Испытания литых алюминиевых колёс

Внедрение: 2012 г.

Установка измерительная LTR  была применена в исследованиях напряженно-деформированного состояния (НДС) литых алюминиевых автомобильных колес при ударных и статических нагрузках. Эти исследования проводились в «Московском  автомобильно-дорожном государственном техническом университете (МАДИ)» и описаны в одной кандидатской диссертации [1] и в одном учебном пособии [2]. 

Объектом исследования были литые колеса, изготовленные из высокопрочного алюминиево-кремниевого сплава, типа 7Jxl6H2 (с пятью крепежными отверстиями и десятью спицами) и типа 5Jxl4 (с четырьмя крепежными отверстиями и шестью спицами), предназначенные для автомобилей среднего класса.
 

Для создания статической нагрузки использовался гидравлический стенде (пресс), показанный на рисунке 1. 

.

Рисунок 1. Стенд для испытаний колеса на статическую нагрузку : 1 – силовой цилиндр; 2 – неподвижная траверса; 3 – колесо; 4 – переходная плита; 5 – ступица; 6 – цилиндрический толкатель; 7 – динамометр.

Блок-схема измерительной аппаратуры приведена на рисунке 2. Тензорезисторы (2) устанавливаются на колесо (1) с помощью клеящего состава «Циакрин СО-9». Тензорезисторы подключаются к LTR212 (4) по схеме полумоста с использованием блока компенсационных тензорезисторов (3). 

Рисунок 2. Блок-схема регистрации деформаций: 1 – колесо; 2 – тензорезисторы; 3 – блок компенсационных тензорезисторов; 4 – Установка измерительная LTR (16-канальная конфигурация с тензометрическими модулями LTR212); 5 – компьютер.

На рисунке 3 показаны 16 точек расположения тензорезисторов. Нагружение колеса осуществляется за счет медленного с постоянной скоростью подъема штока гидроцилиндра. Значение силы, действующей на колесо, определялось по показаниям индикатора, установленного на динамометре. В процессе нагружения фиксируются значения силы и соответствующие прогибы обода. 

Рисунок 3. Точки расположения тензорезисторов на колесе типа 7Jx16.

На рисунке 4 показан вид нагружения колеса при нагрузке, приложенной напротив спицы и между спицами. 

Рисунок 4. Варианты приложения нагрузки.

Нагрузка прикладывалась к наружному ободу (закраине) колеса в зонах, расположенных на оси спицы или между спицами, под углом 30° к оси вращения колеса, что имитировало условия удара о неподвижное препятствие при заносе автомобиля массой 1000 кг, движущегося со скоростью 60 км/ч (соответствует требованиям ГОСТ Р 50511-93).

Рисунок 5. Графики зависимостей изменения средних значений деформации от времени при статических испытаниях между спицами.

На рисунке 5 представлены результаты испытаний в восьми точках измерений (номера тензорезисторов соответствуют рисунку 3), соответствующие испытаниям при приложении нагрузки к закраине колеса между спицами в виде зависимости деформаций от времени. На одном из графиков вертикальными красными линиями показаны дисперсии измеренных деформаций (по шести измерениям). Разброс экспериментальных данных в среднем не превышает 10%. Практически нулевые значения деформаций в начале и конце испытаний подтверждают, что вся измерительная аппаратура в течение всего цикла нагружения (от момента приложения нагрузки до момента снятия) работает правильно.

На рисунке 6 представлены графики зависимостей деформаций от усилий P, прикладываемых в зоне между спицами, для тензорезисторов № 4, 6, 7, 10, 14, 15.

Рисунок 6. Графики изменения деформаций от силы, приложенной между спицами.

Основные выводы диссертационной работы:

1. Разработана методика экспериментального исследования деформированного состояния литых алюминиевых колес при статических и динамических нагрузках, приложенных в различных зонах обода колеса и под различными углами к оси колеса.
2. Результаты экспериментального исследования типовых автомобильных колес из алюминиевых сплавов (на боковой и косой удар), позволили установить среднее значение коэффициента динамичности как отношение динамической и статической деформации.
3. Экспериментально установлено пренебрежимо малое влияние шины на НДС колеса при его статическом и динамическом нагружении.
4. Сравнение данных экспериментального исследования и расчетов колес по методу конечных элементов при статическом нагружении под углом 30° и вдоль оси колеса показало хорошее соответствие полученных результатов (до 13%) и позволило оценить адекватность разработанных конечно-элементных моделей для оценки НДС колес.
5. В результате исследования установлено, что динамическое поведение литого колеса при ударе зависит от свойств материала и практически не зависит от конструкции колеса. Полученное среднее значение коэффициента динамичности К_{д ср}, как отношение величин динамической и статической деформации, в различных точках колеса может быть принято равным 10-ти для всех колес из литых алюминиево-кремниевых сплавов.
6. Разработана инженерная методика оценки динамической нагруженности колеса при проектировочных расчетах на ударные нагрузки, приложенные вдоль оси или под углом в 30° к оси вращения колеса, основанная на использовании коэффициента динамичности и данных статического расчета.
    

Результаты диссертационной работы учитывались при разработке технического регламента «О безопасности колесных транспортных средств», используются в учебном процессе кафедры строительной механики и кафедры эксплуатации автомобильного транспорта и автосервиса МАДИ. Также результаты работ были использованы при выполнении НИР «Научно-образовательный центр по проблемам безопасности в автотранспортном комплексе МАДИ» по Федеральным целевым программам «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» в 2010 и 2011 гг.
 

Источники: 

1. Миронова В.В. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук «Исследования напряженно-деформированного состояния литых алюминиевых автомобильных колес при ударных нагрузках». – Москва. – 2012. – 19 с.
2. Демьянушко И.В., Логинов Е.М., Миронова В.В. Расчет и экспериментальное исследование напряжённо-деформированного состояния автомобильных колёс на статическую нагрузку: учебное пособие. – М.: МАДИ. – 2014. – 49 с. 

Разработчик: Миронова Виолетта Валерьевна