Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние вопроса конструирования и исследования автомобильных колес . 9
1.1. Терминология, классификация колес, их основные параметры и обозначения. 9
1.2. Требования, предъявляемые к автомобильным колесам 18
1.3. Анализ конструкций отечественных колес для грузовых автомобилей и тенденции их развития 20
1.4. Силовые факторы, действующие на автомобильное колесо 31
1.5. Анализ публикаций по исследуемой проблеме 41
1.6. Основные выводы, определение цели и постановка задач исследования 51
Глава 2. Расчет напряженно-деформированного состояния обода методом конечных элементов 54
2.1. Расчетная схема 54
2.2. Вариационный принцип для оболочек вращения 57
2.3. Решение задачи 65
2.4. Алгоритм 73
2.5. Расчет напряженно-деформированного состояния обода 8,25x22,5 методом конечных элементов 74
2.6. Выводы 75
Глава 3. Аналитическое решение задачи НДС составной оболочечной конструкции и разработка инженерного метода расчета обода автомобильного колеса 78
3.1. Постановка задачи определения напряженно-деформированного состояния обода колеса и выбор расчетной схемы 78
3.2. Основные соотношения определения НДС участков обода, рассматриваемых как короткие цилиндрические оболочки 81
3.3. Основные соотношения определения НДС участков обода, рассматриваемых как круговые кольца 88
3.4. Решение задачи 91
3.5. Расчет напряженно-деформированного состояния обода колеса 8,25x22,5 инженерным методом 104
3.6. Выводы 118
Глава 4. Экспериментальное определение напряжений, возникающих в ободе колеса 8,25x22,5 119
4.1. Подготовка к проведению эксперимента 119
4.2. Градуирование системы 128
4.3. Проведение эксперимента, обработка и интерпретация результатов 134
4.4. Выводы 148
Основные результаты и выводы 149
Библиография 151
Приложение 1 161
Приложение 2 207
Приложение 3 223
- Требования, предъявляемые к автомобильным колесам
- Вариационный принцип для оболочек вращения
- Основные соотношения определения НДС участков обода, рассматриваемых как короткие цилиндрические оболочки
- Градуирование системы
Введение к работе
В «Концепции развития автомобильной промышленности России» до 2010 г. [82], подготовленной специалистами промышленности, науки и технологий и экономического развития Российской Федерации совместно с научно-исследовательскими организациями и предприятиями автомобилестроения, одним из приоритетных направлений автомобильной отрасли является организация производства комплектующих качественно нового уровня, которые, и это также отражено в «Концепции», будут не только использоваться для сборки автомобилей в России, но и поставляться на экспорт. В этой связи разработка оптимальной конструкции автомобильного колеса, являющегося изделием массового спроса, которое позволит при обеспечении требований конкурентособности занять устойчивое положение на международном рынке и успешно решать одну из важнейших проблем пополнения валютных запасов, необходимых для закупки передовых технологий, материалов и современного оборудования, представляет собой несомненную актуальность.
Все основные показатели автомобиля: тягово-скоростные, топливно-экономические, тормозные, устойчивости и управляемости, колебаний и плавности хода напрямую зависят от совершенства конструкции колеса, являющегося одновременно элементом ходовой системы, трансмиссии, систем управления.
При качении колесо совершает сложное движение, состоящее из вращения и поступательного перемещения, вследствие чего рабочий процесс колеса связан с повышенными энергозатратами, особенно при неустановившихся режимах движения транспортного средства [1, 6]. С этой точки зрения колеса должны отвечать более жестким требованиям к показателям массы и моментов инерции по сравнению с теми агрегатами, которые при работе автомобиля движутся только поступательно.
5 В силу высказанных соображений эффект от снижения массы колес является более значительным, нежели таких агрегатов как рама, кузов и т.д., что должно учитываться при проектировании [7].
Кроме того, колеса относятся к неподрессоренным частям, влияние которых на плавность хода автомобиля и динамику взаимодействия с неровностями дороги оказывается более существенным по сравнению с другими агрегатами, относящимися к подрессоренным частям автомобиля [38, 92, 93].
При этом вопрос снижения массы и моментов инерции колес должен решаться при условии обеспечения безусловной надежности этого узла автомобиля, являющегося объектом повышенной опасности.
Важным этапом развития конструкции автомобильных колес является появление бескамерных шин, которые имеют значительные преимущества перед камерными по целому ряду эксплуатационных параметров и, прежде всего, по безопасности, ходимости и экономичности [69].
Их применение наиболее безболезненным оказалось на легковых автомобилях, т.к. их колеса изначально имели неразборный глубокий обод, который никаких серьезных проблем для перехода с камерных на бескамерные шины не создавал, разве что выдвигал повышенные требования к качеству наружной (обращенной к шине) поверхности обода, которая должна была обеспечивать герметичность рабочей полости шины, а на посадочных полках для более надежного удержания бортов шины и предотвращения ее мгновенной разгерметизации в случае бокового удара, например, при наезде на бордюрный камень тротуара, стали применять упоры, так называемые «хампы». При этом сохранялась полная универсальность конструкции колеса для применения ее как с камерными, так и с бескамерными шинами.
Применение бескамерных шин на грузовых автомобилях и автобусах повышенной вместимости в настоящее время не столь масштабно. Сдерживающим фактором здесь является традиционно применяемая конструкция разборного обода, которая во многом упрощая установку и снятие шин, создает серьезные проблемы в обеспечении герметичности последних.
Многочисленные попытки решить эту проблему с помощью введения специальных резиновых уплотнителей между отдельными компонентами обода не имели успеха, так как не способны были обеспечить надежную работу колеса.
Поистине прорывом в решении проблемы применения бескамерных шин на большегрузных автомобилях и автобусах повышенной вместимости явилось применение специальной конструкции колеса с неразъемным глубоким ободом, имеющим нетрадиционные посадочные поверхности с углом наклона образующей конуса к оси обода пятнадцать градусов вместо обычных пятиградусных.
Увеличенный наклон посадочных полок позволил сосредоточить на них в основном все усилие, передаваемое от шины, благодаря чему удалось снизить высоту бортовой закраины, облегчив за счет этого монтаж шины на обод, а неразъемная однокомпонентная конструкция обода сняла все проблемы герметизации рабочей полости шины.
Учитывая все более наращиваемый объем выпуска грузового и автобусного автомобильного подвижного состава, оснащаемого бескамерными шинами, чрезвычайную актуальность приобретает проблема изучения напряженно-деформированного состояния и разработка расчетных научно-обоснованных методов при проектировании этой весьма перспективной конструкции обода автомобильного колеса [5], т.к. существующий на сегодняшний день арсенал методов расчета колес легковых и грузовых автомобилей, имеющих ободья с традиционными цилиндрическими и пятиградусными посадочными полками, разработанный проф., д.т.н. Балабиным И.В., является для этого недостаточным.
7 При этом особый интерес представляет разработка инженерных методов расчета, доступных для пользования на рабочем месте проектировщика и осуществления направленного поиска оптимального варианта конструкции.
Работа состоит из четырех глав и приложений. В первой главе содержатся терминология, классификация колес, их основные параметры и требования, предъявляемые к автомобильным колесами. Также приведены описание конструкций отечественных колес для грузовых автомобилей и тенденции их развития, перечень силовых факторов, действующих на колесо, а также анализ публикаций по исследуемой проблеме. На основе изложенного материала сформулированы цель и задачи отдельных этапов работы.
Во второй главе содержится описание метода конечных элементов, реализованного в вычислительном комплексе Shell-95, разработанном проф., д.т.н. Фомичевым Ю.И. Приведены необходимые математические зависимости, полученные на основе применения линейной теории тонкостенных оболочек при малых деформациях. Изложенный метод реализован при расчете обода 8,25x22,5.
В третьей главе изложено аналитическое решение определения напряженно-деформированного состояния обода колеса для бескамерных шин грузовых автомобилей и автобусов. На основе этого решения определены меридиональные и окружные напряжения, возникающие в ободе 8,25x22,5, которые по своим значениям практически полностью совпадают с полученными с применением метода конечных элементов.
На конкретном примере показана возможность оценки влияния любого параметра, входящего в аналитическое решение, на напряженно-деформированное состояние всей конструкции.
В четвертой главе изложены результаты экспериментального подтверждения правомерности использования расчетной схемы и результатов аналитического и численного (методом конечных элементов) расчетов. Проведена оценка точности эксперимента для последующего анализа точности
8 теоретического исследования поставленной задачи.
Работа завершается общими результатами и выводами, в которых обобщены результаты проведенного исследования, дан анализ результатов теоретического и экспериментального исследования напряженно-деформированного состояния, проведено сопоставление конечно-элементного и инженерного методов расчета перспективной конструкции обода колеса для бескамерных шин грузовых автомобилей и автобусов и даны рекомендации об использовании инженерного метода расчета в практике проектирования автомобильных колес.
Требования, предъявляемые к автомобильным колесам
Колесо оказывает влияние практически на все эксплуатационные свойства автомобиля, включая такие важнейшие, как надежность, долговечность и др. Оно во многом определяет практически все основные показатели автомобиля: тягово-скоростные, топливно-экономические, устойчивости и управляемости, тормозные, колебаний и плавности хода [2, 15, 17, 18, 19, 20, 30, 31, 35, 49, 50, 60, 81], т.к. является одновременно элементом ходовой системы, трансмиссии, систем управления.
К колесам предъявляются следующие требования: 1. Колесо должно обладать гарантированной надежностью работы в течение всего срока своей службы, обеспечивающей безопасную эксплуатацию автомобиля на всех режимах движения. 2. Колеса должны иметь ресурс, обеспечивающий работу автомобиля на протяжении всего срока службы, определяемого установленным для них ресурсом капитального ремонта, составляющим от 125 тыс. км для легковых автомобилей в зависимости от их класса, от 200 тыс. км для грузовых автомобилей с полной массой до 20 т., от 300 тыс. км для автобусов. 3. Шина должна надежно держаться на ободе, что достигается выбором оптимальных величин натягов бортов шины на посадочных полках обода. 4. Колесо должно иметь минимальные трудоемкости снятия и установки колеса на ступицу, а также монтажа-демонтажа шины. 5. Масса колеса должна быть минимальной. Обладая меньшей массой, колеса позволят улучшить практически все функциональные качества транспортного средства [6, 11, 34]. Кроме того, т.к. автомобильные колеса являются изделием крупносерийного и массового производства, то снижение массы колеса повлечет за собой существенную экономию металла, исчисляемую десятками тысяч тонн ежегодно. 6. Момент инерции колеса должен быть минимальным, т.к. от этого зависят энергетические затраты на качение, особенно при неравномерном, характерном для автомобиля режиме движения, управляемость, устойчивость, тяговая и тормозная динамика автомобиля [11, 65, 75]. 7. Колесо должно иметь незначительные величины дисбаланса, осевого и радиального биений. Особенно это опасно для управляемых колес, т.к. с ним связано возникновение колебаний, затрудняющих управление автомобилем [16, 63]. 8. Колесо должно иметь эстетичный внешний вид, гармонирующий с внешним видом всего автомобиля. К колесу, предназначенному для эксплуатации с бескамерной шиной, предъявляются дополнительные требования:
Конструкция обода должна обеспечивать надежную герметизацию шины без применения дополнительных уплотняющих устройств на протяжении всего срока службы в различных дорожных и климатических условиях эксплуатации автомобиля, включая движение по бездорожью и движение с минимальным давлением воздуха в шине. 1. 3. Анализ конструкций отечественных колес для грузовых автомобилей и тенденции их развития
На грузовых автомобилях малой грузоподъемности широкое распространение получила конструкция колеса, состоящая из глубокого неразборного обода 2 в сборе со штампованным диском 3 (рис. 1.2а), который соединяется с ободом либо заклепками, либо электросваркой.
Такая конструкция получила широкое распространение на данных автомобилях благодаря ряду положительных свойств. Это прежде всего минимальная масса и отсутствие съемных деталей, что положительно влияет на надежность работы колеса и практически на все основные эксплуатационные свойства транспортного средства.
Характерной особенностью этого обода является наличие в центральной части профиля кольцевого углубления, называемого монтажным ручьем, который используется для заведения в его борта шины при монтаже-демонтаже и является эффективным средством повышения радиальной жесткости обода. Ширина основания ручья должна быть не меньше толщины борта шины, а глубина -превышать высоту бортовой закраины, обеспечивая тем самым монтажеспособность шины на ободе. Однако следует иметь в виду, что увеличение глубины ручья, благоприятно влияя на трудоемкость монтажа шины на обод, ограничено технологическими возможностями. Увеличение глубины монтажного ручья также нежелательно еще и потому, что сокращает объем внутренней полости обода используемый для размещения тормозного механизма.
Обод может быть изготовлен с симметричным или асимметричным расположением ручья относительно его продольной плоскости симметрии. Симметричный профиль обода более технологичен в производстве, однако он характеризуется хорошими монтажными качествами лишь при относительно небольшой ширине обода. Поэтому, как правило, на колесах с широкими ободьями ручей расположен асимметрично. Это позволяет осуществить более рациональную компоновку колеса и тормозного механизма путем смещения ручья к посадочной полке, а также облегчить монтаж-демонтаж.
Вариационный принцип для оболочек вращения
В этой главе используется линейная теория тонкостенных оболочек при малых удлинениях и сдвигах в проекциях на оси, связанные с недеформированной системой координат [57]. При изложении этого материала удобно пользоваться системой криволинейных координат.
Координатная поверхность оболочки вращения получается путем вращения плоской кривой относительно оси, лежащей в плоскости этой кривой.
Положение точек, лежащих на координатной поверхности оболочки вращения с главными радиусами кривизн Ri и R2, определяется гауссовыми криволинейными координатами а і и а2, отсчитываемыми соответственно в меридиональном и окружном направлениях. Соответствующие выбранной системе координат коэффициенты Ламе обозначим А] и А2 [71].
Положение точки оболочки как объемного тела определяется тремя координатами аь а2 и z. Координата z отсчитывается от координатной поверхности. Пространственная криволинейная система координат аь а2, z ортогональна.
Каждый конечный элемент характеризуется радиусами R/ и R2 , длиной вдоль меридиана L и углом наклона меридиана у1 = /(R/, R21, L1) конечного элемента к плоскости узловой окружности (см. рис.2.2)
Нумерация конечных элементов дискретизированной оболочечной конструкции происходит в направлении возрастания координаты аь Нумерация же узловых окружностей производится, начиная с первого номера, и согласуется с порядком нумерации конечных элементов.
Для дискретизированной оболочечной конструкции вводятся локальная и глобальная системы координат. Оси глобальной системы координат отслеживают направления ось а.2 и z оболочечной конструкции. Для определения направления осей глобальной системы координат вводится угол а , представляющий собой угол между положительным направлением оси, соответствующей направлению ai, и плоскостью узловой окружности. Глобальная система координат вводится следующим образом: на торце Г направления координатных линий совпадают с направлениями координатных линий первого конечного элемента, т.е. a = у ; на торце Ґ7 направления координатных линий совпадают с направлениями координатных линий последнего конечного элемента, т.е. anl+ =ynl, где nl - суммарное число конечных элементов всей оболочечной конструкции; направления координатных линий на определяются интерполированием по координатам предыдущей и последующей узловых окружностей, координата а при этом направлена параллельно прямой, соединяющей предыдущую и последующую узловые окружности в сторону возрастания номера узловой окружности.
При помощи функций формы и матриц вращения перемещения внутри конечных элементов выражаются через узловые обобщенные перемещения. Функции формы задают законы изменения перемещений во внутренних точках вдоль меридиана конечного элемента. Матрицы вращения служат для перевода компонентов перемещения из локальной системы координат в глобальную.
Вариационное уравнение равновесия (2.53) для дискретизированнои оболочечной конструкции заменяется дискретным аналогом вида: fpV1 = fjbA, -ЪАЛ +fbA" +ЪАП . (2.83) Дискретизация уравнения (2.53) осуществляется путем замены интегрирования по координате а і интегрированием по координате безразмерной длины В, для каждого конечного элемента и последующим суммированием полученных результатов.
Алгоритм определения напряженно-деформированного состояния оболочечных конструкций под действием силовых нагрузок построен следующим образом: 1. Оболочечная конструкция разбивается на отсеки. 2. Задаются геометрические характеристики координатной поверхности отсеков. 3. Отсеки разбиваются на конечные элементы. 4. Задаются геометрические и механические характеристики конечных элементов. 5. Задаются контурные нагрузки и контурные обобщенные перемещения. 6. Задаются компоненты поверхностной нагрузки. 7. Задаются граничные условия. 8. Вычисляются матрицы жесткости. 9. Задаются параметры управления выводом выходной информации. 10. Строится матрица нагрузок. 11. Решается система линейных уравнений и находится вектор обобщенных перемещений узловых окружностей дискретизированной оболочечной конструкции. 12. По найденным значениям обобщенных перемещений узловых окружностей определяются компоненты тангенциальной и изгибной деформаций. 13. Определяются силовые факторы напряженно-деформированного состояния. 14. Вывод результатов на печать.
В качестве силового фактора, обусловливающего напряженно-деформированное состояние обода колеса, выбраны силы внутреннего давления воздуха в шине. Влияние же внешних сил, как показано выше, может быть учтено соответствующими коэффициентами.
Как видно из рис.2.4, обод колеса для бескамерных шин грузовых автомобилей и автобусов с пятнадцатиградусными посадочными полками является тонкостенной изотропной оболочечной конструкцией со сложной образующей, которая находится под действием осесимметричной распределенной нагрузки, обусловленной внутренним давлением воздуха в шине. Наличие массивного диска в средней части обода позволяет нам рассматривать левую и правую половины обода независимо друг от друга, как оболочечные конструкции с одним жестко защемленным, а другим свободным торцами. Это допустимо потому, что цилиндрическая жесткость оболочечной конструкции, зависящая от толщины оболочки в третьей степени, в месте приварки диска к ободу более чем в десять раз больше цилиндрической жесткости оставшейся части. Половина обода и действующая на нее нагрузка изображены на рис. 2.5. Исходные данные для этой задачи приведены в приложениях 1.1 - 1.3. результаты расчета содержатся в приложении 1.4.
Основные соотношения определения НДС участков обода, рассматриваемых как короткие цилиндрические оболочки
Выберем прямолинейную декартову систему координат таким образом, чтобы ось х совпадала с образующей срединной поверхности оболочки, а ось z была бы ей перпендикулярна.
Располагая найденными значениями Сз(о и -мо) и подставив их в выражения (3.80), (3.84) - (3.86), определим значения четырех постоянных интегрирования для второй оболочки. Затем по соотношениям (3.66), (3.67), (3.69), (3.73), (3.87), (3.91) вычислим значения меридиональных изгибающих моментов и поперечных сил в местах сопряжения коротких цилиндрических оболочек и колец. После этого можно приступать к определению значений внутренних силовых факторов на всем протяжении половины обода. Для этого воспользуемся методом сечений, который был впервые разработан и применен к расчету напряженно-деформированного состояния бортовой закраины колеса для камерных шин Балабиным И.В.
Чтобы определить величины меридионального изгибающего момента и поперечной силы для і-го сечения первой короткой цилиндрической оболочки, расположенного на расстоянии х от ее начального торца, нужно воспользоваться формулами (3.38) и (3.39), предварительно определив р по выражению (3.23) и значения функций Крылова по выражениям (3.32), подставив в них координату х и значение (3. Для определения напряженно-деформированного состояния второй короткой цилиндрической оболочки необходимо воспользоваться теми же соотношениями.
Расчет напряженно-деформированного состояния элементов обода, интерпретируемых кольцами, производится с применением метода последовательных сечений и составления уравнений равновесия каждой отсеченной части кольца, который впервые был успешно применен Балабиным И.В. для расчета бортовой закраины обода колеса для камерных шин, имея в виду, что нам известны все параметры напряженно-деформированного состояния торцов оболочек, граничащих с кольцами.
Рассмотрим элемент кольца, показанный на рис. 3.6. Пусть для его начального торца (і) известны Nn(i), M11(i), QlW), w{i), 9((). Нам нужно определить значения Ми{х), ?П(0для конечного. Для этого вычислим все необходимые геометрические и силовые параметры этого элемента кольца, в частности площадь сечения Ак, координаты центра тяжести хцт, уцт в глобальной системе координат и Xj, у„ хх, ух в местной системе координат, момент инерции IКу относительно оси у, проходящей через центр тяжести, также значения силовых факторов ti , Чк и тк, приведенных к единице длины окружности, проходящей через центр тяжести.
Полученное решение справедливо и для второй половины обода, если коническую посадочную полку разбить на две составляющие - короткую цилиндрическую оболочку и кольцо. Оболочка пусть находится под действием осесимметричной распределенной нагрузки, интенсивность которой будет равна эквивалентной от действительной распределенной нагрузки, обусловленной действием внутреннего давления в шине. Таким образом, задача определения напряженно-деформированного состояния второй половины сведена к задаче определения напряженно-деформированного состояния первой половины.
Обобщая все сказанное выше, составим алгоритм определения напряженно-деформированного состояния обода колеса для бескамерных шин грузовых автомобилей и автобусов с пятнадцатиградусными посадочными полками: 1. Представление обода в виде регулярной структуры чередующихся и взаимосвязанных между собой коротких цилиндрических оболочек вращения и колец. 2. По формуле (3.15) определяем цилиндрические жесткости коротких оболочек. 3. По формуле (3.23) определяем параметры [3. 4. Используя выражения (3.32) вычисляем значения функций Крылова для цилиндрических оболочек. 5. По выражению (3.35) находим частное решение дифференциального уравнения деформации цилиндрической оболочки, находящейся под действием осесимметричной нагрузки, w. 6. Определение необходимых геометрических параметров колец: площадь сечения Ак, координаты центра тяжести хцт., уцт в глобальной системе координат и Xj, уі? х(і+1), У(і+)) в местной системе координат, момент инерции ІКу относительно оси у, проходящей через центр тяжести. I. Определение необходимых силовых факторов, действующих на кольцевые элементы: tit, Як и пік, приведенные к единице длины окружности, проходящей через центр тяжести. 8. Вычисление А",, К2, К3, ... , Kl5, z,, z2, z3, ..., z6. 9. По соотношениям (3.105) и (3.106) определим С3(]) и C4(J). 10. Подставив найденные значения С3(1) и С4(1) в выражения (3.80), (3.84) - (3.86) определим значения четырех постоянных интегрирования для второй оболочки. II. По соотношениям (3.66), (3.67), (3.69), (3.73), (3.87), (3.91) вычисляем значения меридиональных изгибающих моментов и поперечных сил в местах сопряжения коротких цилиндрических оболочек и колец.
Градуирование системы
При градуировании системы нужно построить характеристики каналов, т.е. графики зависимости показаний П; СРШТ-З от деформаций є.. Для построения этих графиков необходимо получить ряд точек ( .,8,), где xi среднее значение показаний при фиксированном є.. С одной стороны, чем больше этих точек, тем точнее графики, но с другой стороны, увеличивается время градуирования, в течение которого температура, относительная влажность, напряжение питания измерительной аппаратуры и др. изменяются, что отрицательно отражается на точности. Следовательно, для получения оптимальных результатов целесообразно иметь 4 точки. Для получения напряжений и деформаций производится нагружение балки грузами, действующими на ее свободный край.
Максимальный вес грузов принимаем равным 90Н, при этом начальную ступень нагружения, необходимую для устранения возможных зазоров в креплении балки, выбираем ЮН. Тогда деформации от результирующей силы будут равны: є, = 37,333 10 5, є2 =11,2105. Полученные деформации близки к ожидаемым в процессе проведения рабочего эксперимента и не должны их превосходить по своему значению. Соответствующая ступень нагружения равна 20Н.
Градуирование начинаем производить с первого и второго каналов СИИТ-3. Первый канал отводится для измерения выходного сигнала тензорезистора, наклеенного в продольном направлении балки, второй канал -в поперечном. Вешаем на подвес груз весом ЮН и записываем показание первого канала СИИТ-3 в табл.4.1 (приложение 3.1), а показание второго канала - в табл.4.2 (приложение 3.1). Устанавливаем груз весом ЗОН и записываем соответствующее показание в таблицы.4.1 и 4.2. То же проделываем и для грузов 50Н, 70Н, 90Н. Затем разгружаем подвес до 70Н и записываем показания СИИТ-3. То же проделываем и для грузов 70Н, 5ОН, ЗОН, ЮН. Этот опыт повторяем 60 раз.
По найденным значениям строим график, который показан на рис.4.9, и представляет собой практически прямую линию. Сделав все описанные выше операции для повторяющихся опытов разгружения, получаем график, полностью совпадающий с первым, что свидетельствует о вполне приемлемой точности эксперимента.
Данные графики не дают нам практически никакой информации о присутствии систематической погрешности. Однако из них видно, что если систематическая погрешность и присутствует в результатах измерений, то она или является константой, или изменяется с изменением нагрузки столь незначительно, что ее можно считать константой. Т.к. при обработке результатов эксперимента нам важна разность между показаниями одного измерительного канала, то систематическая погрешность никакого влияния на точность результатов не оказывает, следовательно, ее можно вообще не принимать во внимание.
Чтобы определить коэффициенты чувствительности системы по оставшимся десяти измерительным каналам и убедиться в том, что систематическая погрешность для них также может считаться константой, произведем градуирование оставшихся измерительных каналов. В результате обработки полученных результатов по исключению грубых погрешностей и нахождению х, получаем графики, полностью совпадающие с графиками на рис.4.9, 4.10.
При установке колеса со смонтированной на нем шиной на опорную поверхность возникнет некоторая неосесимметричность нагрузки, обусловленная действием веса колеса. При установке его на ступицу с поддомкрачиванием последней также возникнет неосесимметричность, но уже от веса шины. Поэтому для простоты проведения эксперимента и обеспечения достоверности его результатов колесо с шиной устанавливается на опорную поверхность и эксперимент проводится в три этапа при трех положениях колеса: первый - датчики расположены внизу и нормаль к линии наклейки датчиков перпендикулярна к опорной поверхности, второй - датчики расположены сверху и нормаль к линии наклейки также перпендикулярна к опорной поверхности, третий - датчики посередине и нормаль к линии наклейки параллельна опорной поверхности. В итоге получаем, что при общем числе опытов, равном 60, число опытов каждого этапа равно 20.
Кроме этого, вследствие неточностей при изготовлении как обода, так и шины может возникнуть неравномерное обжатие обода шиной при установке последней на посадочные полки обода. Поэтому в течение каждого этапа производился проворот шины относительно обода на 90 после каждых пяти повторяющихся опытов. Плотность посадки шины на посадочные полки обода в общем случае является случайным событием, поэтому после каждого опыта осуществлялось снятие бортов шины с посадочных полок обода путем взаимного сдвигания бортов шины друг к другу с помощью монтажных лопаток.
Давление воздуха в шине создавалось компрессором с максимальным избыточным давлением 1,0 МПа. Эксперимент начинается с тридцатиминутного прогрева СИИТ-3. На его панеле управления устанавливаем «РУЧН» - ручное управление выбором измерительных каналов, «1/4М» - обеспечивает исходную настройку измерительных и управляющих цепей системы на работу с двадцатью активными и одним компенсационным тензорезисторами, «АНАЛОГ» -обеспечивает непрерывную выдачу на разъем аналогового сигнала одному из выбранных каналов. При помощи кнопки «ОДНОКР» устанавливаем номер измерительного канала. Кнопка «ПУСК» обеспечивает однократное измерение показаний выбранного канала.
Колесо с шиной устанавливается вертикально на пол в первом положении. Путем последовательного нажатия кнопок «ПУСК» и «ОДНОКР», расположенных на панеле управления СИИТ-3, производим измерение выходных сигналов двенадцати тензодатчиков. Полученные показания фиксируем в табл.4.3 (приложение 3.1). Нажатием кнопки «СБРОС» производим сброс в нуль счетчика номера. После этого при помощи компрессора создаем давление воздуха в шине, превышающее рабочее и равное примерно 0,7 МПа, служащее для плотной посадки бортов шины на посадочные полки обода. После пятиминутного перерыва, необходимого для этих же целей, начинаем медленно выпускать воздух из шины до тех пор, пока давление в ней не станет равным 0,6МПа. Давление воздуха в шине контролируем при помощи контрольного монометра. Путем последовательного нажатия кнопок «ПУСК» и «ОДНОКР», расположенных на панели управления СИИТ-3, производим измерение выходных сигналов двенадцати тензодатчиков. Полученные показания фиксируем в табл. 4.4 (приложение 3.1). Полностью выпускаем воздух из шины, снимаем борта шины с посадочных полок обода.
Описанный опыт повторяем 20 раз, однако после проведения каждых пяти опытов производим проворот шины относительно обода на угол, равный 90. Второй, а затем третий этапы эксперимента начинается соответственно после полуторачасовых перерывов, во время которых измерительная система отключена, и последующих получасовых прогревов аппаратуры. Методика проведения опытов аналогична. Заполняем табл.4.5 (приложение 3.1) разниц показаний СИИТ-3 при давлении воздуха в шине 0,6 МПа и 0 МПа. Обработку результатов эксперимента будем производить, пользуясь следующим планом: 1. Вычисление выборочных характеристик: среднее значение показаний х , дисперсия D, среднеквадратическое отклонение а. 2. Отсев грубых погрешностей. 3. Проверка нормальности распределения. 4. Определение ожидаемых относительных деформаций и напряжений. 5. Определение максимальных и минимальных деформаций и напряжений, используя доверительный интервал при вероятности нахождения показаний измерительной системы в нем, равной 95%.
