VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

FAKULTA STROJNÍHO INŽENÝRSTVÍ ÚSTAV KONSTRUOVÁNÍ FACULTY OM MECHANICAL ENGINEERING INSTITUTE OF A MACHINE AND INDUSTRIAL DESIGN

PNEUMATIKA JAKO ROZHODUJÍCÍ PRVEK PODVOZKU ZÁVODNÍHO AUTOMOBILU TIRE AS CRUCIAL COMPONENT OF RACING CARS CHASSIS

BAKALÁŘSKÁ PRÁCE BACHELOR’S THESIS

AUTOR PRÁCE

KRISTÝNA GREPLOVÁ

AUTHOR

VEDOUCÍ PRÁCE Ing. FRANTIŠEK PRAŽÁK, Ph.D. SUPERVISIOR

BRNO 2007

ABSTRAKT, KLÍČOVÁ SLOVA, BIBLIOGRAFICKÁ CITACE

ABSTRAKT Cílem této bakalářské práce je popis konstrukce a fyzikálních vlastností pneumatiky a posouzení jejího vlivu na jízdní vlastnosti. Součástí je také úvaha o možnosti posouzení nastavení některých parametrů podvozku vozidla v závislosti na vyhodnocených teplotách na různých místech povrchu pneumatiky

Klíčová slova: pneumatika, konstrukce pneumatiky, teplota pláště, směrové vlastnosti

ABSTRACT The intention of this bachelor´s thesis is describing of the construction, physical properties of tire and its interaction on vehicle performance. The part of this thesis is specialized to thinking about possibilities configuration some properties of vehicle chassis, which we modify depending on evaluation temperature on different places on surface of tire.

Key words: tire, construction of tire, temperature of tire casing, ride properties

Bibliografická citace: GREPLOVÁ, K. Pneumatika jako rozhodující prvek podvozku závodního automobilu. Brno: Vysoké učení technické v Brně, Fakulta strojního inženýrství, 2006. 37 s. Vedoucí bakalářské práce Ing. František Pražák, Ph.D.

strana

7

PROHLÁŠENÍ O PŮVODNOSTI PRÁCE

ČESTNÉ PROHLÁŠENÍ Prohlašuji, že tuto bakalářskou práci Pneumatika jako rozhodující prvek podvozku závodního automobilu jsem vypracovala a napsala samostatně, pod vedením vedoucího bakalářské práce Ing. Františka Pražáka, Ph.D a uvedla v seznamu všechny zdroje.

________________ Kristýna Greplová

V brně dne 18. května 2007

strana

9

PODĚKOVÁNÍ

PODĚKOVÁNÍ Děkuji tímto vedoucímu bakalářské práce Ing. Františku Pražákovi, Ph.D. za poskytnuté rady a připomínky k této práci. Dále děkuji zaměstnancům Vědecké knihovny v Olomouci za ochotu a zapůjčený knižní materiál, který mi byl zdrojem podnětných informací a v neposlední řadě děkuji svým rodičům za poskytnuté technické a finanční zázemí.

strana

11

OBSAH

OBSAH OBSAH ÚVOD 1 PNEUMATIKA 1.1 Historický vývoj 1.2 Účel pneumatiky 1.3 Definice pneumatiky 1.4 Rozdělení a konstrukce pneumatiky 1.4.1 Rozdělení pneumatik 1.4.2 Konstrukce pneumatiky 1.4.3 Rozměry pneumatiky 1.4.4 Značení pneumatik 1.4.5 Životnost pneumatik 1.5 Materiál pneumatik 2 FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI PNEUMATIKY 2.1 Maximální trakční síla na vozovku 2.2 Skluz vs. koeficient tření 2.3 Tuhost pneumatiky, dynamický poloměr kola 2.4 Směrové vlastnosti pneumatiky 2.4.1 Boční síla, vratný moment, směrová úchylka 2.4.2 Směrové charakteristiky pneumatiky 3 SLEDOVANÉ PARAMETRY PNEUMATIKY PŘI ZÁVODĚ 3.1 Tlak v pneumatice 3.2 Teplota povrchu pláště 3.3 Hodnoty teploty a tlaku jak ovlivňují nastavení podvozku automobilu 4 ZÁVĚR 5 SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ 6 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK, SYMBOLŮ A VELIČIN 7 SEZNAM OBRÁZKŮ A GRAFŮ 8 SEZNAM TABULEK

13 14 15 15 16 16 17 17 19 20 21 22 22 26 26 27 29 31 31 32 34 34 36 37 39 40 41 42 43

strana

13

ÚVOD

ÚVOD Rozvoj výroby motorových vozidel, zvyšování přepravních rychlostí, požadavků na bezpečný provoz a pohodlí cestujících, nutí konstruktéry k neustálému zdokonalování vlastností pneumatik. Bez kvalitních pneumatik by silniční doprava sotva dospěla na současnou úroveň. Pneumatika je jednou z nejdůležitějších částí vozidla, neboť představuje jediný prvek, který jej spojuje s vozovkou. Vlastnosti pneumatiky určují, zda bude doprava pohodlná, rychlá a bezpečná.

strana

14

PNEUMATIKA

1 PNEUMATIKA 1.1 Historický vývoj

1.1

Kolo vynalezli před více než 5000 lety pravděpodobně Sumerové. V průběhu dalších tisíciletí bylo postupně vylepšováno. K doposud nejvýznamnějším změnám kola došlo ve druhé polovině 19. století, kdy byl Robertu Williamu Thomsonovi udělen v Anglii patent na „ vzduchovou hadici“, předchůdce moderní pneumatiky. Avšak tento vynález zůstal nevyužit až do konce 19. století. Pneumatiku podruhé vynalezl v roce 1888 J. B. Dunlop a ta začala pak rychle dobývat pozice. V průběhu dalších téměř 100 let umožnila pneumatika vývoj velice složitého a funkčního transportního systému [3]. S postupným rozšiřováním aplikací byly kladeny stále vyšší nároky na pneumatiku a její vývoj se jim přizpůsoboval. V roce 1892 patentoval J. F. Palmer kordovou tkaninu jako náhradu do té doby používaného kříženého výztužného materiálu. Vyloučením přímého vzájemného dotyku nosných nití v místě křížení se významně prodloužila životnost výztužného systému, a tím i životnost celé pneumatiky [1]. Rovněž se měnil i základní materiál pro výrobu kordové tkaniny. Pro první pneumatiku vyrobenou ve světě byl jako výztužný materiál použit irský len. Později byl nahrazen bavlnou a v roce 1923 se objevil kord na bázi regenerované celulosy, obecně nazývaný rayon. Roku 1937 se poprvé uplatnil jako výztužný materiál ocelový kord. Za druhé světové války byl u pneumatik zaveden polyamidový kord určených pro vojenské účely a po válce také pro civilní sektor. V poválečném období došlo k prudkému rozvoji spotřeby ocelového a polyamidového kordu. Paralelně s rozvojem výztužných materiálů se rozvíjely i ostatní části pneumatiky. Jedním z předpokladů pro vynalezení pneumatiky byl objev vulkanizace přírodního kaučuku sírou, ke kterému došlo v roce 1839; začátkem 20. století byly do výroby zavedeny urychlovače vulkanizace a v roce 1924 antioxidanty. První plnohodnotné pneumatiky založené pouze na bázi syntetického kaučuku byly vyrobeny v roce 1943. Dramatický byl i vývoj konstrukce pneumatiky. Původní patentovaná pneumatika byla v podstatě nahuštěná hadice. V této podobě byla na přelomu století poprvé použita na automobilu a letadle. Teprve v roce 1904 byl jako funkční strukturní součást pneumatiky zaveden plochý běhoun, který byl o rok později opatřen vzorkem zlepšujícím přenos sil mezi vozidlem a vozovkou. V roce 1935 se prosazují moderní rozměry pneumatik a zároveň byly zahájeny základní práce na přípravě výroby nízkoprofilových pneumatik. V období poválečného rozvoje došlo k zatím největší změně v konstrukci pneumatik, a to k zavedení radiální pneumatiky, které začala vyrábět firma Michelin. V dalším období byla zavedena do výroby bezdušová pneumatiky. V roce 1967 vyvinuli američtí výrobci pneumatiku v zásadě s diagonální kostrou opásanou výztužným pásem, tzv. pneumatiku bias-belted. Tímto řešením se snažili překlenout období, kdy rostoucí popularitě radiálních pneumatik na americkém trhu ještě nestačil rozvoj výrobních kapacit. V současné době výroba pneumatik typu biasbelted stagnuje a i na americkém trhu rychle vzrůstá podíl pneumatik radiálních na úkor pneumatik diagonální konstrukce.

strana

15

PNEUMATIKA

Vývojem prošli i ostatní části pneumatiky, jako je patka pláště, duše, ventil a ráfek. 1.2

1.2 Účel pneumatiky Pneumatika je jednou z nejdůležitějších částí vozidla, protože převážně na ní závisí, jestli je doprava pohodlná, rychlá a bezpečná. Pod pojmem pneumatika rozumíme plášť, duši, popřípadě i s ochrannou vložkou. Správně konstruovaná pneumatika musí v provozu vyhovovat těmto podmínkám: a) musí umožňovat správný záběr hnacích kol, a to za všech provozních podmínek, b) tlumit otřesy a nárazy způsobené nerovností terénu, c) za pomoci vhodného desénu zaručovat bezpečnou jízdu, d) vysokou životností pneumatik umožňovat nejvyšší hospodárnost automobilové dopravy [3]. Při hospodaření s pneumatikami se setkáváme s mnoha pojmy, jako jsou: Běžná plocha- část pneumatiky, která přichází do styku s vozovkou. Běhoun- vrstva pryže opatřená vzorkováním (drážkami). Kostra pláště (karkasa)- textilní vyztuženost pláště. Bok pláště- boční stěna mezi běhounem a patkami. Bočnice- boční pryžová vrstva, která chrání karkasu před znečištěním, vlhkostí a poškozením. Patka- část pláště, která umožňuje jeho uchycení a držení na ráfku. Kordová vložka- pryžovaná textilní tkanina tvořící kostru (karkasu) pláště. Segl- bavlněná křížová tkanina. Nárazník- speciální pryž mezi běhounem a kostrou pláště. Ocelové lanko- kovové vyztužení patky. Křidélko lanka- spojení ocelového lanka s kostrou pláště. Protektorování (obnovení)- nahrazení ojeté běžné plochy novým materiálem (běhounem). Separace- oddělení běhounu od kostry, nebo oddělení jednotlivých kordů mezi sebou. Pneumatiky nelze dosud nahradit jiným mechanismem nebo zařízením, kterým by bylo možno dosáhnout obdobných pružících vlastností. Přesto však konstrukce pneumatik prošla v posledních desetiletích již celou řadou změn. Tyto materiálové i konstrukční změny jsou nutné, aby bylo možno vyrobit co nejkvalitnější pneumatiky pro bezpečný a hospodárný provoz motorových vozidel.

1.3

1.3 Definice pneumatiky Z geometrického hlediska tvoří pneumatika uzavřený prstenec- toroid. Z hlediska mechanického je to tlaková nádoba, jejíž stěny tvoří pružná membrána. Strukturálně je pneumatika složitý systém s vysokými parametry. Konečně z chemického hlediska je pneumatika vyrobena především ze nesítěných a nezesítěných makromolekulárních materiálů a oceli.

strana

16

PNEUMATIKA

Podle normy ČSN 64 0001 značí souborový termín pneumatika plášť, popř. s duší a vložkou, namontovaný na ráfek a naplněný tlakovým médiem. V tzv. bezdušovém provedení jde tedy pouze o plášť namontovaný na ráfek a nahuštěný. Plášť je pružná vnější část pneumatiky, která zprostředkovává styk s vozovkou, svou patní částí dosedá na ráfek a má rozhodující podíl na vlastnostech celé funkční soustavy [3].

1.1 Rozdělení a konstrukce pneumatiky

1.4

Plášť pneumatiky je tvořen patkami s lanky z ocelových drátů nebo plastů (kevlar), kostrou z kordových vložek, nárazníkem, vlastním pryžovým obalem a běhounem. Hlavní vliv na deformační vlastnosti pneumatiky má, vedle materiálu kostry, počet a orientace jejích kordových vložek. Podle toho dělíme pneumatiky na diagonální, radiální a semiradiální. 1.4.1 Rozdělení pneumatik

1.4.1

Diagonální pneumatiky jsou dnes považovány za „klasickou konstrukci“. Mají kostru tvořenou páry kordových vložek (tj. je jich vždy sudý počet) s orientací vláken pod úhlem menším než 90° vzhledem k podélné rovině symetrie běhounu. Kordová vlákna sousedních vložek se kříží a zasahují pod patková lanka, kolem kterých jsou přehnuta. Lze si teda představit, že každý bod kostry pláště je k patkám kotven dvěma vlákny se symetrickým stoupáním. Vlákna přenášejí obvodové i příčné síly přímo do patky pláště. Při zatížení pneumatiky a její deformaci se vlákna neprodlužují ale posunují a namáhají pryž mezi nimi na střih. Tím vzniká teplo a tedy ztráty. Jejími výhodami jsou pevná struktura a silné bočnice, které zvláště v terénu mají mnoho výhod (odolnost proti proražení). Diagonální pneumatiky mají maximální povolenou rychlost 240 km/h a většinou bývají vyrobeny z rayonu nebo nylonu.

Obr. 1 Diagonální konstrukce pneumatiky

strana

17

PNEUMATIKA

Semiradiální pneumatiky vyvinuté z diagonálních, se vyznačují výrazně zpevněnou konstrukcí pod dezénem, čímž je dodána pneumatice delší životnost zmenšením příčných klouzavých pohybů, přičemž pneumatika je odolnější proti poškození. Příčné prokluzování je dáno konstrukcí pneumatiky a zaviněno deformací pneumatiky do stran při její rotaci. Zvýšené opotřebení je vždy zaviněno prokluzováním. Čím je větší prokluzování, tím je větší opotřebení. Ačkoliv podélné prokluzování s následným vyšším opotřebením je možné podstatně snížit defensivním stylem jízdy a rovněž opatrnou akcelerací, nelze je vyloučit úplně, protože je přímou součástí přenosu trakčních sil z pneumatiky na vozovku. Zpravidla jsou tyto pneumatiky vyrobeny z rayonu nebo nylonu. Nárazníkový pás a kostra jsou běžně vyrobeny ze stejného materiálu. Semiradiální pneumatiky jsou předchůdcem radiální plášťů. Zatímco kostra je stále konstruována diagonálně, pneumatika má nárazníkový pás, zpravidla z kevlaru. Vhodné pro rychlosti do 250 km/h. Radiální pneumatiky nemají vlákna kordových vložek zkřížena. Jsou uložena pod úhlem blízkým 90° vzhledem k podélné rovině symetrie běhounu. Počet vložek nemusí být nutně sudý. Tato část kostry přenáší boční a radiální síly ( v tažné části). Schopnost přenášet obvodové síly je však malá a proto je kostra stabilizována obvodově neroztažitelným pásem , tzv. nárazníkem, který roznáší obvodové síly po celém obvodu ráfku. Nárazník je tvořen vložkami s vlákny kříženými pod úhlem 15° až 20°. Boční stěny pneumatiky jsou měkčí, obvodový pás je v bočním směru relativně ohybově tuhý. Protože vývin tepla a tedy valivý odpor je způsobován zejména podélným ohybem kordových vláken a pryže s nimi spojené v obvodovém pásu, je u radiálních pneumatik nižší než u diagonálních. Radiální pneumatiky při výrobě vyžaduji dvě operace a jsou také náročnější na přesnost výroby. Proto jsou i dražší.

Obr. 2 Radiální konstrukce pneumatiky

strana

18

PNEUMATIKA

Výhody radiálních pneumatik oproti diagonálním: • větší životnost, • větší nosnost při stejném tlaku vzduchu, • výborné boční vedení a lepší přilnavost k vozovce, • menší vnitřní deformace a z toho plynoucí menší tepelné namáhání, • lepší přenos brzdných sil i při náklonu v zatáčkách, • menší valivý odpor a lepší přilnavost na mokré vozovce, • menší hmotnost a díky tomu menší neodpružená hmotnost, • větší směrová stabilita a větší tvarová stabilita i při velmi vysokých rychlostech [8]. 1.4.2 Konstrukce pneumatiky

1.4.2

Obr. 3 Konstrukce pneumatiky

1. Vnitřní plášť- podle provedení pneumatiky se mezi kostrou a vnějším pláštěm nachází jedno nebo vícevrstvý vnitřní plášť. Tento plášť je zhotoven z umělovláknité nebo z kovové tkaniny. 2. Kostra udává tvar a pevnost pneumatiky. Kostra sestává z jedné nebo více vrstev z vysokopevnostní umělohmotné tkaniny. Vlákna těchto vrstev jsou kladena napříč směru jízdy a jsou zahnutá okolo bočních výztuh. 3. Patka pláště je zesílená část pláště dosedající na ráfek. Její jádro tvoří patní lano vyrobené z ocelového drátu o vysoké pevnosti. Její úlohou je přenášet točivý moment motoru a brždění z ráfku pneumatiky až na styčnou plochu pneumatiky s vozovkou. 4. Patní lana jsou z ocelových drátů, formují vnitřní okraje pneumatiky a zajišťují pevné usazení pneumatik na ráfcích. U bezdušových pneumatik slouží vnitřní okraje k vytvoření vzduchotěsného spojení s ráfky. 5. Boční stěny (bočnice) jsou elastickými, ale současně i nosnými prvky pneumatik. Boční stěny zajišťují také pružící a tlumící funkci a stabilitu vozidla za jízdy. U moderních nízkoprofilových pneumatik jsou boční stěny velmi nízké. Díky tomu získává pneumatika na stabilitě a má lepší jízdní vlastnosti při úniku vzduchu.

strana

19

PNEUMATIKA

6. Nárazník tvoří přechod mezi běhounem a kostrou pláště. Je zpevněn jemnými, velmi pevnými ocelovými lanky mezi dvěma vrstvami pryže. Tyto 2 vrstvy (někdy jich bývá i větší počet) jsou přilepené k sobě a k ploše běhounu a svírají spolu úhel asi 60º. Ocelová lanka kříží tkaninu pláště a tvoří s ní výztužné trojúhelníky. Tyto nárazníky výztužné vrstvy obemykají pneumatiku po celém jejím obvodu a mají velmi složitou úlohu: - kolem obvodu pneumatiky musí mít dostatečnou pevnost, aby nebyly nataženy odstředivou silou, a tímto způsobem zachovávají průměr pneumatiky za všech podmínek, - rovněž musí být pevné i v příčném směru, aby odolávaly tlakům a namáhání při změně směru jízdy. Zároveň musí být ve svislém směru dostatečně ohebné, aby "absorbovaly" deformace způsobené nerovnostmi povrchu a jinými překážkami. 7. Běhoun je vnější vrstva pneumatiky se vzorkem (dezénem), který je tvarovaný podle určení automobilu. Běhoun zajišťuje kontakt pneumatiky s vozovkou. Dezén má žebra, zářezy a různé výstupky. Běhouny jsou složeny z několika typů pryže: z vrchní části, tedy té, která je ve styku s vozovkou. Její složení je dané požadavky na vlastnosti běhounu. Pod ní se nachází tenká vrstvička základní, tzv. base směsi s podílem sazí. Okrajové části běhounového pásu jsou pak tvořeny bočnicovou směsí. 1.4.3

1.4.3 Rozněry pneumatiky • • • • • • • • •

strana

20

vnější průměr pneumatiky (D) je vzdálenost dvou rovnoběžných rovin dotýkajících se vnějšího povrchu nezatížené pneumatiky. Tento průměr lze stanovit z obvodu pneumatiky podle vzorce: obvod pneumatiky (lo) je délka největšího obvodu vnějšího povrchu pláště v rovině kolmé k ose rotace kola, odvalený obvod pneumatiky (Ok) je dráha odvalená pneumatikou na pevné a rovné vozovce při jedné otáčce, účinný odvalený obvod pneumatiky je smluvní odvalený obvod pneumatiky, šířka pneumatiky (B) je maximální vzdálenost dvou rovin kolmých k ose rotace kola, které se dotýkají vnějšího obrysu nezatížené nahuštěné pneumatiky v místech popisů a ochranných či ozdobných pásků, šířka zatížené pneumatiky (bq) je maximální vzdálenost dvou rovin kolmých k ose rotace kola, které se dotýkají vnějších povrchů boku zatížené pneumatiky v místech popisů a pásků v maximálně deformované oblasti, šířka profilu pneumatiky (s) je maximální vzdálenost dvou rovin kolmých k ose rotace kola, které se dotýkají vnějších povrchů boků nezatížené nahuštěné pneumatiky, výška profilu pneumatiky (H) je polovina rozdílu mezi vnějším průměrem pneumatiky a jmenovitým průměrem ráfku, statický poloměr pneumatiky (rs) je vzdálenost osy rotace nepohybující se pneumatiky od opěrné rovinné podložky rovnoběžné s osou rotace pneumatiky při předepsaném radiálním zatížení a huštění [7].

PNEUMATIKA

Obr. 4 Rozměry pneumatiky

1.4.4 Značení pneumatik

1.4.4

Obr. 5 Značení pneumatik

strana

21

PNEUMATIKA

Tab. 1 Značení pneumatik

205 55 R 16 TL/TT 91 V Michelin Pilot Primacy Reinforced XL, Extra load M+S 0302 označení TWI označení FR Šipka Inside/outside 1.4.5

Nominální šířka pneumatiky v milimetrech (205 mm) Profilové číslo - poměr nominální výšky pneu k nominální šířce v procentech (55% šířky pneumatiky) Typ konstrukce kostry („R“ radiální, „D“ diagonální, „B“ bias belted) Nominální průměr příslušného disku v palcích (1 palec = 25,4 mm) Označení pro bezdušovou pneumatiku (tubeless) nebo dušovou (tubetype) Index nosnosti (hodnota uvedena v níže uvedené tabulce) Index rychlosti (hodnota uvedena v níže uvedené tabulce) Výrobce Označení dezénu Pneumatika se zvýšenou nosností Označení pro zimní pneumatiku (Mad + snow = bláto + sníh) DOT, výrobní kód, 03 = třetí týden 02 = rok 2002 (Tread Wear Indicator) indikátor opotřebení pneumatiky (Flange rib) ochrana ALU ráfku před poškozením při najetí k obrubníku Symbol určující směr otáčení pneumatiky Označení vnitřní/vnější strany pneumatiky při montáži

1.4.5 Životnost pneumatik Životnost pneumatik závisí na několika faktorech, které ji ovlivňují. Např. na velikosti styčné plochy pneumatiky s vozovkou. Čím větší je styčná plocha pneumatiky, tím pomaleji se pneumatika opotřebovává. Důkazem toho je zavádění stále širších pneumatik. Dále může být životnost pneumatik ovlivněna druhem použitého materiálu, protože čím tvrdší je materiál pneumatiky, tím méně se pneumatika odírá a tím více vydrží kilometrů. Na druhou stranu však dobrou přilnavost pneumatik zajišťuje pouze relativně měkký materiál. Dalším faktorem ovlivňujícím životnost je hmotnost automobilu. Čím těžší automobil, tím větší odírání pneumatik. Na rychlost opotřebení pneumatik má silný vliv individuální styl jízdy. V neposlední řadě negativním faktorem ovlivňujícím životnost pneumatik je výkon automobilu, stav vozovky a tlak vzduchu v pneumatikách.

1.5

1.5 Materiál pneumatik V celém světě se stále ve větší míře používá umělého kaučuku k výrobě pneumatik pro jeho přednosti oproti kaučuku z přírodního materiálu. Rozsáhlá

strana

22

PNEUMATIKA

surovinová základna potřebná k jeho výrobě dává předpoklady k jeho využití, zvláště ve státech se stále rostoucím automobilovým a leteckým provozem. Přednosti však nejsou známy mnohým spotřebitelům, neboť se stále domnívají že umělý, lépe řečeno synthetický kaučuk je pouhou podřadnou náhražkou. Základní surovinou k výrobě umělého kaučuku je kromě jiných materiálů líh. Líh se získává známou cestou, tj. zkvašováním surovin obsahujících škrob. Výrobní proces umělého kaučuku z lihu je velmi složitý a vyžaduje dodržení celé řady přesných podmínek. O přírodním kaučuku je možné tvrdit, že jeho výroba oproti obtížnějšímu získávání přírodního kaučuku znamená velkou úsporu času a peněz. Výrobou umělého kaučuku se ekonomicky doplňuje zvýšená potřeba přírodního kaučuku. Dalším důležitým materiálem k výrobě pneumatik je kordové a křížové tkanivo. Na tento materiál jsou kladeny vysoké požadavky; hlavně na kordové tkanivo, které tvoří kostru pneumatik. Kordové tkanivo musí mít vysokou pevnost a odolnost proti dynamickému namáhání. Kordové tkanivo tvoří jednotlivé nitě rovnoběžně vedle sebe uložené, tzv. osnovní. Aby bylo při pracovních postupech stále zachováno uložení osnovních nití, jsou příčně řídce protkány jemnými nitěmi, útkem .K výrobě kordového tkaniva se používá různých druhů surovin, a to buď přírodních nebo umělých. Podle použitých surovin je pak vyroben kord bavlněný, umělohedvábný, polyamidový nebo ocelový. K výrobě bavlněného kordu se používá vysoce kvalitních druhů bavlny. Pro výrobu pneumatik se používá bavlny s dlouhým vláknem. Čím delší vlákno, tím je jemnější. Jemná vlákna se spřádají v přízi. Z příze se pak vyrábí kordové nebo jiné tkanivo. Základní výrobní surovinou pro výrobu umělého viskosového hedvábí je celulosa. Získaná vlákna jsou jemná, stejnoměrná a nekonečná. Z jemných vláken se spřádá speciální příze, ze které se pak vyrábí tkanivo. Kordy z umělého hedvábí se proti bavlněným kordům vyznačují vyšší pevností při vyšších teplotách. Jakost viskosového kordu je závislá na jakosti vláken a na počtu zákrutů příze, jak tomu je též u jiných druhů textilních materiálů. Kromě řady předností má viskosový kord své nevýhody. Je to horší spojivost kordu s pryží. Před pogumováním vyžaduje proto kord zláštní impregnace. Další nevýhodou je snížení pevnosti při zvýšené vlhkosti. Též i ocel se dostává do pneumatik jako kordové tkanivo Dalším potřebným materiálem k výrobě pneumatik je křížové tkanivo. Proti potřebě kordového tkaniva je jeho spotřeba mnohem nižší. Používá se pro patní vyztužení, ovinutí lanek, výztuhy pro usazení ventilu duší apod. Samotný název křížového plátna prozrazuje jeho výrobní stavbu. Je to obvykle bavlněné tkanivo s plnou osnovou i útkem vyráběné v několika druzích. I když základní umělé materiály jak kaučuk, tak textil, mají řadu nevýhod proti přírodním materiálům, přesto jejich přednosti v některých vlastnostech vyhovují vyšším požadavkům technického vývoje, zejména nárokům na rychlost dopravních prostředků.

strana

23

PNEUMATIKA

Ocelový drát Ocelového drátu se používá k výrobě lanek do patek plášťů. Drát je vyroben z kvalitní oceli, která vykazuje odolnost na ohyb a tah. Do výroby pneumatik přichází buď již upravený na lanka nebo volně vinutý, z kterého se lanka teprve vyrábějí přímo v pneumatikárnách. Přísady kaučuku Na pneumatiku, jako hotový výrobek, je kladena během provozu řada požadavků, a proto se používá několik druhů materiálů s rozdílnými vlastnostmi. Rozdílných a potřebných podmínek pryže se dosahuje různými přísadami kaučuku, jako jsou např. urychlovače, aktivátory a retardery (zpomalovače), změkčovadla, plnidla a ztužovala, barviva, rozpouštědla a v neposlední řadě i regenerátory. Kaučukové směsi k výrobě pneumatik Pneumatiky se nevyrábějí ze samotného kaučuku. Rovněž kilometrický výkon by nedosahoval takové výše jako u pneumatik vyrobených z kaučuku a dalších přísad. Při výrobě plášťů, duší a ochranných vložek se používá rozdílných směsí. Samotná konstrukce plášťů vyžaduje několik druhů směsí podle namáhání a účelů jednotlivých částí pneumatik. Rozdílné vlastnosti jednotlivých směsí a jejich vzájemná kombinace vyžadují, aby byl předem pečlivě stanoven předpis pro složení směsí. Hlavní směsi kaučuku pro výrobu pneumatik jsou směs běhounová, směs na bočnice, směs podušková, nárazníková, nánosová na kordové tkanivo, na obstřikávání lanek, na jádro, nánosová na křížové plátno, na vnitřní pogumování pláště, na výrobu duší, ventilů duší a na ochranné vložky. Vliv vhodných použitých směsí se projevuje především na životnosti pneumatik. Proto spotřebitele bude zajímat jaké vlastnosti mají jednotlivé směsi. Běhounová směs musí mít tyto vlastnosti: a) musí odolávat opotřebení ( oděru), b) musí mít dostatečnou strukturní pevnost zabraňující rozšíření drobných poškození, c) potřebnou soudržnost s poduškou, d) vyhovující elasticitu, e) tepelnou vodivost a odolnost zabraňovat vzniku vysokých teplot, f) odolnost proti prolamování a tvorbě trhlin v desénu, g) odolnost proti stárnutí a ozonizaci pryže [4]. Vysoké odolnosti proti obrusu ( oděru) a dobré strukturní pevnosti se dosahuje přidáním vhodných sazí. Důležitou roli hrají ve směsích z hlediska opotřebení vedle sazí také změkčovadla. Též vlastní vulkanizace má podstatný vliv na opotřebení běhounu, neboť podvulkanizování způsobuje, že se běhounová směs žmolí a převulkanizování napomáhá vylamování drážek desénu. Proto je vulkanizace pneumatik regulována a kontrolována automatickými přístroji.

strana

24

PNEUMATIKA

Z hlediska tvoření trhlin třeba připomenout, že se u některých druhů synthetických směsí objevují v provozu u pneumatik v drážkách desénu trhliny. Této výrobní vadě se čelí tím, že se volí menší výšky desénu bez ostrých drážek. U některých druhů desénu se jednotná hloubka desénu přerušuje výstupky. Směs na bočnice Bočnice se obyčejně vyrábějí ze stejných směsí jako běhoun. Vyrábějí se však také směsi speciální, odolávající provoznímu prolamování. Z ekonomického hlediska je také přípustné používat pro směsi na bočnice většího dílu regenerátu, poněvadž bok pláště není namáhán na opotřebení tak jako běhoun. Gumovitost bočnice bývá rozdílná proti běhounu. Směsi na bočnice se vyrábějí u některých osobních plášťů také v bílé barvě tj. do směsi se přidává titanová běloba a nepřidávají se tam saze. Nejvhodnějším druhem kaučuku je zde bílá krepa. Kostra pláště musí být s bočnicemi dokonale soudržná. Kdyby zůstal v místě spojení vzduchový puchýř, nastala by při použití pneumatiky v provozu separace. Stejně důležité je spojení běhounu s bočnicí, neboť zavulkanizuje-li se do nedostatečně zalepeného a zaválečkovaného spoje klouzek, oddělí se po určité době v provozu bočnice od běhounu [4]. Směs na podušku a nárazník Tato směs musí v pneumatice odolávat i silným nárazům, a proto musí být vysoce elastická. Této elastičnosti se dosahuje tím, že se zde používá převážně přírodního kaučuku. Proto je zde tvrdost v porovnání s běhounem a s bočnicí nižší a pohybuje se mezi 43 až 50° Sh. V poslední době se vyrábějí nárazníkové směsi černé barvy. Spotřebitel musí proto pečlivě sledovat sjíždění pláště, neboť při sjetí běhounu až po nárazníkovou podušku by protektorování bylo již obtížné. Ostatní směsi při výrobě plášťů Jsou to směsi používané pro nános na kord, směs na kostru pneumatiky a směs pro obstříkání lanek. Používá se zde přírodního i synthetického kaučuku. Do těchto směsí se přidává i regenerát. U směsi s tvrdou pryží na obstříkání lanek je regenerátu nejvíce.

strana

25

FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI PNEUMATIKY

2

2 FYZIKÁLNÍ VLASTNOSTI PNEUMATIKY

2.1

2.1 Maximální trakční síla na vozovku Soudržnost pneumatiky s vozovkou Rychlost a směr pohybu vozidel s vlastním pohonem jsou primárně řízeny silami působícími mezi pneumatikou a vozovkou. Horní mez těchto sil je dána reálným koeficientem tření. Jakmile poměr horizontální síly k normálovému tlaku kdekoliv ve styčné ploše přesáhne tento limit, objeví se lokální klouzání. Jestliže se klouzání rozšíří po celé styčné ploše, dochází k úplné ztrátě účinné kontroly. To se stává např. při zablokování kol, protože v tomto případě se těžiště vozidla pohybuje až do zastavení ve směru, kterým se pohybovalo v okamžiku zablokování kol. Na první pohled by se zdálo, že tato situace vznikne kdykoliv, kdy se bude obvodová rychlost kol lišit od rychlosti vozidla ve velikosti nebo směru, protože za těchto podmínek by měla proklouzávat celá styčná plocha. To ovšem platí pouze pro extrémní případ nekonečně tuhého kola na nekonečně tuhé podložce. Pravděpodobně nejcennější vlastností elastického kola, jako je pneumatika, je fakt, že se může pohybovat pod úhlem ke své rovině anebo rychlostí odlišnou od své obvodové rychlosti, aniž se celá styčná plocha dostane do klouzavého pohybu [3]. Pro zjednodušení dalšího výkladu budou nejprve uvedeny vztahy mezi silami působícími na kolo a změnami jeho rychlosti a odvozeny rovnice umožňující polokvantitativní popis funkčních vztahů. Při zpracování budou zanedbány aerodynamické síly a valivý odpor a boční skluz pneumatiky. Základní veličinou je skluz s, což je vektorová kinematická veličina definovaná rovnicí v − vo s= (2.1) v kde v je rychlost pohybu vozovky vzhledem k ose kola a vo je obvodová rychlost kola v rovině styčné plochy rovněž vzhledem k ose kola [3]. Při brždění (v > vo) je s kladné s maximální hodnotou jedna pro zablokované kolo. Při zrychlení (v < vo) je s negativní a stává se záporně nekonečným při statickém protáčení kola. Obvodový skluz má jednoduchý fyzikální smysl. Během brždění se kinetická energie spotřebovává v brzdách, pneumatikách a vozovce. Vozovka, i když nedojde k její významnější deformaci, přijímá značnou část brzdné energie jako teplo. Skluz představuje část energie ztracené v pneumatikách a vozovce. Podobně se část energie motoru ztrácí v pneumatikách při zrychlení; skluz se udává jako poměr mezi ztrátami v pneumatice plus vozovce a ziskem kinetické energie vozidla. Tedy jeho negativní hodnota má limit v nekonečnu. Exaktní výpočet sil na pneumatice, pohybující se se skluzem, je mimořádně obtížný z důvodu složitosti struktury pneumatiky. Lze ovšem odvodit užitečné výrazy pro jednoduchý model, jenž nahrazuje pneumatiku ozubeným kolem. Jednotlivé zuby

strana

26


kola se mohou vzájemně nezávisle deformovat a jejich napěťově deformační vztah se řídí Hookovým zákonem. Do výpočtů je třeba zahrnout koeficient tření. Bez zřetele k jeho závislosti na teplotě, rychlosti klouzání a zatížení, jej lze brát pro první přiblížení jako konstantu. Tangenciální síla Fs je síla na jednotku délky doteku při valení modelu pod úhlem směrové úchylky (boční skluz). Protože předpokládáme platnost Hookova zákona, vzrůstá boční záběr nejprve rychlostí úměrnou tuhosti ks kola [3]. Fs = k s xtgΘ

(2.2)

Kde x je koordináta povrchového prvku relativně k nedeformovanému kolu. Limita tangenciálního záběru µp je znázorněna polooválnou křivkou; µ je koeficient tření a Fp je normálová síla na jednotku délky. Je-li Fs=µFp v bodě x=X, potom začíná klouzání a Fs ve zbytku kontaktu je Fs=µ Fp

(2.3)

Rozšíření síly Fc vyvolané obvodovým skluzem je vyjádřeno rovnicí Fc =

k c xs 1− s

(2.4)

Tuhost kc je podstatně větší než ks. Boční síla Fs, brzdná síla Fb a hnací síla Fa jsou tedy formálně dány stejným typem výrazů. 2.2

2.2 Skluz vs. koeficient tření Tření Účinnost a pohodlí automobilu do značné míry závisí na použití pryžových pneumatik. Třecí vlastnosti pryže umožňují vyvíjet relativně veliké síly pro přesnou kontrolu vozidla Hlavní překážkou v pochopení frikčních vlastností pneumatik je fakt, že neexistuje adekvátní, široce platný a jasně vyjádřený zákon tření pryže. Existují však modely základního frikčního procesu a základního chování pneumatiky. Výzkum a zkušebnictví těchto vlastností jsou prováděny za tak omezených podmínek, že to významně ovlivňuje aplikovatelnost výsledků na širší praktické podmínky. Výsledkem je řada prázdných míst v našich znalostech a množství závěrů výzkumu, u nichž dosud nebyl nalezen vztah ke tření pneumatik. Dalším problémem je nepřesnosti terminologie užívané při popisu frikčních procesů. Tento problém vzniká pravděpodobně z obecné tendence označovat všechny poměry záběrové síly k síle normálové jako koeficienty tření, ať dochází ke skluzu, či nikoliv.

strana

27


Obr. 6 Skluz vs. koeficient tření I

Obr. 7 Skluz vs. koeficient tření II

strana

28


Valivý odpor Valivý odpor vzniká deformací pneumatiky a vozovky. Je-li vozovka tuhá, pak dochází jen k deformaci pneumatiky. Pneumatika se stýká s vozovkou v určité ploše, kterou nazýváme stopou. V přední části stopy ve směru valení dochází ke stlačování obvodu pneumatiky do roviny vozovky a v zadní části se obvod opět vyrovnává do kruhového tvaru. Vlivem ztrát v pneumatice, které se mění v teplo, jsou síly potřebné ke stlačení pneumatiky větší, než síly jimiž působí pneumatika na vozovku při navracení se do kruhového tvaru. Součinitel valivého odporu fk závisí především na povrchu vozovky. Z dalších vlivů je nejdůležitější vliv deformace a vliv rychlosti kola. Při velkých rychlostech se součinitel valivého odporu zvětšuje také vlivem ztrát, které souvisejí s rozkmitáním oběžné plochy u bočních stěn pneumatiky. Naopak při nízkých rychlostech (asi do 80 km/hod) je nezávislý na jízdních vlastnostech.

Tab. 2 Součinitel valivého odporu pro různé povrchy vozovek

Povrch asfalt beton dlažba makadam polní cesta - suchá polní cesta - mokrá

fk 0,01 – 0,02 0,015 – 0,025 0,02 – 0,03 0,03 – 0,04 0,04 – 0,15 0,08 – 0,20

Povrch travnatý terén hluboký písek čerstvý sníh bahnitá půda náledí

fk 0,08 – 0,15 0,15 – 0,30 0,20 – 0,30 0,20 – 0,40 0,01 – 0,025

2.3 Tuhost pneumatiky, dynamický poloměr kola

2.3

Radiální tuhost pneumatiky Vlastnosti pneumatiky se v modelech popisují veličinou nazývanou radiální tuhost pneumatiky. Tato hodnota se získává staticky měřením přítlačné síly pneumatiky k vozovce v závislosti na jejím stlačení. Zde však není zohledněna rychlost stlačování pneumatiky a tedy i její útlum, který je důsledkem tangenciálních sil vznikající mezi běhounem pneumatiky a vozovkou. Přesnější obraz o chování pneumatiky by dala radiální tuhosti pneumatiky měřená za pohybu, tedy tzv. dynamická tuhost pneumatiky. Radiální tuhost pneumatiky není konstantní, protože závislost mezi zatížením kola a svislým stlačováním kola je nelineární, poněvadž pneumatika je jako celek vyrobena z mnoha materiálů s velmi odlišnými vlastnostmi, obr. 8

strana

29


Obr. 8 K vysvětlení radiální tuhosti pneumatiky

Konstantní hodnotu c1 lze uvažovat jen jako přiblížení pro určitou oblast pružící charakteristiky pneumatiky. Praktický význam má oblast při zatížení nápravy Zstat a stlačení pneumatiky z1stat, kdy tuhost [9]  ∂Z   c1 =  ∂ z  1  z1 = z1 stat

(2.5)

Bude-li stlačení pneumatiky zvětšeno nebo zmenšeno o hodnotu ∆z1, pak se pružící síla mění přibližně podle vztahu [9]

∆Z ≈ c1 ∆z1

(2.6)

Místo radiální tuhosti c1 se používá pro výpočty obvykle hodnota subtangenty s, pro kterou podle obr. 8 platí [8]

s=

Z stat c1

(2.7)

Pro diagonální pneumatiky je s = 15 až 28 mm pro radiální s = 20 až 30 mm, tzn., že radiální pneumatiky mají ve svislém směru menší tuhost. Dynamický poloměr kola Dynamický poloměr kola rd je skutečný poloměr kola, tj. kolmá vzdálenost středu kola od opěrné plochy, který má kolo při jízdě vozidla a případně při přenosu obvodových sil.

strana

30


Valivý poloměr kola rK je fiktivní veličina, která udává poloměr volně se valícího kola, které má stejnou úhlovou rychlost i stejnou dopřednou rychlost jako skutečné kolo.Valivý poloměr je roven poloměru dynamickému nepřenáší-li kolo žádnou obvodovou sílu Při přenosu hnacího momentu MK se poloměr valení rK zmenší oproti dynamickému rd vlivem tečné deformace a prokluzu ve stopě; při přenosu brzdného momentu MB se poloměr rK naopak zvětší. Prokluzuje-li hnací kolo na místě je valivý poloměr rK = 0 a při prudkém brždění, kdy dojde k blokování kol je rK → ∞. Pro točivý moment přiváděný na kolo platí vtah M K = FK rd .

(2.8)

Součet hnacích momentů dělený dynamickým poloměrem kola nazýváme hnací silou vozidla M FK = ∑ Ki . (2.9) rdi Maximální hnací síla na kolech je omezena přilnavostí, takže pro celkovou maximální hnací sílu na hnacích kolech dostáváme

FK max = µV ∑ Z Ki = µV G cos α ,

(2.10)

i

kde Gcosα je zatížení vozidla kolmé k rovině vozovky a µv je součinitel valivé přilnavosti. Toto zatížení bývá někdy nazýváno adhezní tíhou a síla FKmax adhezní silou [5].

2.4 Směrové vlastnosti pneumatiky

2.4

2.4.1 Boční síla, vratný moment, směrová úchylka

2.4.1

Pokud na kolo nepůsobí boční síla, je střední rovina kola totožná s podélnou osou stykové plochy pneumatiky s vozovkou. Plochu ve které se pneumatika dotýká vozovky nazýváme stopou. Působí-li v ose otáčení kola boční síla YK, pak ve stopě vznikne vodorovná boční reakce SK. Tato reakce se nazývá boční vodící síla kola. Tím dojde k pružné deformaci pneumatiky v bočním směru a osa stopy se vzhledem k podélné rovině kola vychýlí o hodnotu, která závisí na velikosti boční síly a na boční tuhosti pneumatiky. Začne-li se kolo otáčet, pak jeho jednotlivé elementy na povrchu pneumatiky přicházejí do styku s vozovkou bočně vysunuty proti těm elementům, které jsou již ve styku s vozovkou a osa stopy se tím vychýlí o úhel αK. Valící se pneumatika, která je zatížena boční silou se tedy nepohybuje ve směru podélné osy kola. Úhel mezi vektorem rychlosti pohybu kola vK a podélnou osou kola xK se nazývá úhel směrové úchylky αK . Odvaluje-li se kolo se směrovou úchylkou, vznikají ve stopě pneumatiky elementární síly, které vzrůstají směrem k zadnímu konci stopy. Jejich výslednice, tzn. boční vodící síla SK neleží tedy v ose

strana

31


otáčení kola yK, ale je posunuta směrem dozadu. Rameno boční vodící síly vzhledem k příčné ose kola nazýváme závlekem pneumatiky ns. Přeložíme-li boční sílu SK do příčné osy kola, pak na kolo musí působit ještě moment MSK = SK nS. Tento moment natáčí kolo kolem jeho svislé osy do skutečného směru valení kola, a proto je nazýván vratným momentem pneumatiky (kola). 2.4.2

2.4.2 Směrové charakteristiky pneumatiky Závislost boční vodící síly SK a vratného momentu MSk na úhlu směrové úchylky kola αK se zjišťuje experimentálně buď na válcových stavech nebo na pojízdných dynamometrech. Výsledky měření se vynášejí do diagramů, a protože tyto diagramy vyjadřují vlastnosti pneumatiky z hlediska směrové dynamiky, nazýváme je směrovými vlastnostmi pneumatiky. Mezi nejdůležitější směrové vlastnosti pneumatik patří diagramy SK=f(αK) a MSk= f(αK) v závislosti na parametru ZK, což je svislé zatížení kola. Ze směrových vlastností pneumatiky je zřejmé, že boční síla SK a vratný moment MSk nelineárně závisí na úhlu směrové výchylky αK a svislém zatížení ZK. Pouze pro malé úhly αK a konstantní zatížení ZK jsou závislosti SK=f(αK) a MSk= f(αK) lineární. Na směrové vlastnosti pneumatiky mají vliv různé faktory. Vyšší tlak vzduchu v pneumatice při konstantním svislém zatížení kola zvyšuje směrovou tuhost CαK a snižuje vratnou tuhost CMαK obr. 9 a. To znamená, že pro stejnou boční sílu bude mít pneumatika s větším huštěním menší směrovou úchylku. Vyšší huštění snižuje vratný moment kola, tzn. má za následek menší závlek pneumatiky [8].

Obr. 9 Vliv huštění na směrové vlastnosti pneumatiky

strana

32


Vliv konstrukce pneumatiky je znázorněn na obr. 10. Pro stejnou boční sílu SK vznikne na radiální pneumatice menší směrová úchylka, protože tato pneumatika má větší směrovou tuhost než pneumatika diagonální.

Obr. 10 Vliv konstrukce pneumatiky na směrové vlastnosti pneumatiky

Podle povětrnostních podmínek se mění přilnavost vozovky. Vliv tohoto faktoru je znázorněn na obr. 11. Při větších úhlech αK značně klesá boční vodící síla SK i vratný moment kola.

Obr. 11 Vliv povětrnostních podmínek na směrové vlastnosti pneumatiky

strana

33

SLEDOVANÉ PARAMETRY PNEUMATIKY PŘI ZÁVODĚ

3

3 SLEDOVANÉ PARAMETRY PNEUMATIKY PŘI ZÁVODĚ

3.1

3.1 Tlak v pneumatice

Obr. 12 Rozložení tlaku v pneumatice I

Aby byl splněn účel pneumatik, aby bylo dosaženo co nejhospodárnějšího využití pneumatik na motorových a jiných vozidlech, je základní podmínkou přesně dodržovat stanovený tlak huštění. Pneumatiky na kolech vozidla jsou namáhány, jak váhou vozidla a váhou nákladu, tak i hnacími a brzdicími účinky během jízdy. V místě dotyku s vozovkou se pneumatika částečně deformuje v bocích a v běhounu. Otáčením kola se celý obvod pneumatiky postupně deformuje a vrací do původního tvaru. V místě dotyku s vozovkou se běhoun přizpůsobuje povrchu vozovky a bočnice se prohnou; namáhání se tak přenáší až na patky pláště. Při této deformaci vzniká tření jednotlivých textilních vrstev pláště, tření duše o plášť a tření pláště o vozovku. Nahuštěním na správný tlak zachovává pneumatika při dovoleném zatížení přípustnou deformaci a umožňuje tak bezpečnou jízdu, a tlumením nárazů i jízdu pohodlnou. Pneumatika nahuštěná na předepsaný tlak vzduchu dosedá běhounem stejnoměrně na vozovku. Dosáhne se tak stejnosměrného ojíždění a potřebné přilnavosti k vozovce, což má značný vliv na bezpečnost jízdy. Boky pláště při správném huštění se neprolamují a nevznikají tak závady, které by předčasně vyřadily pláště z provozu. Výše tlaku huštění u jednotlivých rozměrů a druhů pneumatik jsou stanoveny na základě konstrukce pneumatik a na základě použitého materiálu, po důkladném ověření praktickými zkouškami. Předepsané tlaky huštění pneumatik je nutno dodržovat, i když vozidlo jede nižší rychlostí, než pro kterou jsou tlaky uvedeny, i když není zatížením vozidla využita únosnost pneumatiky. Nižší tlaky než předepsané mohou být ponechány jen, nepřesahují-li

strana

34


a) 10% u vozidel, u nichž není trvale využito dovolené zatížení alespoň o ¼ nebo u vozidel určených k přepravě nemocných, b) 5% u vozidel ostatních.

Obr. 13 Tlak v pneumatice a jeho vliv na teplotu povrchu pláště

Nedodržováním předepsaných tlaků huštění nastává podhuštění pneumatik. Snížený tlak působí velmi škodlivě na pneumatiky a vystavuje ji poškození; v každém případě však nedodržování předepsaného tlaku způsobuje nepravidelný obrus desénu, a tedy i zkrácenou životnost pláště. Nižším tlakem v pneumatice dochází k její škodlivé deformaci, neboť se v bocích prolamuje. V místě prohybu vzniká větší tření kordových vrstev, což způsobuje zvýšení teploty (zahřátí pneumatiky) a později i rozrušení kordu.Nejen soustavné podhušťování, ale i nahodilé podhuštění při jízdě na krátkou vzdálenost může způsobit narušení kordových vrstev, což se nepříznivě projeví na plášti i později, když plášť je již řádně huštěn. Charakteristickým znakem podhuštění jsou praskliny v boku pláště. Kromě vnitřních poškození pláště má soustavné podhušťování vliv na nestejnoměrné ojetí běhounů. Okraje běhounů jsou nepravidelně a nadměrně ojety a střed pláště zůstává v poměrně dobrém stavu. Je to tím, že se střed běhounu více prolamuje, čímž vzniká větší specifický tlak na okraje běhounu, které se předčasně ojíždějí. Vnitřní poškození plášťů vzniklé podhuštění se neopravuje, neboť takové pláště by nemohly být po opravě hospodárně využity. Jízda na podhuštěných pneumatikách je sice pohodlná, což je patrné zvláště na špatné vozovce, má však za následek menší životnost plášťů. Proto jen předepsaný tlak huštění je zárukou ekonomického využití pneumatik. Přehuštění pneumatik je stejně škodlivé jako podhuštění. Přehuštění nastává nahuštěním pneumatiky na vyšší tlak než je předepsáno. Větším tlakem je střed běhounu vyklenutý a plášť nedosedá při jízdě celou šířkou plochy desénu na vozovku. Charakteristickým znakem přehuštění je značně ojetý střed běhounu, zatímco okraje jsou méně ojety. Přehuštění může zavinit podélné praskliny mezi vzorem běhounu. Přehuštěná pneumatika neodolává provozním překážkám a snadněji se prorazí, rovněž netlumí nárazy způsobené nerovností vozovky, ale tyto přenáší na celé vozidlo. Proto je jízda na přehuštěných pneumatikách nepříjemná.

strana

35


Také roční období má vliv na huštění pneumatik. V horkých letních měsících, zvýšíli se teplem během jízdy tlak huštění, nesmí se tlak snižovat, neboť je-li pneumatika v dobrém stavu, postupně se ustálí a po vychladnutí pneumatiky tlak opět poklesne. Zvýšení tlaku v pneumatice v praxi není tak velké, jak se mnozí domnívají, neboť ke zvýšení tlaku z 5,5 na 8 atm by musela být pneumatika zahřáta na 124°C. Tak vysokých teplot pneumatika během normálního provozu za teplých letních dnů vůbec nedosáhne. Vliv huštění na jízdu Tlak huštění ovlivňuje jízdní vlastnosti vozidla. Výrobci motorových vozidel předepisují u některých typů vozidel rozdílné tlaky huštění pro pneumatiky přední a zadní nápravy. Rozdíly vyplývají z rozdílných tlaků na nápravy vozidla, jež jsou dány konstrukcí vozidel. Tlaky huštění vzhledem ke konstrukci vozidla jsou individuální a má se jimi dosáhnout co nejpříznivějších jízdních vlastností vozidla. Vyšší huštění pneumatik přední nápravy proti pneumatikám zadní nápravy způsobuje vychylování vozidla z určeného směru.

Obr. 14 Rozložení tlaku v pneumatice II

3.2

3.2 Teplota povrchu pláště Vývin tepla v pneumatice Deformace vulkanizátorů a kordů v pneumatice při působení sil není ideálně elastická, dochází k absorpci určité energie. Při pohybu vozidla je teda část hnací síly absorbována hysterezí pneumatiky a přeměňována v teplo. Tento vývin tepla je funkcí podmínek, za nichž pneumatika pracuje, a vede ke vzrůstu teploty pneumatiky. Za daných provozních podmínek bude vzrůst teploty záviset na konstrukci pneumatiky a na viskoelastických vlastnostech použitých materiálů. Teplota pneumatiky má výrazný vliv na její provozní charakteristiky, na odolnost proti oděru a při vyšších teplotách i na celkovou životnost. Protože provozní podmínky jsou obvykle standardizovány na mezinárodní úrovni, musí konstruktér pneumatiky volit takové konstrukční a materiálové provedení, aby udržel provozní teplotu dostatečně nízko. Teplota, které dosáhne pneumatika po delší době provozu, závisí na poměru mezi vývinem a odvodem tepla. Protože pryž je špatný vodič tepla, dojde ke značným rozdílům teplot v profilu pneumatiky. U diagonálních pneumatik jsou strana

36


nejvyšší teploty v oblasti ramena, protože je v této části nejsilnější. Rameno je místem největšího vývinu a nejhoršího odvodu tepla. U radiálních pneumatik je teplotní maximum obvykle v koruně pláště. Ovšem je-li provozní teplota příliš vysoká, objeví se porucha v ramenu, a proto je i zde teplota v této zóně rozhodujícím faktorem při vývoji pneumatik [1].

3.3 Hodnoty teploty a tlaku jak ovlivňují nastavení podvozku automobilu

3.3

Základní nastavení vozu Je to v podstatě hra na: „Kam se přesouvá váha?“. Při brždění auta ve vysoké rychlosti se všechna váha přesouvá směrem dopředu. Při zrychlování se váha přesouvá k zadní části vozu. Při zatáčení doleva jde váha doprava a naopak. Auto má nějakou váhu a ta se přesouvá podle toho, jakým směrem chceme jet. To co chceme dělat, je ovládat tento pohyb. Kvůli tomu máme několik zařízení, kterými ovlivňujeme nastavení podvozku automobilu. Mezi tyto zařízení např. patří: pružiny, tlumiče, příčné stabilizátory, převodovka, brzdy, diferenciál. Správné nastavení podvozku automobilu můžeme ovlivnit např. i nastavením světlé výšky, upravením odklonů kol a jejich sbíhavosti a v neposlední řadě i úpravou tlaku v pneumatikách, který mimo jiné ovlivňuje teplotu povrchu pneumatiky. Tlak v pneumatice má přímou souvislost s teplotou povrchu pláště a proto je správné nahuštění důležitým faktorem, kterým ovlivňujeme správné nastavení vozu. Pokud máme nízký tlak vzduchu v pneumatikách, dostaneme větší přilnavost, ale když budeme mít vyšší tlak vzduchu, auto pojede rovně rychleji. Vyšší tlak také zvyšuje přesnost řízení.

Obr. 15 Měření teploty povrchu pláště

Také roční období má vliv na huštění pneumatik. V horkých letních měsících, zvýšíli se teplem během jízdy tlak huštění, nesmí se tlak snižovat, neboť je-li pneumatika v dobrém stavu, postupně se ustálí a po vychladnutí pneumatiky tlak opět poklesne.

strana

37


Teplotu povrchu pláště měříme na třech bodech pneumatiky a to ve středu a na okrajích. V případě správného nahuštění pneumatiky by měly být teploty vyrovnané, v opačném případě musíme upravit některé parametry. Jak číst teplotu pneumatik ke správnému nahuštění pneumatiky: Tab. 3 Teploty povrchu pláště na podhuštěné pneumatice

Bod měření Teplota [°C]

Vnější 70

Uprostřed 50

Vnitřní 60

Naměřené hodnoty teplot ukazují nízké nahuštění pneumatik. Naopak níže uvedené hodnoty jsou známkou přehuštění pneumatik. Tab. 4 Teploty povrchu pláště na přehuštěné pneumatice


Vnější 70

Uprostřed 90

Vnitřní 55

Naměřená teplota nám poskytuje i informace o nastavení odklonů kola, který můžeme měnit. Pokud máme velké odklony, auto pojede rychleji v přímém směru z důvodu menší kontaktní plochy se silnicí. Ale příliš velké odklony znamenají prodloužení brzdné dráhy a horší akceleraci. Všechna závodní auta mají na normálních tratích (ne na oválech) negativní odklony. To dodá vnějším kolům optimální kontaktní plochu s vozovkou při zatáčení. Na oválných tratích se zatáčí jen na jednu stranu, proto potřebujeme negativní odklony na vnitřních kolech a positivní odklony na kolech vnějších, takže vnitřní kola mají také maximální kontaktní plochu se zemí. Jak číst teplotu pneumatik ke správnému nastavení odklonů: Tab. 5 Teploty povrchu pláště na pneumatice s negativním odklonem


Vnější 70

Uprostřed 81

Vnitřní 110

Pokud teploty vypadají takto, jsou nastaveny moc velké odklony. Tab. 6 Teploty povrchu pláště na pneumatice s pozitivním odklonem


Vnější 90

Uprostřed 80

V případě výše uvedených hodnot, jsou odklony malé.

strana

38

Vnitřní 55

ZÁVĚR

4 ZÁVĚR

4

Tato práce popisuje veličiny ovlivňující vlastnosti pneumatiky a jejich vztah k jízdním vlastnostem vozidla. Správná funkce pneumatiky závisí na konstrukci a materiálech, z kterých je pneumatika vyrobena.Významnými parametry pneumatiky jsou radiální tuhost, která má vliv na pohodlí v automobilu a na její přilnavosti k vo0zovce, směrové vlastnosti určující chování vozidla v zatáčkách, skluzové vlastnosti atd. Důležitým parametrem je také správné nahuštění, které je určující pro optimální využití stykové plochy mezi vozovkou a pneumatikou, což se projeví na opotřebení pneumatiky, na její přilnavosti, a umožní pohodlnou, hospodárnou a bezpečnou jízdu. Lze tedy závěrem zkonstatovat, že pneumatiky nelze dosud nahradit jiným mechanismem nebo zařízením, kterým by bylo možno dosáhnout obdobných vlastností.

strana

39

SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ

5

5 SEZNAM POUŽITÝCH ZDROJŮ [1] [2] [3] [4] [5] [6] [7] [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] [15] [16] [17] [18] [19]

KÚDELA, F.: Pneumatiky, Slovenské vydavateľstvo technickéj literatúry, Bratislava 1962. 287 s. VLK, F.: Podvozky motorových vozidel, Nakladatelství a vydavatelství Vlk, Brno 2000. MARCÍN, ZÍTEK: Pneumatiky, Nakladatelství technické literatury, Praha 1985. 492 s. PITUCHA, E.: Pneumatiky (výroba, údržba, opravy), Nakladatelstvo dopravy a spojů, Praha 1961.251 s. VLK, F.: Dynamika motorových vozidel, Nakladatelství a vydavatelství Vlk, Brno 2003. 432 s. ISBN: 80-239-0024-2. PAUER, V.: Formule, Nakladatelství Fraus, Plzeň 2005. DOČKAL, KOVANDA, HRUBEC: Pneumatiky, Vydavatelství ČVUT, Praha 1998. 71 s. ISBN: 80-01-01882-2. VLK, F.: Teorie a konstrukce motocyklů 1, Prof. Ing. František Vlk, DrSc., nakladatelství a vydavatelství, Brno 2004. 355 s. ISBN: 80-239-1601-7. VLK, F.: Teorie a konstrukce motocyklů 2, Prof. Ing. František Vlk, DrSc., nakladatelství a vydavatelství, Brno 2004. ISBN: 80-239-1601-7. GAETANO, C.: Motorcycle Design nad Technology, Giorgio Nada Editore s. r.l., Vimodrone (MI), Italy 2005. 215 s. ISBN: 88-7911-344-5. http://www.vossost.cz http://www.barum-pneu.cz http://www.michelin.cz http://www.prima-pneumatiky.cz http://www.carbibles.com http://www.topspeed.com http://www.flirthermography.com http://www.pneus-online.co.uk http://www.chris-longhurst.com

strana

40

SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK, SYMBOLŮ A VELIČIN

6 SEZNAM POUŽITÝCH ZKRATEK, SYMBOLŮ A VELIČIN D [mm] lo [mm] Ok [mm] B [mm] bq [mm] s [mm] H [mm] rs [mm] s [-] vo [m.s-1] v [m.s-1] Fs [N] ks [-] x [-] µ [-] Fp [N] kc [-] Fc [N] Fb [N] Fa [N] fk [-] c1 [-] Zstat [N] zz1stat [mm] s [mm] rd [mm] rK [mm] MK [N.m] FK [N] FKmax [N] G [N] Gcosα [N] µv [-] YK [N] SK [N] xK [-] yK [-] αK [rad] vK [m.s-1] ns [mm] MSK [N.m] ZK [N] CMαK [Nm/rad] CαK [Nm/rad]

6

- vnější průměr pneumatiky - obvod pneumatiky - odvalená obvod pneumatiky - šířka nové pneumatiky - šířka zatížené pneumatiky - šířka profilu pneumatiky - výška profilu pneumatiky - statický poloměr pneumatiky - skluz - obvodová rychlost kola - rychlost pohybu vozovky vzhledem k ose kola - celková tangenciální síla - tuhost kola - koordináta povrchového prvku - koeficient tření - normálová síla - tuhost - obvodová síla - brzdná síla - hnací síla - součinitel valivého odporu - radiální tuhost pneumatiky (konstantní hodnota) - zatížení nápravy - stlačení pneumatiky - radiální tuhost pneumatiky - dynamický poloměr kola - valivý poloměr kola - hnací moment - hnací síla - maximální hnací síla - zatížení vozidla - zatížení vozidla kolmé k rovině vozovky - součinitel valivé přilnavosti - boční síla - vodorovná reakce boční síly - podélná osa kola - osa otáčení - úhel směrové úchylky - rychlost pohybu kola - závlek pneumatiky - vratný moment - svislé zatížení kola - vratná tuhost pneumatiky - směrová tuhost pneumatiky

strana

41

SEZNAM OBRÁZKŮ A GRAFŮ

7

7 SEZNAM OBRÁZKŮ A GRAFŮ Obr. 1 Diagonální konstrukce pneumatiky Obr. 2 Radiální konstrukce pneumatiky Obr. 3 Konstrukce pneumatiky Obr. 4 Rozměry pneumatiky Obr. 5 Značení pneumatik Obr. 6 Skluz vs. koeficient tření Obr. 7 Skluz vs. koeficient tření Obr. 8 K vysvětlení radiální tuhosti pneumatiky Obr. 9 Vliv huštění na směrové vlastnosti pneumatiky Obr. 10 Vliv konstrukce pneumatiky na směrové vlastnosti pneumatiky Obr. 11 Vliv povětrnostních podmínek na směrové vlastnosti pneumatiky Obr. 12 Rozložení tlaku v pneumatice I Obr. 13 Tlak v pneumatice a jeho vliv na teplotu povrchu pláště Obr. 14 Rozložení tlaku v pneumatice II Obr. 15 Měření teploty povrchu pláště

strana

42

17 18 19 21 21 28 28 30 32 33 33 34 35 36 37

SEZNAM TABULEK

8

8 SEZNAM TABULEK Tab. 1 Tab. 2 Tab. 3 Tab. 4 Tab. 5 Tab. 6

Značení pneumatik Součinitel valivého odporu pro různé povrchy vozovek Teploty povrchu pláště na podhuštěné pneumatice Teploty povrchu pláště na přehuštěné pneumatice Teploty povrchu pláště na pneumatice s negativním odklonem Teploty povrchu pláště na pneumatice s pozitivním odklonem

22 29 38 38 38 38

strana

43

VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY

Recommend Documents