СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ВНУТРЕННЕГО РАССЕЯНИЯ ЭНЕРГИИ В МАТЕРИАЛЕ ПНЕВМАТИЧЕСКОЙ ШИНЫ Российский патент 2005 года по МПК G01M17/02 

Изобретение относится к способу диагностики пневматических шин транспортных средств на стенде.

Известен способ определения коэффициента внутреннего рассеяния энергии при нелинейном внутреннем трении (см. Пановко Я.Г. Основы прикладной теории упругих колебаний. М., «Машиностроение», 1967. - 316 с., с.63, рис.37) в котором записываются свободные затухающие колебания упругой системы, после чего, определив декремент, находят характеристики рассеяния энергии в материале, и принятый за прототип.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата при использовании известного способа, принятого за прототип, относится то, что в известном способе существует необходимость использования специального виброзаписывающего оборудования и наличия специальной установки, в которой закрепляется колеблющееся колесо.

Технический результат - определение коэффициента внутреннего рассеяния энергии в материале шины без использования специальной виброзаписывающей аппаратуры, в связи с чем процедура определения коэффициента внутреннего рассеяния энергии упрощается и удешевляется.

Особенность заключается в том, что колесо свободно отпускают с определенной высоты, после чего оно начинает совершать свободные скачки, а цифровое устройство записывает высоту положения оси колеса при его скачках.

Сущность изобретения заключается в следующем. Определяется коэффициент внутреннего рассеяния энергии в материале шины для оценки плавности хода автомобиля и оценки его курсовой устойчивости, так как значения коэффициента внутреннего рассеяния энергии существенно влияют на вышеуказанные характеристики автомобиля. Сущность изобретения поясняется чертежами, где на Фиг.1 изображен общий вид стенда, на Фиг.2 изображено устройство крепления колеса на стенде и на Фиг.3 представлено пояснение к теоретическому обоснованию.

Колесо 1 автомобиля (Фиг.1), посредством приспособления 2 устанавливают на специальный стенд 3, позволяющий записать последовательно высоту подпрыгивания колеса при соударении с горизонтальной поверхностью. Автомобильное колесо 1 (Фиг.2) закрепляется на оси 4 через переходник 5, представляющим собой сменный диск с определенным количеством болтов, расположенном на посадочном диаметре. Количество болтов равно количеству крепежных отверстий испытываемого колеса. Колесо соединяется с переходником коническими гайками 6. Предполагается наличие набора переходников, для обеспечения возможности испытаний колес различных типоразмеров. Продольное расположение автомобильного колеса 1 на оси 4 регулируется двумя гайками 7, что позволяет испытывать на стенде колеса, имеющие различный вылет. Для исключения перекосов колеса средняя резьбовая часть оси 4 имеет примерно в два раза больший диаметр, нежели ширина паза стенда. Переход от одного диаметра к другому - конусный, с углом около 30 градусов. Местонахождение центра колеса относительно паза стенда регистрирует датчик положения 8 контактного типа, представляющий собой чередуемый набор токопроводящих полос металла с низким коэффициентом трения скольжения, имеющих различное сопротивление.

Способ основан на следующих теоретических соображениях.

Процесс является существенно нелинейным. Коэффициент внутреннего трения найдем из энергетических соображений. Пусть изменение потенциальной энергии колеса между двумя соседними отскоками равно:

ΔН=mg(h-h₁)=mgΔh,

где m - масса колеса, g - ускорение свободного падения, h - высота падения отскока, h₁ - высота подъема при отскоке, Δh - разница высот.

Работа сил внутреннего трения за две амплитуды, полагая трение малым и пропорциональным А - амплитуде сжатия колеса F^v=-С₀А, будет ΔЕ=2С₀А², где С₀ - коэффициент демпфирования. Пренебрегая трением о воздушную среду, приравнивая убыль потенциальной энергии ΔН величине рассеяния энергии в материале шины ΔЕ получаем:

2C₀A²=mg(h-h₁).

Характер процесса представлен на Фиг.3. Верхняя часть графика следует законам параболы, а нижняя - закону затухающей синусоиды.

Потенциальная энергия, накапливаемая в материале шины, измениться на величину:

где С - жесткость шины, ΔА=А_i-А_i+1, А=А_i.

Составим дифференциальное уравнение изменения высоты прыжков колеса:

ΔП=СА_iΔА_i=mgΔh

Пусть

Тогда из уравнения изменения высоты прыжков получаем:

Приближенно положим:

где Т - период отскоков.

Тогда и, следовательно,

Таким образом:

Подставляя получим:

Коэффициент внутреннего рассеяния энергии: . Тогда , и

Период скачков: где ω - частота скачков, тогда

Замечая, что получаем

Полагая t=Т, то есть, учитываем изменение энергии за период, находим:

Откуда

Для n прыжков:

Данное изобретение было экспериментально проверено. Для шины «Кама-205» размерностью 175/70 R 13. Высота прыжков за один цикл уменьшалась в среднем на 38%, следовательно, коэффициент внутреннего рассеяния энергии равен γ=0,152.

Изобретение относится к способу диагностики пневматических шин транспортных средств. Способ определения коэффициента внутреннего рассеяния энергии в материале пневматической шины заключается в том, что фиксируют последовательность скачков колеса, после чего коэффициент рассеяния энергии определяют по формуле:

где h₀ - высота первого скачка, h_n- n-го скачка, n - число скачков. В результате определение коэффициента внутреннего рассеяния энергии упрощается и удешевляется. 3 ил.

Способ определения коэффициента внутреннего рассеяния энергии в материале пневматической шины, отличающийся тем, что фиксируют последовательность скачков колеса, после чего коэффициент рассеяния энергии определяют по формуле

где h₀ - высота первого скачка, h_n - n-го скачка;

n - число скачков.