La uniformidad de llantas se refiere a las propiedades mecánicas dinámicas de las llantas neumáticas estrictamente definidas por un conjunto de estándares de medición y condiciones de prueba aceptadas por los fabricantes de llantas y automóviles de todo el mundo.
Estas normas incluyen los parámetros de variación de fuerza radial , la variación de fuerza lateral , conicidad, orientación de la lona, radial run-out , lateral run-out , y abombamiento de la pared lateral. Los fabricantes de neumáticos de todo el mundo emplean la medición de la uniformidad de los neumáticos como una forma de identificar los neumáticos de bajo rendimiento para que no se vendan en el mercado. Tanto los fabricantes de neumáticos como los de vehículos buscan mejorar la uniformidad de los neumáticos para mejorar la comodidad de conducción del vehículo.
Fondo de variación de fuerza
La circunferencia del neumático se puede modelar como una serie de elementos de resorte muy pequeños cuyas constantes de resorte varían según las condiciones de fabricación. Estos elementos de resorte se comprimen cuando entran en el área de contacto con la carretera y se recuperan cuando salen de la huella. La variación en las constantes del resorte en las direcciones radial y lateral provoca variaciones en las fuerzas de compresión y restauración a medida que gira el neumático. Dada una llanta perfecta, corriendo sobre una calzada perfectamente lisa, la fuerza ejercida entre el auto y la llanta será constante. Sin embargo, una llanta fabricada normalmente que corre sobre una calzada perfectamente lisa ejercerá una fuerza variable en el vehículo que repetirá cada rotación de la llanta. Esta variación es la fuente de diversas perturbaciones en la conducción. Tanto los fabricantes de neumáticos como los de automóviles buscan reducir estas perturbaciones para mejorar el rendimiento dinámico del vehículo.
Parámetros de uniformidad de neumáticos
Ejes de medida
Las fuerzas de los neumáticos se dividen en tres ejes: radial, lateral y tangencial (o longitudinal). El eje radial va desde el centro de la llanta hacia la banda de rodadura y es el eje vertical que va desde la calzada a través del centro de la llanta hacia el vehículo. Este eje soporta el peso del vehículo. El eje lateral corre lateralmente a lo largo de la banda de rodadura. Este eje es paralelo al eje de montaje del neumático en el vehículo. El eje tangencial es el que se encuentra en la dirección del recorrido del neumático.
Variación de fuerza radial
En la medida en que la fuerza radial es la que actúa hacia arriba para soportar el vehículo, la variación de la fuerza radial describe el cambio en esta fuerza cuando el neumático gira bajo carga. A medida que el neumático gira y los elementos de resorte con diferentes constantes de resorte entran y salen del área de contacto, la fuerza cambiará. Considere una llanta que soporta una carga de 1,000 libras corriendo en una calzada perfectamente lisa. Sería típico que la fuerza variara hacia arriba y hacia abajo desde este valor. Una variación entre 995 libras y 1003 libras se caracterizaría como una variación de fuerza radial (RFV) de 8 libras. El RFV se puede expresar como un valor pico a pico, que es el valor máximo menos el mínimo, o cualquier valor armónico como se describe a continuación.
Algunos fabricantes de neumáticos marcan la pared lateral con un punto rojo para indicar la ubicación de la fuerza radial máxima y el descentramiento, el punto alto. Un punto amarillo indica el punto de menor peso. [1] El uso de los puntos se especifica en el estándar de rendimiento RP243 del Technology Maintenance Council . Para compensar esta variación, se supone que los neumáticos deben instalarse con el punto rojo cerca del vástago de la válvula, asumiendo que el vástago de la válvula está en el punto bajo, o con el punto amarillo cerca del vástago de la válvula, asumiendo que el vástago de la válvula está en el punto pesado. . [2]
Análisis armónico
La RFV, así como todas las demás mediciones de variación de fuerza, se pueden mostrar como una forma de onda compleja . Esta forma de onda se puede expresar de acuerdo con sus armónicos aplicando la Transformada de Fourier (FT). FT permite parametrizar varios aspectos del comportamiento dinámico del neumático. El primer armónico, expresado como RF1H (primer armónico de fuerza radial) describe la magnitud de variación de la fuerza que ejerce un pulso en el vehículo una vez por cada rotación. RF2H expresa la magnitud de la fuerza radial que ejerce un pulso dos veces por revolución, y así sucesivamente. A menudo, estos armónicos tienen causas conocidas y se pueden utilizar para diagnosticar problemas de producción. Por ejemplo, un molde de neumático instalado con 8 segmentos puede deformarse térmicamente para inducir un octavo armónico, por lo que la presencia de un RF8H alto indicaría un problema de separación del sector del molde. RF1H es la principal fuente de perturbaciones en la conducción, seguida de RF2H. Los armónicos altos son menos problemáticos porque la velocidad de rotación del neumático a velocidades de autopista multiplicada por el valor armónico produce perturbaciones a frecuencias tan altas que son amortiguadas o superadas por otras condiciones dinámicas del vehículo.
Variación de la fuerza lateral
En la medida en que la fuerza lateral es la que actúa de lado a lado a lo largo del eje del neumático, la variación de la fuerza lateral describe el cambio en esta fuerza cuando el neumático gira bajo carga. A medida que el neumático gira y los elementos de resorte con diferentes constantes de resorte entran y salen del área de contacto, la fuerza lateral cambiará. A medida que la llanta gira, puede ejercer una fuerza lateral del orden de 25 libras, lo que provoca un tirón de la dirección en una dirección. Sería típico que la fuerza variara hacia arriba y hacia abajo desde este valor. Una variación entre 22 libras y 26 libras se caracterizaría como una variación de fuerza lateral de 4 libras, o LFV. LFV se puede expresar como un valor pico a pico, que es el valor máximo menos el mínimo, o cualquier valor armónico como se describe arriba. La fuerza lateral está señalada, de modo que cuando se monta en el vehículo, la fuerza lateral puede ser positiva, haciendo que el vehículo tire hacia la izquierda, o negativa, tirando hacia la derecha.
Variación de fuerza tangencial
En la medida en que la fuerza tangencial es la que actúa en la dirección de desplazamiento, la variación de la fuerza tangencial describe el cambio en esta fuerza cuando el neumático gira bajo carga. A medida que el neumático gira y los elementos de resorte con diferentes constantes de resorte entran y salen del área de contacto, la fuerza tangencial cambiará. A medida que el neumático gira, ejerce una gran fuerza de tracción para acelerar el vehículo y mantener su velocidad a una velocidad constante. En condiciones de estado estacionario, sería típico que la fuerza variara hacia arriba y hacia abajo desde este valor. Esta variación se caracterizaría como TFV. En una condición de prueba de velocidad constante, TFV se manifestaría como una pequeña fluctuación de velocidad que ocurre en cada rotación debido al cambio en el radio de rodadura del neumático.
Conicidad
La conicidad es un parámetro basado en el comportamiento de la fuerza lateral. Es la característica que describe la tendencia del neumático a rodar como un cono. Esta tendencia afecta el rendimiento de la dirección del vehículo. [3] Para determinar la conicidad, la fuerza lateral debe medirse tanto en el sentido de las agujas del reloj (LFCW) como en el sentido contrario a las agujas del reloj (LFCCW). La conicidad se calcula como la mitad de la diferencia de los valores, teniendo en cuenta que los valores CW y CCW tienen signos opuestos. La conicidad es un parámetro importante en las pruebas de producción. En muchos automóviles de alto rendimiento, los neumáticos con la misma conicidad se montan en los lados izquierdo y derecho del automóvil para que sus efectos de conicidad se cancelen entre sí y generen un rendimiento de conducción más suave, con poco efecto de dirección. Esto requiere que el fabricante de neumáticos mida la conicidad y clasifique los neumáticos en grupos de valores similares.
Ply Steer
Ply Steer describe la fuerza lateral que genera un neumático debido a asimetrías en su carcasa cuando rueda hacia adelante con un ángulo de deslizamiento cero y puede denominarse pseudo deslizamiento lateral. [4] Es la característica que generalmente se describe como la tendencia del neumático a " caminar como un cangrejo ", o moverse hacia los lados mientras mantiene una orientación en línea recta. Esta tendencia afecta el rendimiento de la dirección del vehículo. Para determinar la dirección de las capas, la fuerza lateral generada se mide cuando el neumático rueda hacia adelante y hacia atrás, y luego se calcula la dirección de las capas como la mitad de la suma de los valores, teniendo en cuenta que los valores tienen signos opuestos.
Excentricidad radial
La excentricidad radial (RRO) describe la desviación de la redondez del neumático de un círculo perfecto. RRO se puede expresar como el valor pico a pico, así como valores armónicos. RRO imparte una excitación en el vehículo de una manera similar a la variación de la fuerza radial. La RRO se mide con mayor frecuencia cerca de la línea central del neumático, aunque algunos fabricantes de neumáticos han adoptado la medición de RRO en tres posiciones: hombro izquierdo, centro y hombro derecho.
Algunos fabricantes de neumáticos marcan la pared lateral con un punto rojo para indicar la ubicación de la fuerza radial máxima y el descentramiento. [2]
Excentricidad lateral
Lateral run-out (LRO) describe la desviación de la pared lateral del neumático desde un plano perfecto. LRO se puede expresar como el valor pico a pico, así como valores armónicos. LRO imparte una excitación en el vehículo de una manera similar a la variación de la fuerza lateral. El LRO se mide con mayor frecuencia en la pared lateral superior, cerca del hombro de la banda de rodadura.
Abultamiento y depresión de la pared lateral
Dado que el neumático es un conjunto de múltiples componentes que se curan en un molde, existen muchas variaciones del proceso que hacen que los neumáticos curados se clasifiquen como rechazados. Las protuberancias y depresiones en la pared lateral son tales defectos. Una protuberancia es un punto débil en la pared lateral que se expande cuando se infla la llanta. Una depresión es un punto fuerte que no se expande en la misma medida que el área circundante. Ambos se consideran defectos visuales. Los neumáticos se miden en producción para identificar aquellos con defectos visuales excesivos. Las protuberancias también pueden indicar condiciones de construcción defectuosas, como cables faltantes, que representan un peligro para la seguridad. Como resultado, los fabricantes de neumáticos imponen estrictos estándares de inspección para identificar los neumáticos con protuberancias. La protuberancia y depresión de la pared lateral también se conoce como protuberancia y abolladura, y pared lateral irregular.
Máquinas de medición de uniformidad de neumáticos
Las máquinas de uniformidad de neumáticos son máquinas de propósito especial que inspeccionan automáticamente los neumáticos para determinar los parámetros de uniformidad de los neumáticos descritos anteriormente. Consisten en varios subsistemas, que incluyen manejo de neumáticos, mandril, llantas de medición, lubricación del talón, inflado, rueda de carga, transmisión del husillo, medición de fuerza y medición de geometría.
Primero se centra el neumático y se lubrican las áreas del talón para asegurar un ajuste suave a las llantas de medición. El neumático se indexa en la estación de prueba y se coloca en el mandril inferior. El mandril superior desciende para hacer contacto con el talón superior. El neumático se infla a la presión del punto de ajuste. La rueda de carga avanza para hacer contacto con el neumático y aplicar la fuerza de carga establecida. La transmisión del husillo acelera el neumático a la velocidad de prueba. Una vez que la velocidad, la fuerza y la presión son estables, las celdas de carga miden la fuerza ejercida sobre la rueda de carga por el neumático. La señal de fuerza se procesa en circuitos analógicos y luego se analiza para extraer los parámetros de medición. Los neumáticos están marcados de acuerdo con varios estándares que pueden incluir ángulo de punto alto de RFV, lado de conicidad positiva y magnitud de conicidad.
Otros tipos de máquinas de uniformidad
Existen numerosas variaciones e innovaciones entre varios fabricantes de máquinas de uniformidad de neumáticos. La velocidad de prueba estándar para máquinas de uniformidad de neumáticos es de 60 rpm de una rueda de carga estándar que se aproxima a las 5 millas por hora. Las máquinas de uniformidad de alta velocidad se utilizan en entornos de investigación y desarrollo que alcanzan 250 km / hy más. También se han introducido máquinas de uniformidad de alta velocidad para pruebas de producción. También se utilizan máquinas que combinan la medición de la variación de fuerza con la medición del equilibrio dinámico .
Corrección de uniformidad de neumáticos
La variación de fuerza radial y lateral se puede reducir en la máquina de uniformidad de neumáticos mediante operaciones de rectificado. En la operación Center Grind, se aplica una amoladora al centro de la banda de rodadura para quitar el caucho en el punto alto de RFV. En la parte superior e inferior de la banda de rodadura se aplican rectificadoras de hombro para reducir el tamaño del área de contacto con la carretera, o huella, y la variación de fuerza resultante. Las amoladoras superiores e inferiores se pueden controlar de forma independiente para reducir los valores de conicidad. Grinders también se emplean para la correcta excesiva radial run-out .
Los efectos de las variaciones de los neumáticos también se pueden reducir montando el neumático de tal manera que las llantas y los vástagos de válvula desequilibrados ayuden a compensar los defectos de los neumáticos. [2]
Sistemas de medición de geometría
Radial run-out , Lateral run-out , las mediciones de conicidad, y Bulge también se llevan a cabo en la máquina de uniformidad de neumáticos. Hay varias generaciones de tecnologías de medición en uso. Estos incluyen lápiz de contacto, sensores capacitivos, sensores láser de punto fijo y sensores láser de hoja de luz.
Lápiz de contacto
La tecnología Contact Stylus utiliza una sonda táctil para recorrer la superficie del neumático mientras gira. La instrumentación analógica detecta el movimiento de la sonda y registra la forma de onda de salida . Cuando se usa para medir la desviación radial, la aguja se coloca en una paleta de área grande que puede atravesar los huecos en el dibujo de la banda de rodadura. Cuando se utiliza para medir la desviación lateral en la pared lateral, el lápiz se ejecuta en una pista muy estrecha y suave. El método de lápiz de contacto es una de las tecnologías más antiguas y requiere un esfuerzo considerable para mantener su rendimiento mecánico. El área pequeña de interés en el área de la pared lateral limita la efectividad para discernir las protuberancias y depresiones de la pared lateral en otras partes de la pared lateral.
Sensores capacitivos
Los sensores capacitivos generan un campo dieléctrico entre el neumático y el sensor. A medida que varía la distancia entre el neumático y el sensor, cambian las propiedades de voltaje y / o corriente del campo dieléctrico. Se emplean circuitos analógicos para medir los cambios de campo y registrar la forma de onda de salida . Los sensores capacitivos tienen un área de interés más grande, del orden de 10 mm en comparación con el método de lápiz óptico de contacto muy estrecho. El método del sensor capacitivo es una de las primeras tecnologías y ha demostrado ser altamente confiable; sin embargo, el sensor debe colocarse muy cerca de la superficie del neumático durante la medición, por lo que las colisiones entre el neumático y el sensor han provocado problemas de mantenimiento a largo plazo. Además, algunos sensores son muy sensibles a la humedad y terminaron con lecturas erróneas. El área de interés de 10 mm también significa que la medición del abultamiento se limita a una pequeña parte del neumático. Los sensores capacitivos emplean un filtrado de huecos para eliminar el efecto de los huecos entre las orejetas de la banda de rodadura en la medición de la desviación radial y el filtrado de letras para eliminar el efecto de las letras en relieve y la ornamentación en la pared lateral.
Sensores láser de punto fijo
Los sensores láser de punto fijo se desarrollaron como una alternativa a los métodos anteriores. Los láseres combinan el área de interés de la pista estrecha con una gran distancia de separación del neumático. Con el fin de cubrir un área de interés más grande, se han empleado sistemas de posicionamiento mecánico para tomar lecturas en múltiples posiciones en la pared lateral. Los sensores láser de punto fijo emplean un filtrado de huecos para eliminar el efecto de los huecos entre las orejetas de la banda de rodadura en la medición de la excentricidad radial y el filtrado de letras para eliminar el efecto de las letras en relieve y la ornamentación en la pared lateral.
Sistemas láser de hoja de luz
Hoja de la luz láser (SL) Sistemas se introdujeron en 2003, y se han convertido en los más capaces y confiables de descentramiento métodos, bombeo y medición depresión. Los sensores SL proyectan una línea láser en lugar de un punto láser y, por lo tanto, crean un área de interés muy grande. Los sensores de la pared lateral pueden abarcar fácilmente un área desde el área del talón hasta el hombro de la banda de rodadura e inspeccionar la pared lateral completa en busca de defectos de abultamiento y depresión. Los sensores radiales grandes pueden abarcar 300 mm o más para cubrir todo el ancho de la banda de rodadura. Esto permite la caracterización de RRO en múltiples pistas. Los sensores SL también cuentan con distancias de separación lo suficientemente grandes como para asegurar que no haya colisiones con el neumático. El filtrado bidimensional de huecos en la banda de rodadura y el filtrado de letras en las paredes laterales también se emplean para eliminar estas características de las mediciones de descentramiento.
Referencias
- ^ Mike Marvigian (abril de 2008). "Montaje de neumáticos adaptados y manejo personalizado de las ruedas" (PDF) . Motor . Consultado el 11 de septiembre de 2017 .
- ^ a b c "¿Ves puntos? Esas marcas en las paredes laterales codificadas por colores tienen un propósito" . Negocio de neumáticos . Comunicaciones Crain . Consultado el 9 de septiembre de 2017 .
- ^ "Servicio de reparación automotriz AGCO - Baton Rouge, LA - Temas automáticos detallados - Conicidad de los neumáticos y tracción radial" . www.agcoauto.com . Consultado el 16 de agosto de 2018 .
- ^ Pacejka, Hans B. (2006). Dinámica de neumáticos y vehículos (2ª ed.). SAE Internacional. pag. 198. ISBN 978-0-7680-1702-1.
ply steer a veces se denomina pseudo deslizamiento lateral.