Steve Matthews
Сегодня 00:27
Безопасно ли участвовать в гонках с отсутствующими гайками крепления колёс?
Знаете, иногда читаешь что-то и думаешь: «Что?»
Ну, вы бы обрадовались, если бы вам пришлось участвовать в соревнованиях на автомобиле мощностью 900 лошадиных сил без крепёжных гаек? Судя по всему, NASCAR ввёл изменение в правила, согласно которому командам больше не нужно устанавливать все крепёжные гайки после замены шин. Из-за этого на некоторых автомобилях на трассе могут быть установлены только три из пяти крепёжных гаек.
Кроме того, один из гонщиков следующего сезона, Тони Стюарт, только что был оштрафован на 35 000 долларов за высказывание мнения о том, что это может быть опасно.
Очевидная причина изменения правил заключается в том, что они надеются сократить количество механиков в боксах во время пит-стопов.
У меня есть своё мнение о том, почему так делать не стоит. В начале 1980-х годов инженеры Lancia, работавшие в сервисной бригаде на автомобиле Lancia 037 Group B, изобрели гаечный ключ, который по сути представлял собой несколько удлинителей одинаковой длины с магнитными насадками на концах. «Приводной» ключ вращался в направлении, противоположном требуемому, и поворачивал центральную шестерню, приводя в движение каждую насадку одновременно. Это означало, что все гайки крепления можно было снять и установить заново силами одного механика.
Очевидная альтернатива — одноцентровая гайка в стиле F1 на большом шпинделе.
Похоже, что NASCAR проигнорировала это техническое решение и просто изменила правила, разрешив использовать то, что я бы назвал неправильно установленными колёсами.
Я лично ездил на машине, у которой с каждого колеса была снята по одной гайке после того, как кто-то попытался украсть мои колёса. Он снял все гайки, кроме контргайки, с одного колеса и, очевидно, забрал их с собой. Это было сделано только для того, чтобы вернуть машину домой, где недостающие гайки были заменены.
Я также видел, какой ущерб может быть нанесён колесу из-за неправильно установленной стопорной гайки. «Вайпер» проехал один полный круг по Сильверстоуну с неправильно установленным передним колесом. Когда он вернулся в боксы, колесо было забито стружкой и сильно повреждено.
Итак, мой вопрос: считаете ли вы безопасным использование автомобиля с отсутствующими колёсными гайками?
(Тем, кто профессионально занимается NASCAR, вероятно, не стоит отвечать на этот вопрос, чтобы не получить штраф).
Редактировать
Как было предложено, поясню, что я имею в виду под вопросом «безопасно ли это?».
Мне интересно, можно ли применить какие-либо инженерные расчёты к различным конфигурациям гаек? Может ли конфигурация с уменьшенным количеством гаек привести к увеличению количества отказов? Проводились ли какие-либо исследования по этому вопросу?
Мне нужно не просто чьё-то мнение в духе «О, я думаю, всё будет хорошо» или «О, я не думаю, что это хорошая идея».
Перевод вопроса с Mechanics Stack Exchange
Лицензия: CC BY-SA (2.5–4.0)
Оригинальный вопрос: https://mechanics.stackexchange.com/questions/28734/is-it-safe-to-drive-in-race-conditions-with-missing-lug-nuts
Инженеры обычно проектируют детали так, чтобы они выдерживали большую нагрузку, чем та, с которой они могут столкнуться в реальности. Это называется «запасом прочности» и гарантирует, что детали не выйдут из строя при возникновении непредвиденных обстоятельств, когда нагрузка на изделие превышает расчётные значения. Учитывая, что NASCAR - это очень специфический тип гонок с (предположительно) хорошо понятными параметрами нагрузки и тоннами телеметрических данных, разумно предположить, что они могут работать с более низкой FOS, чем обычно позволяете вы (любитель, не тратящий миллионы на исследования и разработки и без сотен инженеров и аналитиков данных в штате) или типичные производители (которые должны учитывать условия использования самыми разными людьми, для самых разных целей, в самых разных средах по всему миру).
Например, предположим, что прочность на сдвиг одного болта составляет 160 кН. Если у нас пять болтов и мы предполагаем, что нагрузка распределяется равномерно (для простоты мы будем учитывать только болты и только крутящий момент колёс, который, опять же, будем считать нагрузкой на сдвиг), то наша конструкция с пятью болтами может выдержать общую нагрузку до 800 кН, прежде чем выйдет из строя.
Теперь, если мы знаем, что проектировщик ориентировался на коэффициент запаса прочности 4, это означает, что конструкция способна выдержать в 4 раза большую ожидаемую нагрузку. Если мы разделим 800 кН на 4, то получим, что ожидаемая общая нормальная нагрузка составляет 200 кН.
Теоретически при нормальных ожидаемых условиях мы должны быть в состоянии «безопасно» выдержать эту нагрузку всего с двумя шпильками (200/2 = 100, что меньше 160).
И наконец, несколько моментов, которые следует учесть, прежде чем выбрасывать половину своих гаек :P
Во-первых, мы (вы и я) не знаем, каковы были первоначальные нагрузки или какой был расчётный коэффициент запаса прочности — это не указано в спецификациях, и вы не знаете, был ли он равен 1,5, 2, 4 или 6. Поэтому, не проведя самостоятельно все расчёты для определения нормальных нагрузок и не зная всех особенностей конструкции, мы не можем объективно сказать, является ли установка 1 или 5 шпилек «безопасной».
Во-вторых, гоночные автомобили часто работают с гораздо более низким коэффициентом использования материала, чем серийные. Это то, что вы называете «выходом за пределы», и одна из причин, по которой в гоночных автомобилях детали ломаются гораздо чаще и совсем не так, как в серийных. Так, если в обычном серийном автомобиле коэффициент использования материала может составлять 5, то в гоночном он может быть равен 1,5, что позволяет убрать больше материала и сэкономить вес (или, в данном случае, время) за счёт уменьшения допустимого отклонения и увеличения риска поломки.