چکیده ای از شناخت لاستیک: تحقیقات جهت ساخت و طراحی تایر و استفاده از تایری مناسب برای شرایط کاری مختلف در طی سالهای اخیر، با کمک نرم افزارهای موجود، روندی صعودی یافته و صنعت لاستیک را به صنعتی غیرقابل اغماض و سودآور تبدیل کرده است. در این نوشته سعی بر معرفی انواع تایر و جلب توجه به نکاتی در هنگام استفاده از تایر شده است. اکنون یکی از عواملی که باعث بروز تصادفات می گردد عدم حفظ تعادل و از کنترل خارج شدن خودرو می باشد، لذا در طراحی تایر باید به تعادل های استاتیکی و دینامیکی توجه کافی صورت بگیرد. در حال حاضر شرکت های تولیدکننده تایر سعی بر معرفی تایری با عمر بالا، فرسایش کمتر، مقاومت غلتشی کمتر و استفاده از الگوهای مناسبی برای نوارهای حرکتی دارند تا امنیت خاطر استفاده کنندگان از این نوع تایرها را جلب نمایند.
تایرهای بادی در وسایل نقلیه، باید واجد شرایط زیر باشد:
1 - باید وزن وسیله ی نقلیه را تحمل کرده و آن را روی سطح جاده توزیع کنند.
۲- حداقل مقاومت لغزشی در برابر حرکت وسیله ی نقلیه داشته باشند.
3- به خاصيت بالشتکی تعلیقی در برابر نیروهای ایجاد شده در اثر پستی و بلندی های سطح کمک کنند.
4 - تولید نیروهای کششی، رانشی و ترمزی را در روی سطح خیس یا خشک جاده تسهیل کنند.
5 - حرکت ایمنی را در حداکثر سرعت وسیله نقلیه تضمین کنند.
6 - حرکت بی سر و صدا در رانندگی به سمت جلو و عدم سروصدا در هنگام ترمز کردن و دور زدن را فراهم نمایند.
7- از یک عمر مفید برای سرعت های مختلف وسیله ی نقلیه برخوردار باشند. در عمل تمام لاستیک ها واجد چنین شرایط متنوع و گاهی مغایری هستند.
فشار تایر بر روی جاده معمولا به عنوان چسبندگی تایر (Tyre Adhesion) بیان می گردد، که نه تنها به تایر بلکه در مقیاس گسترده تر به شرایط سطح جاده بستگی دارد. چسبندگی تایر با اثر نسبی موجود بین تایر و جاده، یک فرایند فیزیکی می باشد. به عبارت ساده تر به نظر می رسد این فرایند تا حدی تابع نیروهای جاذبه ی مولکولی موجود بین لاستیک و سطح جاده و تا حدی تابع یک نیروی متصل کننده ی مکانیکی که در زمان تماس لاستیک با سطح جاده رخ می دهد می باشد. برای حداکثر چسبندگی، مساحت نرمال (طبیعی) تماس بین تایر و جاده (Foot Print Area) که مساحت خط اثر نامیده می شود، با در نظر گرفتن تمامی شرایط موجود برقرار بوده و جزئی از طراحی تایر است.
وقتی که وسیله نقلیه ای روی جاده رانده می شود، تایرها تحت تأثیر سیستمی از نیروهای متنوع و مركب قرار میگیرند که در جهت قائم، طولی و جانبی وارد می شوند. شيوه ی عکس العمل تایر به این نیروها مشخصات تایر را تعیین می کند. این مشخصات به طور خلاصه در زیر بیان شده است که در شناخت لاستیک به ما کمک می کند:
تایر بادی به وسیله ی یک سری فنر با سیستم تعلیقی، به سهولت حرکت وسیله نقلیه در جاده کمک میکند (شکل شماره ۱) اما از آنجا که تایر نسبت به خاصیت ارتجاعی وسیله ی نقلیه از انعطاف پذیری بسیار کمتری برخوردار است خاصیت بالشتکی در آن به بسامد بالایی که بیشتر ناشی از سطح جاده است بر می گردد.
انعطاف پذیری رادیال تایر، به طور عمده تابعی از خصوصيات الاستیک بدنه و چرخ در برخورد با زمین می باشد که به ترتیب در اثر فشار هوا و تایر ظاهر می گردد. بنابراین انعطاف پذیری تایر ممکن است در اثر کم کردن فشار باد تایر افزایش یابد اما به منظور وارد کردن همان بار طبیعی و نرمال، مقطع تایر باید وسیع تر گردد تا در خود هوای کافی را جای دهد. اولين روش برای دستیابی به خاصيت بالشتکی بیشتر، اولین بار توسط کمپانی American GoodYead استفاده شد که در اواسط دهه ی 1920 تایر کم فشارشان را به بازار معرفی کردند.
در ادامه ی پیشرفت ماشین های سواری هدف اصلی پایین آوردن ارتفاع وسیله ی نقلیه بوده تا هم استحکام بیشتر شده و هم شکل مورد قبول تری به دست آید. این به معنای تایرهایی با قطر خارجی کوچکتر می باشد چرا که برای دستیابی فضای داخلی مفید مشابه به فضای چرخ، تایر باید از لحاظ اندازه کوچک شود. در عین حال عملکرد بالای یک ماشین مدرن نیازمند سطح تماس کافی لاستیکها با جاده برای ترمز می باشد. در عمل با ساختن تایری با قطر کمتر و عرض بیشتر از ارتفاع به طوری که ظرفیت هوا و بنابراین باربری آن کاهش نیابد، این معضل برطرف گردید. نسبت ارتفاع مقطع به عرض مقطع یک تایر به عنوان نسبت منظر (Aspect Ratio) تعریف شده و به صورت درصد بیان میشود (شكل شماره ی ۲). برای کاربردهای پیشرفته نسبت ۷۵ درصد معمولا مناسب است.
یکی از نکته های مهم برای تایر انعطاف پذیر تا به سهولت روی سطح جاده صلبی بلغزد این است که باید ذاتا در برابر حرکت مقاوم باشد زیرا خوردگی تایر در محل برخورد با زمین به ویژه در لبه جلویی سطح تماس آن با جاده متمرکز می گردد و از این جهت یک توزیع نامتقارن فشار را به وجود می آورد. در نتیجه نیروی عکس العمل در جهت بار عمودی در نقطه ی جلوی محور چرخشی چرخ وارد می شود و یک ممان چرخشی در نقطه ی مقابل آن نقطه از چرخش چرخ، اعمال شده و در برابر لغزش مقاومت می کند (شكل شماره ی 3). برای نیروی کششی برخلاف لغزش آزاد، نیروی عکس العمل طبیعی از محور چرخشی چرخ بسیار جلوتر بوده و لذا مقاومت لغزشی افزایش می یابد. این بدان معناست که مقداری از انرژی که برای راندن وسیله ی نقلیه صرف می شود به صورت گرما و اصطکاک به هدر می رود. از آنجا که مقاومت لغزشی رابطه ی تنگاتنگی با میزان کج شدن تایر دارد، از این رو انرژی صرف شده در تایر اصولا تابع تغيير شكل ساختمانی است که از سوی بار وسیله ی نقلیه و نیروی کشش و نیروی جانبی به آن تحمیل می شود. لذا علاوه بر کم کردن گرمای تولیدی توسط تایر، همواره تایری با مقاومت لغزشی پایین به منظور کاهش مصرف سوخت و افزایش کاربردی مورد نظر بوده است.
تایر با انعطاف پذیری بالا فقط زمانی در یک مسیر مستقیم حرکت میکند که بتواند آزادانه و به دور از کرنش های جانبی بغلتد. البته تایر چه در شرایطی که ماشین در حال حرکت در یک پیچ است و چه زمانی که در یک مسیر مستقیم در معرض یک مانع یا در مقابل بادهای مختلف قرار دارد، همواره تحت اعمال نیروهای جانبی است. این نیروی جانبی در طول محور چرخشی چرخ به حاشیه منتقل شده ودر مقابل نیروهای چسبندگی موجود بین نوار حرکتی چرخ با زمین قرار میگیرد. هر تماس با سطح زمین اعم از سرخوردن یا لغزش همراه با کاهش تغییر شکل جانبی بدنه خواهد بود و پس از عبور این قسمت ها از محل تماس با سطح جاده، تایر دوباره به حالت قبل از تغییر شکل خود باز می گردد. در نتیجه تغییر شکل بدنه و محل تماس تایر با سطح زمین یک تفاوت زاویه ای بین مسیری که تایر باید بپیماید و مسیری که در واقع طی می کند به وجود می آورد که به آن زاویه ی لغزش (Slip Angle) میگویند (شکل شماره ۴)، که مقدار آن بین ۸ تا ۱۲ درجه می باشد. مفهوم زاویه ی لغزش ابتدا توسط یک فرانسوی به نام Brouhliet در اواسط دهه ی ۱۹۲۰ بیان شد و همین ویژگی تایر سبب ایجاد نیروی جانبی در سطح جاده می گردد. برای هر بار عمودی بر روی چرخ، نیروی جانبی به وجود آمده توسط تایر تا رسیدن به حد چسبندگی، با زاویه ی لغزش رابطه ی نزدیکی دارد. علاوه بر نحوه ی طراحی تایر و شرایط سطح جاده، نیروی جانبی تولید شده توسط تایر، با زیاد کردن فشار باد تایر و ایجاد حاشیه ی چرخ ومقطع عریض تر چرخ، افزایش می یابد. نیروی جانبی تایر در هنگامی که چرخ در یک پیچ به سمت داخل حرکت می کند افزایش یافته و هنگامی که چرخ در پیچ به سمت خارج حرکت می کند کاهش می یابد. این اثر زاویه ی تماس تایر با جاده نامیده می شود. عامل موثر دیگر بر روی خاصیت انحراف جانبی تایر، کشش است. این نیرو با افزایش نیرو کششی بین سطح جاده و نوار حرکتی چرخ، کم می شود و چنین روندی بر نیروی ترمز نیز حاکم می باشد
ادامه دارد ...
مهندس علی محمد برقعی - سید محمد مهدی مفیدیان از گروه مهندسی مکانیک ماشینهای کشاورزی دانشگاه تهران
منبع: خبرنامه صنعت لاستیک شماره 40
