современный автомобиль и его взаимодействие с окружающей средой" (февраль 2013 г.).

7. Совместная пользовательская конференция АЫ8У8 и ПЛМ Урал (4-5 июня 2013 г.).

Реализация работы. Материалы диссертационной работы используются при обучении студентов кафедры автомобилей и двигателей ФГБОУ ВПО "МГИУ".

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 научных работ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих результатов и выводов, списка литературы (70 литературных источников). Основная часть работы изложена на 124 страницах, содержит 61 иллюстрацию и 4 таблицы.

Глава 1. Методы исследования сглаживающей способности шин

1.1. Краткие сведения о пневматических автомобильных шинах

Пневматическая автомобильная шина является сложной механической системой, что обусловлено ее конструкцией и свойствами материалов. Основные конструктивные элементы шины представлены на рис. 1.1. Свойства материалов, из которых состоят эти элементы, существенно отличаются друг от друга, что создает трудности при моделировании [3, 4, 6, 10,12,15,].

Рис. 1.1. Основные конструктивные элементы шины: 1 — каркас; 2 — наполнительный шнур; 3 — борт; 4 — боковина;

5 - протектор; 6 - брекер; 7 - бортовая проволока

Каркас - часть шины, являющийся силовым элементом, благодаря которому шина выдерживает нагрузку в результате эксплуатации автомобиля. Каркас состоит из одного и более слоев корда, каждый из которых закрепляется на бортовой проволоке (кольцах). Корд шины - это нити, составляющие ткань, которая затем подвергается обрезиниванию. Корд обладает высокой гибкостью и прочностью. Корд изготавливают из хлопковых волокон, капрона или вискозы, а в настоящее время наибольшее распространение получил металлокорд, состоящий из металлических нитей,

как правило - стальных, гораздо реже (вследствие высокой стоимости исходного материала) - кевларовых. Брекер представляет собой слои корда, опоясывающие внешнюю часть каркаса, и находящиеся непосредственно под протектором. Протектор - наружный массивный слой резины, который накладывается на брекер и контактирует с поверхностью дороги. Протектор имеет рисунок, который разработан для разных типов покрытия, условий эксплуатации. Протектор также обеспечивает сохранность каркаса и брекера от повреждений. Боковина - защитный резиновый слой на боковых стенках каркаса. Борт - практически нерастяжимый край покрышки, представляющий собой проволочные кольца из нескольких витков проволоки из стали, на которых закреплены слои каркаса, обеспечивает посадку и крепление покрышки на ободе. Более подробно конструкции автомобильных шин представлены в работах [12, 15, 47, 53].

В рабочем режиме основная нагрузка воспринимается в шине силовыми элементами каркаса и брекера. В зависимости от расположения нитей корда шины подразделяют на радиальные и диагональные. В последнее время большое распространение получили радиальные шины. Каркас радиальной шины представляет собой набор резинокордных слоев, направление нитей в которых близко к меридиональному.

Рис. 1.2. Конструктивные параметры шины

К основным геометрическим параметрам шины (рис. 1.2), необходимых в расчетах по определению характера взаимодействия шины с опорной поверхностью можно отнести: В - ширина профиля шины; Н -высота профиля шины; А - посадочная ширина; с! - посадочный диаметр [3,

4, 12].

1.2. Силы, действующие на колесо при его движении по опорной поверхности

Введем прямоугольную систему координат xyz, связанную с опорной поверхностью, по которой движется автомобильное колесо (рис. 1.3).

На шину, находящуюся в контакте с опорной поверхностью, действуют следующие силовые факторы (рис. 1.3): сила Гх- результирующая продольная сила, действующая в направлении оси л; • Гу- результирующая боковая сила, действующая в направлении оси .у; Р. - результирующая вертикальная сила, действующая в направлении оси г; Мх опрокидывающий момент; М - момент сопротивления качению;М,-поворачивающий момент; Мк - момент, подводимый к колесу (крутящий или тормозной) [3, 4, 54, 56, 59].

От действия различных силовых факторов зависит режим движения колеса по поверхности.

Рассмотрим режимы качения колеса в плоскости хг (рис. 1.4):

1. ведущий (рис. 1.4 а);

2. ведомый (рис. 1.4 б);

3. тормозной (рис. 1.4 в);

4. свободный (рис. 1.4 г);

5. нейтральный (рис. 1.4 д).

1 1

1

Рис. 1.4. Режимы качения колеса

В рассматриваемых случаях на движение колеса оказывают влияние следующие силовые факторы: Рг- нормальная нагрузка на колесо; Я,-нормальная реакция дороги на колесо; Рх- сила тяги; продольная

(тангенциальная) реакция дороги, действующая на колесо; Мк- крутящий момент; Мт - тормозной момент.

От характера нагружения колеса существенно зависит процесс взаимодействия шины с опорной поверхностью (изменение ее нормальной, тангенциальной и боковой жесткость, особенности контакта шины с опорной поверхностью, сглаживающую способность шины и другие факторы).

1.3. Основные показатели контактного взаимодействия шины с опорной поверхностью

Контактное взаимодействие шины с опорной поверхностью характеризуют следующие основные показатели [3, 4, 6, 12, 15, 56]:

1. гсп - свободный радиус шины (радиус шины в свободном, т.е. ненагруженном состоянии);

2. гст - статический радиус шины (расстояние от оси колеса до опорной поверхности при действии на него нормальной нагрузки Р7)\

3. - динамический радиус шины (расстояние от оси колесо до

опорной поверхности при его качении);

4. гк - радиус качения, который определяется как отношение пути,

пройденного колесом за один оборот, к величине 2л :

'к = ; 2 71

5. Лг- прогиб шины, который определяется как разность между свободным радиусом /*сни статическим радиусом гст шины;

6. Характеристики пятна контакта (его площадь, геометрия, распределение давления в пятне контакта и др.);

7. 8 - угол бокового увода (угол между направлением движения колеса и плоскостью его качения);

8. Ку - коэффициент сопротивления боковому уводу (отношение

боковой силы Г, к углу бокового увода 8).

Методы определения этих показателей при контактном взаимодействии шины с ровной опорной поверхностью изучены достаточно широко. Однако, в случае взаимодействия шины с неровной опорной поверхностью данные характеристики изучены не полностью. Разработка универсальной методики оценки влияния их на движение колеса являются актуальной задачей.

1.4. Сглаживающая способность шины

Изучением внешней механики пневматической шины при взаимодействии с различными опорными поверхностями занимались отечественные и зарубежные ученые: Я.С. Агейкин, И.В. Балабин, J1.B. Барахтанов, В.В. Бахмутов, Ю.Ю. Беленький, В.В. Беляков, В.Л. Бидерман, А.К. Бируля, Н.Ф. Бочаров, Б.Л. Бухин, Н.С. Вольская, В.М. Гольдштейн, А.И. Гришкевич, Г.Д. Гродский, Р.Л Гуслицер, В.И. Кнороз, К.С. Колесников, Г.О. Котиев, В.И. Котляренко, В.Н. Кравец, A.A. Лапин, В.В. Ларин, A.C. Литвинов, В.Н. Наумов, Я.М. Певзнер, В.А. Петрушов, Р.В. Ротенберг, С.П. Рыков, Ю.В. Степанов, Э.И. Толстопятенко, Я.В. Фаробин, А.К. Фрумкин, A.A. Хачатуров, Е.А. Чудаков, С.М. Шупляков, В.А. Щетин, H.H. Яценко, F. Behies, F. Böhm, F. Bombard, A. Chiesa, M. Julien, К. Klopper, Е. Marguard, H. Moppert, M. Michke, W. Hahn, L. Oberto, A. Schmeitz и др.

Колеса автомобиля, оснащенные пневматическими шинами, непосредственно контактируют с поверхностью дороги, осуществляя первичное сглаживание возмущающего воздействия неровностей пути на кузов. Взаимодействие колеса с опорной поверхностью является сложным процессом, обусловленным как особенностями конструкции самой шины, так и характеристиками дорожной поверхности [28, 37, 40, 45, 47, 53].

Рассмотрим процесс переезда автомобильным колесом неровности длиной л" и высотой q (рис. 1.5, а) при движении автомобиля со скоростью va.

Схема движения абсолютно жесткого колеса по твердой поверхности с неровностью данной формы показана на рис. 1.5, б, эластичного колеса - на

рис. 1.5, е. Для абсолютно жесткого колеса (см. рис. 1.5, б) вертикальное перемещение оси колеса // равно высоте неровности д. Для эластичного колеса вертикальное перемещение оси колеса к меньше, чем высота неровности а траектория движения оси колеса более пологая (сглаженная) вследствие деформирования шины.

Рис. 1.5. Влияние эластичности шины на перемещение центра масс

колеса:

1 — колесо; 2 - опорная поверхность; 3 - траектория движения оси

колеса

Первоначально под сглаживающей способностью понимался процесс изменения траектории оси колеса и сил, действующих на неподрессоренные массы при обкатывании колесом с эластичной шиной отдельных неровностей дороги различной высоты и конфигурации. В дальнейшем исследования процессов взаимодействия колеса с пневматической шиной и неровностей дорожного полотна показали, что данное свойство колеса целесообразно назвать нивелирующей способностью [45, 47], которое интегрирует в себе сглаживающую способность шины и обкатывающую (обтекающую) способность самого колеса.

Исследования обтекающей способности автомобильного колеса, как жесткого, так и эластичного представляют интерес для определения нагруженности и плавности хода транспортных машин и тракторов,

эксплуатируемых по бездорожью, и в настоящее время практически завершены работами отечественных и зарубежных ученых (А.К. Бируля, А.К. Фрумкин, В.А. Щетина, В.М. Гольдштейн, Г.Д. Гродский, P.JL Гуслицер, К. Klopper, H. Moppert, M. Julien, I. Paulsenu др.).

Проблема учета сглаживающей способности шины имеет значительно более короткую историю своего развития, что связано, в первую очередь, со значительной сложностью рассматриваемой проблемы, как в теоретическом описании данного свойства пневматической шины, так и в экспериментальной проверке выявленных закономерностей, а также в неизбежном изменении параметров колебательной системы, в состав которой шина входит как упругий и демпфирующий элемент.

Под сглаживающей способностью шины в настоящее время понимается свойство шины уменьшать подъем оси колеса по сравнению с высотой преодолеваемой неровности и увеличивать зону действия неровности на колесо [31] (см. рис. 1.5. в).

При этом качение колеса по неровностям дороги сопровождается смещением границ начала и окончания взаимодействия элементов шины с неровностями относительно их действительных границ, смещением взаимодействующих элементов шины относительно вертикали, проходящей через ось, и одновременным взаимодействием шины с несколькими последовательно расположенными неровностями в зоне контакта.

1.5. Экспериментальные методы исследования сглаживающей способности шины

Первые исследования взаимодействия эластичного колеса с неровностями дороги посвящены определению жесткостных свойств шин при ее контакте с неровностями различной формы и размеров и построению траекторий перемещения его оси во время движения [28, 37].

Следующим этапом исследования сглаживающей способности шины

стал переход от движения колеса через единичную или последовательно

17

расположенные неровности регулярного профиля к движению колеса по участку дороги со случайным микропрофилем [45, 49, 53].

Если первый этап в основном связан с проведением экспериментов, то второй уже обусловлен созданием теоретических расчетных моделей, описывающих движение колеса по неровной опорной поверхности.

Экспериментальные методы исследования сглаживающей способности автомобильных шин осуществляются по двум направлениям:

1. Использование специальных лабораторных стендов, где основной задачей является определение траекторий движения оси колеса с пневматической шиной по искусственным неровностям синусоидального профиля;

2. Использование полнокомплектных автомобилей, оборудованных испытательными шинами при движении по специальным дорогам полигона. В результате испытаний получают спектральные характеристики колебаний различных точек автомобиля.

Экспериментальные исследования пневматических шин как элементов подрессоривания автомобиля выявили два основных направления в разработке испытательных стендов:

1. Стенды рычажного типа;

2. Стенды платформенного типа.

Стенды рычажного типа в основном предназначены для определения упругих свойств и поглощающей способности шин в режиме свободных затухающих колебаний. Стенды платформенного типа предназначены для определения геометрических параметров и упругих свойств шин в режиме непрерывного нагружения.

Одним из первых стендов рычажного типа, упомянутых в отечественных публикациях, был стенд, разработанный в автомобильной лаборатории МВТУ им. Баумана под руководством К.С. Колесникова (рис. 1.6) [29].

Рис. 1.6. Схема стенда для исследования упругих и демпфирующих

свойств шин:

а - в режиме квазистатического погружения; 6 — в режиме свободных

колебаний

На стенде колесо с испытуемой шиной нагружается свободно перемещающейся в вертикальном направлении массой. Величина массы может изменяться. Стенд оснащаются устройствами, позволяющими предварительно увеличивать или уменьшать нагрузку с последующим быстрым ее снятием. Этим осуществляется, как принято говорить, испытания с подтягиванием или сбрасыванием. После быстрого снятия подтягивающего или разгружающего усилия опирающаяся на шину масса совершает свободные затухающие колебания. Регистрация колебаний дает исходный материал для последующей оценки закономерностей рассеяния энергии в колебательной системе с одной степенью свободы, составленной из упругой в радиальном направлении шины и опирающейся на нее массы. Поскольку единственным упругим и демпфирующим элементом в системе является шина, а частота колебаний сравнительно невысокая, такими тормозящими силами, как сопротивление воздуха и трение в направляющих устройствах перемещения массы, можно пренебречь, а все потери энергии отнести за счет поглощающих свойств шины.

В дальнейшем, разрабатывались рычажные стенды, имеющие более сложную конструкцию, с целыо приблизить условия нагружения шины к реальным условиям ее работы на автомобиле, т.е. обеспечить вращение колеса и рессорное подвешивание колесного узла на раме стенда. Такой стенд был разработан под руководством H.H. Яценко [49, 58]. На рис. 1.7 представлена схема данного стенда.

Рис. 1.7. Схема установки для динамических испытаний шин

Стенд позволяет проводить динамические испытания шин. Он имеет тележку с опорой испытуемого колеса на поверхность вращающегося барабана 13. Основным несущим элементом конструкции одноколесной тележки является рама 7 с осью 2, установленной в подшипниках качения передней опоры 1, которая жестко укреплена на фундаменте стенда. Жесткая, исключающая появление вибраций конструкция рамы, одновременно отличается достаточно малой массой, что позволяет испытывать шины малого размера, представляет собой ферму с лонжеронами, поперечинами и косынками. На передней части рамы установлена грузовая платформа 4 с каркасом 5 для размещения нагружающего балласта 6. Грузовая платформа закреплена струбцинами 3. Изменением нагрузки платформы и ее размещения на раме одновременно достигают соответствующих параметров: номинальной нагрузки на испытуемую шину и момента инерции колеблющейся на ней рамы.

Для монтажа колеса 12 с испытуемой шиной в задней части тележки на кронштейнах 8 рамы установлены две полуэллиптические рессоры II, подбором листов в которых регулируют жесткость подвески. На рессорах смонтированы корпуса 14 подшипников оси колеса, в которых закреплены электрические месдозы, позволяющие измерять вертикальные и горизонтальные силы, действующие на ось колеса. Для размещения гидравлических амортизаторов, обеспечивающих имитацию подвески колес к раме автомобиля, на раме одноколесной тележки смонтирован специальный каркас 9 с регулируемой по высоте поперечиной. Нижняя опора амортизатора установлена на оси колеса. На заднем торце рамы тележки имеются цапфы с напрессованными подшипниками качения, которые перемещаются при вертикальных колебаниях тележки в пазу направляющего устройства 10, жестко закрепленного на фундаменте.

Стенды рычажного типа позволяют исследовать упругие и демпфирующие свойства пневматических' шин на основе характеристик нормальной жесткости. Однако данный метод построения характеристик по точкам путем ступенчатого изменения радиальной нагрузки на колесо и визуального снятия показаний с приборов отличается низкой точностью и производительностью эксперимента, что затрудняет широкое использование стендов для этих целей без значительного усовершенствования процесса нагружения.

Поэтому наряду со стендами рычажного типа, достаточно широкое распространение получили стенды платформенного типа. У стендов данного типа радиальная нагрузка на колесо создавались за счет перемещения опорной поверхности. Само колесо устанавливается на жестком валу, который закрепляется на силовой стойке с возможностью регулирования по высоте для испытания шин различных размеров.

Для исследования сглаживающей способности шин применяют шинный стен ШС-77 в комплектации с необходимым оборудованием для испытаний [45]. Схема стенда приведена на рис. 1.8.

Рис. 1.9. Схема шинного стенда 1ЛС -77

Основным нагружающим устройством стенда является механизм передвижения платформы (поз. 55...62), смонтированный на роликовой балке 9. Для облегчения монтажно-демонтажных работ на стенде при установке и смене колеса используется специальный механизм (39...48).

Колесный узел вместе с датчиком сил 13 и колесом с испытуемой шиной 12 устанавливается на колесную раму 6 в первом или втором положении от шарнирного узла 5, чтобы обеспечить не менее одного оборота колеса при перемещении платформы 56, на которую оно опирается, из одного крайнего положения в другое. Датчик перемещений 35, предназначенный для измерения траектории оси колеса, устанавливается на перекладине 7 на таком расстоянии от колеса, чтобы обеспечивалась достаточная чувствительность измерений. Датчик профиля неровностей состоит из рычажного преобразователя 83, установленного на роликовой балке так, чтобы ось обкаточного ролика находилась строго под осью колеса, и датчика перемещений 81, устанавливаемого на перекладине 7 на таком расстоянии, чтобы обеспечить вертикальность тросика 82, связывающего датчик с преобразователем. На платформу 56 устанавливаются неровности 60 с синусоидальным профилем.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Левенков, Ярослав Юрьевич, 2013 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Агапов В.П. Метод конечных элементов в статике, динамике и устойчивости пространственных тонкостенных подкрепленных конструкций. Учебное пособие. - М.: Изд-во АСВ, 2000. - 152 с.

2. Агапов В.П., Гаврюшин С.С., Карунин А.Л., Крамский H.A. Строительная механика автомобиля и трактора. - М.: Изд-во МГТУ "МАМИ", 2002.-400 с.

3. Агейкин Я.С., Вольская Н.С. Теория автомобиля: учебное пособие. М.: МГИУ, 2008. - 318 с.

4. Агейкин Я.С., Вольская Н.С., Чичекин И.В. Проходимость автомобиля: учебник. М.: МГИУ, 2010. -275 с.

5. Агеев М.Д. Об оценке и экспериментальном определении эффективности подвески автомобиля: Труды семинара по подвескам, вып. 11,-М.: НАМИ, 1965.-е. 81-102.

6. Балабин И.В., Белослюдов A.B., Кнороз A.B. и др. Стенд для испытаний пневматических шин // Автомобильная промышленность. - 1979. -№ 11.-е. 18-20.

7. Басов К.А. ANSYS и LMS Virtual Lab. Геометрическое моделирование: Практическое руководство. - М.: ДМК Пресс, 2006 - 240 с.

8. Бате К., Вилсон Е. Численные методы анализа и метод конечных элементов. - Л.: Стройиздат, 1982. - 448 с.

9. Барахтанов Л.В., Котляренко В.И., Соколов И.А., Манянин С.Е. Разработка конечно-элементной модели шины. Моделирование вертикального, бокового, продольного нагружений // Журнал автомобильных инженеров. 2012, №5 (76). - с. 15-17.

10. Белкин А. Е. Разработка системы моделей и методов расчета напряженно-деформированного и теплового состояний автомобильных радиальных шин: Дисс. ..докт. техн. наук.— М.:МГТУ им. Баумана, 1998. -284 с.

11. Белкин А. Е. Расчет деформаций в беговой части легковой радиальной шины с учетом межслойных сдвигов в брекере // Изв. вузов. Машиностроение. -1990,№3. -с. 6-11.

12. Бидерман В.Л., Гуслицер Р.Л., Захаров С.П. и др. Автомобильные шины (конструкция, расчет, испытание, эксплуатация) / Под ред. В. Л. Бидермана. - М.: Госхимиздат, 1963. - 383 с.

13. Бидерман В. Л. Механика тонкостенных конструкций. Статика. -М.: Машиностроение, 1977.— 488 с.

14. Бреббия К., Теллес Ж., Вроубел Л. Методы граничных элементов. -М.: Мир, 1987.-524 с.

15. Бухин Б. Л.Введение в механику пневматических шин- М.: Химия, 1988.-223 с.

16. Васидзу К. Вариационные методы в теории упругости и пластичности. -М.: Мир, 1987. - 542 с. 2

17. Вольская Н.С. Оценка проходимости еолесных машин при движении по неровной грунтовой поверхности: Монография. - М.: МГИУ, 2007.-215 с.

18. Вольская Н.С. Левенков Я.Ю. Русанов O.A. Моделирование взаимодействия автомобильного колеса с неровной опорной поверхностью // Машиностроение и инженерное образование. - 2011, №4. с. 40 - 46.

19. Влияние сглаживающей способности шип на выходные параметры колебаний автомобиля / Ю.Ю. Беленький, H.H. Веремеев, А.И. Гришкевич и др. - Минск: 1981.- 12 с.-деп. в БелНИИНТИ, №265-81 Деп.

20. ГрагВ.К., Дуккипати Р.В. Динамика подвижного состава. - М.: Транспорт, 1988. - 392 с.

21. Галлагер Р. Метод конечных элементов. Основы. - М.: Мир, 1984.-428 с.

22. Григолюк Э. И., Куликов Г. М., Плотникова С. В. Контактная задача для пневматической шины, взаимодействующей с жестким

основанием // Механика композитных материалов - 2004- Т. 40, № 5.с. 661674.

23. Демидов С.П. Теория упругости. - М.: Высш. школа, 1979. - 432

с. 3

24. Иванченко И.И. Динамика транспортных сооружений: высокоскоростные подвижные, сейсмические и ударные нагрузки / И.И. Иванченко. - М.: Наука, 2011. - 574 с.

25. Зенкевич О. Метод конечных элементов в технике. - М.: Мир, 1975.-543 с.

26. Зузов В.Н. Рациональное моделирование несущих систем колесных;,тракторов. / Зузов В. Н. // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер. Машиностроение. - 2004. - № 4. - С. 90-106.

27. Карцов С.К. Развитие теории управляемости и устойчивости автомобиля на базе пространственных компьютерных моделей: монография / А. С. Горобцов, Р. П. Кушвид, С. К. Карцов. - М.: Машиностроение-1, 2004. -136 с.

28. Колебания автомобиля: Испытания и исследования / Я.М. Певзнер, Г.Г. Гридасов, А.Д. Конев, А.Е. Плетнев; Под ред. Я.М. Певзнера. -М.: Машиностроение, 1979.-208 с.

29. Колесников К.С. Определение внутренних потерь в автомобильной шине //Автомобильная и тракторная промышленность.- 1952 - №9 -с. 11-33.

30. Кудрявцев В.И., Рыжов С.А., Ильин К.А. Решение задачи износа шин с использованием программного комплекса Abaqus // Проблемы шин и резинокордных композитов: Труды XVII Международной конференции - М., 2006.-Т. 2.-с. 126-135.

31. Кнороз В.И., Кленников Е.В., Петров И.П. Работа автомобильной шины / Под ред. В.И, Кнороза. - М. - Транспорт, 1976. - 238 с.

32. Ларин A.A., Лобас М.И. Компьютерное автоматизированное

проектирование пневматических шин легковых автомобилей // Открытые

123

информационные и компьютерные интегрированные технологии, 2011. -№50. с. 68 - 74.

33. Левенков Я. Ю., Бабийчук А.Э., Вольская Н.С. Создание компьютерной модели контактного взаимодействия автомобильной шины с твердой опорной поверхностью при помощи программного комплекса ANSYS 11.0 // Молодые ученые - промышленности, науке и профессиональному образованию: проблемы и новые решения: VIII Международная научно-практическая конференция, 2009. с.

34. Левенков Я.Ю., Вольская Н.С., Русанов O.A. Контактная задача "шина-твердая поверхность" // Проектирование колесных машин и двигателей внутреннего сгорания: доклады на конференции, посвященной 50-летию МГИУ, 2009. - с. 16-23.

35. Левенков Я.Ю., Вольская Н.С., Русанов O.A. Выбор расчетной модели шины для исследования ее взаимодействия с грунтом // Проектирование колесных машин и двигателей внутреннего сгорания: Доклады на конференции посвященной 100 - летию со дня рождения A.M. Кригера и к 50 - летию ГОУ МГИУ. с. 25 - 29.

36. Левенков Я.Ю., Чичекин И.В. разработка динамических моделей колесных машин для анализа их проходимости // Машиностроение и инженерное образование, 2010. с. 9-17.

37. Ломакин В.В„ Черепанов Л.А., Вермеюк В.Н. Исследование упругих и демпфирующих характеристик шин легковых автомобилей на стенде // Автомобильная промышленность, -М.: 1976. 8. -с. 25-26.

38. Лурье А.И. Теория упругости. - М.: Наука, 1970. - 940 с.

39. Мухин О.Н. Метод расчета характеристик стационарно катящейся радиальной шины с помощью кольцевой модели, учитывающей силы инерции // Проблемы шин и резинокордных композитов: Труды XVII Международной конференции. - М., 2006. - Т. 2. - с. 39-57.

40. Наумов В.Н. Маленков М.И. Моделирование движения многоприводных транспортных средств. // Известия вузов. Машиностроение. - 1976. - № 5. - С. 122- 126.

41. Одинцов О. А .Разработка метода решения нелинейных контактных задач стационарного качения автомобильной шины: Дисс. ..канд. техн. наук - М.:МГТУ им. Баумана, 2008. - 208 с.

42. Ротенберг Р.В. Подвеска автомобиля: Колебания и плавность хода. -3-е изд., перераб. и доп. -М.: Машиностроение, 1972. - 392 с.

43. Русанов O.A. Расчетный анализ напряженного состояния и оценка прочности несущих систем тракторов: Дис. ... д-ра.техн. наук. Москва: МГИУ, 2009. -347 с.

44. Рыжов С.А., Ильин К.А., Варюхин A.M. Проектирование шин с использованием программного комплекса Abaqus// САПР и графика - М.: 2006. 1. — с. 77-81.

45. Рыков С.П. Методы моделирования и оценки поглощающей и сглаживающей способности пневматических шин в расчетах подвески и колебаний колесных машин: Дис. ... д-ра.техн. наук. Братск: БрГТУ, 2005. -430 с.

46. Тимошенко С.П., Гудьер Дж. Теория упругости. - М.: Наука, 1975.-576 с.

47. Толстопятенко Э.И. Исследование нивелирующей способности шин самоходных землеройно-транспортных машин. -Строительные и дорожные машины: Информ. научно-технический сборник ЦНИИТЭИ Строймаш, вып. 1.-М.: ЦНИИТЭИ Строймаш, 1970.-е. 13-16.

48. Трелоар JL Физика упругого каучука. М.: Издательство иностранной литературы, 1953.- 244 с.

49. Труды научно-исследовательского института шинной промышленности, сборник 3: Методы расчета и испытания автомобильных шин / под редакцией В.Ф. Евстратова, СЛ. Левина, Ф.И. Ящунской- М.: Госхимиздат, 1957. - 196 с.

50. Сегерлинд JI. Применение метода конечных элементов. - М.: Мир, 1979.-392 с.

51. Скопинский В.Н., Захаров A.A. Сопротивление материалов. В 2-х ч. - М.: Изд. МГИУ, Ч. 1, 2004. - 137 е., Ч. 2, 2005. - 165 с.

52. Стенд для исследования характеристик шин грузовых автомобилей большой грузоподъемности / А.Н. Петренко, Г.Н. Коптелов, М.М. Гуров и др. // Автомобильная промышленность, 1978. - №10. - с. 14-15.

53. Степанов Ю.В., Соловьев B.C., Фролов К.В. Оценка нивелирующей способности эластичных колес // Автомобильная промышленность, 1975,-№9.-с. 18-21.

54. Хачатуров A.A. Динамика системы дорога — шина — автомобиль — водитель - М.: Машиностроение, 1976. - 535 с.

55. Чичекин И.В. Разработка пространственных динамических моделей колесных машин для анализа проходимости при движении по неровным грунтовым поверхностям: Дисс. ..канд. техн. наук- М.: МГИУ, 2008.-256 с.

56. Чудаков Е.А. Теория автомобиля.- М.: Машгиз, 1950. - 252 с.

57. Шупляков B.C. Колебания и нагруженность трансмиссии автомобиля. -М.: Транспорт, 1974. -328 с.

58. Яценко H.H. Поглощающая и сглаживающая способность шин. М.: Машиностроение, 1978. - 132 с.

59. Böhm F. Nichtlineare Schwingungenbeim Rollkontakt von Giirtelreifen // CRI-K 1/87, Mitteilung des Curt-Risch-Inst. der Universität Hannover, 1987. -P. 23^17.

60. Kabe K., Miyashita N. A new analytical tire model for cornering simulation. Part I: Cornering power and self-aligning torque power // Tire Science and Technology, 2006. - № 2. P. 84-99.

61. Korunovic N., Trajanovic M., Stojkovic M., Misic D., Milovanovic J. Finite element analysis of a tire steady rolling on the drum and comparison with

experiment // Strojni skivestnik - Journal of Mechanical Engineering, 2011. - №57 (12). P. 888-897.

62. Hahn W.D. Die Federungs und Dampfungseigenschaften von Luftreifen bei vertikaler Wechselest; Diss. Dokt. - Jng.- Fak. Maschinenw. Techn. Univer., Hannover, 1972.-171 p.

63. Hallquist J.O. LSDYNA Theoretical manual. Livermore Software Technology Corporation. - 1998. - 498.

64. Holscher II., Tewes M., Botkin N., Lohndorf M., Hoffmann K.-H.,Quandt E. Preprint submitted to Computers and Structures // Center of Advanced European Studies and Research, 2004. -№28. P. 1-17.

65. Ghoreishy M.H.R. Finite Element Modelling of the Steady Rolling of a Radial Tyre with Detailed Tread Pattern // Iranian Polymer Journal, 2009. -№18 (8). P. 641-650.

66. Schmeitz A. A semi-empirical three-dimensional model of the pneumatic tyre rolling over arbitrarily uneven road surfaces: proefschriftterverkrijging van de graad van doctor aan de Technische Universiteit Delft, 2004. - P. 322.

67. Chiesa A., Oberto L. Amplitudenverteilung bei Fahrzeugschwingungen // ATZ. - 1966. - N 2. - p. 27-32.

68. Shoop S.A. Finite element modeling of tire-terrain interaction // Technical Report ERDC/CRREL TR-01-16. - US Army corps of engineers, 2001. -69 p.

69. Yang X. Finite element analysis and experimental Investigation of tyre characteristics for developing strain-based intelligent tyre system: A thesis submitted to the College of Engineering and Physical Sciences of the University of Birmingham for the degree of doctor of philosophy, 2011. - 242 p.

70. Zienkiewicz O. C., Taylor R. L. The finite element method. Volume 2: Solid mechanics. — 5th edition. — Butterworth Heinemann, 2000. — 460 p.

р©€ш1щжя фщтшщщщ

m щ

:

Si I

w-' !

W Ш

С- .'о ;

¿У-Л : :

'.-j--

РЙ Й-'i

V' . ;.V

»

i ^ 'A<v .s v.s'.vc^. ;

г > >4

4 h/

i Чь1} t i' \ ;

« - t'» *

\

sj t?jT V» Г «4 V ' '^ '

tí m gfii

ч

\

\

тжзщ

x

LiiiÜÄ, ¿¿йШи JL. Н'ч iio^Í HP so ib

лг 98812

pi m ш !ш ж im

Ига

Ш-

Ш'i

р I ! V-/

!

VW*M :

Щ:

i

Ш Jgj: : §§|j;

¿í' <t

Щ

Ця I

Ш

1 ¡aiы^ооО.и.чаюлы ли) Госувирстъеннос oñpaюитпелыше учреждение высшего профессионального образования Московский государствен}! ы й индустриальным университет (MU)

Ai lojKu). сл. ¡ш обороте

Яыш - > 20Í0Í2931K

T}Jfpon mo V Госv,>up<. íaeiiin;\i pm'i^e-jao'KiJ'i дх 'Vuiüi к m <1-Ч''н|><||;ип 27 октября20ÍÜ г. Cj ok,ioh>'teïJ'î "inmrv) искало: Н> шо.ш.2020 х-

'■Ш

Ш •ifôî

Цк

Kî

kl

Ж

г II/ vi ОЫ 71V tUlhl'LH''ICH!!,''th1lO>i\yj

' сюстт hunt mu tuimaaiui v и тонармы м ¿пикам р

i.\\iï;C:UM()ïib<;

îi-;;

efe

ш шщ в a s я ш ш »•» в щ щ ш в «я ж s а:в m ж ж ш a a st¡s

УТВЕРЖДАЮ

.. - , - Г да вя ьш, щжру} с р А МО ЗИЛ " __^ Г. Л. Яркой

{ , V X 1 I .

А 1С!'

о внедрении рйсчг§ ж}~\жснермжтттмтш метода в

конструкторских работах Раечст^кжеперимштаяьньш меш.ч оо.св к и с? .наживающей способности автомобильных пневматических ииш„ разрйбохашшй Левевковым Я.К), в рамках зйесертционной работы по теме "Сглаживающая способность пневматической шины яри етатмчеекчш и динамическом взаимодействий автомобильное о колеса с твердой неровной опорной поверхнлхл ьнУ н 20 П гч>;гу внедрен в конетр>/порек IX работах; предприятия.

Разработанный меюд применяется для подбора колесного движшедя и > шч нения характеристик его таимодействия с опорной поверхностью.

Главный консфукикр- . ВЛ1 Соловьев

«шча. гьннк 01'К СТ ПОиСА , '^'~ ''

А МО шл

УТВЕРЖДАЮ

ПррИШ ЮР

В В

\кТ

о вне ïpeiïHH НИР п учешьш процесс

!\д>дыалы джхер-ьщшншоп рабош Чсьенкона Я К) nu ¡еже тйясибшощпя ешх,обйос]ь miot^ku ш*еекои шшид нрп СНПИЧееКОМ и (ипамичслом выимодеиеиши гтп>шбнльнош колеса с п'еряий норови он опорной поверхностью" в 2013 ш/о внедрены в учебный процесс на основании решешнх ь афе >фы лншмооикй и двпьиача'и протокол К<г 4 ог

> к*аеяише pe í> чыаш вкпючеиы в днецшгиш> 'Теория <шкыоби вг в лек s (ионный кл ре, \ факд Î $ чесало ïàii41 ms..

!3'! ноября 26 ! 3 i,

Зав кафе ¡рои ,u.!i, дроф

На №

открытое а1щйонёри0е московское общество 7 -«завой-wmc»iif.tlá.jfhxa4e6a»

(АМО.ШЛ)

II5280

¿a&hj» дтйю-АМО ЗИЛ G.B. С ил и/5 г.

О внедрении результатов научно-исследовательской ра&зш

Мы, нилшгодгшсавшиеся, цредетавнтелй УКЭР АМО ЗИЛ - заместитель главного конструктора Мазепа В.Г. с одной стороны, и; студенты Государственного образовательного учреждения Московского университета (ГОУ МГИУ) Левешсов ЯЛО. и Бабийчук А.Э. с другой стороны, составили настоящий акт о внедрении разработанного метода «Моделирование взаимодействия нневматнмеекого колеса с опорной поверхностью».

О г АМО ЗИЛ

замести тель главного Конструктора AMO ЗИЛ

В Г. Мааепа

От ГОУ МГИУ

Студенты 5 курса гр. 10П4 ; ЯЛО.: Левенков . ■ А.З. Бабийнук,

■У/ -