Эксплуатационные свойства однотрубок

Рассмотрим элемент каркаса ABCD (рис. 5.4) с раз­мерами а и a tg <х, при которых в оба сечения АВ и ВС попадает одинаковое число нитей. Обозначив через Q усилие в нити, получим равнодействующую силу QBC = — Qn sin а, где п — число нитей, попавших в сечение ВС. Для сечения АВ соответствующая равнодействующая бу­дет равна Qab — Qn cos а. Из теории оболочек известно,

ЇЇ

0а&

°вс. 1=$

Рис. 5.4. Схема нагрузки элемента каркаса одно­трубки под действием из­быточного давления воз­духа в камере

что при нагружении цилиндра внутренним давлением окружное среднее напряжение вдвое боль­ше осевого. Следовательно, Qab/(a tg а)=2QBC/a откуда tg2a = = 1/2 и a = 35° 16′.

При угле a = 35° 16′ цилинд­рическая форма каркаса сохра­няется, так как отсутствуют мо­менты и действуют только растя­гивающие нити силы. При а > >> 35° 16′ в каркасе доминируют радиальные деформации, при а <‘ < 35° 16′ — продольные. Опти­мальный угол a = 35° 16’ получен по условиям равновесного нагру­жения нити, что является наиболее важным условием в эксплуатации однотрубок, предназначенных для ограниченного срока службы, например только для соревнований или рекорд­ных заездов. Для однотрубок, предназначенных для тре­нировок или длительной туристской езды, угол а должен быть определен по условиям усталостной прочности нитей при переменных напряжениях, возникающих при каче­нии колеса. Например, для автомобильных покрышек оптимальный угол а по этим условиям составляет 50—54°, отклонение угла в ту или иную сторону от оптимального значения влечет за собой снижение срока службы по­крышки.

Действительный угол наклона нитей каркаса отно­сительно вертикальной оси в однотрубках Воронеж­ского шинного завода равен 45°, что является компромисс­ным решением между условиями равновесного нагруже­ния нитей и условиями обеспечения усталостной проч­ности.

При статическом контакте колеса с дорогой (рис. 5.5) соприкосновение однотрубки 1 с поверхностью дороги ОА при радиальной нагрузке QR = О происходит в точ­ке аг. При радиальной нагрузке QR ф О однотрубка деформируется на величину h, контакт происходит по поверхности 0г0.г и в зоне контакта образуется эллипсо­видное пятно 4 размерами 2аХ2Ь.

Рис. 5.5. Схема взаимодействия однотрубки гоноч­ного колеса с поверхностью дороги

При скоростном перекатывании колеса перед пятном контакта образуется область Ьт^ вязкоупругих дефор­маций каркаса. Скорость распространения деформаций Достаточно велика и приближается к скорости звука в материале каркаса. Скорость исчезновения деформаций значительно ниже, что связано с релаксационными свой­ствами материала. Это приводит к возникновению об­ласти сппі релаксируемых деформаций. В результате с увеличением скорости перекатывания колеса области этих деформаций расширяются, а эллипсообразное пятно 4 с центром масс сц (эпюра нагрузки 2) перерождается в ка­плевидное 5 с центром масс ад (эпюра нагрузки 3), где фактически и приложена реакция NR. Новая форма пятна Контакта отличается не только своим положением, но
и смещением центра масс на величину а2ая = /к. Это смещение в первом приближении можно рассматри­вать в качестве эквивалента коэффициента трения качения.

Рис. 5.6. Гистерезис — ные процессы в де­формируемом каркасе однотрубки

Протекание релаксационных процессов в деформируе­мом каркасе в зоне его контакта с поверхностью дороги удобно рассмотреть с помощью рис. 5.6. При нагруже­нии Q каркас однотрубки деформируется на величину х по нелинейному закону, отличающемуся от закона Гука для упругих деформаций, и точка L примерно соответствует середине эпюры нагрузки. При снятии на­гружения (участок LMKO) деформа­ция каркаса исчезает с некоторым запаздыванием, а остаточная дефор­мация А продолжает оставаться еще некоторое время при Q — 0 (уча­сток сщ на рис. 5.5). Площадь гисте — резисной петли OKLMN с учетом масштаба представляет собой работу, связанную с необратимыми потерями в каркасе однотрубки. При качении колеса деформации в передней части однотрубки в зоне контакта с дорогой увеличивают­ся, а в задней части уменьшаются. Поэтому при одной и той же деформации хм участок шины в передней ее части нагружен силой QK, а задней части — силой QM. Работа деформации однотрубки преобразуется в теплоту, которая рассеивается в пространстве.

На процесс распространения деформаций существен­ное влияние оказывает пространственная податливость каркаса, определяемая его диаметром, давлением воз­духа, модулем упругости каркасных нитей и углом их взаимного расположения. Чем больше область деформи­рования каркаса, тем больше затраты энергии на про­цесс перекатывания колеса. Вместе с тем жесткий по своим деформационным свойствам каркас требует допол­нительных энергозатрат на преодоление сил сопротивле­ний, вызванных колебательными процессами в системе гонщик—велосипед.

Наблюдать описанный процесс удалось с помощью скоростной киносъемки, проведенной через прозрачное толстое стекло, по которому перекатывались колеса гоноч­ного велосипеда со скоростями до 50 км/ч, нагруженные
как радиальной силой (ведомое колесо — пятно контак­та 3, см. рис. 5.5), так и радиальной силой совместно с крутящим моментом (ведущее колесо — пятно контак­та 6, см. рис. 5.5).