Efectul Shimmy ( în engleză wobble [1] , speed wobble [2] , tank-slapper [3] , death wobble [4] ) este apariția unor vibrații rapide (frecvența 4…10 Hz), de regulă, pe volanele a unui vehicul. În momentul shimmy, vehiculul în ansamblu nu este afectat de vibrații, totuși, pe măsură ce amplitudinea acestora crește, are loc pierderea controlului din cauza creșterii viciului . Amenințarea dezvoltării shimmy există teoretic în orice vehicul cu un singur punct de aplicare a acțiunii de control cu un grad suficient de libertate a volanului, de exemplu, motociclete , bicicleteși skateboard -uri și, în plus, avioane ușoare cu trei roți capabile să atingă viteze de peste 80 km/h la sol. La majoritatea vehiculelor, efectul shimmy nu apare semnificativ. Instabilitatea care precede dezvoltarea efectului, de regulă, are loc la viteze mari și se simte aproximativ la fel ca vibrațiile caracteristice ale roților cărucioarelor de cumpărături sau comportamentul trenului de aterizare a aeronavei în timpul aterizării [5] [6] .
În starea staționară a oscilațiilor, cel mai mare rol al mecanismului îl joacă: coeficientul de amortizare scăzut în sistemul de ordinul doi (sau mai mare), precum și feedback-ul pozitiv . Un exemplu de sistem de ordinul doi cu un factor de amortizare scăzut este cel mai simplu sistem de sarcină cu arc, în care o sarcină se mișcă în sus și în jos (oscilează) în timp ce este suspendată de un arc.
În momentul primirii unui impuls care împinge roata în direcția opusă abaterii cursului, o parte din energie este stinsă de amortizorul de șoc , care crește automat următorul interval de timp în care roata părăsește carosabilul - când cadrul și șocul amortizorul efectuează cursa inversă, iar volanul este aruncat în direcția opusă. Ca urmare, apare un feedback pozitiv , care duce la o creștere a oscilațiilor cu o frecvență de 4 ... 10 Hz a volanului în raport cu cursul. Motivul apariției unei astfel de reacții poate fi calculat incorect caracteristicile amortizoarelor, arcurile de suspensie, neregulile drumului, în special de natură periodică (acoperire tip placă de spălat), natura accelerației etc.
Din punctul de vedere al TAU , shimmy este instabilitatea sistemului de control, care include, pe lângă designul volanului, furcii, amortizorului etc., și acțiunile șoferului.
Dacă apariția shimmy în timpul funcționării nu poate fi exclusă în timpul dezvoltării designului sistemului, este posibil să utilizați un amortizor de direcție special . Acest dispozitiv este o implementare a unui filtru band-stop conceput pentru a atenua efectul shimmy la frecvențe cunoscute [7] .
Fenomenul shimmy este de obicei asociat cu deformarea anvelopelor roților . Se observă însă și pe roțile nedeformabile (oțel). După cum arată V. F. Zhuravlev și D. M. Klimov [8] , shimmy este pe deplin explicat dacă, pe lângă forțele considerate de obicei în literatură, sunt introduse forțe de frecare uscată multicomponentă .
Efectul shimmy (adică vibrații) apare atunci când roata primește, din orice motiv, accelerație laterală în condiții de imperfecțiune tehnică altfel nesemnificativă. Astfel de imperfecțiuni includ caracteristici neideale ale roții: abatere de la planeitate , abatere de la rotunjime , defecte de echilibrare [9] . Roata în timpul rotației transferă sarcina ciclică pe cadrul vehiculului. Când frecvența acestor oscilații coincide cu frecvența oscilațiilor naturale ale sistemului (adică vehiculul cu toată încărcătura transportată), are loc rezonanța , care poate duce la dezvoltarea shimmy [9] . Odată cu rotirea în continuare a roții, forța de reacție a cadrului începe să acționeze asupra acesteia, datorită căreia roata primește accelerație în direcția opusă. Întregul proces se repetă la rotațiile ulterioare ale roții cu expunerea ulterioară la imperfecțiuni tehnice. Dacă în același timp amortizarea în sistemul de direcție este insuficientă, amplitudinea oscilației va crește până când sistemul este distrus. Frecvența de oscilație poate fi modificată prin modificarea vitezei de mișcare de translație, creșterea sau scăderea rigidității vehiculului, precum și creșterea rigidității sistemului de direcție, a cărui componentă principală este șoferul [5] . În ciuda faptului că intensitatea efectului shimmy poate fi redusă cu ușurință prin reducerea vitezei de mișcare, schimbarea poziției mâinii pe volan și a rezistenței prinderii acesteia, dacă este lăsat necontrolat, efectul shimmy poate fi catastrofal [10]. ] .
Alți factori fiind egali, efectul shimmy este mai caracteristic vehiculelor rutiere decât variantelor lor montane. Acest lucru se datorează faptului că pe vehiculele de munte, de regulă, este instalată o suspensie , care amortizează într-o măsură mult mai mare cadrul. În plus, banda de rulare dezvoltată pe anvelope funcționează ca un amortizor suplimentar de vibrații de la suprafața drumului [9] .
Întrucât frecvența oscilațiilor depinde de viteza de mișcare, efectul giroscopului nu este esențial pentru dezvoltarea fenomenului [5] . Pentru motociclete, s-au găsit cinci factori principali care afectează apariția efectului shimmy: rigiditatea suprafețelor laterale ale anvelopei roții din față, rigiditatea amortizorului de pe volan, înălțimea centrului de masă, distanța de la centrul de masă față de roata din spate și rezistența unghiulară a anvelopei roții din față [6] [11] .
Conform raportului de cercetare experimentală și simulării pe computer a efectului shimmy, a fost arătată influența asupra modului de vibrație a caracteristicilor anvelopei roții din față, inerția cadrului frontal al bicicletei și rigiditatea șasiului. Mai precis, s-a demonstrat că prin creșterea presiunii în anvelopele roții din față, creșterea rigidității șasiului și a inerției cadrului față față de axa de direcție și reducerea rezistenței la alunecare laterală a anvelopei roții din față, efectul de amortizare al modul de oscilație este îmbunătățit, ceea ce crește stabilitatea vehiculului [12] .
Teoria apariției shimmy pe mașini a fost dezvoltată în URSS de către academicianul E. A. Chudakov la mijlocul anilor 30 ai secolului XX. Lupta împotriva shimmy pe mașini se rezumă la stabilirea în design a parametrilor suspensiei față care asigură auto-stabilizarea roților - statice ( camber , caster) și dinamice ( toe și echilibrarea atentă a roților în sine, amortizarea obligatorie a suspensiei ) . Prima mașină de producție cu o suspensie concepută pentru a rezista la apariția shimmy a fost GAZ-M1 autohton .
Posibilitati de iesire din shimmy pe o motocicleta: la inceput - deschiderea gazului (accelerare), relaxarea bratelor, transferarea greutatii corporale mai aproape de puntea spate. În plus, pe „acumulare”: pe linii drepte - frânare lină puternică de către roata din spate; în viraje - nu există o tactică general acceptată.
Instalarea eficientă a amortizorului de direcție pentru a compensa vibrațiile. Este extrem de important să echilibrați roata din față, calitatea anvelopei, funcționalitatea furcii și rigiditatea corectă a amortizorului.
Mstislav Vsevolodovich Keldysh a studiat efectul shimmy la începutul anilor 1930 și 1940. În 1945, lucrarea sa „Shimmy of the front wheel of a three-wheeded chassis / M. Keldysh. — M. »