Renkaan kuormitustilan vaikutus vierinvastukseen
Junttila, Joonas (2018)
Junttila, Joonas
Tampereen ammattikorkeakoulu
2018
All rights reserved
Julkaisun pysyvä osoite on
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-201803293951
https://urn.fi/URN:NBN:fi:amk-201803293951
Tiivistelmä
Opinnäytetyössä aiheena oli tutkia renkaan kuormitustilan vaikutusta vierinvastukseen. Renkaan kuormitustila on kuormasta aiheutuvaa taipumaa, pistevoimaa ja leikkausvoimaa. Tarkasteltavana kuormitustilana työssä käytettiin renkaan taipumaa kuormituksessa. Työssä käsiteltiin renkaan teoriaa, vierinvastusta ja sen vaikutusta taloudellisuuteen, vierinvastuksen mittausta ja laskentaa sekä FEM-ohjelman laskentamenetelmää.
Työ aloitettiin tekemällä renkaasta 3D-malli FEM-ohjelmaan, jonka avulla kuormitustiloja simuloitiin. 3D-malli tehtiin vastaamaan todellista rengasta niin vahvikkeiden, kumien kuin geometriankin osalta. FEM-mallissa renkaalle lasketettiin vierinvastuksen arvoja eri kuormituksen ja täyttöpaineen mukaan. FEM-mallia vastaavat kuormitustilat tehtiin todelliselle renkaalle vierinvastusmittauksessa. Mittauksien jälkeen pyrittiin FEM-laskentamalliin tekemään muokkauksia, jotta laskennan tulokset saatiin lähemmäksi todellisuutta. Työ tehtiin Nokian Renkaat Oyj:lle.
Alkuperäisen laskentamallin avulla saatiin tulokset eri painaumille sekä eri täyttöpaineille. Tuloksien pohjalta tehtiin mittaussuunitelma, joka toteutettiin koeosastolla. Simulaation ja todellisen mittauksen tuloksia vertailtiin ja niistä tehtiin päätelmiä kuormitustilan vaikutuksen suhteen.
Laskennassa ja mittauksessa syntyi virheitä, joita olivat muun muassa; FEM-mallin karkeus, likimääräinen kitkan määrä, mittalaitteen antureiden virheet sekä inhimilliset virheet mittausta suorittaessa. Näiden vaikutus kuitenkin todettiin tulosten kannalta merkityksettömäksi.
Kuormitustilan vaikutus renkaan vierinvastukseen on merkittävä kumin hystereesi-ilmiön johdosta. Renkaan vierinvastusvoima muuttuu epälineaarisesti suhteessa täyttöpaineeseen ja painauman syvyyteen. Taivutuksessa kumi muokkautuu ja tuottaa lämpöenergiaa. Jatkossa tulisi tarkastella myös pistevoiman aiheuttamaa osaa vierinvastukseen, jotta kuormitustilan vaikutuksesta saataisiin tarkempi käsitys.
Työ aloitettiin tekemällä renkaasta 3D-malli FEM-ohjelmaan, jonka avulla kuormitustiloja simuloitiin. 3D-malli tehtiin vastaamaan todellista rengasta niin vahvikkeiden, kumien kuin geometriankin osalta. FEM-mallissa renkaalle lasketettiin vierinvastuksen arvoja eri kuormituksen ja täyttöpaineen mukaan. FEM-mallia vastaavat kuormitustilat tehtiin todelliselle renkaalle vierinvastusmittauksessa. Mittauksien jälkeen pyrittiin FEM-laskentamalliin tekemään muokkauksia, jotta laskennan tulokset saatiin lähemmäksi todellisuutta. Työ tehtiin Nokian Renkaat Oyj:lle.
Alkuperäisen laskentamallin avulla saatiin tulokset eri painaumille sekä eri täyttöpaineille. Tuloksien pohjalta tehtiin mittaussuunitelma, joka toteutettiin koeosastolla. Simulaation ja todellisen mittauksen tuloksia vertailtiin ja niistä tehtiin päätelmiä kuormitustilan vaikutuksen suhteen.
Laskennassa ja mittauksessa syntyi virheitä, joita olivat muun muassa; FEM-mallin karkeus, likimääräinen kitkan määrä, mittalaitteen antureiden virheet sekä inhimilliset virheet mittausta suorittaessa. Näiden vaikutus kuitenkin todettiin tulosten kannalta merkityksettömäksi.
Kuormitustilan vaikutus renkaan vierinvastukseen on merkittävä kumin hystereesi-ilmiön johdosta. Renkaan vierinvastusvoima muuttuu epälineaarisesti suhteessa täyttöpaineeseen ja painauman syvyyteen. Taivutuksessa kumi muokkautuu ja tuottaa lämpöenergiaa. Jatkossa tulisi tarkastella myös pistevoiman aiheuttamaa osaa vierinvastukseen, jotta kuormitustilan vaikutuksesta saataisiin tarkempi käsitys.