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CAPTULO 10: NEUMTICOS
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Neumticos
Bsicamente los neumticos son toroides visco-elsticoscompuestos
de una estructura flexible de cuerdas de altaresistencia a la
tensin, fijadas por sujesores de acero a unarmazn.
Las funciones bsicos de los neumticos son: Soportar la carga
vertical Generar fueras longitudinales para aceleracin y frenado
Generar fuerzas laterales para virar
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Construccin
Tipos de Construccin
Radiales
Las capas se colocan de forma paralela a 90 de
la circunferencia
Son muy flexibles en los lados, proveen un manejo
suave, pero poca estabilidad direccional (esta la proporciona
un
cinturn o alambre)
Diagonales
Tienen dos o ms capas colocadas en ngulo y en
direccin alternante.
Proveen confort al manejo y mejor
estabilidad direccional. Presentan distorsin en el
contacto con el suelo, tendiendo a torcerse
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Tamao
Tire&Rim Association: Ancho [mm] Dimetro del rin [in]
P-metric designation method: P: denota vehculo de pasajers Ancho
[mm] Proporcin (aspect ratio) Tipo: R-Radial, B-belted, D-bias
Dimetro del rin [in]
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Generacin de fuerzas
Las fuerzas en el neumtico se generan de los esfuerzosnormal y
cortante distribuidos en el rea de contacto con elsuelo.
La distribucin de esfuerzos no es uniforme, vara en el eje X
yY.
Cuando un neumtico gira sobre el camino se generan fuerzasde
traccin y fuerzas laterales.
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Generacin de fuerzas
Existen dos mecanismos responsables de la friccin entre
elneumtico y el suelo:
En caminos secos, la adhesin es elcomponente principal, pero en
caminosmojados, se reduce considerablemente.
La histresis representa la energadisipada al deformarse el hule.
Nodepende de la superficie del camino.
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Propiedades de Traccin
Durante la aceleracin y el frenado, se presenta
deslizamientoadicional debido a la deformacin de los neumticos en
lasuperficie de contacto.
Cuando entra en contacto con el suelo nodesarrolla fuerza de
friccin
A medida que avanza, se producemayor deflexin y carga
vertical,generndose ms friccin
En la parte trasera de la superficie decontacto la carga
disminuye y comienzaa deslizar, de manera que la
friccindisminuye.
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Propiedades de traccin
Las fuerzas de aceleracin y frenado se generan cuando seproduce
un diferencial entre la velocidad de giro delneumtico y la
velocidad de viaje.
Esto produce un deslizamiento en la superficie de la contacto.El
deslizamiento se define como:
donde:
r: radio del neumtico: velocidad angular de la rueda
V: velocidad del vehculo
% 1 100rSlipV
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Propiedades de traccin
Este comportamiento es cualitativamente similar en
diferentestipos de caminos (secos, hmedos, resbalosos), slo difiere
elnivel mximo de friccin que se puede alcanzarse.
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Propiedades de traccin
Con el objetivo de caracterizar las propiedades de traccinde los
neumticos se utiliza el coeficiente de friccin (fuerzade traccin
dividida entre la carga) mxima (p) y endeslizamiento (s).
Estos coeficientes dependen delas siguientes variables:
Al incrementar la carga se reducen los coeficientes de
friccinCarga vertical
En superficies secas, casi no afecta, pero en las hmedas, los
mejora significativamente
Presin de inflado
En caminos secos, los coeficientes son mayores que en los
hmedos
Friccin de la superficie
Los coeficientes disminuyen a medida que aumenta la
velocidadVelocidad
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Propiedades de traccin
Las propiedades de traccin longitudinal determinan eldesempeo en
el frenado y la distancia de frenado. p determina el lmite de
frenado cuando las ruedas no se
bloquean. Cuando una o ms ruedas se bloquean, s determina la
contribucin de esas ruedas al frenado.
Estas propiedades tambin determinan el lmite deaceleracin o el
desempeo del vehculo cuando sube unapendiente.
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Propiedades en los giros
Una de las funciones principales de un neumtico es generarfueras
laterales para controlar la direccin y generar fuerzaslaterales en
los giros.
Estas fuerzas son generadas por el deslizamiento lateral(ngulo
de deslizamiento) o por la inclinacin lateral (ngulode comba)
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ngulo de deslizamiento
A medida que el neumtico avanza con un ngulo de direccinde
viaje, el contacto se deforma hacia un lado debido a queel camino
permanece en la posicin original de contacto.
La fuerza lateral se genera cuando los elementos del contactose
mueve hacia atrs hasta e punto en que esta fuerza vencela friccin y
comienza a deslizar.
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ngulo de deslizamiento
Cuando hay cambio en el ngulo de direccin, el neumticodebe girar
media vuelta o ms para generar una fueralateral, esta distancia se
conoce como distancia de relajacin.
La pendiente de la cuerva evaluada en ngulo dedeslizamiento cero
se conoce como cornering stiffness
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ngulo de deslizamiento
C es una variable importante, ya que tiene una influenciadirecta
en el gradiente de sub-viraje. Cuando C es mayor en las ruedas
traseras provoca sub-viraje Cuando C es mayor en las ruedas
delanteras, provoca sobre-
viraje, lo cual implica que hay una velocidad crtica, por
encimade la cual el vehculo se vuelve inestable.
Las variables que afectan este coeficiente son: Tipo y tamao del
neumtico
Carga
Presin de inflado
Diseo de la banda de rodamiento
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ngulo de comba
La fuerza lateral generada por el ngulo de comba
estcaracterizada por Cy camber stiffness.
Cy es una variable importante debido a que est relacionadacon la
forma en que el neumtico responde a lasdiscontinuidades del
camino.
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ngulo de comba
La fuerza lateral generada por el ngulo de comba es laprincipal
fuerza de giro con la que se controlan los vehculosde dos
ruedas.
En vehculos de cuatro ruedas, el ngulo de comba contribuyeal
sub-viraje.
La fuerza generada depende de: Tipo de neumtico Carga Diseo de
la banda de rodamiento
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Momento de alineacin
Es un momento generado en el eje vertical. Contribuye a las
reacciones del sistema de direccin:
gradiente de sub-viraje. Un momento positivo favorece
laestabilidad del vehculo.
Su magnitud depende del rea de contacto y de la
cargavertical.
Cuando el vehculo toma una curva, se crea un momento dealineacin
para forzar el giro
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Conicidad
Es la diferencia en la fuerza lateral a ngulo de
deslazamientocero, cuando la llanta est girada en direccin
opuesta.
En exceso de conicidad en las llantas frontales causa un empuje
quecausa fatiga en el conductor: debe mantener un torque en
ladireccin para mantenerla.
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Fuerzas de duracin
Las fueras que transmite el neumtico contribuyen a ciclos
decarga y fatiga, estas tienen un efecto importante en laduracin
del vehculo.
Cuando el vehculo pasa por un bache, se generan fuerasverticales
y longitudinales.
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Frenado y giro simultneo
La aplicacin de undeslizamiento longitudinaltiende a reducir la
fuerzalateral, y de manera similar,la aplicacin de un ngulode
deslizamiento reduce lafuerza longitudinal.
El lmite de friccin puedeutilizarse para generarfuerzas
laterales o defrenado: caracterizado porel crculo de friccin
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Vibraciones
A pesar de que un neumtico se comporta como un resorteque
absorbe las rugosidades del camino, es n sistemadinmico, con
resonancias que afectan la transmisin devibraciones al vehculo.
La combinacin de la masa y la flexibilidad permiten queresuene
cuando es excitada por el camino.
Movimiento vertical Elptico
