Имя пользователя:

Пароль:

{ LOG_ME_IN_SHORT }

Форум о веломобилях и лигерадах

Изготовление велотехники своими руками



Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 12 ] 
Автор Сообщение
 Заголовок сообщения: Стримлайнеры и центробежная сила.
Номер сообщения:#1  Непрочитанное сообщениеДобавлено: Чт авг 01 2013 20:24 
Не в сети
Ветеран словесных баталий

Зарегистрирован: Чт июл 20 2006 12:30
Сообщения: 4262
Откуда: Моск. обл.
Благодарил (а): 178 раз.
Поблагодарили: 748 раз.
Имя: Дмитрий
Меня тут посетила мысль о том, почему на Тетиве так часто лопаются покрышки. Начал я ее думать и вот что в итоге придумал.
Из всяких разных факторов, влияющих на покрышку, от скорости наиболее явно зависят температура и центробежная сила. Начнем с температуры. В пятне контакта происходит деформация материала покрышки, деформация материала камеры и трение камеры о внутреннюю поверхность покрышки. Все это приводит к выделению тепла. А охлаждается только внешняя поверхность покрышки, причем она не может стать холоднее окружающего воздуха. То есть нагретая камера и внутренняя поверхность покрышки охлаждаются путем теплопередачи к наружной поверхности. Скорость теплопередачи зависит от разности температур и не зависит от скорости вращения, а теплообразование прямо пропорционально скорости.
Вывод: чем больше скорость, тем больше температура покрышки. А насколько я понял, покопавшись в интернете, уже при 80 Сo прочность нейлона, из которого делается корд падает примерно вдвое, а прочность резины вообще уменьшается раза в три. С кевларом вроде бы не так плохо, но все равно, температура ему не полезна.
Вот такой неприятный момент, а тут еще центробежная сила.
Все цифры в дальнейших расчетах приблизительные и округленные, так что просьба не придираться. Кому не нравится, поставьте свои цифры и сделайте свой расчет, это только на пользу.
Для начала посчитаем силу, которая действует на каждый сантиметр длины покрышки в радиальном направлении. Для этого мысленно разделим покрышку по горизонтали и предположим, что центробежная сила старается оторвать верхнюю часть покрышки от нижней, которая "держится за обод" и не хочет отрываться.
0.jpg

Линия раздела показана красным цветом, по этой линии разрывное усилие будет максимальным. Центробежная сила определяется по формуле F=M*V2/R, то есть она пропорциональна массе М, квадрату скорости V и обратно пропорциональна радиусу R.

Для примера возьмем покрышку Schwalbe Durano 28x451, которая как раз и лопалась на соревнованиях. Грубо считаем, что ее диаметр равен 500мм, вес 250г. Внутри нее находится камера весом 100г. Длина окружности примерно равна 150см и тогда каждый см длины покрышки имеет массу 1.7г, а камеры - 0.7г. Думаю, будет правильно предположить, что из 1.7 грамм массы покрышки примерно 1.3 грамма приходится на верхнюю часть, которая "хочет оторваться". Плюс вес камеры, которая за обод не цепляется и целиком работает на центробежную силу. Итого, масса, на которую действует центробежная сила - примерно 2 грамма или 0.002кг(считать будем в системе СИ). Скорость берем ту самую - 100 км/ч, это 27 м/c, радиус - 0.25м. Подставляем эти значения в формулу и получаем, что на каждый см покрышки при скорости 100 км/ч действует сила 0.002*27*27/0.25 = 6 Н.
При этом легко посчитать, что давление воздуха 8 bar создает на стенках покрышки разрывающее усилие 240Н на каждый см длины. То есть центробежная сила дает прибавку в радиальном направлении примерно 2.5%. В принципе не так уж и много, можно не обращать внимания.

Зато если посчитать усилие в тангенциальном направлении, картина резко меняется.

Разделим колесо мысленно пополам(красная горизонтальная линия) и оценим усилие, с которым верхняя половина покрышки отрывается от нижней. Понятно, что линию раздела можно провести под любым углом, так что эти разрывающие усилия будут действовать одинаково в любой части покрышки.
5.jpg


Радиальные центробежные силы, действующие на каждый см покрышки(красные стрелки) в сумме образуют по линии раздела тангенциальную силу(зеленые стрелки), разрывающую покрышку вдоль. Легко посчитать, что сумма всех радиальных сил в вертикальном направлении для половины окружности равна произведению радиальной силы приходящейся на единицу длины окружности на диаметр этой окружности. То есть 6 Н/см * 50см = 300Н. По 150Н слева и 150Н справа. А тангенциальная сила, создаваемая давлением воздуха, равна давлению умноженному на площадь поперечного сечения покрышки. При ширине покрышки 28мм(площадь будет примерно 6 см2) и давлении 8 bar получим силу 48кгс или 480 Н.
Я не знаю, какое усилие может выдержать покрышка, но здравый смысл подсказывает, что если при максимальном давлении усилие равно 480Н, то добавлять еще 150Н - будет немного слишком. Это примерно как накачать ее до 11 bar.
Так что если приведенные расчеты в общем правильны, то неудивительно, что покрышки часто рвутся. Удивительно, что они рвутся не всегда.

Дальше возникает вопрос, как быть? Простейший выход - снизить давление, не очень приятен, т.к. в результате нужной скорости можно и не получить. А главное, 100км/ч - это не та скорость, которая нужна для рекорда, нам нужно минимум 130, а лучше 150. А при такой скорости центробежная сила будет больше еще в 2.2 раза. И нагрев полуспущенной резины намного выше.
Немного улучшит дело увеличение диаметра колеса, но это потребует переделки всей конструкции.
Можно купить покрышку, рассчитанную на такую скорость, если такие есть.
Можно замораживать колесо перед гонкой, или придумывать какие-то способы охлаждения во время гонки.
И наконец, можно выкинуть камеру. При этом убивается куча зайцев:
Уменьшается вращающаяся масса, и следовательно величина центробежной силы.
Исчезает внутреннее трение в камере и трение камеры о внутреннюю поверхность покрышки, то есть уменьшается трение качения.
Снижается теплообразование, причем тепло образуется только в материале покрышки, максимально близко к охлаждаемой поверхности.
Снижается вероятность взрыва покрышки, что это характерно в основном для камерных шин. Хотя может тут я неправ.
Как избавиться от камеры смотрите в следующем выпуске нашего сериала :) .


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Стримлайнеры и центробежная сила.
Номер сообщения:#2  Непрочитанное сообщениеДобавлено: Пт авг 02 2013 01:54 
Не в сети
Активно интересующийся
Аватара пользователя

Зарегистрирован: Пн май 23 2011 13:34
Сообщения: 1420
Откуда: Москва, ЗАО
Благодарил (а): 424 раз.
Поблагодарили: 164 раз.
Моя велотехника: M5 Shockproof 559 (серийный лигерад)
Не очень понял, откуда такая формула для тангенциальной составляющей взялась?

---
А, всё нормально, посчитал.

---
Мне кажется, что камера тоже держится за обод по-крайней мере через ту часть покрышки, которая держится за него (хотя это мало повлияет на результат).

_________________
Garden ring averaged at 39, Dmitrovskoe highway - at 34. All sheeps were modulated.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Стримлайнеры и центробежная сила.
Номер сообщения:#3  Непрочитанное сообщениеДобавлено: Пт авг 02 2013 11:25 
Не в сети
Новичок

Зарегистрирован: Вт май 28 2013 08:04
Сообщения: 4
Благодарил (а): 0 раз.
Поблагодарили: 0 раз.
Моя велотехника: Пока ничего не построил
dim писал(а):
А тангенциальная сила, создаваемая давлением воздуха, равна давлению умноженному на площадь поперечного сечения покрышки.

Почему? Сила давления направлена точно также, как и центробежные силы(красные стрелки), так что считать их надо одним и тем же способом. В итоге получится, что вклад центробежных сил будет мал.
Обычно такие вещи считают так(см. рисунок). Выбирают сектор с углом альфа. Считаю силы, которые направлены радиально. Через альфа выражают угол сил растяжения покрышки. Приравнивают с учетом векторов силы растяжения к радиальным силам и выражают из этого равенства силы растяжения. Потом для получившейся формулы берут придел при альфа стремящемся к 0.


Вложения:
1.jpg
Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Стримлайнеры и центробежная сила.
Номер сообщения:#4  Непрочитанное сообщениеДобавлено: Пт авг 02 2013 12:37 
Не в сети
Основатель сайта
Аватара пользователя

Зарегистрирован: Пн авг 29 2005 14:21
Сообщения: 9745
Откуда: г. Железнодорожный, Подмосковье
Благодарил (а): 602 раз.
Поблагодарили: 1253 раз.
Моя велотехника: серия лигеадов "Черная Пантера", "Моби-Дик", "Рыжик", "Привидение"
Имя: Олег
dim, полезный расчет, спасибо!

_________________
viber, +7-926-702-1384, Skype: oleg-hof, email: hof5@mail.ru
Мои конструкции Лигерады "Пантера"
Вожу коврики "Ventisit" на заказ. Ремонт алюминиевых рам.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Стримлайнеры и центробежная сила.
Номер сообщения:#5  Непрочитанное сообщениеДобавлено: Пт авг 02 2013 13:04 
Не в сети
Новичок

Зарегистрирован: Вт май 28 2013 08:04
Сообщения: 4
Благодарил (а): 0 раз.
Поблагодарили: 0 раз.
Моя велотехника: Пока ничего не построил
Посчитал по своему методу, получилось около 2000Н. Мне кажется это ближе к реальности, ведь 480Н+150Н = 630Н - это всего 63кг.
Кстати, при увеличение диаметра колеса, сила растяжения растет.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Стримлайнеры и центробежная сила.
Номер сообщения:#6  Непрочитанное сообщениеДобавлено: Пт авг 02 2013 13:11 
Не в сети
Активно интересующийся
Аватара пользователя

Зарегистрирован: Чт окт 13 2011 11:32
Сообщения: 2904
Откуда: Рига
Благодарил (а): 39 раз.
Поблагодарили: 843 раз.
Моя велотехника: "Рига 2011" первый - за три дня
А зачем Титеве вообще стандартные вело покрышки?
Может хватит резинового кольца поверх алюминевого профиля?
И лопаться нечему.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Стримлайнеры и центробежная сила.
Номер сообщения:#7  Непрочитанное сообщениеДобавлено: Пт авг 02 2013 16:25 
Не в сети
Ветеран словесных баталий

Зарегистрирован: Вт окт 10 2006 06:10
Сообщения: 4269
Благодарил (а): 248 раз.
Поблагодарили: 500 раз.
Имя: пусто
Voolodja писал(а):
Может хватит резинового кольца поверх алюминевого профиля?


Может тогда вообще лучше на голом ободе ездить?

Смысл пневматической шины в том, что она равномерно распределяет нагрузку по всему пятну контакта. То есть и впереди и сзади давление на поверхность одинаковое, по этому не создаётся дополнительное сопротивление. А если в шине нет воздуха, то точно под центром давление будет больше, чем по краям. Потери на нагрев при деформации резины и т.д.


Вообще расчёты-рассчётами, но шоссеры часто гоняют с гор под 100 км\ч. Если бы их покрышки при этом лопались из-за центробежной силы, то шоссеры жили бы намного меньше :)

Неужели вы думаете, что до вас это никто не считал?

Я думаю, что в "Тетиве" просто перекачивют колёса. Или, может, флиппер неподходящий и камера продавливается вверх. Чтобы делать какие-то выводы нужно видеть лопнувшее колесо.

_________________
страница забло
лёня я как и ты был на цепи,лёня рубал хозяйские харчи......



За это сообщение автора Алексей поблагодарил: Solo (Пт авг 02 2013 18:40)
Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Стримлайнеры и центробежная сила.
Номер сообщения:#8  Непрочитанное сообщениеДобавлено: Пт авг 02 2013 16:32 
Не в сети
Модератор
Аватара пользователя

Зарегистрирован: Вс сен 09 2012 21:06
Сообщения: 5336
Откуда: Калач-на Дону
Благодарил (а): 1448 раз.
Поблагодарили: 1145 раз.
Моя велотехника: Трайк "Cobra" 2012, лигерад "Оптима" 2013, Трайк "Скорпион" 2014, лигерад "Оптима Эволюшн" 2014,2015, лигерад "Ангара" 2015, 2016, 2017, лигерад-тандем "Балхаш"
Имя: Олег
Алексей писал(а):
Вообще расчёты-рассчётами, но шоссеры часто гоняют с гор под 100 км\ч. Если бы их покрышки при этом лопались из-за центробежной силы, то шоссеры жили бы намного меньше

:clap: :clap:

_________________
Если работать молча, никто не заметит преодолеваемые тобой трудности ...(С)
Пилим, режем... паяем, починяем...


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Стримлайнеры и центробежная сила.
Номер сообщения:#9  Непрочитанное сообщениеДобавлено: Пт авг 02 2013 16:56 
Не в сети
Активно интересующийся
Аватара пользователя

Зарегистрирован: Чт окт 13 2011 11:32
Сообщения: 2904
Откуда: Рига
Благодарил (а): 39 раз.
Поблагодарили: 843 раз.
Моя велотехника: "Рига 2011" первый - за три дня
Алексей писал(а):
Я думаю, что в "Тетиве" просто перекачивют колёса.


Скорее всго

Потому как аж
30 июня 1899 года, был зафиксирован рекорд максимальной скорости на велосипеде, который составил 100,2 км/час.

http://remontvelosipeda.ru/maksimalnaya ... elosipede/

Без расчетов, нейлона и кевлара :lol:


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Стримлайнеры и центробежная сила.
Номер сообщения:#10  Непрочитанное сообщениеДобавлено: Пт авг 02 2013 19:04 
Не в сети
Активно интересующийся
Аватара пользователя

Зарегистрирован: Пн май 23 2011 13:34
Сообщения: 1420
Откуда: Москва, ЗАО
Благодарил (а): 424 раз.
Поблагодарили: 164 раз.
Моя велотехника: M5 Shockproof 559 (серийный лигерад)
В Тетиве никто покрышки не перекачивает. И зазоры между корпусом и покрышкой там достаточно большие. Даже если корпус+рама немного "играют", то все равно вероятность задеть покрышкой корпус очень мала.
Кроме того, в этот раз лопнула передняя покрышка (или камера), а в прошлом году лопалась задняя.
Тут вопрос сложнее, чем кажется. Есть предположение, что камешек с дороги засосало колесом внутрь, а потом прижало между покрышкой и корпусом.

_________________
Garden ring averaged at 39, Dmitrovskoe highway - at 34. All sheeps were modulated.


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Стримлайнеры и центробежная сила.
Номер сообщения:#11  Непрочитанное сообщениеДобавлено: Пт авг 02 2013 23:59 
Не в сети
Активно интересующийся
Аватара пользователя

Зарегистрирован: Чт окт 13 2011 11:32
Сообщения: 2904
Откуда: Рига
Благодарил (а): 39 раз.
Поблагодарили: 843 раз.
Моя велотехника: "Рига 2011" первый - за три дня
botas писал(а):
В Тетиве никто покрышки не перекачивает. И зазоры между корпусом и покрышкой там достаточно большие. Даже если корпус+рама немного "играют", то все равно вероятность задеть покрышкой корпус очень мала.
Кроме того, в этот раз лопнула передняя покрышка (или камера), а в прошлом году лопалась задняя.
Тут вопрос сложнее, чем кажется. Есть предположение, что камешек с дороги засосало колесом внутрь, а потом прижало между покрышкой и корпусом.


По покрышке в год? Ну не так и страшно, от чего сыр-бор?


Вернуться к началу
 Профиль  
 
 Заголовок сообщения: Re: Стримлайнеры и центробежная сила.
Номер сообщения:#12  Непрочитанное сообщениеДобавлено: Сб авг 03 2013 18:01 
Не в сети
Ветеран словесных баталий

Зарегистрирован: Чт июл 20 2006 12:30
Сообщения: 4262
Откуда: Моск. обл.
Благодарил (а): 178 раз.
Поблагодарили: 748 раз.
Имя: Дмитрий
BenGunn писал(а):
Обычно такие вещи считают так
А можно подробнее, какие "такие вещи", кто и где их "обычно" так считает, и главное, почему нельзя считать так как я сделал?
Алексей писал(а):
шоссеры часто гоняют с гор под 100 км\ч. Если бы их покрышки при этом лопались из-за центробежной силы, то шоссеры жили бы намного меньше :)
Во-первых, покрышки у них лопаются . Во-вторых, лопнувшая покрышка как правило не приводит к гибели шоссера. И в-третьих, давай конкретнее, на каких покрышках, как долго и с какой именно скоростью гоняют с гор шоссеры?
А то ты по манере вести дискуссию начинаешь напоминать Шурикена, для которого главное - возразить, а по делу или нет - не важно.

Вообще тема про расчет центробежной силы, если кто не понял. Вопрос лопания покрышек - это уже теория надежности.
Не может не радовать, что сейчас, благодаря уничтожению науки, деиндустриализации страны, реформе образования и прочим "преимуществам" рыночной экономики, большинство граждан по вопросам, где надо хоть чуть-чуть подумать, придерживаются именно такой позиции:
Алексей писал(а):
Неужели вы думаете, что до вас это никто не считал?
Кстати, если есть ссылка на того, кто считал, было бы интересно ознакомиться.

Раньше, в СССР была такая очень многочисленная группа людей - радиолюбители. И значительная их часть занималась созданием из стандартных радиодеталей нестандартных устройств. При этом очень часто детали в таких устройствах работали в "запредельных" режимах, по частоте, напряжению, мощности и т.д. И естественно часто выходили из строя, правда не всегда сразу, обычно некоторое время успевали поработать. Причем, чем с большей перегрузкой работал какой-нибудь транзистор, тем чаще его приходилось менять. Но не всегда, иногда попадался особо крепкий экземпляр, казалось бы ему давно пора сгореть, а он все работает и работает. А иногда случалось и наоборот.
Это я к тому, что теория вероятности хорошо работает с большими числами, а для одного случая она неприменима.
Так что из того, что нагрузка на покрышку возрастает следует только то, что вероятность разрыва повышается. Насколько она повышается - неизвестно, как эта повышенная вероятность повлияет на данную конкретную покрышку - тоже неизвестно. Но по-моему, это еще не повод отказываться от дополнительных знаний.
Хотя тут кому как, некоторые как Дж.Буш, считают, что "если я этого не знаю, значит это никому не нужно" .

botas писал(а):
Есть предположение, что камешек с дороги засосало колесом внутрь
Мне известны два способа "засасывания камешков". Первый - на участке дрожных работ, где имеются камешки, уже покрытые свежим гудроном, но еще не успевшие покрыться пылью. Они очень липкие и легко приклеиваются к любой покрышке. Второй способ - если покрышка имеет глубокий рисунок, камешек "правильного" размера может застрять в канавке. По-моему оба этих случая к Тетиве не относятся.
А воздухом с дороги может засосать только пыль.


Voolodja писал(а):
По покрышке в год? Ну не так и страшно
А если пересчитать в пройденный путь, на сколько километров хватает одной покрышки?


Вернуться к началу
 Профиль  
 
Показать сообщения за:  Поле сортировки  
Начать новую тему Ответить на тему  [ Сообщений: 12 ] 


Кто сейчас на конференции

Сейчас этот форум просматривают: нет зарегистрированных пользователей и гости: 1


Вы не можете начинать темы
Вы не можете отвечать на сообщения
Вы не можете редактировать свои сообщения
Вы не можете удалять свои сообщения
Вы не можете добавлять вложения

Найти:
Перейти:  
. Powered by phpBB® Forum Software © phpBB Group
Русская поддержка phpBB
[ Time : 0.142s | 23 Queries | GZIP : On ]