自動車タイヤの多角形摩耗現象に関する研究

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機械工学の分野では,数多くの接触回転系が用いられている.この接触回転系の運転中に,粘弾性変形,塑性変形および切削・研削・摩耗などが原因となって回転体であるロール外周に周期的な多角形パターンが形成され,大きな振動が発生し断続的な機械の運転が不可能になることが多い,その一つに道路と自動車タイヤからなる系がある.本研究ではタイヤのトレッド形状とは関係なく周方向周期を有する自励的な多角形摩耗現象を実験的および解析的に取り扱いその発生メカニズムを明らかにした.多角形摩耗の特徴を以下に示す.(1)駆動輪ではなく従動輪に発生する.とくに,FF車の後輪での発生例が多い.(2)ト-インが大きすぎると発生しやすい.(3)多角形摩耗現象の原因の一つは,タイヤ自身の振動と考えられ,その固有振動数がタイヤの多角形パターンの角形数に直接関係する.すなわち,(タイヤ系の固有振動数)≒(タイヤの多角数)×(タイヤ回転数)の関係が認められる.まず,回転ドラムにタイヤを押しつけ長時間回転させることにより多角形化現象を実験的に再現した.3種類の走行速度で実験を行った結果,いずれも異なった角形数であるが73.5Hzの同一振動数で振動しており上述の(3)の特徴を満足していた.さらに,タイヤのどの固有振動数が多角形化現象に寄与しているかを特定するため,加振テーブルにタイヤを押しつけ,上下方向のランダム強制変位加振を行うことによりタイヤの固有振動数の測定を行った.その結果,タイヤのトレッド部が上下方向に振動するモードが多角形化現象の発生原因となっていることがわかった.上述の実験結果を参考にして,タイヤの多角形摩耗現象を接地面内でのタイヤ摩耗量が一回転後に上下方向に対する強制変位としてフィードバックされる時間遅れ系としてモデル化することにより数値計算を行った.その結果,実験結果と解析結果とのよい一致を確認した。