Meloci.ru

Как определить твердость шины

Твердомеры от SIMVOLT помогут определить, какую резину выбрать для своего автомобиля

Твердость – свойство материала оказывать сопротивление проникновению в него другого, более твердого тела.

Существует ряд методов измерения твердости материалов, среди которых наиболее распространенными являются методы измерения по шкалам Роквелла, Виккерса, Бринелля и Шора.

Применение разных методов измерений твердости материалов обусловлено механическими свойствами материалов и конструктивно-технологическими особенностями изделий.

Измерение твердости методом Шора

Детальнее остановимся на измерении твердости методом Шора. Шкала и метод определения твердости низкомодульных материалов были предложены Альбертом Ф. Шором – отсюда и название. Сегодня этот метод широко применяется во время оценки твердости резиновых и полимерных изделий. К низкомодульным материалам принадлежат полимеры: пластмасса, эластомер, каучук и продукты его вулканизации.

Принцип определения твердости по Шору довольно простой – в образец материала вдавливается специальный индентор из закаленной стали под действием силы давления пружины. Глубина вдавливания определяет твердость материала (в обратной пропорции – чем глубже, тем мягче).

Определение показателя твердости, в зависимости от свойств разных материалов, осуществляется по шкалам Шор А, Шор С и Шор D согласно стандарта DIN 53505. Две наиболее распространенные шкалы – тип A и тип D. Шкала типа A предназначена для более мягких материалов (мягкая резина, эластомеры, силикон, неопрен, винил, бутил, нитрил, мягкий пластик, кожа, воск и т.п.), в то время как D – для более твердых. Шкала С, как и шкала A, используется для мягких материалов.

По этим шкалам измеряется твердость полимерных материалов, в частности полиуретанов. Твердость полиуретанов указывается целыми числами от 0 до 100 с буквами А, С или D. Чем больше число, тем выше твердость.

Твердость материалов измеряют твердомеры ( дюрометр ы )

Приборы, с помощью которых измеряется твердость материалов, называют твердомерами или дюрометрами.

Определять твердость материалов твердомерами – удобный, простой и оперативный способ. Твердомеры можно применять на готовых изделиях, крупногабаритных деталях и криволинейных поверхностях довольно больших радиусов.

В ассортименте Маркета измерительных приборов «SIMVOLT» высококачественные твердомеры серии HT-6510 со встроенным зондом для контроля твердости материалов: HT-6510A, HT-6510C и HT-6510D .

Отличаются модели серии HT-6510 шкалой твердости – соответственно дюрометр HT-6510A имеет шкалу Shore A; дюрометр HT-6510C: Shore С; дюрометр HT-6510D: Shore D.

Твердомеры HT-6510A, HT-6510C и HT-6510D имеют следующие технические характеристики. Все приборы отвечают требованиям DIN53505, ASTMD2240, ISO7619, JISK7215; диапазоны измерения: HT-6510A – 0-100 HA, HT-6510C – 0-100 HC, HT-6510D – 0-100 HD; погрешность:

Твердомер определит твердость автомобильных шин

Твердомеры применимы для определения твердости автомобильных шин. Известно, что твердость резиновой смеси, из которой сделанный протектор покрышки, определяет качество сцепления с дорожным покрытием: считается, чем резина мягче (твердость ниже) – тем сцепление с дорогой лучше. Но есть ряд факторов, которые заставляют производителей делать автомобильные шины слишком мягкими – ориентированные на те или иные условия эксплуатации.

Среди недостатков мягкой резины можно назвать следующие: она быстрее изнашивается, хуже держит форму, которая снижает курсовую стойкость в поворотах и на виражах, мягкая резина более громкая, а также она сильнее нагревается, а потому имеет пониженные скоростные режимы.

Мягкая резина имеет также и преимущества: меньший тормозной путь и лучшая динамика разгона, лучшее сцепление с мокрым дорожным покрытием и отчасти лучшую управляемость за счет хорошего сцепления с дорогой. Мягкая резина более комфортна на плохом дорожном покрытии.

Нужно заметить, что твердость резины далеко не всегда декларируется производителем и определить этот параметр для конкретной модели шины можно лишь по результатам тестов (если модель вообще принимала участие в тесте). Поэтому возникает необходимость собственноручно быстро и удобно определять твердость шин, которые Вы, возможно, собираетесь ставить на собственный автомобиль. Для этого нужны твердомеры – портативные приборы, которые используются для измерения твердости разных материалов. В частности, пластмассы, резины, эластомера, дерева, каучука, силикона, винила, кожи, плексигласа и т.п.

Механические и физические характеристики резины как конструкционного материала

Коэффициент Пуассона. Отношение относительной поперечной деформации к относительной продольной в сопротивлении мате­риалов называется коэффициентом Пуассона, представляющим третью константу материала, взаимосвязанную с Е и G. Для ре­зины, в широких пределах возможности ее деформации, коэффи­циент Пуассона и, вычисляемый по этому определению из уравне­ния

не будет константным. В зависимости от л в этом вычислении м изменялось бы, увеличиваясь при сжатии от 0,5 при л = 1 до 9, 10 при л = 0,01. Соответственно при растяжении м изменялось бы от 0,5, уменьшаясь с увеличением растяжения. Коэффициент Пуассона м’, определяемый в дифференциальной форме, с учетом изменения объема и в предположении, что в заданных граничных условиях или в пределах двух текущих их значений м’ является величиной постоянной, имеет реальное значение. Такое определение можно произвести по уравнениям

В том случае, когда dv/dh исчезающе мало, оба эти уравнения дают м’ = 0,5. Определения м’ в условиях сжатия при сухом тре­нии, произведенные автором и Н. В. Лепетовой, дали для про­изводственных резин следующие значения: резина № 1 м’ = = 0,483 / 0,485; резина № 2 м’ = 0,465 / 0,480.

Твердость резины, как и других материалов, определяется по сопротивлению вдавливанию более твердого тела. Твердость ре­зины измеряется различными методами, оценивается различными величинами и сама по себе не является расчетно-конструкторским показателем. Однако между твердостью резин и напряжением есть некоторая, хотя и ограниченная, корреляция. Так, разброс f при сжатии до л = 0,80 (замер твердости по Шору) не превышает ±20%. Для резин из натурального каучука предложена зависимость по следующему уравнению

Читать еще:  Как узнать дату выпуска шины по маркировке

Е по твердости для резин на основе каучуков: СКС-30, СКН-26 и НК.

Зависимость динамического модуля при ударе от числа твер­дости по ТМ-2 на ряде резин и различных каучуков показана на рис. 163.

В соответствии с методом испытания твердости вулканизатов натурального и синтетического по международному стандарту, в практику отечественной резиновой промышленности входит примене­ние твердомера ИСО с замерами глубины погружений в резину сталь­ного шарика диаметром 2,5 мм и с переводом этих показаний в шкалу градусов международной твердости от 1 до 100 (относительно близких к показаниям ТМ-2).

Наряду с этим находят применение микротвердомеры для кон­троля качества готовых малогабаритных резиновых и резинометаллических деталей. Индентором служит стальная игла с полу­сферическим наконечником. Возможность осуществления надеж­ного и несложного контроля продукции микротвердомером может сделать необязательным практикуемую в настоящее время косвен­ную оценку качества изделий с ссылкой на сдаточные нормы тех­нических условий или же сопровождение изделий образцами-спутниками для проверки по ним качества резины.

Жесткость резины. Жесткостью материала называют сопроти­вление образца деформации.

При растяжении и сжатии часто пользуются понятием отно­сительной жесткости С (или так называемым коэффициентом жесткости), представляющей собой жесткость, отнесенную к на­чальной длине стержня

Уравнение (8.32) позволяет экспериментально найти как отно­сительную жесткость С, так и жесткость образца EfS, минуя определение модуля Ef. Для этого при заданном l достаточно определить Р и Аl. Как величина, прямо пропорциональная мо­дулю, жесткость является материальной характеристикой образца, имеет расчетное значение. Величина, обратная жесткости, назы­вается податливостью.

Относительная жесткость С, будучи, в свою очередь, отнесена к весу образца Q, дает его удельную жесткость.

При постоянстве s и l (или ho при сжатии), но переменном значении Ef относительная жесткость С образца резины является переменной величиной, зависящей, как и Ef, от формы и габа­ритов образца, от величины напряжения (или амплитуды в цикло­вой деформации), от скорости (или частоты) и температуры.

Относительная жесткость С, как и модуль Еj, а также и зави­сящие от модуля гистерезисные параметры ф, nK, vc изменяются (возрастают) с увеличением коэффициента формы Ф. Однако характер их изменения различный (как по видам этих параметров, так и по видам режимов) и не всегда монотонный. Увеличение коэффициента Ф характеризует возрастание жесткости образца в зависимости от его формы в любых условиях деформации, тогда как коэффициент М в уравнениях (8.14) и (8.15) отражает воз­растание жесткости образца в сложном напряженном состоянии сжатия.

Коэффициент внешнего трения резины. Механизм трения ре­зины по металлическим и другим подкладкам и величины расчет­ного коэффициента трения мT (как отношения силы трения к на­грузке Р), в зависимости от условий трения, был в последнее время предметом внимательного изучения.

По экспериментальным данным, приводим следующие формулы:

Определяемый по этим формулам; коэффициент трения мт стремится к постоянным значениям: или к 1/а при Р—>0, или к А при Р->оо. В теории, рассматривающей трение как молекулярно-кинетический процесс, предложенной Г. М. Бартеневым, учитывающей влияние скорости скольжения, температуры и величины, отражающей зависимость площади фактического контакта от нагрузки, дано новое полное уравнение

Экспериментальная проверка В. В. Лаврентьевым урав­нения Г. М. Бартенева показывгет применимость его во всей об­ласти нагрузок р от 1 до 200-10 5 Па (рис. 164).

Наличие смазки значительна снижает коэффициент трения. При водяной смазке коэффициент трения в резиновых подшип­никах составляет 0,058—0,012. Для сравнения уместно заметить, что коэффициент трения стали 1ри нагрузке 2,45-10 Н/см 2 равен 0,25. В условиях не загрязненноз абразивом смазки получены следующие данные при трении резины по стали со скоростью скольжения 0,4 м/с (табл. 8).

На что влияет жёсткость шины?

Жёсткость шины – величина, которая не входит в перечень показателей, обязательных к декларированию шинными производителями, как, например, размер шины, её индекс скорости и нагрузки, а также сцепление на мокрой дороге, уровень шума и сопротивление качению. Жёсткость шины – это её амортизирующая способность, которая зависит от толщины слоев, применяемых в шине, используемых материалов, размеров самой шины, и, следовательно, от внутреннего объёма шины и давления сжатого воздуха в ней.

Если вернуться к функциям шины, то среди них есть и амортизирующая, призванная снижать неровности покрытия и вибрации, то есть делать езду на шине более комфортной. Таким образом, говоря о жёсткости шины, мы говорим о неком показателе, к снижению которого стремятся производители. При этом существует жёсткость, которая либо необходима для эффективной работы шины, либо является следствием применяемых технических решений. Рассмотрению этого и будет посвящён данный материал.

Жёсткость – необходимость

В существующей классификации шин представлены и шины для активного или спортивного вождения. При создании таких шин, жёткость структуры протектора – это необходимость. Так как одним из ключевых показателей спортивных шин является управляемость – отклик шины на изменения положения рулевого колеса и мгновенное выполнение заданной траектории, а также сохранение контроля над всеми осями автомобиля при выполнении очень сложных манёвров. Для этого необходима жёсткая шина, а если точнее, то необходима шина с жёсткой структурой построения, в которую будут входить и крупные широкие блоки протектора, собранные в единый рисунок, узкие водоотводные каналы, особые жёсткие резиновые смеси, специально подготовленный каркас. Единство вышеуказанных элементов наделяет шину необходимой спортивным шинам жёсткостью, что приводит к увеличению управляемости шины, относительно шин, предназначенных для спокойного городского вождения.

Читать еще:  Как делать вазы из шин видео

Жёсткость структуры необходима и зимним шинам, которые, благодаря применению более мягких резиновых смесей, будут иметь большую амортизирующую способность. Подобная «мягкость» протектора может существенно снизить показатели не только управляемости, но и эффективности торможения, от чего, в конечном случае, пострадает безопасность. Поэтому протектор зимних шин формируют таким образом, чтобы при сохранении необходимой для отрицательных температур мягкости резиновой смеси, иметь жёсткую структуру протектора, что позволит улучшить не только сцепление шины на льду, но и управляемость в общем, а также работу шины на асфальте. В этом случае начальным элементом жёсткости выступают ламели – микропрорези на протекторе, которым придают сложную форму не только на поверхности, но и внутри блоков протектора.

Жёсткость – следствие

Вышеупомянутые шины для спортивного вождения имеют высокую управляемость благодаря жёсткости структуры шины. Именно у этого типа шин жесткость является следствием применяемых технических решений. Также более жесткими будут и низкопрофильные шины, которые из-за меньшего объема воздуха внутри колеса в сборе также будут иметь меньшие амортизирующие свойства.

Внимание! Чтобы увеличить комфортность езды на автомобиле с низкопрофильными шинами нужно уменьшить посадочный диаметр самих шин. Большинство автомобилей допускают такую возможность, а варианты разрешенных размеров указаны в технической документации автомобиля и/или на самом автомобиле.

К списку жёстких шин можно отнести и шины, выполненные по самонесущей технологии (например, Zero Pressure у компании MICHELIN). В данном случае жёсткость – следствие применения более толстых боковых стенок шины, снижающих амортизационную способность самих шин. Поэтому рекомендуется использование самонесущей шины исключительно на автомобилях, которые были оснащены данным типом шин на заводе. В этом случае о настройках подвески позаботился автопроизводитель, а значит эксплуатация автомобиля будет более комфортной, чем в случае, когда автомобильная компания не рекомендовала использовать самонесущие шины.

Жёсткость – результат неправильной эксплуатации

В некоторых случаях к излишней жёсткости шин приводит неправильная эксплуатация. Есть несколько самых распространенных примеров:

– превышение давления в шинах

– использование старых, бывших в употреблении, шин

Контроль давления в шинах необходимо проводить регулярно. Но большинство водителей про эту рекомендацию забывают, что, как правило, приводит к эксплуатации шин с давлением ниже рекомендованного. Но также бывают случаи, когда шины перекачены. Увеличение объема воздуха в шине, которая рассчитана на меньший объем, приводит к неправильному и излишнему напряжению боковых стенок, что существенно снижает способность шины выполнять амортизирующую функцию. И только регулярный контроль давления в шине поможет избежать подобного неприятного опыта.

Использование старых, бывших в употреблении, шин также может привести к увеличению ненужной жёсткости. Покупая шины после чьей-то эксплуатации, нельзя быть уверенным в том, что шина эксплуатировалась и хранилась в надлежащих условиях. А длительное хранение шин на открытом воздухе, под воздействием солнечных лучей или вблизи от нагревательных элементов может привести к тому, что резина шины будет твердеть, по своим свойствам напоминая пластик. Данное изменение структуры резины неизменно приведет к увеличению жёсткости шины и снижению комфорта при вождении.

Шина – не единственный элемент автомобиля, влияющий на жёсткость

Шина играет важную, но не основную роль в комфортном передвижении по дороге. Настройки автомобиля и его особенности, состояние подвески и иных элементов автомобиля оказывают куда более существенное влияние на плавность хода и на комфорт при движении. Поэтому прежде чем задумываться о смене шин (например, спортивных или самонесущих) на более комфортные, необходимо проверить сам автомобиль, обратившись в специализированный центр.

Аттракцион жёсткости

Компания Мишлен придумала специальный аттракцион. Суть его заключается в том, что у вас есть возможность прокатиться в коляске, оснащённой шинами, и коляске, на которой шины не предусмотрены. Это сделано для того, чтобы на собственном опыте убедиться в существенном влиянии амортизирующих свойств шины на жёскость езды в целом.

Жесткостные характеристики шины

Радиальная жесткость

При эксплуатации шина постоянно находится под действием радиальной нагрузки, причем для каждого размера шин существует максимально допустимая величина этой нагрузки. Под действием радиальной нагрузки шина деформируется. Величина деформации (прогиб) зависит от внутреннего давления, конструкции шины и материалов, из которых она изготовлена, т. е. от радиальной жесткости шины.

Рис. Нагрузочные характеристики шин: а — шина размера 80—405 (3,25—16) модели Л-133, (1 — р=1,5 кгс/см2; 2 — р=2,0 кгс/см2; 3 — р=2,5 кгс/см2; 4 — р=3,0 кгс/см2; 5 — р=3,5 кгс/см5); б — шина размера 10С—459 (3,75—18) модели Л-230; (1 — р=1,6 кгс/см2; 2 — р=1,4 кгс/см2; 3 — р=1,2 кгс/см2; 4 — р=1,0 кгс/см2; 5 — р=0,8 кгс/см3);

Зависимость прогиба от величины радиальной нагрузки на шину при постоянном внутреннем давлении называется нагрузочной характеристикой шины. На рисунке приведены нагрузочные характеристики мотоциклетных шин при различных значениях внутреннего давления.

Из графиков видно, что существует некоторая нелинейность изменения величины прогиба от нагрузки, особенно в начале кривой. Для правильного выбора режима эксплуатации шины большое значение имеет точность снятия нагрузочной характеристики. В эксплуатации величина прогиба в значительной степени определяет работоспособность и долговечность шины. При нормальной эксплуатации для шин определен некоторый оптимальный прогиб. Величина оптимального прогиба для шин диагональной конструкции находится в пределах 10—20% от высоты профиля шины и в каждом отдельном случае уточняется при проведении целого комплекса стендовых и дорожных испытаний.

Читать еще:  Как повысить частоту шины памяти

Окружная жесткость

При трогании мотоцикла с места, а также при торможении, шины ведущего и тормозных колес подвержены воздействию крутящего или тормозного момента.

При действии на неподвижную шину, нагруженную вертикальной силой Q, крутящего момента Мкр, шина, являясь упругим элементом, закручивается относительно обода на некоторый угол ф.

Рис. Действие крутящего момента на неподвижную шину

При этом в контакте возникают касательные силы. Распределение касательных сил несимметрично относительно поперечной оси контакта. В передней части контакта касательные силы больше по величине, чем в задней части.

Равнодействующая касательных сил равна по величине тяговой силе Рм.

По мере увеличения крутящего момента Мкр возрастают касательные силы.

В начале нагружения шины крутящим моментом увеличение момента Мкр пропорционально увеличению угла закручивания ф.

При дальнейшем увеличении крутящего момента вследствие увеличения касательных сип начинается частичное проскальзывание элементов протектора относительно опорной поверхности.

Когда крутящий момент достигает некоторого критического значения, тяговая сила Рт становится больше силы сцепления шины с опорной поверхностью. Наступает полное проскальзывание в зоне контакта.

Способность шины сопротивляться закручиванию при действии крутящего момента называется окружной (тангенциальной) жесткостью шины. Окружная жесткость оценивается коэффициентом С, равным отношению крутящего момента к соответствующему этому моменту углу закручивания:

С = Мкр/ф, кгм/град, где С — коэффициент окружной жесткости.

Этот коэффициент может также оцениваться отношением тяговой силы Рм к величине перемещения центра контакта в направлении действия силы:

где Рт — тяговая сила, кгс;
b — перемещение контакта, мм;
Rо — наружный радиус недеформированной шины, мм;
Rс — статический радиус, мм.

Испытания показали, что величина коэффициента окружной жесткости несколько увеличивается при повышении давления в шине и практически не зависит от радиальной нагрузки.

На рисунке даны кривые окружной жесткости шин различной конструкции.

Рис. Кривые окружной жесткости шин: 1 — шина диагональной конструкции;, 2 — шина типа Р

Окружная жесткость шин типов Р и PC несколько ниже, чем у шин обычных конструкций.

Более низкая окружная жесткость шин типов Р и PC благоприятно сказывается на работе трансмиссии мотоцикла, так как позволяет более плавно трогаться с места. Кроме того, у шин с пониженной окружной жесткостью менее интенсивно происходит увеличение касательных сил в контакте при увеличении крутящего момента.

В связи с этим проскальзывание элементов рисунка протектора в контакте уменьшается, а следовательно, уменьшается износ протектора.

Боковая жесткость

Одна из важных характеристик шины — ее способность деформироваться под действием боковой силы.

Боковая сила Рб, действующая вдоль оси неподвижного колеса, нагруженного вертикальной силой Q, вызывает смещение средней плоскости колеса относительно центра площади контакта на некоторое расстояние а. При этом площадь контакта, оставаясь симметричной относительно оси колеса, несколько изменяет свою форму. Касательные силы, действующие в контакте, также симметричны по отношению к оси колеса.

Рис. Действие боковой нагрузки на шину

Увеличение боковой силы Рб вызывает увеличение осевого смещения а, причем вначале эта зависимость имеет линейный характер. Одновременно с боковой нагрузкой увеличиваются и касательные силы. При некотором значении боковой силы в контакте возникает проскальзывание шины, которое постепенно увеличивается. Полное проскальзывание начинается, когда боковая сила становится больше силы бокового сцепления.

Способность шины сопротивляться воздействию боковой нагрузки называется боковой жесткостью шины. Боковая жесткость оценивается коэффициентом В, равным отношению боковой силы Рб к осевому смещению а:

Боковая жесткость — важная характеристика шины, существенно влияющая на ее эксплуатационные качества. Боковая жесткость в значительной степени определяет устойчивость и управляемость мотоциклом, особенно при изменении направления движения.

Низкая боковая жесткость повышает чувствительность шины к воздействию боковых сил, т. е. даже незначительная по величине боковая сила вызывает ощущаемое водителем осевое (в направлении действия боковой силы) смещение плоскости колеса, а следовательно, всего мотоцикла относительно контакта шин с дорогой. Так как шина — упругий элемент, перемещения мотоцикла в поперечном направлении имеют знакопеременное направление. Возникают поперечные колебания мотоцикла, которые вызывают у водителя неуверенность при управлении, появляется ощущение, что шины «не держат дорогу».

Особенно заметно ухудшается устойчивость и управляемость при эксплуатации мотоцикла на шинах типов Р и PC, так как их боковая жесткость на 30—50% ниже, чем у шин обычной конструкции.

Исследования показали, что боковая жесткость шин зависит от их конструкции, величины внутреннего давления в шине, радиальной нагрузки, ширины обода и т. д.

Угловая жесткость

При приложении к неподвижному колесу, нагруженному вертикальной силой Q, момента Мр действующего в плоскости, перпендикулярной оси рулевой колонки мотоцикла, шина деформируется. При этом плоскость колеса поворачивается на некоторый угол Y по отношению к первоначальному положению.

Под действием момента в контакте возникают касательные силы. Эти силы в задней части контакта имеют несколько большую величину и направлены противоположно силам в передней части контакта.

Равнодействующие касательных сил создают момент сопротивления Мс, препятствующий деформации шины.

По мере увеличения приложенного к колесу момента Мр растут касательные силы, причем вначале деформация шины пропорциональна величине момента. При некотором значении момента равнодействующие касательных сил становятся больше сил сцепления, что приводит к частичному проскальзыванию элементов рисунка в зоне контакта. В первую очередь начинают проскальзывать элементы, расположенные в зоне наибольших касательных сил. В связи с этим происходит некоторое искажение формы контакта, а большая ось контакта отклоняется от своего первоначального положения на угол у’

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector