ISSN 2305-5626. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана: электронное издание. 2013
2
и полиуретана. Перед разработчиками подобных систем стоит задача
выбора наиболее удачного конструктивного облика шины не только
исходя из параметров прочности, надежности, обеспечения требуе-
мых упругих и демпфирующих характеристик, но и с учетом специ-
фических требований, таких как обеспечение наилучшей способно-
сти отдавать теплоту в окружающую среду при эксплуатации
автомобиля и самоочищения при загрязнении.
Целью настоящей работы является сравнительный анализ кон-
струкций НПШ с различным исполнением упругого элемента и вы-
бор наиболее рациональной конструкции из условия обеспечения не-
обходимой несущей способности и тепловой нагруженности.
Объектом исследования служил легковой автомобиль с колесной
формулой 4
×
4 со следующими характеристиками: полная масса 1500 кг;
свободный радиус колеса при номинальной нагрузке 308 мм; ско-
рость движения в городском режиме 40 км/ч; максимальная скорость
движения 100 км/ч.
В качестве материала НПШ предложено использовать полиуретан
марки СКУ-ПФЛ-100М. Сочетание высокой твердости с эластично-
стью и термостабильностью обусловливает возможность применения
данного материала в качестве конструкционного для создания автомо-
бильной НПШ. Материал имеет следующие характеристики: времен-
ное сопротивление 26 МПа, модуль упругости 52 МПа, коэффициент
Пуассона 0,47, максимальная температура эксплуатации 80
°
С.
В современной практике для решения подобных задач существу-
ют различные методы, такие как проведение натурных или лабора-
торных испытаний и численное математическое моделирование. В
первом случае необходимы затраты большого количества времени на
проведение достаточного количества дорогостоящих экспериментов,
во втором — требуется намного меньше времени для получения ре-
зультата, позволяющего с достаточной точностью судить о работо-
способности исследуемых конструкций. К численным относится ме-
тод конечных элементов (МКЭ), получивший в наши дни широкое
распространение.
В качестве исследуемых были выбраны две конструкции НПШ.
Первая (рис. 1,
а
) имеет вид обода, соединенного с покрышкой посред-
ством упругих спиц; упругий элемент второй конструкции (рис. 1,
б
)
выполнен в виде сот. Были созданы трехмерные модели предлагае-
мых конструкций в программном комплексе SolidWorks. Модели
имели одинаковые габаритные размеры, рисунок протектора и тол-
щину стенок упругого элемента.
Расчетная модель (рис. 2) представляет собой элемент ступицы в
сборе с шиной. Конструкция покоится на неподвижной опорной по-
верхности (ОП). Перемещения и повороты конструкции в плоскости,
перпендикулярной плоскости вращения колеса, и плоскости ОП от-
сутствуют. К элементу ступицы приложена вертикальная сила
P
z
=
= 3 675 Н, что соответствует весу, приходящемуся на одно колесо.
1 3,4,5,6,7,8,9