Зачем шины автомобилей делают ребристыми

Обновлено: 02.07.2024

Это интересно
Самую большую плотность во Вселенной имеют
черные дыры (ρ ~ 1014 кг/м³) и нейтронные звезды (ρ
~ 1011 кг/м³).
Самую низкую плотность имеет межгалактическая
среда (ρ ~ 10-33 кг/м³).
нейтронная звезда
черная дыра
межгалактическая
среда
В астрономии большое значение имеет средняя
плотность небесных тел, по ней можно
приблизительно определить состав этого тела.

Это интересно
Земная кора состоит из слоев, различающихся по
плотности. Средние значения плотности земной
коры и Земли в целом составляют, соответственно,
2700 кг/м3 и 5520 кг/м3.

Это интересно
Определение массы частицы вещества
Частицы в жидкости располагаются достаточно плотно.
Можно считать, что на каждую частицу вещества приходится
объем, равный объему куба, сторона которого равна
диаметру частицы.
V0 – объём частицы вещества
p – плотность
m0 – масса частицы вещества
m0 – p X V0 = p X d3
m0 = 800 кг/м3 x (3 x 10-10м)3
m0 ≈ 2 x 10-26 кг
Зная плотность жидкости,
диаметр и объем частицы
вещества, можно найти массу
частицы вещества.
Для этого необходимо плотность
вещества умножить на объем
частицы.

ЗНАЕШЬ ЛИ ТЫ?
• Массу драгоценных камней
определяют в каратах (0,2 г) – это
масса семени одного из видов
бобов.
• В Древнем Вавилоне за единицу
массы принимали талант – массу
воды, наполняющей такой сосуд, из
которого вода равномерно вытекает
через отверстие определенного
размера в течение часа.
• На Руси древнейшей единицей
массы была гривна (409,5 г).
Впоследствии она получила
название фунта. Для определения
больших масс использовался пуд
(16,38 кг), а малых – золотник (12,8
г).

Перевод единиц измерения в СИ
Подумай и ответь
1
2
3
4
5
6
7
36 км/ч
360 км
2,5 ч
80 мм
6 км/мин
450 см
7,9 км/с
…
…
…
…
…
…
…
м/с
м
с
м
м/с
м
м/с

Перевод единиц измерения в СИ
Проверь свои ответы. Поставь себе оценку
1
2
3
4
5
6
7
36 км/ч
360 км
2,5 ч
80 мм
6 км/мин
450 см
7,9 км/с
10
360 000
9 000
0,08
100
4,5
7 900
м/с
м
с
м
м/с
м
м/с

Шевели мозгами…
Почему
металлические
ступеньки
(лестницы,
подножки
трамвая, поезда и
т.п.) не гладкие, а
имеют рельефные
выступы?

Проводники сообщили заряд 1*10'9 кл, его зарядили до потенциала 100 в. Определить электроемкость проводника?

Две стальные проволоки, имеющие одинаковые длины, но разные сечения, включены параллельно в цепь. В какой из них будет выделяться большее количество теплоты за одно и то же время?

Помогите с переводом поқжалуцста)) Привет Сауле. Как твои дела? Что у тебя нового? Куда ты собираешься этим летом поехать в отпуск? Я хочу поехать на море в Батуми.

Скорость автобуса равна20 м/с а скорость гоночного автомобиля 360 км/ч. Во сколька раз скорость гоночного автомобиля больше скорости автобуса

Колесо — это повседневный элемент жизни. И все же многие люди до сих пор не знают, из чего изготовлена шина и почему ее протекторы сделаны с разным рисунком. Именно об этом и пойдет речь ниже.

Что такое протектор

Протектор — это та часть колеса, которая находится в контакте с поверхностью дороги. Если посмотреть на различные шины, представленные на рынке, можно заметить большое разнообразие рисунков.

Почему они такие разные?

Потому что рисунок на чертеже — это уникальный дизайн, который дает сцепление с автомобилем и управляемость для конкретных условий вождения. Все как в детективных фильмах, можно идентифицировать след шины по отметкам, которые он оставляет на дороге.

Каждый рисунок состоит из четырех частей:

Ребра— они являются рельефной частью рисунка, образованного выступами рисунка.
Канавки— глубокие каналы, расположенные по окружности и в боковом направлении вдоль шины.
Шпильки — резиновые сегменты в рельефе, которые соприкасаются с поверхностью дороги.
Ламели — маленькие и узкие канавки, впрессованные в шпильки рисунка.

Вместе ребра, канавки, выступы протектора и ламели могут быть расположены по уникальному шаблону для регулировки характеристик шины в ключевых областях, таких как шум, вождение, сцепление с дорогой и износ.

Это дает производителям шин возможность разрабатывать рисунки протектора для удовлетворения конкретных потребностей вождения, таких как торможение во влажных условиях, движение по сухим поверхностям, устойчивость и сцепление на льду и снегу.

Сколько существует рисунков? Довольно много, но, вообще говоря, три категории рисунков можно отличить от рисунка шин.

Асимметричный рисунок

Шина с асимметричным рисунком имеет два разных рисунка протектора: один на внутренней половине шины и один на внешней половине. Внутренний чертеж отвечает за вытеснение воды и защиту от скольжения.

Наружный протектор имеет жесткие проушины для повышенной боковой жесткости, обеспечивающей отличное сцепление при поворотах или движении по сухим поверхностям, а также меньший внутренний шум. Такое сочетание характеристик делает асимметричные шины особенно популярными для использования в автомобилях с высокими эксплуатационными характеристиками.

Ключевая особенность:

отличное вождение.
высокая устойчивость на поворотах.
хорошее сцепление во влажных условиях.

Симметричный рисунок

Наиболее распространенный тип рисунка является симметричным. Подходит для шин легковых автомобилей, но не для использования с высокими эксплуатационными характеристиками.

Шины в этой конструкции имеют непрерывные ребра или отдельные выступы протектора по всей поверхности протектора, и обе половины шины имеют одинаковый рисунок.

Ключевая особенность:

Плавное вождение.
Высокая курсовая устойчивость.
Низкое сопротивление укачиванию.

Шины с симметричным рисунком обеспечивают владельцу автомобиля максимальную гибкость при вращении шин, не влияя на повседневную работу. Они также тихие, долговечные и экономичные. Но они менее приспособлены к изменяющимся дорожным условиям.

Направленной рисунок

Шина с направленным рисунком предназначена для вращения вперед только в одном направлении. У нее есть боковые углубления, которые совпадают в середине шага и напоминают форму наконечника стрелы.

Однако их цель выходит за рамки спортивной эстетики. V-образные канавки лучше противостоят заносам на мокрой дороге и на высоких скоростях, так как они более эффективно вытесняют воду через рисунок рисунка.

Еще одним преимуществом является дополнительная тяга, которая обеспечивает отличную езду по снегу или по грязи.

Ключевая особенность:

Высокая защита от скольжения на мокрой дороге.
Отличная езда по снегу и грязи.
Очень хорошее сцепление с дорогой на высоких скоростях.

Чем отличаются легкие коммерческие автомобили от легковых? Прежде всего тем, что они оптимизированы для перевозки грузов. Легковушки тоже иногда грузят, что твоих осликов, но поступают так далеко не все владельцы, и происходит это не так уж часто. Это означает, что на шины LCV регулярно действуют куда большие нагрузки, а это требует внесения в конструкцию соответствующих изменений, позволяющих эти нагрузки выдерживать.

Ну а во-вторых, как правило, суточные пробеги коммерческих автомобилей в разы превышают пробеги легковушек, если, конечно, данный легковой автомобиль не работает в такси. В результате вопрос устойчивости к износу и ходимости выходит на первый план, ведь система приоритетов у частных владельцев легковых автомобилей и операторов LCV имеет весьма существенные различия.

Для владельца пассажирского седана, хэтчбека или кроссовера на первом плане будут стоять разгонная и тормозная динамика, управляемость, комфорт и шумность, и за улучшение этих показателей клиенты готовы платить, и порой – весьма серьезные деньги. Владельцы коммерческих транспортных средств тоже обращают внимание на эти параметры, но главными для них являются вопросы, связанные с экономикой: начальная цена и ходимость, то есть срок эксплуатации.

Понятно, что многие из этих параметров находятся в противоречии, и эти противоречия становятся особенно яркими в случае разработки зимних шин. Судите сами: для обеспечения максимального сцепления с покрытием в условиях низких температур состав резиновой смеси протектора должен быть максимально мягким. Но чтобы обеспечить наилучшую устойчивость к истиранию, а значит, и долгий срок службы, этот состав должен быть жестким! Для снижения расхода горючего (а этот параметр тоже является критически важным для владельцев LCV) требуется уменьшать сопротивление качению, но для этого тоже лучше подходит жесткий резиновый компаунд. И получается такая картина: улучшили топливную эффективность, заодно повысили ходимость, а вместе с этим ухудшилось сцепление с покрытием и управляемость. Применили более мягкую смесь, повысили комфорт, снизили шум, повысили управляемость на мокром асфальте и в снежной каше – ухудшились эксплуатационные показатели. Нос вытащил – хвост увяз, хвост вытащил – нос застрял! В результате разработка идеально сбалансированного изделия превращается в невероятно сложную задачу, требующую привлечения всех доступных интеллектуальных и технологических ресурсов.

Как шинники решают поставленные перед ними задачи, мы рассмотрим на примере компании Toyo Tires. Еще в 2011 году она представила коммерческие зимние шины Toyo H09. Эта модель воплотила практически все доступные на тот момент технологии: состав резины протектора с улучшенной устойчивостью к износу и профиль каркаса для равномерного распределения давления контакта гарантировали достаточно длительный срок службы, рисунок протектора с волновыми ламелями обеспечил высокое боковое и продольное сцепление на мокрой и заснеженной дороге, а прочные стальные брекеры вместе с усиленной конструкцией борта минимизировали внутреннее напряжение в каркасе во время движения.

Рассказывая о летней шине Toyo Nanoenergy Van, мы уже отмечали, что жизненный цикл отдельных моделей шин для легкого коммерческого транспорта оказывается гораздо более длинным, чем в случае с шинами для легковых автомобилей. В легковых линейках производители стараются представить преемника каждые 5 лет, а вот средний срок жизни модели коммерческой шины составляет лет десять… Так что замена для модели H09 появилась во вполне ожидаемые сроки.

Работая над новой моделью, получившей название Observe Van, конструкторы ставили перед собой следующие задачи: улучшить работу шины на мокром покрытии, в частности, сократить тормозной путь, а также повысить управляемость и устойчивость, улучшить управляемость при движении в снегу, повысить срок службы шины за счет усиления каркаса и повышения износостойкости протектора. При этом сопротивление качению должно было соответствовать категориям C~E, сцепление на мокром покрытии – категории B (по европейской системе маркировки шин), а уровень шума не должен был превышать 72 дБ. И с этими задачами конструкторы успешно справились! Ну а теперь давайте посмотрим, за счет чего им удалось добиться заданных показателей.

Начнем с того, что первым делом видит любой пользователь – с рисунка протектора. На первый взгляд, рисунок очень похож на рисунок протектора новых летних шин Toyo Nanoenergy VAN, продажи которых начались весной 2020 года. Те же четыре ряда блоков, два ряда центральных, соединенных в двойное центральное ребро с зигзагообразной канавкой, и два ряда широких плечевых блоков. Такой рисунок повышает общую жесткость, а значит – управляемость и износостойкость. Главным отличием зимних Observe Van от летних Nanoenergy Van стало наличие множества волнообразных 3D-ламелей, рассекающих и центральные, и плечевые блоки. При внимательном рассмотрении можно найти и другие различия: кромки поперечных канавок, разделяющих блоки протектора, сделаны ступенчатыми, что улучшает передачу тягового усилия на заснеженном покрытии.

Эффективность работы шины зависит не только от рисунка протектора, но и от ее внутренней конструкции. В данном случае конструктивно зимние Observe Van и летние Nanoenergy Van весьма похожи: в обоих случаях непосредственно под протектором находится слой брекера с нитями корда спирального плетения, обеспечивающий однородность характеристик по всей длине окружности шины. Под ним расположены слои металлокорда с высокой прочностью на растяжение, под металлокордом – многослойный каркас из полиэстера высокой жесткости. Но главной конструктивной особенностью шин Observe Van стал мощный усилитель борта, встроенный в боковую стенку шины. При сравнении с шинами Toyo H09 выяснилось, что этот конструктивный элемент способен на 75% снизить внутренние напряжения и амплитуду плотности энергии деформации, что в свою очередь самым существенным образом сказывается на увеличении срока службы шины.

Шина Toyo Observe Van

Стоит отметить, что разработка как рисунка протектора, так и внутренней конструкции Toyo Observe Van производилась с использованием системы компьютерного проектирования и моделирования T-MODE. О том, что представляет собой эта система и какие преимущества она дает, мы уже рассказали, причем достаточно подробно. Хотим лишь подчеркнуть, что одним из её блоков является математическая модель, описывающая взаимодействие шины со снегом и позволяющая в режиме реального времени прогнозировать поведение шины на снегу, а также оценивать силы трения между снегом и резиной в условиях нагрузок и скоростей, соответствующих условиям использования реального автомобиля. При этом снег – это очень сложная среда в плане моделирования ее взаимодействия с шиной. Нужно учесть массу параметров, включая размер частиц снега, плотность и содержание воды… Но все эти сложности удалось успешно преодолеть, и теперь технология T-MODE позволяет визуально оценивать характеристики шины, которые трудно измерить в ходе эксперимента: например, то, как деформируется шина и как распределяется давление в пятне контакта на скорости свыше 100 км/ч. Получить такие данные путем непосредственных измерений очень сложно, даже если использовать самые современные датчики. Именно применение технологии T-MODE позволило добиться того, что в сравнении с Toyo H09 жесткость и способность сопротивляться деформирующим нагрузкам, возникающим при торможении, у Observe Van возросла в области плечевых блоков на 27%, и в области центрального ребра – на 51%.

И, конечно же, достижение поставленных целей потребовало серьезной работы по созданию резиновой смеси с требуемыми параметрами, причем, как уже было сказано, требовалось достичь баланса между прямо противоположными требованиями: максимальной устойчивостью к истиранию и эластичностью в условиях низких температур. И вряд ли специалисты Toyo смогли бы получить требуемое, если бы не разработанная к этому времени технология Nano Balance.

Смысл технологии Nano Balance состоит в работе с резиновой смесью на молекулярном, то есть наноуровне.

Эта работа состоит из нескольких этапов. На первом ведется тщательное изучение наполнителей и полимеров резиновой смеси на молекулярном уровне. В ходе этого изучения анализируются и проверяются реакции наблюдаемых молекулярных структур резиновой смеси в различных условиях движения. На втором этапе на основе собранных данных проводится моделирование молекулярной динамики с целью подавления физического перемещения молекул резины. Такое подавление снижает теплообразование, а значит, и потери энергии и снижения сопротивления качению.

Однако резиновая смесь потому и называется смесью, что в нее помимо каучуковых эластомеров входят многие другие вещества и соединения. На следующем этапе методом конечных элементов моделируется поведение различных компонентов, входящих в состав смеси. Инженеры добиваются минимизации трения между компонентами и уменьшения зон концентрации напряжения, и уже на основании построенных моделей подбирается количественный и качественный состав смеси.

Ну а завершающим этапом работы системы Nano Balance является контроль соединения наполнителей и их оптимальной дисперсии в ходе производства резиновой смеси, причем этот контроль также производится на молекулярном уровне.

Читайте также: