Фрикционная шина что это такое: Как работает липучка, она же зимняя фрикционная шина

Содержание

Как работает липучка, она же зимняя фрикционная шина

Липучкой в простонародье называют такой класс зимних шин, которые способны без различных ухищрений, в виде шипов например, цепляться за поверхность льда. Может показаться, что липучка на самом деле присасывается к ледяной поверхности, но это вовсе не так.

Настоящее название липучек «зимняя фрикционная шина», а слово фрикционный обозначает нечто трущееся. Различные производители добиваются повышенной цепкости разными способами.

Как же работает липучка

Все фрикционные шины объединяет наличие большого количества ламелей. Ламель, это небольшая полоска резины, или часть «шашечки» протектора, который разделен на секции. Разделение протектора на ламели увеличивает давление на дорожное покрытие. Это первое свойство, но далеко не единственное.

Лед будет скользким до тех пор, пока на его поверхности имеется вода. Задачей фрикционных шин является эффективно удалять водяную пленку с поверхности льда. Именно поэтому каждая ламель имеет такую замысловатую форму, а не является насечкой от ножа.

Увеличивает водоотведение изготовление шины из пористой резины, в итоге та влага, которая не была отведена давлением, попросту попадает в поры и не мешает резине высушивать асфальт.

После того, как влага была удалена, в силу вступают задумки инженеров, которые нацелены на то, чтобы зацепиться как можно лучше за сухой лед. Для этого протектор изготавливается с добавлением шершавой примеси, а резина при этом работает как наждачка.

Так же очень важно, чтобы резина протектора была мягкой, так как при этом протектор будет в точности повторять рельеф неидеального льда, и при этом лучше цепляться за мелкие бугорки, и тонуть в мелких впадинках.

Так же стоит отметить, что прогретая зимняя шина хорошо набирает температуру и способна расплавить структуру льда. Попробуйте медленно проехать по идеальному льду на липучке, и вы заметите, что протектор оставляет следы на поверхности льда.

Именно так и работает зимняя фрикционная шина, или в простонародье «липучка».

РЕКОМЕНДУЕМ ТАКЖЕ ПРОЧИТАТЬ:

Рекомендации ✪ Фрикционная шина — что это такое, что значит фрикционные шины скандинавского типа, рейтинг зимних шин,

Перед каждой зимой миллионы водителей становится перед выбором: остаться в «клубе любителей летней резины» или все-таки прикупить комплект. Шипованные покрышки нравятся далеко не всем: много шума, забивается и стираются об асфальт. Есть альтернатива – липучка или фрикционная резина. О ее преимуществах, качествах и видам вы узнаете из этой статьи.

Описание фрикционных шин

Итак, что такое фрикционные шины?

С английского «friction» переводится как трение. В русском языке прижилось простонародное название «липучка».

Главное отличие от шипованной резины – отсутствие шипов. Но это не означает, что липучка демисезонная. Отсутствие шипов компенсируется рядом других качеств:

  1. Состав резины более мягкий. По ощущениям, она будто чуть спущенная и более вязкая. Это позволяет повысить трение даже со льдом.
  2. Особый протектор. Рисунок у липучки состоит из мелких поперечных канавок. Они «выплевывают» влагу из под контактного пятна, поэтому резина не скользит. Глубина протекторов также увеличена, поэтому можно ездить по сугробам.

К тому же фрикционные шины соответствуют экологическим требованиям ЕС.

В большей части Европы (кроме Финляндии и Норвегии) шипованная резина строго запрещена. Если соберетесь туда в отпуск на машине – пропустят только с липучкой.

Впрочем, какие-то шипы у покрышек есть. Если посмотреть под увеличением, то поверхность покрыта мелкими выступами. С помощью них и осуществляется эффект прилипания.

Плюсы и минусы фрикционных шин

Зимние фрикционные шины, как и все, имеет свои плюсы и минусы. Обязательно изучите его перед покупкой!

Преимущества

  1. Минимальный шум. Среднестатистические шипы «ревут» как турбина самолета, даже в автомобилях с хорошей звукоизоляцией. Липучка более тихая, даже при езде по голому асфальту.
  2. Эластичная резина. Она не дубеет, даже если за окном – 40. Особенно это касается моделей, выпущенных в скандинавской части Европы, где зимы суровы.
  3. Хорошо подходят для рыхлого снега. Они прилипают к поверхности и не «плывут».
  4. Осенью их можно надевать раньше. Как только температура приближается к нулю – сразу «переобувайтесь» в липучку. Она прекрасно адаптируется к температурам.
  5. Протектор самоочищающийся. Можно забыть про кучу камешков и окурков, забивающихся в шипованный протектор.

Недостатки

  1. Слабая устойчивость на укатанном снегу. Здесь действительно лучше справляются шипы. Но если не гнать, липучка не уступит.
  2. Хуже держит высокие температуры. На теплом асфальте начинает буквально плыть. Машина едет будто на пружинах, а микрошиповка намертво впивается с дорогу.

Для каких дорог подойдут фрикционные шины

Ряд автомобилистов заявляет, что: «липучка не подходит для российских дорог и зим!».

А вот и нет – финские и норвежские покрышки прекрасно адаптированы к критическим температурам, а некоторые проходят тест за полярным кругом.

Липучка отлично подойдет, если на улице:

  1. Снег. На снегу разницы нет в принципе. Здесь не решает глубина шипа – важна глубина протектора. Здесь фрикционные покрышки выигрывают.
  2. Вода. Из-за увеличенного количества канавок и их глубины, липучка лучше «впитывает» влагу и активно ее отводит. К тому же фрикционные покрышки сокращают тормозной путь.
  3. Лед. Ситуация неоднозначная, так как зависит от температуры окружающей среды. При -20 проигрывает липучка. Шипы пробивают толщу льда и двигаются увереннее. С другой стороны, когда температура падает ниже, корка упрочняется и проломить ее невозможно. Из-за малого контактно пятна, шиповка начинает «гулять во все стороны», когда липучка держится ровно.

Лучшие фрикционные зимние шины

О том, что это такое вы узнали, осталось только выбрать хорошие липучки.

Nokian Hakkapeliitta R2 SUV

Модель для внедорожников и кроссоверов от крутейшего «скандинава».

Nokian Hakkapeliitta R2 SUV – эталон липучек, которые можно покупать без опасений.

Плюсы:

  1. Мощное сцепление с мокрым снегом.
  2. Хорошее торможение.
  3. Низкий уровень шума.
  4. Ресурс – 50 тысяч километров.

Минусы:

  1. Цена.
  2. Подходят только для городской зимы.

Continental WinterContact TS 860S

Немецкие покрышки с технологией SSR. Она позволяет удерживать курс, даже если была проколота боковина.

Плюсы:

  1. Хорошее сцепление с любой дорогой.
  2. Ресурс – 45 тысяч километров.
  3. Самоочищающийся протектор.

Минусы:

  1. Хороши для мало снежных зим.
  2. Непонятно, как работает отдел качества «Континентал». Вместо крепкой боковины ставят «никакую» и добавляют технологи SSR.

Nokian Nordman RS2

Серия «Норманд» особенно популярна в Сибири из-за мощного сцепления со льдом и снегом. Модель хороша как для города, так и для деревни.

Плюсы:

  1. Ресурс – 45 тыс. км.
  2. Хорошая проходимость.
  3. Сохранение качеств даже при -50.

Минусы:

  1. Не подходят для мокрого асфальта: наблюдается аквапланирование и плохая поперечная устойчивость.

Toyo Observe Garit GIZ

Японская серия неплохих фрикционных шин. Больше подходят для южных регионов, так как больше направлены на влажные зимы.

Плюсы:

  1. Впитывают влагу как губка.
  2. Хорошо держат курс в воде.
  3. Отлично тормозят даже на мокром асфальте.

Минусы:

  1. Слабенькая боковина.

Michelin X-Ice Xi3

Напоследок – французский «Мишлен» с Z-образным протектором и кромкой-пилой.

В составе резины увеличено количество диоксида кремния, благодаря чему покрышки физически не могут скользить.

Плюсы:

  1. Отличная маневренность.
  2. Низкий уровень шума.
  3. Ресурс – 45 тыс/км.

Минус:

  1. Посредственное торможение на мокром асфальте.

Советы при эксплуатации липучек

  1. В целом, каких-либо особых рекомендаций нет. Единственное, что нужно соблюсти – обкатку липучки.
  2. Первые 200 км происходит заточка протектора под направление движения. Важно, чтобы срез был правильным, поэтому резкие торможения или рывки противопоказаны.
  3. Затем, когда будете повторно ставить липучку, обратите внимание на линию заточки. Она должна смотреть в том же направлении, что и в первый раз.

 

Частые вопросы о шинах — Уфимская Шинная Компания


Какого года шины?

Данный вопрос родился вслед за распространением интернета. Популярным его сделали люди, не сведущие в шинах, а также многочисленные блоггеры, по недоразумению считающие себя автоэкспертами и перепечатывающие тексты друг у друга. Можно найти много утверждений, что год выпуска шины является наиважнейшим фактором, на который нужно обращать внимание при покупке. А как обстоит на самом деле? Сейчас разберёмся.

Подавляющее большинство шин распродаётся в течение года после выпуска. То есть, произведены они в текущем или прошлом году. Реже попадаются шины позапрошлого года. Более старые, как правило, большая редкость.

Для чего вообще знать год выпуска? Очевидно, чтобы представлять, сколько могут прослужить шины. Обратимся к известным производителям:

Если шины не были заменены на протяжении 10 лет с даты выпуска, Мишлен рекомендует, в качестве меры предосторожности, заменить их на новые.

Continental рекомендует менять на новые все шины (включая запасные), имеющие на боковине дату производства более 10-лет.

Но это если те не будут изношены до предельно допустимой глубины протектора 1,6 мм. Причём, Континенталь рекомендует менять шины прежде, чем они настолько износятся — 3 мм для летних и 4 мм для зимних . А Мишлен после 5 лет эксплуатации (не от момента выпуска) советует тщательно следить за состоянием.

Почему так? Сцепные свойства шин постепенно ухудшаются в процессе эксплуатации – ультрафиолет, вес автомобиля, трение об асфальт и нагрузки при езде делают свое дело. Ждать пока шина станет «лысая», попросту небезопасно.

Так что же важного нам может сообщить год выпуска? По большому счету ничего. Шины, выпущенные от 1 до 3 лет назад, почти гарантированно потребуют замены прежде, чем им исполнится 10 лет.

А если больше? Служить такие шины будут ничем не хуже, но зачастую продаются с хорошей скидкой.

И несколько мифов о годе выпуска шин:

Миф 1: Шина должна быть обязательно этого года, потому что резина стареет.
Нет, это не так. Если бы резина старела настолько быстро, вы бы каждый год меняли в своём автомобиле все резиновые детали. Производители обозначили рекомендуемый срок — 10 лет. А ведь могли бы и меньше написать, им же надо продавать свой товар чем больше тем лучше.

Миф 2: Шина должна быть обязательно этого года, потому что деформируется при хранении.
Нет, деформация шин зависит не от возраста. Можно навалить шины в кучу так, что через неделю они станут кривые, а можно правильно хранить хоть 20 лет и они не потеряют форму. Дата выпуска никак не поможет это узнать. Зато балансировочный станок сразу покажет что с шиной что-то не то и снимет вопрос.


Куплю 2 шины и поставлю вперёд

А вот и нет. При замене 2 шин новые следует поставить назад! Почему? Ради вашей безопасности!

Что значит когда на осях стоят шины с разной степенью износа? Ось со старыми шинами имеет худшее сцепление. Вы едете по скользкой дороге, проходите поворот и… одна из осей уходит в срыв. В том случае, если это передняя ось, нужно просто отпустить газ и машина выровняется — её стабилизируют задние колеса. Если же в занос ушла задняя ось, машину начнет разворачивать и с большой вероятностью выбросит с дороги. В этом случае бессильны даже электронные системы стабилизации — для предотвращения вращения нужно притормозить задними колёсами, а они потеряли сцепление.

При этом не имеет значения, передний у вас привод, задний или полный. Занос начнётся везде одинаково — когда будет достигнут предел сцепных свойств. Поэтому 2 новые шины следует установить на заднюю ось, чтобы автомобиль остался сбалансированным.

Производители шин также советуют ставить новые шины назад:

Покупая всего две новых шины, ставьте их на задние колеса для лучшего сцепления и устойчивости во время движения.

Мы рекомендуем устанавливать более новые шины на заднюю ось автомобиля. Это объясняется тем, что при возникновении аварийной ситуации, шины с более глубоким протектором, установленные на заднюю ось, помогут предотвратить занос автомобиля или снос его задней оси.

В случае замены только двух шин необходимо проследить за тем, чтобы новые шины имели тот же типоразмер, что и ныне используемые шины, и за тем, чтобы специалист шинного центра установил новые шины на заднюю ось автомобиля.

Все ещё сомневаетесь? Знакомый шиномонтажник говорит что надо ставить вперёд потому что все так делают? Посмотрите это видео и поступите не как все, а как правильно!

Эксперимент проводился с зимними шинами. Но все сказанное справедливо и для летних, ведь дорога в дождь также бывает скользкой.

Возможный контраргумент: Вперёд надо поставить новые, потому что если старая лопнет, пусть она будет сзади.
Если ваши старые шины в таком состоянии что вы боитесь лопнут, то о какой замене 2 колес вообще может идти речь? Только все 4!


Выбираем зимние шины

Что такое зимние шины? В чем их особенности и что делает шину пригодной для эксплуатации в сложных погодных условиях? В первую очередь это состав резиновой смеси, сохраняющий эластичность при низких температурах и рисунок протектора, имеющий грунтозацепы и ламели. Некоторые шины также имеют вспомогательный элемент для улучшения сцепных свойств со льдом — шипы.

Все зимние шины можно разделить на шипованные и фрикционные (в народе липучка). Фрикционные, в свою очередь, бывают для холодных и мягких зим. Итого 3 типа:

  1. Шипованные
  2. Без шипов для холодной зимы
  3. Без шипов для мягкой зимы

Рассмотрим их достоинства и недостатки.

Шипованные шины.
Самый старый тип зимних шин. По сравнению липучками могут предложить несколько лучшее сцепление с дорогами, покрытыми ледяной коркой. При езде по снегу не дают преимуществ — снег слишком мягкая поверхность чтобы шип мог надежно заякориться в ней. Здесь важны исключительно состав резины и рисунок протектора. На асфальте по понятным причинам будут самими шумными из всех — каждый шип это небольшой молот, который при езде бьет по камням в асфальте. Следствием этого также является разрушительное воздействие на дороги и более быстрая потеря потеря шипов, чем при езде по снегу. Колея, появляющаяся даже на новом асфальте уже спустя пару лет и представляющая зимой немалую опасность, как раз следствие широкого использования шипованной резины. Строго говоря, для езды по асфальту они вообще не предназначены. Их лучшее применение — дороги, покрытые всю зиму льдом и снегом.

Без шипов для холодной зимы
Недостатки, свойственные шипованным шинам, инженеры постарались устранить при помощи новых технологий. Отказ от шипов позволил применять более эластичные составы и вспенивать смесь, делая её более шершавой. Шипы в такой резине держаться не будут, а прилегание к дороге лучше, чем у шипованной — она мягче. Как следствие, на снегу фрикционные шины обычно не уступают или превосходят шипованные. Езда по асфальту на фрикционных шинах несоизмеримо комфортнее, нежели на шипах — они практически бесшумны. На гладком льду такие шины имеют чуть больший тормозной путь, чем аналогичного уровня шипованные, но вовсе не беспомощны, вопреки распространенному заблуждению. Хорошая же фрикционная шина значительно превосходит дешёвую шипованную даже на льду. Это оптимальный вариант для езды по дорогам, покрытым асфальтом и снегом.

Без шипов для мягкой зимы
Имеют сравнительно жесткую резиновую смесь и сглаженный рисунок. Предназначены для эксплуатации на асфальте и неглубоком снегу при температурах примерно до -15°C. Единственный тип зимних шин, имеющих относительно неплохое сцепление с мокрым асфальтом. Сцепление со снегом таких шин удовлетворительное, а вот на льду они довольно посредственны. Не путайте эти шины с предназначенными для северной зимы! В России их применение рекомендовано только в южных регионах.

Что же выбрать?
Любые шины следует выбирать исходя из того, где они будут эксплуатироваться.
Живете в городе, где на дорогах асфальт и снег, а лёд можно найти только во дворах — вам отлично подойдут нешипованные шины для холодной зимы.
Постоянно выезжаете туда, где подо льдом и снегом не видно асфальта — в этом случае могут быть полезны шипованные шины.
Шины для мягкой зимы мы не советуем — в мороз или снегопад они могут преподнести крайне неприятный сюрприз. Их, конечно, можно использовать, но нужно понимать слабые стороны этого типа шин и проявлять осторожность на льду и в морозы.

И самое главное!
Мы настоятельно не рекомендуем покупать зимние шины по принципу «дайте самые дешёвые». Это относится и к шипованным и, особенно, к липучкам. Зимой сцепление на шинах премиум класса будет слабее, чем летом на бюджетных. Не экономьте на безопасности и выбирайте хотя бы среднюю ценовую категорию.

Мифы о зимних шинах:

Миф 1: Из хорошей шины не выпадают шипы
Нет, шипы не выпадают не из хорошей, а из жёсткой шины. Банальная причина — чем тверже резина, тем сложнее выдернуть шип. И как следствие, такая шина будет иметь худшее сцепление, чем мягкая — страдает прилегание к мелким неровностям дороги. Выбор между сохранностью шипов и сохранностью автомобиля (а то и жизни), на наш взгляд, очевиден.

Миф 2: На шине есть M+S, значит на ней можно ездить зимой
Одной только маркировки M+S мало, чтобы считать шину зимней. Эта аббревиатура означает «Mud + Snow», то есть «Грязь и Снег». Протектор такой шины имеет грунтозацепы и потому обеспечивает лучшее сцепление с рыхлыми поверхностями, чем шоссейная шина, предназначенная только для асфальта. Эту маркировку имеют, например, летние вседорожные шины (All Terrain), но их состав не рассчитан на эксплуатацию при отрицательных температурах. Зимняя шина помимо маркировки M+S имеет ещё одну — 3PMSF.

Миф 3: Ошипую старую шину, будет как новая
Не будет. Как упоминалось в самом начале, самое главное в зимней шине — смесь и рисунок. К моменту потери шипов протектор обычно уже изношен, а за сцепление с дорогой отвечает именно он. Шип же вспомогательный элемент для льда. К тому же, ремонтные шипы отличаются от тех, что предусматривали инженеры. Они гораздо большего размера и как будут себя вести, предугадать нельзя. Всё, что вы приобретёте в результате ошиповки — жуткий грохот при езде по асфальту.

Миф 4: На липучке можно ездить летом / докатаю летом старую шиповку
Нет, нельзя. Резиновая смесь зимних шин очень мягкая и при летних температурах изнашивается с огромной скоростью. Отъездив лето новых на зимних шинах, вы просто уничтожите их. Именно те, кто так делает, рассказывают на следующий год, что липучка не держит дорогу и быстро изнашивается. Также зимние шины имеют плохое сцепление с мокрой поверхностью, а изношенные так вообще опасны! Вы ведь не хотите в дождь вылететь с дороги?

Особенности фрикционных шин

 

В этой статье мы расскажем об особенностях фрикционных шин. Недаром люди прозвали их «липучками», ведь этим шинам при отсутствии шипов удается отлично держать дорогу. Как же они работают?

 

В нешипованных шинах роль грунтозацепов выполняют кромки блоков протектора. В шине Observe GSi5 множество блоков протектора имеют кромки зазубренной формы, которые работают словно когти и позволяют шине лучше цепляться за поверхность дороги.

 

 

Но основная особенность фрикционной шины – это, конечно, ламели – тонкие прорези на блоках протектора. Главная их задача – обеспечивать сцепление и торможение. При движении колеса ламели сжимаются и раскрываются, за счет этого, во-первых, обеспечивается стабильная область контакта с дорогой, а во-вторых, равномерный износ, так как сила давления распределяется по всем блокам одинаково.

В техническом центре Toyo Tires для этого используют систему компьютерного моделирования T-mode, с помощью которой появилась возможность не только на практике проверять эффективность того или иного элемента конструкции, но уже при проектировании шины учитывать множество физических факторов, которые оказывают влияние на поведение шины на дороге в тех или иных условиях.

 

Инновационная разработка Toyo Tires – это ламели 3D Multiwave. За счет изогнутой формы они сохраняют контакт с поверхностью намного эффективнее обычных прямых ламелей.

 

Другая уникальная технология, которая использована в шине Observe GSi5 – это «паукообразная» ламель. Инженеры Toyo заботятся о том, чтобы эффективность работы шины оставалась на одинаково высоком уровне не только при прямолинейном движении, но и в поворотах. «Паукообразная» ламель имеет форму паутины и обеспечивает сцепление во всех направлениях.

 

На центральном ребре шины также есть волновая ламель – она создает краевой эффект на льду и снегу для лучшей курсовой устойчивости, торможения и дополнительного сцепления.

 

 

 

В плечевой зоне шины Observe GSi5 есть стрельчатые зазубренные выступы – они обеспечат дополнительное сцепление при движении в глубоком снегу.

 

 

 

Чтобы усилить блоки протектора и снизить их подвижность Toyo Tires разработали специальные зубцы, которые также являются дополнительными зацепами для снега.

 

 

 Отдельно хотелось бы сказать об обкатке. Мы настоятельно рекомендуем после установки нового комплекта зимних фрикционных шин первые 500-700 км пути придерживаться осторожного стиля вождения, разгоняться и тормозить плавно. Почему? Финальная стадия производства шины такова, что резиновая заготовка помещается в специальную форму и под действием высокой температуры происходит процесс вулканизации, при котором резиновая смесь становится прочной и эластичной. Поверхность формы гладкая и дополнительно ее смазывают специальными веществами, чтобы готовую шину легче было вынуть из формы – соответственно и поверхность новой шины тоже гладкая. Обкатка нужна для того, чтобы верхний гладкий слой шины, покрытый смазкой, стерся, а находящаяся под ним пористая резина с добавлением микрочастиц ореховой скорлупы начала эффективно работать на мокрой и скользкой поверхности.

Чтобы повысить свойства шины в период обкатки инженеры Toyo придумали «Первичную кромку» — это неглубокая насечка на поверхности блоков, которая дает дополнительный краевой эффект в период обкатки.

 

 

 

Как видите, современные фрикционные шины сочетают в себе множество технологий, они изрезаны ламелями, канавками, оснащены зубцами и заостренными кромками, в основе их резиновой смеси лежат самые передовые разработки – все это даст вам уверенность и комфорт на любой зимней дороге. 

 

Посмотреть каталог зимних шин

Найти дилера в вашем городе

Задать вопрос 

во что «обуть» автомобиль зимой?

Почувствовав дыхание зимы, все автомобилисты задумываются о замены сезонной резины. И очень многие из нас при покупке зимних шин встают перед трудным выбором — «шиповки» или «липучки»? Каждый тип шин имеет свои преимущества и недостатки, и отдать предпочтение чему-то одному бывает очень сложно. В этой статье мы попытаемся сделать этот непростой выбор.


Типы и особенности зимних шин

О сезонной резине сказано уже очень много, поэтому здесь мы ограничимся лишь основной информацией о типах и особенностях зимних шин.

Главная особенность всех зимних шин заключается в их приспособленности к эксплуатации в условиях отрицательных температур со всеми вытекающими отсюда негативными последствиями для дорожного покрытия — уменьшение сцепления вследствие обледенения, слоя снега или шуги (во время оттепели). То есть, главная цель зимних шин — обеспечивать управляемость и безопасность автомобиля на скользкой дороге, покрытой ледяной коркой, снегом или снежной кашей.

Достигается эта цель несколькими способами, которые отражаются на конструкции шины:

  • Использование для производства шин мягких сортов резины, сохраняющих эластичность при отрицательных температурах;
  • Применение на шинах протектора с особым рисунком;
  • Использование специальных средств, повышающих коэффициент трения колеса о дорогу.

Особое внимание обратим на последний пункт. На сегодняшний день существует два основных типа зимних шин, в которых используется разные способы повышения сцепления со скользким дорожным покрытием:

  • Ошипованная резина («шиповка») — классический вариант, сцепление обеспечивается большим количеством металлических шипов, равномерно расположенных по протектору шины;
  • Фрикционная резина («липучка») — более современный вариант, улучшение сцепления достигается особым рисунком протектора и наличием тонких прорезей, которые называются ламелями.

На сегодняшний день и резина с ошипованным протектором, и фрикционная резина пользуются одинаковым успехом у автомобилистов в нашей стране, что очень часто при покупке новой зимней резины заставляет задуматься о том, что выбрать для своего автомобиля. В действительности, каждый тип резины имеет свои особенности, преимущества и недостатки, и при обдуманном подходе каждый автовладелец сможет выбрать именно те шины, которые наилучшим образом подойдут для его машины.

А чтобы определиться с выбором, нужно посмотреть на каждый тип резины, выявив все их сильные и слабые стороны.


Шины с ошипованным протектором («шиповки»)

Зимние шины с шипами — старейшее решение вопроса улучшения сцепления колеса с дорогой, которое все еще остается актуальным. Особенность таких шин заключается в том, что на поверхности их протектора расположено большое количество металлических шипов, которые во время движения автомобиля врезаются в лед или слежавшийся снег, предотвращая неуправляемое скольжение.

Главное преимущества и главные недостатки ошипованной резины сосредоточены в одной и той же детали — в шипах. С одной стороны, шипы обеспечивают надежное сцепление колеса с дорогой на льду, благодаря чему и получили широчайшее применение. А с другой стороны, ошипованная резина во время движения автомобиля создает повышенный уровень шума и оказывает разрушающее действие на твердое дорожное покрытие — асфальт, бетон, плитку и т.д. Поэтому во многих странах Европы давно идет обсуждение законов, запрещающих или ограничивающих применение шин с шипами, а также регламентирующие количество и расположение шипов, которое снижает наносимый дорогам вред.

Современные зимние ошипованные шины в зависимости от типоразмера могут содержать от 90 до 130 шипов (хотя на рынке встречаются образцы, на протекторе которых насчитывается до 190 шипов!), равномерно распределенных по протектору. В Европе (а точнее — в странах Скандинавии, где ошипованная резина находит самое широкое применение) с 2013 года введено ограничение на количество шипов, которое должно составлять не более 50 штук на погонный метр протектора шины.

Ошипованная резина традиционно пользуется популярностью в нашей стране, однако в последние годы она постепенно теряет свои позиции и вытесняется фрикционными шинами, которые в народе зовутся просто «липучками».


Фрикционные шины («липучки»)

Фрикционные зимние шины работают совершенно по иному принципу — повышение сцепных качеств обеспечивается особой структурой и рисунком протектора. Главный элемент протектора фрикционной шиной — тонкие прорези различной формы и ориентации, которые называются ламелями. Благодаря ламелям фрикционная шина обладает повышенным коэффициентом трения, она как бы «цепляется» за дорожное покрытие, почему и получила свое название.

Принцип действия фрикционных зимних шин прост. Ламели делают поверхность протектора более мягкой, податливой, а главное — расположенные рядом участки протектора могут сдвигаться относительно друг друга в горизонтальной и вертикальной плоскостях. Такое свойство протектора приводит к тому, что он лучше повторяет форму всех неровностей дорожного покрытия, и площадь контакта протектора с дорогой многократно возрастает.

А, как известно, сила трения между двумя телами зависит не только от контактирующих материалов и той силы, с которой они прижимаются друг к другу, но и от площади их контактирующих поверхностей. Если взглянуть на обычную шину, то мы увидим интересную картину: отдельные элементы покрышки (так называемые шашки) из-за своей жесткости и плоской поверхности контактируют с дорогой не всей своей поверхностью, а только частью. В итоге получается, что площадь пятна контакта колеса с дорожным покрытием всегда ниже, чем реальная площадь протектора, что несколько снижает сцепление с дорогой.

Во фрикционных зимних шинах ситуация иная. Благодаря ламелям отдельные элементы протектора на неровностях дороги получают излом, их форма повторяет форму неровности, и площадь контакта протектора с дорогой многократно возрастает. В результате наблюдается интересная картина: если взять шину с ламелями и обычную шину, у которых площадь пятна контакта примерно одинакова, у шины с ламелями реальная площадь контакта протектора с дорожным покрытием будет всегда больше.

Таким образом, фрикционные шины не зря получили свое название — в них сцепление с дорогой достигается за счет увеличенной силы трения. Эта шина во время своего движения плотно прилегает к дорожному покрытию, как бы «прилипая» к нему, за что фрикционные шины и получили в народе название «липучки».

На сегодняшний день существует два основных типа шин «липучек:

  • Фрикционные шины «скандинавского» типа;
  • Фрикционные шины «европейского» типа.

Шины разных типов имеют несколько ключевых отличий. Так, «скандинавские» шины предназначены для эксплуатации в регионах с более холодным климатом и снежными зимами, имеют большее количество ламелей на протекторе, более мягкий протектор и пониженные индексы скорости (обычно «Q», «R» и «T» — максимальная скорость ограничена 160, 170 и 190 км/ч соответственно). Шины «европейского» типа предназначены для эксплуатации в регионах с мягкими зимами, поэтому изготавливаются из более жесткой резины, имеют меньшее количество ламелей и индекс скорости «H» или даже «V» (210 и 240 км/ч соответственно).

В России наилучшим образом работают шины именно «сканинавского» типа, хотя в ряде регионов можно применять и «европейские» фрикционные шины.

Шины «липучки» и шины с ошипованным протектором имеют свои преимущества и недостатки, но решить, какой резине отдать предпочтение, можно только после их всестороннего сравнения.


Сравнение ошипованной резины и шин «липучек»

Практически ежегодно в России и мире проводятся тесты зимних шин, которые дают возможность сравнить разные типы резины, как они ведут себя в одинаковых условиях, и т.д. Сравниваются шины по таким параметрам, как тормозной путь, динамика разгона, срыв в занос и общая управляемость автомобиля. Тесты проводятся на всех типах дорог, которые встречаются зимой — мокрый и сухой асфальт, обледенелая дорога, укатанный снег, а также дорога, покрытая шугой (кашей из снега и воды при умеренно отрицательных и околонулевых температурах). Наконец, поведение шин сравнивается при различных температурах — около ноля градусов, умеренные морозы до -13-17°C, и при сильных морозах ниже -20°C.

Посмотрим, как ведут себя разные типы шин в различных условиях.


Мокрый и сухой асфальт

Как это ни удивительно, но на мокром и сухом асфальте при температуре до -15-17°C оба типа шин ведут себя примерно одинаково. Тормозной путь, динамика и маневренность автомобиля в обоих случаях отличается мало, но с некоторыми оговорками. В частности, у представленных сегодня на рынке «липучек» разброс характеристик больше, чем у «шиповок», а это значит, что при покупке фрикционных шин нельзя угадать, какой результат ты получишь. Характеристики ошипованных шин разных марок и моделей более стабильны, поэтому резина разных производителей одной ценовой категории показывают очень близкие результаты.

Также нужно отметить, что на мокром асфальте (то есть, при околонулевых или слабо отрицательных температурах) и ошипованная, и фрикционная резина ведет себя практически одинаково, однако на сухом асфальте (то есть, при более низких температурах) «липучки» чувствуют себя более уверенно. Так, при торможении на скорости 80 км/ч тормозной путь фрикционных шин в среднем на 2-3 метра короче, чем у ошипованных.

Равенство обоих типов шин на асфальте может вызвать удивление, ведь традиционно считается, что «шиповки» хуже ведут себя на дороге, свободной ото льда. Однако в действительности все не совсем так, а причина кроется в одной из главных особенностей зимних шин — в их мягкой резине. До температуры -15…-20°C эта резина остается достаточно эластичной для того, чтобы шипы в пятне контакта «утопали» в ней. А значит, при движении по сухому и ровному дорожному покрытию колесо опирается не на шипы, а на резиновую площадку, которая имеет хороший контакт с дорогой.

Из этого становится понятны и несколько худшие характеристики «шиповок» на сухом асфальте: при вдавливании шипов в резину вокруг них образуются воронки небольшого диаметра, которые несколько снижают площадь пятна контакта колеса с дорогой и ухудшают сцепление.


Плотный (укатанный) снег

Плотный, укатанный снег — более сложное испытание для обоих типов шин, но и в этом случае они показывают близкие результаты. Хотя здесь тоже есть нюансы: фрикционная резина ведет себя на укатанном снегу несколько лучше и стабильнее, она обеспечивает более короткий тормозной путь, лучший разгон и динамику.

Но почему на чистом асфальте ошипованная резина ведет себя стабильнее, а на снежной дороге — нет? Все дело в конструкции и особенностях шипов у разных марок и моделей шин. Например, шина с более острыми шипами может обеспечить лучшее сцепление на дороге с укатанным снегом, чем с шипами закругленной формы, определенное влияние здесь оказывает и длина шипов, но она у разных шин отличается не более чем на миллиметр.


Обледенелая дорога

Лед на дороге — это наиболее сложная задача для зимних шин, но именно с ней чаще всего приходится сталкиваться с зимой. И здесь нет никаких неожиданностей — ошипованная резина обеспечивает гораздо лучшие результаты, чем «липучка». Даже при торможении при небольшой скорости 25-30 км/ч тормозной путь на «шиповках» может быть от 2-х до 6-ти метров короче, чем на «липучках»!

Но здесь, как это ни удивительно, если одно большое «но» — характеристики резины находятся в большой зависимости от температуры окружающего воздуха и погодных условий.

Резина с ошипованным протектором показывает лучшие характеристики только при температурах примерно от ноля (когда лед только замерзает) до -15…-17°C — в этом интервале температур и лед относительно мягкий, и резина еще достаточно эластична, поэтому сцепление с дорожным покрытием отличное. Хорошие результаты шипы также показывают в солнечную погоду вплоть до температур -25°C, так как лед под действием солнечного света размягчается, его поверхность становится бугристой и сцепление шипов с ним достаточно надежное.

Но уже при температуре -15…-17°C в пасмурную погоду или ночью характеристики «липучек» и «шиповок» выравниваются, и ни одна из шин не имеет какого-то выраженного преимущества. А при еще большем похолодании шипы и вовсе теряют все свои достоинства, начиная серьезно уступать протектору с ламелями.

Причина такого поведения тоже проста, заключается она в том, что плотность льда не постоянна и зависит от температуры: при незначительных морозах лед мягкий и рыхлый, а при серьезной стуже лед становится крепким, и при температуре ниже -25°C он по своим прочностным характеристикам приближается к бетону! То есть, при сильном морозе шипы банально не могут врезаться в лед, скользят по нему, а вместе с этим увеличивается тормозной путь, ухудшается динамика и повышается опасность неуправляемого скольжения.


Шуга

Осенью и весной, а иногда и посреди зимы случаются оттепели, и в результате потепления на дорогах образуется каша изо льда и воды — шуга. Примерно такое же явление наблюдается и в крупных городах при обработке дорог противогололедными реагентами. Это одна из наиболее опасных и непредсказуемых ситуаций для всех видов зимних шин. Причем в этих условиях на первый план выходит такое явление, как слэшпленинг (slashplanning) — аналог аквапланирования для шуги.

Суть этих явлений одна: как и аквапланирование, слэшпленинг начинается в тот момент, когда шина из-за высокой скорости вращения не успевает выталкивать всю снежную кашу из пятна контакта с дорогой — в этот самый момент она буквально «взлетает» над шугой и начинает скользить по ней. А вместе с шиной начинает скользить и весь автомобиль. Особенность слэшпленинга заключается в том, что он, как и аквапланирвоание, начинается только на определенной скорости, и при соблюдении скоростного режима этой неприятности можно избежать.

Как показывают тесты, ошипованная резина гораздо хуже приспособлена для движения по дороге с шугой, чем «липучки»: скорость начала слэшпленинга даже у самых простых «липучек» гораздо выше, чем аналогичный показатель у «шиповок», даже у самых лучших. Так что в межсезонье и при оттепели фрикционная резина оказывается гораздо более надежной и безопасной.


Какие шины выбрать?

Итак, какие же шины выбрать? Здесь однозначного ответа нет и быть не может, так как все зависит от условий эксплуатации автомобиля.

Если автомобиль эксплуатируется преимущественно в крупном городе, где дороги постоянно очищаются от снега, а в межсезонье покрыты снежной кашей, то лучший выбор — фрикционные шины. Эти же шины станут отличным выбором и для автомобилистов, проживающих в южных регионах нашей страны — в том же Краснодарском крае или на Кавказе шипы совершенно неуместны, а «липучки» показывают все свои лучшие качества.

Для сельской местности в средней полосе лучше подойдет резина с шипами, которая будет очень выручать на покрытых укатанным снегом и льдом дорогах. Ошипованная резина незаменима и в небольших городах, в которых очень часто дороги чистятся не слишком качественно, и весь город зимой представляет собой один большой каток с перекрестками.

Шипованные шины хороши и для условий Сибири и регионов Севера, однако в последние годы автомобилисты, проживающие в этих регионах, все чаще отдают предпочтение «липучкам». И понять их нетрудно, ведь там чаще бывают сильные морозы за -30°C, а в таких условиях «липучки» чувствуют себя увереннее «шиповок».

Но всегда нужно помнить, что зима в этом году может разительно отличаться от всех предыдущих зим, и выбор шин будет ошибочным. Поэтому имеет смысл обращать внимание на то, какие шины выбирают друзья и советуют эксперты — так принять решение будет проще, и вероятность верного выбора становится гораздо выше.


Развеиваем мифы про фрикционные и шипованные шины.

Долго не буду тянуть кота за хвост и перейду сразу же к сути: оказалось что многие не в курсе про самые, казалось бы очевидные для меня, факты про зимние шины, и про них ходит куча разнообразных мифов.

Решил поделиться некоторыми из этих мифов и развенчать их, потому что сам занимался неоднократно тестированием шин на испытательных полигонах, треках, с профессиональным оборудованием и вот это вот все, плюс личный опыт.

Разберем некоторые мифы относительно различий фрикционных и шипованных шин:

0. Липучка — прилипает. Это не так, если бы она прилипала, автомобиль никуда бы не поехал. Нешипованные шины зимние называются фрикционными и только так! Называются так потому что работают по принципу трения.

1. Фрикционные шины лучше тормозят на асфальте чем шипованные — якобы шипы мешают и не дают протектору работать. Это не так — состав фрикционных шин более мягкий и имеет больше ламелей, что сказывается на торможении — по замерам тормозной путь на шипованных шинах при прочих равных будет короче, чем на фрикционных шинах. Причем чем выше температура, тем больше разрыв.

2. Фрикционные шины лучше подходят для асфальта, для мягкой зимы, для городов где хорошо чистят, и в межсезонье, когда уже тепло, чем шипованные шины. Нет, это не так — по той же причине.

3. Шипованные шины хуже на мокром асфальте. Это не так — фрикционные шины имеют такой состав резиновой смеси, что не могут работать по мокрому так же хорошо. Поэтому на мокром асфальте шипованные шины лучше.

4. Современные фрикционные ничуть не хуже чем шипованные шины. Это не так — практически по всем параметрам (кроме акустического комфорта, по понятным причинам) даже лучшие фрикционные шины оказываются в лучшем случае на уровне средних не шипованных, но как правило — на уровне посредственных шипованных шин.

5. Для города лучше фрикционные шины, для загорода, небольших городов, деревень. Делаем краткий вывод по использованию зимних шин и замерам: шипованные покрышки для льда, фрикционные — для заснеженных дорог. Поэтому именно для города, где часто асфальт, много обледенелых участков, накатанные дворы, лучше, на самом деле, подойдут шипованные шины. Для небольших городов, для загородного неинтенсивного движения — фрикционные шины подойдут лучше — так как часто эти дороги заснежены и шипы не так актуальны — работает протектор.

6. Фрицкионные шины работают одинаково хорошо и при нуле и при морозе -30. Это не так — чем теплее погода, тем хуже работают фрикционные шины и разница между ними и шипованной резиной будет больше. Особенно это заметно на недорогих шинах, на топовых разницы замечено не было.

7. На фрикционных шинах можно ездить круглый год. Фрикционные шины крайне чувствительны и чувствительны в гораздо большей степени чем шипованные шины, к температуре окружающего воздуха. летом, на жаре, когда асфальт раскаляется, фрикционные шины будт очень плохо работать — автомобиль неприятно управляется, плохо тормозит, легко срывается в скольжения, плохо противостоит аквапланированию. Кроме того сэкономить, не покупая летние шины так же не выйдет: фрикционные шины при положительных температурах крайне быстро изнашиваются, намного сильнее чем шипованные. Впрочем на шипованных летом ездить даже законодательно запрещено.

8. Фрикционные шины более универсальны чем шипованные. Это не так и по выводам выше ясно что шипованные шины универсальнее и меньше зависят от температуры, работаю более в широком диапазоне температур и их свойства меняются меньше чем у фрикционных. Но за это придется заплатить шумом.

9. Шипованные шины ничем не отличаются от фрикционных шин кроме наличия самих шипов. И когда шипы выпадут, будет работать как обычная фрикционная шина. Это совсем не так — рисунок, количество ламелей, пятно контакта, состав резины, и многое другое различны и если шипованная шина лишается шипов, она не будет работать так же как фрикционная. Тем не менее по большей части шипованные шины работают как нешипованные фрикционные.

10. Фрикционные шины можно ставить пораньше, а шипы желательно попозже — ближе к снегопадам. На самом деле никакой разницы нет: есть неустойчивая погода и возможность гололеда — ставим зимние шины! По износу разницы никакой — все равно большую часть большинство автомобилей ездят по асфальту и твердому покрытию, и нынешние шипы уже не имею таких проблем как раньше с преждевременным вылетанием.

10. Ну и напоследок — летние шины на холоде не работают, в отличии от зимних. Это не так, на сухом, без льда и снега, асфальте летние шины работают все равно лучше зимних.

Резюмируя, скажу так: прогресс не стоит на месте и шины эволюционируют, и разница между шипованными и фрикционными шинами сокращается, особенно это заметно в топовом сегменте и менее очевидны в бюджетном сегменте. Тем не менее универсальнее и безопаснее все же шипованные шины, но главный их минус в другом — шум от шипов, от которого нельзя избавиться. По акустическому комфорту фрикционные шины намного лучше. Есть еще минусы шипованных шин — они разрушают асфальтовое покрытие, которое у нас и так то не очень устойчивое, а так же пыль от асфальта воздействуют на здоровье. Так же не могу не сказать о том что фрикционные шины более технологичные, и более сильно различаются в зависимости от цены и качества. Поэтому дешевые фрикционные шины это крайне сомнительное приобретение.

Например сильно разрекламированные и почему то со множеством положительных отзывов, но на практике очень посредственные шины Виатти, единственным, но бесспорным плюсом которых является низкая цена.

 Самое главное это то что бы шины у вас были не изношены и по сезону. А какие они будут уже не так важно, если вы будете думать и возить аккуратно, думая о себе и окружающих.

А что выбирать дело каждого, и его предпочтений и условий эксплуатации. Сам в последнее время предпочитаю фрикционные шины — выезжаю за пределы России, где (кроме Скандинавии и некоторых стран) шипованные шины запрещены, на них комфортнее на дальняках, и интереснее ездить. Для внедорожников предпочитаю шипы — проходимость на них выше. Кому интересно — живу в Пермском крае, пятая-шестая снеговая зона. Если интересно кому, то считаю вот эти шины лучшими зимними шинами — Continental IceContact 3

И если не трудно, ответьте что предпочитаете и напишите в комментариях — почему и какие именно.

Правильный шиномонтаж по ГОСТ

Правильное хранение шин

Почему никто не в состоянии сделать шиномонтаж?

Выбираем шиномонтаж: дилер против вагончика

Красим диски бюджетно

Почему нельзя смазывать колесные гайки\болты

Крутая статья? Поделись!

Автор: Юрий (Er…)

эксперт по автомобилям и мотоциклам в Перми

Обо мне

Еще интересные статьи:

Шипы или липучка — как выбрать зимние шины

Почему фрикционные шины называются «Липучки»

 

Наверняка читатель понимает, что чего-то нового о шипованных зимних шинах он не почерпнет из этой статьи. Все прекрасно знают, что это жесткая резина с небольшими шипами в протекторе. «Липучка» — это более мягкая резина с эффективным рисунком протектора без шипов, но содержащим кучу бороздок «Ламелей».

 

Называть зимние нешипованные (фрикционные шины) «Липучками» стали из за особенности технологий примененных в шине. Протектор нешипованной шины старается буквально прилипнуть к дорожному полотну. А так как бороздки «ламели» в протекторе созданы для еще более мощного отвода влаги из пятна контакта, то шина с их большим количеством прилипает к дороге сильнее. В общем, с природой происхождения слова «липучки» мы разобрались.

 

 

Что лучше зимой — шипы или «липучки»

Однозначного ответа на вопрос: «что лучше шипы или «липучки» нет. Зимние шины необходимо покупать в зависимости от условий эксплуатации автомобиля. Чтобы вам было проще сделать выбор, мы в статье подчеркнем плюсы и минусы каждого типа зимней резины. Надеемся, что после прочтения данной статьи вы с легкостью разберетесь, какие шины нужно покупать на зимний сезон.

Зимние шипованные шины

Шипованные шины рекомендуются для установки на автомобиль если вы проживаете в загородной местности, либо в случае проживания в городе, но с частыми поездками в пригород (например, по работе). Многочисленные повороты, виражи на не расчищенных дорогах со временем приводят к появлению наледи на определенных участках, которые вам придется преодолевать каждый день. Ни о какой уборке снега или о применении химических реагентов для уборки льда в такой местности речь не идет. Вот тут, как нельзя, кстати, пригодится шипованная резина.

 

 

Основные достоинства шипованных шин:

 

• Сокращение тормозного пути на обледеневших участках

 

• Быстрый набор скорости на льду

 

• Лучшее чем у «липучки» сцепление с ледяной поверхностью.

 

• Повышенная боковая устойчивость в поворотах.

 

Основные недостатки шипованных шин:

 

• Все шипованные шины достаточно шумные

 

• Повышенный расход топлива

 

• Увеличенный тормозной путь на сухом и мокром покрытии

 

• Шипы со временем вылетают из посадочных мест

 

Если вы предпочитаете шипованные шины и сомневаетесь какие выбрать шины, читайте наш рейтинг ТОП-5 «Лучшие зимние шипованные шины 2017».

Нешипованные фрикционные шины «Липучки»

Если вы проживаете в мегаполисе и зимой за его пределы выезжаете редко, но по прежнему сомневаетесь что выбрать: «шипованная или нешипованная резина», то мы рекомендуем устанавливать зимние фрикционные шины «Липучки».

 

Положительные качества фрикционных шин

• Шины более мягкие и эластичные

 

• Пятно контакта у шин «липучек» больше чем у шипованных.

 

• Великолепные сцепные характеристики в снежную кашу и слякоть

 

• Не теряют эластичность даже при сильных морозах.

 

• Высокий акустический комфорт

 

• Экономия расхода топлива

 

Отрицательные качества фрикционных шин

 

• Протектор шин менее глубокий

 

• Пониженное сцепление на обледенелом дорожном покрытии.

 

• Увеличенный тормозной путь на льду

 

• Плохо работают в глубоком снегу

 

 

Подведем итог – «шипованная или нешипованная»?

Каждый вид зимних шин обладает своими достоинствами и недостатками. Поэтому, покупая или заказывая зимнюю резину в автомагазине, смоделируйте ситуацию своей зимней езды, основываясь на условиях, описанных выше. Кроме того, стоит учитывать и климатические особенности вашего региона.

 

• Длительная, снежная и морозная зима с низкими температурами. Северные регионы и проживание за городом — рекомендуем зимние шипованные шины

• Короткая, малоснежная или слякотная зима со средними температурами. Южные регионы и проживание в мегаполисах — рекомендуем зимние НЕшипованные шины.

 

Дорогая или дешевая зимняя резина – золотая середина

 

В заключение стоит коснуться еще одного момента – качества шин. Бывает так, что у дешевых вариантов зимних шин, шипы вываливаются на дорогу еще на первой сотне километров. Или же «липучка», не соответствует заявленным характеристикам. 

 

Старайтесь покупать бренды, которые на слуху, не руководствуйтесь только лишь вопросом цены. Если хотите купить недорогую и качественную резину, то почитайте наши обзоры шин или проконсультируйтесь с консультантами. Люди, дорожащие репутацией, не станут вводить вас в заблуждение. Удачи вам, при выборе зимней резины!

Рассказать друзьям:

 

 

Все новости

Что такое сцепление с дорогой, трение и сцепление с дорогой?

Независимо от того, управляете ли вы маленьким картингом или тяжелым грузовиком, у вас должно быть тяговое усилие, чтобы двигаться вперед. На самом деле, без него даже ходить нельзя. Тяга — это часто используемое слово, и многие считают, что это просто другое слово для обозначения трения. Но так ли это на самом деле? Давайте подробнее рассмотрим трение и сцепление с дорогой — что это такое и почему это так важно для безопасного вождения.

Всем нам знакомо чувство, когда шины теряют сцепление с дорогой и автомобиль начинает заносить. Контролируемое скольжение на картинге может быть забавным, но тяжелый автомобиль, неожиданно занесенный на дороге, может вызвать очень опасную ситуацию.Проскальзывание происходит из-за того, что автомобиль теряет сцепление с дорогой, и, очевидно, это связано с шинами и дорожным покрытием.

Все дело в трении

Во-первых, давайте погрузимся в физику трения и добавим немного резины и асфальта. Трение само по себе не движет автомобиль вперед. Трение — это сила , противодействующая силе , которая сопротивляется относительному движению двух поверхностей. Проще говоря, во время движения двигатель создает силу на ведущих колесах, которая перемещает автомобиль вперед.Трение — это сила, которая препятствует скольжению резины шины по поверхности дороги. Однако на самом деле все не так просто — нам нужно учитывать два разных трения; статический и кинетический трение.

Статическое трение — сила трения между поверхностями, которые НЕ движутся относительно друг друга.

Кинетическое трение — сила трения между поверхностями, которые движутся относительно друг друга.

Но когда колеса катятся, разве дело не в кинетическом трении? Нет.При движении по сухой дороге, независимо от скорости автомобиля, статическое трение удерживает автомобиль на курсе. Если вы посмотрите на это в микроскоп — и в очень медленном движении, — контактная площадка шины не перемещается относительно поверхности дороги. Просто новые части шины постоянно контактируют с дорогой, когда колесо катится.

Трение критично для маневрирования автомобиля

Теперь вы знаете, что статическое трение удерживает автомобиль на правильном курсе при движении в стабильном темпе.Но есть и другие ситуации, когда трение является основным фактором, заставляющим автомобиль вести себя так, как вы хотите:

  • При разгоне
  • Когда тебе исполнится
  • При торможении

В этих ситуациях очень важно, чтобы сила трения покоя превышала другие силы, например кинетическая энергия, которая может вывести ваш автомобиль из-под вашего контроля. В противном случае вы потеряете сцепление с дорогой. Итак, что повлияет на ваше сцепление с дорогой?

Сцепление с дорогой складывается из суммы переменных

На самом деле, есть несколько факторов, влияющих на сцепление с дорогой.Некоторые из них критичны.

  1. Материал соприкасающихся поверхностей, т.е. качество резины и материал дорожного покрытия.
  2. Фактура этих материалов, т.е. чем грубее текстура, тем лучше сцепление с дорогой.
  3. Сила, прижимающая поверхности друг к другу, т.е. вес автомобиля.
  4. Другие материалы между контактными поверхностями, например вода, лед, гравий или разлив нефти.

В типичной дорожной ситуации первые три фактора довольно постоянны; у нашего автомобиля есть определенный вес и определенные шины, и мы едем по длинной дороге.Соответственно, мы адаптируем свой стиль вождения к этим данным факторам. Но вдруг может пойти сильный дождь, и все изменится…

Статика может стать кинетической

В определенных условиях между шиной и дорожным покрытием может появиться что-то еще — например, дождевая вода. Вода действует как смазка между резиной и асфальтом, в результате чего снижается статическое трение. Хуже того, дорога могла быть обледенелой.

При ускорении на льду, если приложенная сила (движущая сила на колесах) превышает статическое трение, колеса теряют сцепление с дорогой и пробуксовывают.

При повороте или повороте, если центробежная сила превышает силу статического трения, колеса теряют сцепление с дорогой, и кинетическая энергия заставляет автомобиль двигаться прямо вперед, несмотря на то, что вы поворачиваете рулевое колесо.

На самом деле здесь происходит следующее: при превышении статического трения вступает в действие другой вид трения; кинетическое трение , которое также известно как динамическое трение или трение скольжения. Автомобиль будет скользить до тех пор, пока кинетическое трение не заставит его остановиться.

В случае вращающихся колес они будут вращаться до тех пор, пока сила статического трения не превысит кинетическую силу трения (это достигается за счет снижения скорости вращения колеса) — тогда шины будут сцепляться.

Коэффициент трения

Насколько далеко проедет автомобиль и насколько скользкая дорога, определяется коэффициентом трения.

Различные материалы и текстуры обеспечивают различное трение. Коэффициент трения — это мера того, какое трение обеспечивает материал или текстура.Этот коэффициент полезен ученым при разработке новых материалов для шин и дорожных покрытий, но для обычного водителя этого достаточно, чтобы сделать вывод о желательности высокого трения — оно позволяет нам стабильно оставаться на дороге.

В чем разница между трением и тягой?

В то время как трение является общим физическим выражением, тяговое усилие транспортного средства можно определить как трение между ведущим колесом и поверхностью дороги.

тяга — это трение между ведущим колесом и поверхностью дороги.Если вы потеряете сцепление с дорогой, вы потеряете сцепление с дорогой ».

Теперь вы знаете, что все сводится к трению. Вы также понимаете, что тяга как таковая не может быть увеличена с помощью электронных систем. Чтобы действительно увеличить сцепление с дорогой, вам нужно физически ввести под шины что-то с более высоким коэффициентом трения. Собственно, это то, что вы делаете, когда шлифуете обледенелую дорогу или используете цепи противоскольжения — вы увеличиваете коэффициент трения. В конце концов, все дело в трении в этой небольшой области контакта шины с дорогой — и все это чистая физика.

Если ваш автомобиль теряет сцепление с дорогой, очень важно вернуть его. Взгляните на несколько различных методов увеличения тяги.

Просмотрите бесплатный онлайн-ресурс «Помощь при трогании с места для тяжелых транспортных средств», чтобы узнать больше.

Коэффициенты трения и качения шин

Коэффициенты сопротивления качению получены в основном из следующих источников. Те, что не упомянуты, являются обоснованными предположениями.

Изменение коэффициента сопротивления качению в зависимости от скорости по гладкому ровному дорожному покрытию — автомобильные шины


Изменение коэффициента сопротивления качению в зависимости от скорости по гладкому ровному дорожному покрытию — грузовые шины


Изменение коэффициента сопротивления качению в зависимости от внутреннего давления


Изменение коэффициента сопротивления качению в зависимости от диаметра шины


Среднее значение коэффициента сопротивления качению
Тип шины Бетон Среднетвердый грунт Песок
Легковой автомобиль 0.015 0,08 0,30
Грузовик 0,010 0,06 0,25
Трактор 0,020 0,04 0,20

Дорожное покрытие Рулон. сопротивляться. коэфф.
Автомобильные шины — брусчатка 0,015
Автомобильные шины — брусчатка 0,015
Шины легковые — бетон, асфальт 0.013
Автомобильные шины — гравийный прокат 0,02
Автомобильные шины — tarmacadam 0,025
Автомобильные шины — грунтовая дорога 0,05
— Автомобильные шины
Шины грузовые — бетон, асфальт 0,006 — 0,010
Стрелочные колеса — полевые 0,14 — 0,24
Гусеничный трактор — полевые 0.07 — 0,12

Изменение коэффициента сопротивления качению в зависимости от влажности дороги

На основе Влияние влажности дороги на сопротивление качению шин и дорожного покрытия , коэффициенты сопротивления качению « сухой асфальт » были увеличены на 20%, чтобы получить значения для влажных условий.


Коэффициент трения шины основан на общей теории трения. Коэффициент трения шины зависит от степени скольжения или пробуксовки шины.« 100% проскальзывание » означает, что колесо заблокировано во время движения транспортного средства (ситуация аналогична движению шины вбок), а « 100% проскальзывание » означает, что колесо вращается, когда транспортное средство не движется. В этих ситуациях между дорогой и шиной происходит относительное движение, следовательно, она подвержена кинетическому трению (или скольжению). Пиковые значения коэффициента трения шины происходят около 20% заноса (или проскальзывания) и могут быть связаны со статическим трением.

Коэффициенты трения получены в основном из следующих источников.Те, что не упомянуты, являются обоснованными предположениями, за исключением коэффициента трения тормозной шины. Технический отдел уважаемого производителя шин подтверждает, что его значение составляет 3,00, но оно может повышаться до 5,00, когда начинается скольжение из-за более сложного соединения, которое ведет себя больше как клей, чем на трение. Среднее значение 4,00 дает хорошее приближение при оценке производительности. Также обратите внимание на сходство между пиковыми значениями и значениями скольжения для «гравия» и «грунтовой дороги (сухой)».Это связано с тем, что коэффициент трения — это коэффициент трения при контакте «гравий-гравий», поскольку он ниже, чем при контакте «шина-гравий». Гравий постоянно скользит по себе.

0,6 Грунтовая дорога (мокрая)
Среднее значение коэффициента трения шины
Дорожное покрытие Пиковое значение Значение скольжения
Асфальт и бетон (сухой) 0,80 — 0,90 0,75
Асфальт (мокрый) 0,50 — 0.70 0,45 — 0,60
Бетон (мокрый) 0,80 0,70
Гравий 0,60 0,55
0,68 0,55 0,40 — 0,50
Снег (плотный) 0,20 0,15
Лед 0,10 0,07

Грузовая шина по бетону Коэффициент трения
Сухой Мокрый
мин 0.715 0,513
макс. 0,850 0,825
в среднем 0,756 0,641

9013

Протектор

Поскольку данные, представленные выше, были собраны в 1970-х и 1980-х годах и могут не отражать сегодняшнюю высокопроизводительную шину, чтобы найти взаимосвязь между износом протектора и коэффициентом трения, были изучены результаты испытаний, проведенных Tire Rack в период с 2002 по 2010 год.Вот выводы этого исследования:

Средний коэффициент трения ( µ ) связан с износом протектора ( TW ), как показано в уравнении (1). Графики для максимального и минимального значений просто ± 10% от среднего.

(более)
Метод

Метод, использованный для оценки максимального коэффициента трения по результатам испытаний, был основан на двух результатах: средняя сила поворота на повороте (перегрузка) и тормозной путь (50-0 миль / ч).Поскольку другие факторы (настройка подвески, смещение тормозов, ABS и т. Д.) Могут повлиять на эти результаты (всегда снижая производительность), был зарегистрирован тот, который дал самый высокий коэффициент трения.

Предполагалось, что сила g-сила равна коэффициенту трения на основе уравнения (2), где сила трения — коэффициент трения, умноженный на вес транспортного средства ( мг ) — предполагается равной массе транспортного средства. ( м, ) умноженное на поперечное ускорение ( a ).

Что касается тормозного пути ( d ), предполагалось, что он связан с коэффициентом трения, как в уравнении (3):

Коэффициент трения шины
Скорость автомобиля
(км / ч)
Глубина протектора
(мм)
Состояние дороги
Сухой Мокрый
Глубина воды ≈ 0,2 мм
Сильные осадки
Глубина воды ≈ 1 мм
Лужи
Глубина воды ≈ 2 мм
Ice
(Black ice)
50 новый 0.85 0,65 0,55 0,50 ≤ 0,10
50 1,6 1,00 0,50 0,40 0,25

2

9012 9012 9012 9013 9012 9012 9012 0,60 0,30 0,05
90 1,6 0,95 0,20 0,10 0,05 130128 130129 75 0,55 0,20 0,00
130 1,6 0,90 0,20 0,10 0,00
µ = f r [ где: K = ]
(3)

Где g, — ускорение свободного падения, v — начальная скорость при торможении, а f r — коэффициент сопротивления качению, который был принят равным 0.013. Обычное значение для K для серийного автомобиля составляет 0,0000658 с 2 / м 2 ; e — число Эйлера, равное 2,718281828.

Ожидаемый пробег

Износ протектора — это относительная мера ожидаемого пробега шины. Поскольку это открыто для некоторых интерпретаций со стороны производителей, это не совсем надежно. Некоторые утверждают, что в идеальных условиях ожидаемый срок службы шины с износом протектора 100 может составлять 50 000 км. (1) .Это довольно нереально, особенно если речь идет о энергичном вождении. На этом сайте используются более консервативные отношения (и это будет среднее значение, а не максимум или минимум):

пробег [км] = 100 × протектор
(4)

Красный свет, зеленый свет: силы трения, дороги и шины — Урок

Быстрый просмотр

Уровень оценки: 8 (7-9)

Требуемое время: 45 минут

Зависимость урока:

Тематические области: Физические науки, физика

Подпишитесь на нашу рассылку новостей

Резюме

Основываясь на своем понимании сил и законов движения Ньютона, студенты узнают о силе трения, особенно в отношении автомобилей.Они исследуют трение между шинами и дорогой, чтобы узнать, как оно влияет на движение автомобилей во время вождения. В сопутствующем упражнении по обучению грамоте учащиеся исследуют тему конфликта в литературе, разницу между внутренним и внешним конфликтом, а также различные типы конфликтов. Истории используются для обсуждения методов управления и разрешения конфликтов и межличностных трений. Эта инженерная программа соответствует научным стандартам нового поколения (NGSS).

Инженерное соединение

Инженеры используют свое понимание силы трения для проектирования безопасных дорог, шин, автомобилей и тормозов.Транспортные и автомобильные инженеры следят за тем, чтобы дороги и шины обеспечивали необходимое трение, потому что трение обеспечивает сцепление и контроль для безопасного вождения, особенно в обледенелых или влажных условиях. Даже проектирование того, как бумага перемещается через копировальный аппарат, требует понимания трения. Инженеры также уменьшают силу трения между движущимися механическими частями (в двигателях, инструментах, протезах и т. Д.), Поэтому детали работают более плавно и служат дольше.

Цели обучения

После этого урока учащиеся должны уметь:

  • Объясните, как трение связано с движением автомобилей (движение вперед, остановка, повороты).
  • Определите трение как силу, которая сопротивляется движению объекта, движущегося относительно другого объекта
  • Предсказать способы улучшить движение автомобилей по снегу и льду и объяснить, почему
  • Связать инженерное дело с силами трения, особенно при конструировании автомобилей.

Образовательные стандарты

Каждый урок или задание TeachEngineering соотносится с одним или несколькими научными дисциплинами K-12, образовательные стандарты в области технологий, инженерии или математики (STEM).

Все 100000+ стандартов K-12 STEM, охватываемых TeachEngineering , собираются, обслуживаются и упаковываются сетью стандартов достижений (ASN) , проект D2L (www.achievementstandards.org).

В ASN стандарты иерархически структурированы: сначала по источникам; например , по штатам; внутри источника по типу; например , естественные науки или математика; внутри типа по подтипу, затем по классу, и т. д. .

NGSS: научные стандарты нового поколения — наука
Ожидаемые характеристики NGSS

МС-ПС2-2. Запланируйте расследование, чтобы получить доказательства того, что изменение движения объекта зависит от суммы сил, действующих на объект, и массы объекта.(6-8 классы)

Вы согласны с таким раскладом? Спасибо за ваш отзыв!

Нажмите, чтобы просмотреть другие учебные программы, соответствующие этим ожиданиям от результатов.
Этот урок посвящен следующим аспектам трехмерного обучения NGSS:
Наука и инженерная практика Основные дисциплинарные идеи Сквозные концепции
Планируйте расследование индивидуально и совместно, а также в процессе разработки: определите независимые и зависимые переменные и элементы управления, какие инструменты необходимы для сбора данных, как будут регистрироваться измерения и сколько данных необходимо для подтверждения претензии.

Соглашение о выравнивании: Спасибо за отзыв!

Научные знания основаны на логических и концептуальных связях между доказательствами и объяснениями.

Соглашение о выравнивании: Спасибо за отзыв!

Движение объекта определяется суммой действующих на него сил; если общая сила, действующая на объект, не равна нулю, его движение изменится. Чем больше масса объекта, тем больше сила, необходимая для достижения такого же изменения движения.Для любого данного объекта большая сила вызывает большее изменение в движении.

Соглашение о выравнивании: Спасибо за отзыв!

Все положения объектов и направления сил и движений должны быть описаны в произвольно выбранной системе отсчета и произвольно выбранных единицах размера. Чтобы делиться информацией с другими людьми, необходимо также поделиться этим выбором.

Соглашение о выравнивании: Спасибо за отзыв!

Объяснения стабильности и изменений в естественных или спроектированных системах могут быть построены путем изучения изменений во времени и сил в различных масштабах.

Соглашение о выравнивании: Спасибо за отзыв!

Международная ассоциация преподавателей технологий и инженерии — Технология
ГОСТ Предложите выравнивание, не указанное выше

Какое альтернативное выравнивание вы предлагаете для этого контента?

Больше подобной программы

Слайдеры (для старшей школы)

В этом практическом задании учащиеся узнают о двух типах трения — статическом и кинетическом — и уравнении, которое ими управляет.Они также экспериментально измеряют коэффициент трения покоя и коэффициент кинетического трения.

Слайдеры

Учащиеся узнают о двух типах трения — статическом и кинетическом — и уравнении, которое ими управляет. Они также экспериментально измеряют коэффициент трения покоя.

Предварительные знания

Силы, законы движения Ньютона

Введение / Мотивация

Вспомните, когда вы в последний раз ездили на автобусе или машине. Почему на некоторых машинах колеса крутятся на зеленый свет, а на других машинах едет вперед, не крутясь? Почему машины с визгом останавливаются, когда водитель нажимает на тормоза? Что заставляет машину, идущую со скоростью 60 миль в час, оставаться на шоссе, безопасно двигаясь вперед? Ответ на все эти вопросы — сила ТРЕНИЯ (и, конечно, законы движения Ньютона)! Инженеры должны понимать силу трения, чтобы они могли проектировать безопасные дороги, шины, автомобили и тормоза.Инженеры также стараются уменьшить силу трения между движущимися механическими частями, чтобы они прослужили дольше.

Когда шины автомобиля начинают вращаться, трение между дорогой и шинами заставляет автомобиль двигаться вперед. Точно так же, когда автомобиль поворачивает за угол, трение между дорогой и шинами не дает автомобилю соскользнуть с обочины дороги (помните первый закон Ньютона? Без силы трения автомобиль будет двигаться по обочине). прямая линия — прямо с дороги!) Когда автомобиль замедляется, трение между дорогой и шинами помогает остановить машину, так как колеса замедляются.Торможение колес вызывает трение между колесами и тормозными колодками. Очевидно, что трение — очень важная сила, когда вы едете в машине!

Представьте, что трение между дорогой и шинами стало намного меньше. Представьте, что трение между ботинком и льдом такое же, как если бы вы шли по покрытому льдом озеру. Что случилось бы? Машины будут скользить по всей дороге, потому что трение между дорогой и шиной будет недостаточным, чтобы шина «прилипла» к дороге.Автомобилям будет трудно тронуться с места, потому что у них будут крутиться колеса. Также будет сложно останавливаться машинам. Представьте, что вы пытаетесь остановить машину, нажав на педаль тормоза, если бы между шинами и дорогой не было трения — что бы произошло? Даже если бы колеса перестали вращаться, машина продолжала бы скользить по дорогам с низким коэффициентом трения! Автомобиль выскользнул и вылетел из-под контроля, выехав за желтую линию или в канаву!

Иногда, когда идет дождь или снег, трение между шинами и дорогой может быть значительно уменьшено, и возникает опасность скольжения автомобиля.Из-за этой опасности инженеры разработали особо безопасные тормоза — антиблокировочную тормозную систему (ABS) с компьютерным управлением. Поскольку эти тормоза с АБС управляются компьютером, они всегда могут определять, что делает каждое колесо. Поскольку компьютер знает, что делают все четыре колеса, если одно колесо вот-вот начнет заносить при попытке затормозить, система ABS может отрегулировать три других колеса так, чтобы автомобиль не скользил. Обратитесь к увлекательной и практической деятельности «Гонщики на воздушной подушке»! для студентов, чтобы исследовать трение между двумя поверхностями.Последующие действия в связи с соответствующей деятельностью Насколько далеко? Измерение трения с использованием различных материалов для учащихся, чтобы изучить, как разные текстуры обеспечивают различное трение движущимся по ним объектам.

Однако наша воображаемая дорога с низким коэффициентом трения — не все плохие новости. Если бы автомобиль мог ехать с очень небольшим трением между шинами и дорогой, он был бы намного более экономичным, потому что двигателю не приходилось бы очень много работать, чтобы поддерживать автомобиль в движении. Транспортные и автомобильные инженеры следят за тем, чтобы дороги и шины имели правильное количество трения — слишком много, и автомобильным двигателям придется выполнять больше работы, чтобы продолжать работать; маловато, и авто бы не прилипало к дороге!

Инженеры

используют эту связь между трением и динамикой шины / дороги, чтобы строить дороги из материала, который способствует трению в целях безопасности, но не слишком сильному, чтобы машинам не приходилось слишком много работать, чтобы двигаться вперед.В районах, где много снега, некоторые люди используют специальные шины с металлическими шипами, потому что металлические шипы входят в снег и лед, создавая большее трение, чем одна резина. Иногда дороги настолько обледенели, что людям даже приходится надевать цепи на свои шины, чтобы создать достаточное трение между автомобильными шинами и дорогой, чтобы они не скользили и не скользили по всей дороге.

После урока обратитесь к сопутствующему упражнению «Чтобы сплести двое», чтобы расширить представление о трениях в личных отношениях с помощью историй.

Предпосылки и концепции урока для учителей

Трение — это сила, возникающая при трении предметов друг о друга. Сила трения между дорогой и шиной — это то, что позволяет шине «оттолкнуться» от дороги, тем самым двигая автомобиль вперед (третий закон Ньютона — действие — это сила трения толкания, реакция — это движение автомобиля вперед). Представьте, что машину опускают на домкрат. Когда шины вообще не касаются земли (и поэтому между шинами и землей нет трения), шины могут вращаться, но автомобиль не движется.В тот момент, когда шины впервые касаются земли, они «цепляются» за землю. Этот «захват» — это сила трения между шиной и землей. Когда шины «цепляются» за землю, автомобиль движется вперед. Иногда, например, когда автомобиль стоит на льду, грязи или песке, сила трения не достаточна для того, чтобы шины автомобиля цеплялись за землю, и поэтому автомобилю трудно двигаться вперед (он раскручивается или скользит). Таким образом, даже если трение часто рассматривается как сила, противодействующая движению объекта, движение автомобиля было бы невозможно без трения! Трение может замедлить автомобиль при движении по дороге, но это также сила, которая позволяет машине вообще двигаться вперед.Именно сила трения удерживает шины от скольжения по дороге. Точно так же именно трение заставляет машину останавливаться при нажатии на тормоза. Таким образом, именно сила трения заставляет машину ускоряться вперед, а также замедляться до остановки.

Трение также очень важно при повороте автомобиля. Если трение между дорогой и шинами недостаточно, автомобиль будет съезжать с дороги боком, вместо того, чтобы повернуть за угол. У грунтовых дорог меньше трения, чем у дорог с твердым покрытием, поэтому автомобили иногда скользят по углам на грунтовых дорогах по телевизору или в фильмах.Если автомобили едут очень быстро, задние колеса могут скользить, делая автомобиль «рыбьим хвостом» при повороте.

Сопутствующие мероприятия

  • Гонщики на воздушной подушке! — Во время этого упражнения ученики исследуют трение между двумя поверхностями. Студенты строят судно на воздушной подушке с воздушным шаром и компакт-диском, узнав, что воздушный слой под объектом значительно снижает трение, когда он скользит по поверхности.

    Посмотреть это занятие на YouTube

  • Как далеко? Измерение трения с использованием различных материалов — это упражнение показывает, как разные текстуры обеспечивают различное трение движущимся по ним объектам. Студенты экспериментируют с наждачной бумагой и вощеной бумагой (и любым другим материалом, который, по вашему мнению, может быть интересен), чтобы определить, какой материал обеспечивает наименьшее / наибольшее трение.

    Посмотреть это занятие на YouTube

  • Чтобы спутались двое — учащиеся исследуют тему конфликта в литературе. Они узнают разницу между внутренним и внешним конфликтом и различными типами конфликтов. Истории используются для обсуждения методов управления и разрешения конфликтов и межличностных трений.

Закрытие урока

Попросите учащихся объяснить, что, по их мнению, такое трение. Почему он замедляет движение, но в то же время делает его возможным? Почему трение так важно для инженеров, строящих автомобили? Какие дополнительные применения трения в повседневной жизни и для инженеров? Какой была бы жизнь без трения?

Словарь / Определения

Сила: что-то, что действует извне, чтобы толкать или тянуть объект.Например, взрослый, тащащий ребенка в повозке, оказывает на повозку силу.

Трение: сила, возникающая при трении предметов друг о друга.

Третий закон движения Ньютона: на каждое действие существует равное и противоположное противодействие.

Оценка

Оценка перед уроком

Вопрос для обсуждения: Запрашивайте, объединяйте и обобщайте ответы студентов.

  • Какие силы заставляют машину двигаться со скоростью 60 миль в час, оставаться на шоссе и безопасно двигаться вперед? Почему автомобиль не замедляется, не поворачивает направо и налево или не съезжает с дороги? (Ответ: ТРЕНИЕ и третий закон движения Ньютона. Трение между дорогой и шинами автомобиля заставляет его двигаться в прямом направлении.).

Оценка после введения

Вопрос / ответ: Задайте ученикам и обсудите в классе:

  • Представьте, что вы пытаетесь остановить автомобиль, нажав на педаль тормоза, если бы между колесами и дорогой не было трения.Что случилось бы? (Ответ: Если бы не было трения, колеса остановились бы, но автомобиль продолжал бы скользить и вообще не замедлялся бы. Автомобиль останавливался бы только при столкновении с чем-либо.)
  • Можете ли вы представить себе ситуацию, в которой инженеру может потребоваться меньшее трение? Когда инженеру может понадобиться больше трения? (Возможные ответы: инженеры стараются уменьшить трение между движущимися частями, чтобы они не изнашивались так быстро. Увеличение трения — полезный способ замедлить работу — именно так работают тормоза в автомобиле, велосипеде или скутере! есть много других возможных ответов на этот вопрос.)

Итоги урока Оценка

Круглый стол: Разделите класс на группы по 3–5 студентов в каждой. Попросите учащихся каждой команды составить список того, каким образом трение влияет на автомобили, и каждый человек по очереди записывает свои идеи. Студенты разносят список по группе, пока не будут исчерпаны все идеи. Попросите команды прочитать ответы вслух и записать их на доске. (Предложение: трение возникает не только между колесами и дорогой, но и между всеми движущимися частями двигателя, тормозами и т. Д.)

Friction Boggle !: Повторите то же действие, что и выше, за исключением случаев, когда команды зачитывают свои ответы вслух и записывают их на доске, спросите, придумали ли другие команды такая же идея. Если у других команд есть такой же ответ на своих листах, все команды должны вычеркнуть этот ответ в своем списке. Побеждает команда, у которой есть самые «уникальные» идеи!

Мероприятия по продлению урока

Попросите учеников пойти домой и покататься на велосипеде, а затем вернуться в школу с некоторыми наблюдениями о движении велосипеда и трении, которое они создают во время езды на велосипеде.Чем дорожные велосипеды отличаются от горных? Почему шины разные?

Попросите студентов исследовать суда на воздушной подушке. Как они работают? Как быстро они могут идти? По каким поверхностям они могут переходить? Какую роль играет трение в движении судов на воздушной подушке?

Рекомендации

Гиттевитт, Пол. Концептуальная физика. Менло-Парк, Калифорния: Аддисон-Уэсли, 1992.

Хаузер, Джилл Франкель.Вещи и гаджеты: создание научных хитростей, которые работают (и зная, почему). Шарлотта, VT: Williamson Publishing, 1999.

Каган, Спенсер. Совместное обучение. Capistrano, CA: Kagan Cooperative Learning, 1994. (Источник для оценки за круглым столом.)

ВанКлив, Дженис. Физика для каждого ребенка: 101 простой эксперимент с движением, теплом, светом, машинами и звуком. Нью-Йорк, штат Нью-Йорк: John Wiley and Sons Inc., 1991.

Вольфсон, Ричард и Джей М.Пасачёв. Физика: для ученых и инженеров. Ридинг, Массачусетс: Addison-Wesley Longman Inc., 1999.

Авторские права

© 2004 Регенты Университета Колорадо.

Авторы

Сабер Дурен; Бен Хевнер; Малинда Шефер Зарске; Дениз Карлсон

Программа поддержки

Комплексная программа преподавания и обучения, Инженерный колледж, Университет Колорадо в Боулдере

Благодарности

Содержание этой учебной программы по цифровой библиотеке было разработано при гранте Фонда улучшения послесреднего образования (FIPSE), U.S. Министерство образования и Национальный научный фонд ГК-12, грант No. 0338326. Однако это содержание не обязательно отражает политику Министерства образования или Национального научного фонда, и вам не следует предполагать, что оно одобрено федеральным правительством.

Последнее изменение: 8 декабря 2020 г.

Трение, важный атрибут шин, дорог и Deicers

Трение очень важно для людей — без него, например, мы не могли бы ходить или даже ползать, так почему же потребовалось так много времени на изучение взаимосвязи, существующей между антиобледенители и заснеженные / обледенелые дороги.Ученые EnviroTech Services изучали эту взаимосвязь и с помощью современных дорожных датчиков разработали тест, который показывает влияние антиобледенителя на трение. Немного истории о трении и шинах, о дорогах, а теперь и о противообледенительных машинах.

Трение давно считается важным атрибутом автомобильных шин. Еще в 1905 году протектор был разработан для шин. Протектор — это часть шины, которая непосредственно контактирует с дорожным покрытием. Коэффициент трения дорожного покрытия увеличивался с развитием протектора шины.Рисунок протектора резиновых шин играет важную роль в определении их сопротивления трению или скольжению. В сухих условиях на дорогах с твердым покрытием гладкая шина дает лучшее сцепление, чем протектор с канавками или рисунком, поскольку для развития сил трения доступна большая площадь контакта. Шина с рисунком имеет канавки или каналы, в которые вода может протискиваться, когда шина катится по дороге, тем самым снова обеспечивая зону прямого контакта между шиной и дорогой. Шина с рисунком дает типичные коэффициенты трения на сухой и мокрой дороге около 0.7 и 0,4 соответственно. Эти значения представляют собой компромисс между крайними значениями примерно 0,9 (на сухой дороге) и 0,1 (на мокрой дороге), полученными для гладкой шины. Другие технологии, такие как химия резины, не остались на месте, помимо дизайна протектора, когда дело доходит до повышения безопасности, производительности и даже трения шин. Поскольку снег становится твердым и утрамбованным, он может быть очень скользким. Тогда коэффициент трения меньше, чем когда шины находятся на асфальте, что означает, что «липкая» сила не так велика при удерживании шин и покрытой снегом дороги вместе.В этих условиях автомобильные шины начинают проскальзывать, пытаясь сцепиться с дорогой, поэтому автомобильные шины крутятся на снегу. Шины могут быть сконструированы так, чтобы улучшить трение (контакт), чтобы вода могла выходить из-под колес, позволяя шине оставаться в контакте с дорогой, обеспечивая сцепление, необходимое для удержания на дороге. БОЛЬШОЙ ВОПРОС: почему бы не измерить улучшение трения при измерении эффективности антиобледенителя.

Проектировщики дорог еще в 1930-х годах интересовались трением на проезжей части, с 1960-х годов по сегодняшний день компании проектируют и производят прицепы для испытаний на трение дорожного покрытия.Дорожные инженеры знают, как важно понимать трение на проезжей части. Метод ASTM E-274 (AASHTO T-242) применяется в 39 штатах и ​​на территории Пуэрто-Рико; Это стандартный в США метод испытания сопротивления скольжению на асфальтированных поверхностях с использованием полноразмерной шины. Сопротивление скольжению — это сила, возникающая, когда шина, которой не позволяют вращаться, скользит по поверхности дорожного покрытия. Сопротивление заносу является важным параметром оценки покрытия, потому что:

  1. Недостаточное сопротивление скольжению приведет к увеличению числа несчастных случаев, связанных с заносом.
  2. Измерения сопротивления скольжению можно использовать для оценки различных типов материалов и методов строительства.

Сопротивление скольжению зависит от микротекстуры и макротекстуры поверхности дорожного покрытия (Corley-Lay, 1998 [2]). Сопротивление скольжению меняется со временем. Обычно он увеличивается в первые два года после строительства, поскольку проезжая часть изнашивается движением и обнажаются грубые поверхности из заполнителя, а затем уменьшается в течение оставшегося срока службы покрытия, поскольку заполнители становятся более полированными.Поскольку дорожные инженеры уже почти 100 лет занимаются проблемой трения на дорогах, имеет смысл измерять только характеристики антиобледенителя, поскольку они связаны с измерением трения.

Так почему бы не измерить влияние антиобледенителя на трение по сравнению с принятым промышленным тестом SHRP H-205.1. Тест SHRP, который используется около 30 лет, определяет объем растаявшего льда на единицу массы продукта, применяемого в лабораторных условиях. Однако многие специалисты по борьбе с обледенением считают этот метод испытаний неточным и непоследовательным.Многие считают, что ему не хватает возможности измерить эффективность твердых антиобледенителей. Модификации метода SHRP могут заполнить некоторые детали, которые не были получены с помощью исходного метода, но все же не обеспечивают результатов, основанных на производительности, которые говорят об истинной цели борьбы с обледенением, которая состоит в том, чтобы вернуть дорожное покрытие к безопасному уровню трения как можно быстрее. как можно дольше и с максимальной эффективностью. Принятые в отрасли лабораторные данные с использованием устаревшего теста SHRP не могут надежно указать, с какой скоростью и в какой степени обледенелая небезопасная дорога возвращается к уровню трения, который обеспечивает безопасные условия вождения.Трение на дороге, а не плавильная или плавильная способность — это мера, необходимая для понимания эффективности антиобледенителей. Конечно, отраслевые стандарты не могут определять нормы внесения и частоту, эти решения лучше всего принимают профессионалы в этой области. На самом деле трудно и редко найти лабораторные данные, отражающие реальные условия и результаты. Что продвинулось, так это возможность измерять производительность продукта вне лаборатории. Новая технология с датчиками позволяет специалистам по борьбе с снегом видеть, как продукты работают в полевых условиях.Этот новый тест на трение (и полученные в результате данные) был разработан как метод испытаний с использованием анализатора трения, холодной пластины и моделируемой дорожки для измерения истинной эффективности антиобледенителей, максимально точно воспроизводящих реальные условия. Этот метод измеряет, насколько быстро и в течение какого времени несколько антиобледенителей возвращают дорожному покрытию коэффициент трения 0,6, коэффициент трения, эквивалентный безопасной «мокрой» дороге. Этот тест сочетает то, что сноуфайтеры видят в полевых условиях, с полезными данными из лаборатории.Цель состоит в том, чтобы предоставить специалистам по снежным боям лабораторные данные, которые помогут им выбрать продукты, наиболее подходящие для реальных условий, которые они видят. Он показывает, какие продукты действительно работают! Сопротивление скольжению зависит от микротекстуры и макротекстуры поверхности дорожного покрытия (Corley-Lay, 1998 [2]). Сопротивление скольжению меняется со временем. Обычно он увеличивается в первые два года после строительства, поскольку проезжая часть изнашивается движением и обнажаются грубые поверхности из заполнителя, а затем уменьшается в течение оставшегося срока службы покрытия, поскольку заполнители становятся более полированными.Поскольку дорожные инженеры уже почти 100 лет занимаются проблемой трения на дорогах, имеет смысл измерять только характеристики антиобледенителя, поскольку они связаны с измерением трения.

Эффективность — ключ к успеху на обледенелой и заснеженной дороге. Загрузите брошюру Ice Slicer®, гранулированный продукт для борьбы с обледенением, используемый для разрушения сцепления снега и льда с проезжей части «
и улучшения трения ».

Подробнее о слайсере »

Для получения дополнительной информации о EnviroTech Services посетите наш веб-сайт www.envirotechservices.com или позвоните по телефону 800-881-5848.

Влияние модели трения и маневрирования шины на контактное напряжение шины с дорожным покрытием

Цель данной статьи — моделировать влияние различных моделей трения на торможение шины. Радиальная шина грузового автомобиля (295 / 80R22.5) была смоделирована, и модель была проверена с учетом прогиба шины. Модель трения с экспоненциальным затуханием, которая учитывает влияние скорости скольжения на коэффициенты трения, была принята для анализа эффективности торможения. Результат показывает, что модель трения с экспоненциальным затуханием, используемая для оценки тормозной способности, соответствует требованиям к конструкции антиблокировочной тормозной системы (ABS).Были проанализированы характеристики контактного напряжения шины с дорожным покрытием в различных условиях движения (статика, свободное качение, торможение, развал и прохождение поворотов). Установлено, что изменение условий движения напрямую влияет на распределение контактных напряжений между шиной и дорожным покрытием. Результаты служат руководством для оценки эффективности торможения шины.

1. Введение

Различные исследования моделирования [1, 2] и результаты экспериментов [3, 4] показали, что контактное напряжение шины с дорожным покрытием оказывает большое влияние на управляемость и устойчивость транспортного средства.Контактное напряжение между шиной и поверхностью дороги зависит от таких параметров, как нагрузка на шину, скорость, характеристики покрытия и скорость скольжения. Хотя контактное напряжение можно оценить по коэффициенту сцепления между шиной и поверхностью дороги, классической кулоновской модели трения недостаточно для моделирования реакции трения резинового эластомера [5]. Савкур [6] предложил формулу коэффициента трения скольжения резины, которая эффективно учитывает коэффициент трения со скоростью, указав, что коэффициент трения увеличивается с увеличением скорости скольжения, а затем, с увеличением скорости скольжения, коэффициент трения начинает уменьшаться. .Dorsch et al. [7] обнаружили, что существует нелинейная зависимость между трением и параметрами, такими как контактное напряжение шины, скорость скольжения и температурные параметры. Ma et al. В [8] на основе модели Савкора изучалось влияние свойств резины и покрытия на коэффициенты трения скольжения. Ли и др. [9] представили унифицированную модель трения на основе данных испытаний, которая характеризует различные характеристики трения резины протектора. Численные результаты соответствуют экспериментальным результатам.

ABS — это система контроля безопасности транспортного средства с противоскользящими и антиблокировочными свойствами.Вообще говоря, протектор представляет собой скольжение и качение, соответственно, при движении вперед и по окружности под действием ABS [10]. Следовательно, простое моделирование скольжения шины не является истинным отражением эффективности торможения. И при анализе методом конечных элементов покрытие шин обычно моделировалось с помощью модели Кулона; однако из-за вязкоупругих свойств самой модели и ограничений материала кулоновской резины метод моделирования больше не может точно отражать состояние торможения.

В этом исследовании изучалось влияние различных моделей трения на тормозную силу шины. Обнаружено, что при использовании модели трения экспоненциального затухания, в которой угол торможения может быть изменен, максимальная сила торможения может быть получена, когда шина достигает критического пробуксовки. В этом исследовании также смоделировано распределение различных условий контактного напряжения при различных условиях движения шины (статика, свободное качение, торможение, развал и прохождение поворотов), что дает рекомендации по оценке эффективности торможения.

2. Проверка модели и модели шины FEM
2.1. Численная модель резинового материала

В этой статье модель радиальной шины 295 / 80R22.5 была построена под давлением в 900 кПа с нагрузкой 35,5 кН. Резиновые материалы могут выдерживать большие упругие деформации из-за высокой линейности зависимости напряжения от деформации. Каучук является изотропным гиперупругим материалом и может быть описан с помощью моделей Огдена, Нео-Гука и Йео [11]. Однако модель Йео отличается от других моделей тем, что она зависит только от первого инварианта деформации; таким образом, его можно использовать для согласования различных моделей деформации с данными об одноосном растяжении.

Модель Йео находится в следующем уравнении: где — первый инвариант деформации и, и — материальные константы, которые могут быть определены из экспериментальных данных, в которых образец резины подвергается одноосному растяжению [12]. Как показано на рисунке 1, несколько моделей могут быть использованы для описания упругих механических характеристик протектора в эксперименте с одноосным растяжением. Заявлено, что модель Йео применяется при анализе методом конечных элементов резиноподобных эластомеров.


2.2. Конечно-элементная модель композита корд-резина

В этом исследовании композит корд-резина моделируется с использованием слоев арматуры, таких как ремни и каркас. Жесткость арматуры, накладываемая на жесткость твердой резины, широко используется для моделирования шин [2, 3]. Стальная проволока считается изотропным материалом с модулем Юнга 2000 ГПа, коэффициентом Пуассона 0,28 и массовой плотностью 7900 кг / м 3 . Армирующие материалы в каркасе, поясах и дополнительных слоях моделируются с использованием слоя арматуры в поверхностном элементе SFM3D4R, который представляет собой четырехугольный элемент с четырьмя узлами.Бусина определяется как изотропный материал, описываемый элементом C3D8R.

2.3. Создание сетки и выбор элементов

Шина 295 / 80R22.5 в основном включает протектор, плечевую зону, боковину, каркас, внутреннюю часть, пояс, вершину, борт и т. Д. Протектор, заплечик, боковина, внутренняя часть и вершина состоят из чистой резины разной твердости. Ремень, каркас и борт моделируются как однослойные или многослойные композиты корд-резина. Моделирование статической шины разделено на три подэтапа.

Сначала создается двумерная сетка шины.Осесимметричная модель, показанная на рисунке 2 (а), включает 843 узла и 768 элементов. Во-вторых, файл INP осесимметричной модели был импортирован в ABAQUS, который используется для моделирования процедуры монтажа шины и обода, а также накачивания шины. В-третьих, ГЕНЕРАЦИЯ СИММЕТРИЧНОЙ МОДЕЛИ была использована для создания трехмерной (3D) модели шины, показанной на Рисунке 2 (b). Тем временем результаты осесимметричного анализа переносятся в 3D-модель. Чтобы учесть точность и эффективность, сетка шины была разделена на сегменты, как показано на рисунке 2 (b).В модели шины элементы C3D8H и SFM3D4R использовались для определения материала резины и стального корда соответственно.

2.4. Граничные условия

Анализ следа включает следующие три основных шага: (1) Приложите внутреннее давление (900 кПа в этом исследовании). (2) Установите контакт поверхностей между шиной и ободом, шиной и дорогой. Для этой цели был применен метод штрафа. (3) Имитируйте статический прогиб, переместите поверхность дороги в специальное положение, пока на шину не будет действовать заданная сила, например, номинальная нагрузка.

2,5. Проверка модели

После того, как шина 295 / 80R22.5 накачана до 900 кПа и подвергается вертикальной нагрузке 35,5 кН, на Рисунке 3 (а) показано, что шина находится в накачанном состоянии без нагрузки. И ширина сечения в накачанном состоянии, и внешний диаметр в накачанном состоянии, получены и перечислены в Таблице 1. Как показано на Фигуре 3 (b), получается наибольшая ширина деформированного профиля в самом нижнем поперечном сечении шины. Измеренные и расчетные значения приведены в таблице 1.Для проверки модели шины та же самая шина испытывается на машине статического нагружения, машине для испытания шин MTM-2, с подушкой для измерения давления, как показано на Рисунке 4. Во время испытания ось может перемещаться только вертикально (вверх или вниз), но подушка может двигаться как в продольном, так и в поперечном направлении. Длина и ширина пятна контакта обозначены соответственно как и. Между тем, площадь следа шины также показана в таблице 1. На рисунке 5 показано сравнение смоделированных характеристик прогиба нагрузки с результатами измерения.Из рисунка 5 видно, что с увеличением вертикального смещения вертикальная нагрузка увеличивается нелинейно. Расчетная кривая согласуется с данными измерений с погрешностью 5,9%.

83 295,2

(мм) (мм) (мм) (мм) (мм) (мм) (мм) (мм)

Результаты измерений 296.2 1042.1 234,5 326,5 264,3 228,5 455,2
Прогнозируемые результаты 1041.2


3. Модель катящейся шины

В исследовании используется описание произвольной лагранжевой эйлеровы (ALE) для имитации прокатки в установившемся режиме.ALE разлагает деформацию шины на деформацию материала и движение твердого тела. Деформация материала шины использовалась методом Лагранжа, а движение твердого тела шины описывалось методом Эйлера. По сравнению с традиционным анализом качения шин, этот метод учитывает качение и скольжение шины и может эффективно получить характеристики общей силы и крутящего момента шины в различных условиях движения. Кроме того, этот метод учитывает эффект трения, эффекты инерции и вязкоупругие эффекты материала.Однако существует необходимость в уточнении сетки в зоне контакта шины.

Коэффициент скольжения рассчитывается по формуле: радиус качения, скорость и угловая скорость качения шины.

Устойчивое состояние катящейся шины находится между состоянием торможения и ускорения. Путем изменения угловой скорости регулируется крутящий момент или тормозная сила между шиной и дорогой, чтобы определить, достигает ли шина состояния свободного качения. На рисунке 6 показана модель катящейся шины.Когда шина достигает состояния свободного качения, коэффициент скольжения шины равен нулю. В этот момент соотношение между скоростью и угловой скоростью вращения выглядит следующим образом:


В этот момент при уменьшении или увеличении угловой скорости возникает условие торможения или ускорения, и сила взаимодействия между шиной и поверхностью отличен от нуля. Следовательно, состояние установившегося режима качения можно определить, проверив, равен ли нулю тормозная сила или крутящий момент шины. Из рисунка 7 видно, что при скорости прокатки 50 км / ч угловая скорость равна 27.3146 рад / с, и шина выходит на устойчивый режим.


4. Модель трения шины о дорожное покрытие

Модель трения шины о дорожное покрытие оказывает непосредственное влияние на изучение трибологии и механических свойств шин. Из-за вязкоупругих свойств резины шины площадь контакта шины с дорожным покрытием была разделена на две области: площадь скольжения и площадь сцепления, как показано на рисунке 8, где — давление накачивания шины, — длина области контакта шины, а — разделение положения двух регионов.В зоне сцепления отсутствует относительное скольжение между протектором и поверхностью дорожного покрытия. Находясь в задней части пятна контакта, сила сцепления превышает максимальную силу трения, которую может выдержать поверхность; таким образом происходит относительное скольжение [13].


Чтобы в полной мере учесть трение резины и характеристики торможения катящейся шины, в этом исследовании используется модель трения Каллена и модель трения экспоненциального затухания в ABAQUS для моделирования площади контакта, где коэффициент трения используется для представления свойства трения в контактная площадка.Формула расчета трения для Каллена: где — критическое напряжение сдвига; — коэффициент статического трения; нормальное контактное давление.

Модель коэффициента трения для экспоненциальной функции коэффициентов скольжения имеет следующий вид: где — кинетический коэффициент трения при наивысшей скорости скольжения, — коэффициент трения покоя в начале скольжения (нулевая скорость скольжения), — скорость скольжения и пользователь -определенный коэффициент затухания [14]. Уравнение (5) описывает, как коэффициент трения между двумя контактирующими телами изменяется от статического к динамическому процессу.Что касается контакта между шиной и поверхностью дорожного покрытия, это больше связано с микроструктурой поверхности, в то время как сильно зависит от макротекстуры поверхности [15]. В этой статье различные коэффициенты разрушения выбраны равными 0,5 и 0,05 соответственно, чтобы представить характеристики трения поверхности дорожного покрытия с плохой и хорошей макротекстурой, соответственно. Коэффициент трения покоя равен 0,85 [16], а коэффициент кинетического трения равен 0,7. Скорость шины 50 км / ч. Для автомобиля с определенной массой, чем больше тормозное усилие, тем больше замедление при торможении и тем короче тормозной путь.Таким образом, тормозная сила может использоваться для оценки торможения транспортного средства. Поэтому в данной статье тормозная сила используется для оценки влияния различных моделей трения на характеристики заземления шин.

Рисунок 9 показывает, что все модели трения могут получить критический коэффициент трения скольжения, соответствующий пиковой силе трения. Видно, что тормозная сила достигает максимума, когда коэффициент скольжения составляет около 18% (критический коэффициент скольжения). Однако, когда коэффициент скольжения меньше критического коэффициента трения скольжения, тормозная сила увеличивается и становится больше.В этом случае зона контакта шины находится в состоянии частичного скольжения. Как только коэффициент скольжения превышает критический коэффициент скольжения, площадь контакта шины изменяется от частичного скольжения до полного скольжения. Но при использовании кулоновского трения площадь контакта не изменилась. Хотя использование модели экспоненциального затухания имеет тенденцию к снижению, коэффициент ослабления дорожных характеристик оказывает значительное влияние на трение. Экспериментальные тесты Аль-Кади и Ю [14] также показали ту же тенденцию. Можно видеть, что по сравнению с моделью кулоновского трения модель экспоненциального затухания наиболее близка к практической динамической ситуации торможения шины, что также соответствует принципу системы ABS.


На рисунках 10 и 11, соответственно, показаны контактные напряжения шины и распределение скольжения трех моделей трения при критическом скольжении. Из этих рисунков видно, что тип модели трения не оказал очевидного влияния на распределение напряжений и площадь контакта трения скольжения. Однако тип модели трения оказал значительное влияние на максимальное напряжение и максимальное проскальзывание грунта.

5. Анализ контактного напряжения в различных рабочих условиях

Рисунок 12 показывает, что когда шина подвергается статическим нагрузкам из-за выпуклой дуги протектора и большой деформации боковины, центр протектора шины сначала контактирует с поверхностью, что приводит к максимальное распределение напряжения на центральном ребре.Поскольку резина протектора подвергалась экструзии, в зоне контакта шины возникают продольные и поперечные напряжения. В направлении качения контактные напряжения находятся в антисимметричном состоянии, и величина напряжения отрицательна спереди и положительна в поперечном направлении. Ударение представляет собой распределение в форме вазы. Поскольку центр контактной площадки и заплечик создают большую деформацию в поперечном направлении, на земле возникает относительно большее поперечное напряжение. Из-за вертикальной статической нагрузки среднее контактное напряжение в направлении качения и в осевом направлении равно нулю.

Из рисунка 13 видно, что, когда шина находится в установившемся состоянии свободного качения, результирующая сила трения равна нулю. По сравнению со статическим состоянием, распределение напряжений и форма пятна контакта не претерпевают значительных изменений, но напряжение в поперечном направлении становится асимметричным, а распределение напряжений в основном сосредоточено в области переднего контакта, а центр контакта шины перемещается в сторону передний край. Это происходит главным образом потому, что во время качения шины резина переднего протектора сначала контактирует с поверхностью, и она деформируется под действием вертикальной нагрузки.Поскольку резина несжимаема, деформированная передняя часть сместилась к плечу, но задняя резина сжалась из-за выдавливания из центрального ребра. Когда протектор постепенно сходит с поверхности, контактное напряжение на земле претерпевает значительные изменения. Однако из-за центробежного эффекта пиковое контактное напряжение в установившемся режиме прокатки намного меньше, чем в стационарном состоянии. Можно сделать вывод, что при свободном качении уменьшение контактных напряжений снижает относительное трение между шиной и поверхностью дороги; то есть трение качения меньше максимального трения покоя, что помогает снизить сопротивление качению шины.

При торможении или ускорении угловая скорость вращения шины меньше или больше, чем угловая скорость свободного качения в установившемся режиме, а центр выступа шины создает крутящий момент качения, что приводит к скольжению шины и ее сцеплению. Единственная разница между двумя условиями — это разное направление действия. Поэтому анализируется контактное напряжение при торможении. По сравнению с распределением контактных напряжений в статическом состоянии, распределение контактных напряжений в состоянии торможения (как показано на Рисунке 14) значительно различается и представляет собой асимметрию.Напряжение в передней части контактной площадки было больше, чем в торцевой части.

По сравнению с распределением напряжений в статическом состоянии и при свободном качении, контактное напряжение имеет тенденцию увеличиваться в трех направлениях. В частности, изменение продольного контактного напряжения наиболее очевидно, от подъема на переднем конце и углубления на заднем конце до подъема на всей площади контакта. Поперечное напряжение перемещается к переднему концу, и вектор продольного напряжения в грунте больше не равен нулю.Между шиной и дорожным покрытием существует тормозное усилие.

Угол развала, который измеряет развал плоскости шины по отношению к вертикали, напрямую влияет на характеристики шины. В этом исследовании анализировалось распределение контактного напряжения при угле развала 2 ° в условиях торможения. Как показано на рисунке 15, при наличии угла развала в условиях качения контактное напряжение перемещается в направлении угла развала, особенно в поперечном направлении, что является значительным изменением, но в направлении качения напряжение распределение осталось прежним.Из-за развала колес не только происходит концентрация напряжения на плече шины, но и изменяется максимальное контактное напряжение шины. Контактное напряжение передается от центральной контактной области к краю заплечика, так что контактное напряжение больше не является симметричным. Изгиб также изменяет длину контакта плечевой кромки и увеличивает значения напряжения. Прежде всего, поперечное напряжение претерпевает значительные изменения; продольное напряжение изменяется меньше всего. Вышеупомянутые явления показывают, что в определенной степени наличие изгиба изменяет точку контакта и точку приложения силы, что напрямую влияет на сцепление с дорогой и износ шин.

Когда центральная плоскость шины и колеса смещаются на определенное расстояние, это создает поперечную силу в центре шины в поперечном направлении, связанную с упругой деформацией резины; таким образом, шина деформируется, что приводит к отклонению от направления качения заданного маршрута движения шины. В соответствии с системой осей шины угол скольжения измеряется от центра контакта по дорожному покрытию до направления качения шины. На рисунке 16 показано распределение контактных напряжений при угле скольжения 2 ° в условиях торможения.Видно, что контактное напряжение перемещается в направлении угла скольжения, а максимальное напряжение возникает на внутренней стороне, где появляется угол скольжения. Напряжение на внутренней стороне намного выше, чем на внешней стороне шины, а напряжение в поперечном направлении шины асимметрично. Вышеупомянутые явления также показывают, что наличие угла скольжения изменяет точку контакта и точку приложения силы, что напрямую влияет на сцепление с дорогой и износ шин.

На практике катящаяся шина имеет как угол развала, так и угол скольжения.На рисунке 17 показано контактное напряжение в таком рабочем состоянии. Видно, что влияние выпуклости на распределение напряжений является доминирующим. Контактное напряжение на краю заплечика больше, чем на центральном ребре. Очевидно, что по сравнению с эффектами под углом развала и углом скольжения по отдельности, распределение напряжений в комбинированных рабочих условиях смещается к краю шины, и зазор значений напряжения между плечом шины и контактом становится больше.

6. Выводы

(1) Модели контактного трения шины с дорожным покрытием имеют решающее влияние на максимальное тормозное усилие.По сравнению с моделью кулоновского трения, использование модели экспоненциального затухания ближе к практической динамической ситуации торможения шины, что также соответствует принципу системы ABS. (2) В статическом состоянии и состоянии свободного качения как Вертикальное и продольное напряжение показывают асимметрию контактного напряжения в поперечном направлении и распределение преобладающего вертикального напряжения, а среднее напряжение в направлении качения равно нулю. Однако поперечное напряжение в зоне контакта становится симметричным, и максимальное напряжение в состоянии свободного качения меньше, чем в статическом состоянии.(3) Напряжение в передней части контактной области намного больше, чем в торцевой области. По сравнению с распределением напряжений в статическом состоянии и при свободном качении, напряжение имеет тенденцию увеличиваться в трех направлениях. В частности, изменение продольного напряжения является наиболее очевидным: от подъема на переднем конце и опускания на заднем конце до повышения во всей области контакта. Поперечное напряжение переместилось на передний конец, и вектор продольного напряжения в грунте больше не равен нулю. Между шиной и дорожным покрытием существует тормозное усилие.(4) Распределение контактных напряжений в значительной степени зависит от угла развала, бокового скольжения, комбинированного развала и условий проскальзывания во время торможения. При комбинированном воздействии контактное напряжение на краю заплечика выше, чем на центральном ребре. По сравнению с эффектами под углом развала и углом скольжения по отдельности, распределение напряжений в комбинированных рабочих условиях смещается к краю шины, и зазор между заплечиками шины и контактом становится больше. Сумма вектора контактных напряжений по трем направлениям отлична от нуля.

Конфликт интересов

Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов в отношении публикации данной статьи.

Благодарность

Эта работа была поддержана Национальным фондом Китая для молодых ученых (грант № 51405201), Китайским фондом постдокторантуры (проект № 2015M571681), Открытым фондом ключевой лаборатории автомобильной инженерии провинции Цзянсу, Китай (проект № QC201303) и Проект начального финансирования передовых талантов Университета Цзянсу (12046).

Физика ширины шины

Физика
Хотя протектор и состав шины важны для сцепления с дорогой в зимних условиях вождения, у них есть ограничения на то, насколько они полезны. Например, более мягкие шины имеют лучшее сцепление с дорогой, но делать шины из жевательной резинки непрактично. В стремлении к лучшему сцеплению в конечном итоге возникает вопрос: а как насчет изменения размера и ширины шины?
Трение
Когда к автомобильной шине прилагается крутящий момент, вращательное движение преобразуется в линейное движение (автомобиля) в месте контакта шины с поверхностью дороги (пятно контакта).Таким образом, предполагая, что шина сохраняет сцепление, она подчиняется следующему уравнению статического трения:

Где — коэффициент трения покоя, — нормальная сила и (трение покоя) — максимальное количество силы, которое может быть приложено до того, как шина начнет проскальзывать и скользить по поверхности дороги. Хотя коэффициент статического трения является специфическим для материала и не зависит от площади поверхности, величина нормальной силы — это то, что напрямую влияет на силы трения шин.
Тяга
Поскольку коэффициент трения и нормальная сила транспортного средства остаются постоянными в большинстве ситуаций, не представляется возможным увеличить степень трения, которое шины могут оказывать на поверхность дороги. Сцепление или сцепление шины с дорожным покрытием можно улучшить, увеличив размер пятна контакта. Хотя это не может быть возможным (по законам кинематики), это работает на идее избыточности.В реальном мире силы трения, испытываемые шинами, являются динамическими, а не статическими. Увеличение размера пятна контакта приводит к увеличению площади поверхности и, таким образом, значительно повышает вероятность фактического достижения максимального коэффициента трения.
Ширина шины
Интуитивно понятно, что увеличение размера шин также теоретически увеличит размер пятна контакта и, таким образом, улучшит сцепление с дорогой. На самом деле это не так: изменение размеров шины при постоянном давлении в шине и весе автомобиля не приводит к увеличению размера пятна контакта.Переход от высокопрофильной узкой шины к низкопрофильной широкой шине просто изменяет форму пятна контакта с длинной и узкой на короткую и широкую, при этом площадь остается постоянной.
Заключение
Как уже говорилось, величины нормальной силы и коэффициента трения определяют максимальное сцепление, независимо от размера шины, с данным транспортным средством и соответствующими шинами. Конечно, реальный мир не подчиняется в полной мере законам кинематики, и в игру вступают другие физические характеристики, такие как размер пятна контакта.Большее пятно контакта увеличивает шансы на достижение максимального коэффициента трения между автомобильной шиной и неровной поверхностью дороги. Таким образом, учитывая эту концепцию, более широкая шина с большим пятном контакта, перпендикулярным направлению движения, фактически улучшает сцепление с дорогой.

Шины качения и автомобильные шины от Рона Куртуса

SfC Home> Физика> Сила> Трение>

Рона Куртуса (от 27 октября 2016 г.)

Когда автомобиль движется по дороге накатом, сила сопротивления трения качения на автомобильных шинах , замедляет движение.

На трение качения шины незначительно влияет статическое трение резины о дорожное покрытие. Эффект адгезии резины немного увеличивает трение качения. Но основной вклад в трение качения вносит деформация шины при качении.

Коэффициент трения автомобильной шины можно определить экспериментально, но он применим только к конкретной конфигурации.

Вопросы, которые могут у вас возникнуть:

  • Как соотносится коэффициент трения качения с другими?
  • Как деформация влияет на трение качения?
  • Как адгезия влияет на трение качения?

Этот урок ответит на эти вопросы.Полезный инструмент: Конвертация единиц



Эффект трения

Трение качения твердого колеса по твердой поверхности довольно мало и представляет собой сочетание статического трения и трения от молекулярной адгезии. Например, коэффициент трения качения колеса поезда по стальному рельсу составляет всего 0,001. Это меньше, чем коэффициент трения скольжения по льду.

Но автомобильная шина сделана из резины и наполнена воздухом. Он деформируется под весом автомобиля, и эта деформация в значительной степени способствует трению качения.В результате коэффициент трения качения увеличивается примерно в 15 раз. Типичная автомобильная шина имеет средний коэффициент трения качения μ r = 0,015.

Уравнение трения качения в шинах

Вы можете применить стандартное уравнение трения для качения колес, чтобы попытаться определить величину трения качения. Это уравнение

F r = μ r W

где:

  • F r — сила сопротивления трения качения
  • μ r — коэффициент трения качения для двух поверхностей (греческая буква «mu» sub R)
  • W — это вес колеса плюс вес автомобиля
  • мкм r W составляет мкм r раз W

Это уравнение не так просто, как для трения скольжения для твердых поверхностей, поскольку μ r зависит от радиуса, ширины, протектора, степени накачивания и температуры шины, а также от типа резины и значение Вт .Также важным фактором является шероховатость поверхности дорожного покрытия.

Это означает, что μ r может значительно варьироваться в зависимости от условий эксперимента.

Измерение коэффициента трения качения

Один из способов измерения коэффициента трения качения шины — это катить шину с заданной скоростью и затем измерять, сколько времени требуется, чтобы остановиться. Используемое уравнение:

.

мкм r = vg / t

где:

  • μ r — коэффициент трения качения
  • v — начальная скорость (м / с или фут / с)
  • g — ускорение свободного падения (9.8 м / с² или 32 фут / с²)
  • t — время в секундах, необходимое для остановки
  • vg / t равно v , умноженное на g , разделенное на t

Проблема шины сама по себе

Проблема в том, что, поскольку вы просто катите шину сама по себе, эффекты деформации от веса автомобиля не учитываются. Таким образом, коэффициент не будет точным.

Проблема другого трения

С другой стороны, если вы завели машину со скоростью v , шины деформировались бы, как при реальной эксплуатации.Проблема теперь будет в том, что будет добавленное трение от колес, вращающихся на своих осях, которое также замедлит автомобиль. Таким образом, коэффициент снова не будет точным.

Необходимы отдельные измерения

Единственный способ обойти эту проблему — провести отдельное измерение трения осей и их подшипников, а затем вычесть это значение из предыдущего измерения.

У меня голова от всего этого болит! Но я думаю, вам придется пройти через все эти проблемы, если вы хотите найти точный коэффициент трения качения для шины.Но тогда, если вы измените давление воздуха, вам придется повторить тест.

Сводка

Когда автомобиль едет по дороге накатом, сила трения качения в шинах замедляет движение. На трение качения шины незначительно влияет статическое трение резины о дорожное покрытие и эффект сцепления резины. Основной вклад в трение качения вносит деформация шины при качении.

Коэффициент трения автомобильной шины можно определить экспериментально, но он применим только к конкретной конфигурации.


Учитесь, будучи наблюдательными


Ресурсы и ссылки

Полномочия Рона Куртуса

Сайты

Friction Resources — Обширный список

Как работают шины — Как работают материалы

Трение качения и сопротивление качению — включая коэффициенты — Engineering Toolbox

Трение качения — простое объяснение — Davidson College

Сопротивление качению — математический подход — MathWorks

Взаимодействие шины с дорогой — уравнения — MathWorks

Уравнения сопротивления качению — Выводы — Физические проблемы реального мира

Сопротивление качению — Википедия

Книги

Книги по науке о трении с самым высоким рейтингом

Книги с наивысшими оценками по экспериментам с трением


Вопросы и комментарии

Есть ли у вас какие-либо вопросы, комментарии или мнения по этой теме? Если да, отправьте свой отзыв по электронной почте.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *