Tuplanastan suunnittelu ja testaus

Abstract

Thesis was made for Tikka Spikes Oy. The subject of this thesis was to design, test and implement for vehicle tires a completely new stud type, which would give improved stud wearing and friction characteristics. Double-stud working principle differs from typical stud principle so that in addition to the pin in the middle also the outer edge of the double-stud works as a friction surface in acceleration and breaking situations. At the start there was an existing patent for double-stud, which should be processed into a commercial working product. In the double-stud planning phase it was necessary to take into account the variety of vehicles, as well as the boundaries and conditions set by the legislation of different countries for stud properties, such as length and weight. The design of the double-stud included also the manufacturing of the stud tools, selection of materials and the testing of the finished product. The center-pin and the outer ring of the double-stud were made from Ready to Press –powder (RTP) and they were sintered to hard metal. The aluminium body was cold formed from aluminium wire. A number of tests were performed for the double-stud, such as laboratory tests, which confirmed the quality of manufactured parts made from hard metal powder and also the properties of them. After the authorized laboratory tests the double-studs were subjected to overrun tests which measured the road wearing properties of the double studs. In field tests the double-stud behaviour was studied under normal driving conditions. The properties of the hard metal parts of the double stud measured in the laboratory fulfilled the requirements set to them. Nevertheless, the results could not predict the problems that occurred during the field tests. The results of the field tests showed too low wearing resistance of the center-pin. There were also breaking and detaching problems with the hard metal rings. The road wear effect of the stud was simulated through overrun tests. The tests showed results exceeding the limit values for type approved tires by a large margin.

Työ tehtiin Tikka Spikes Oy:n toimeksiannosta. Työn aiheena oli suunnitella toteuttaa ja testata täysin uudenlainen ajoneuvon renkaaseen soveltuva nastatyyppi, jolla saataisiin parannetuksi yleisiä nastan kulumis- sekä kitkaominaisuuksia. Tuplanastan toimintaperiaate poikkeaa normaalin nastan toimintaperiaatteesta siten, että nastassa liukuesteenä toimii keskitapin lisäksi rungon ulkokehällä oleva kovametalliholkki. Työtä aloitettaessa olemassa oli patentti tuplanastasta, josta tuli jalostaa kaupallinen toimiva tuote. Tuplanastaa suunniteltaessa tuli aina ottaa huomioon erilaisten ajoneuvojen sekä eri maiden lainsäädäntöjen asettamat rajaehdot nastojen ominaisuuksille, kuten pituudelle sekä painolle. Nastan suunnittelu sisälsi nastojen valmistukseen tarvittavien työkalujen suunnittelun, materiaalien valinnan sekä valmiin tuotteen testauksen. Tuplanastan keskitappi ja holkki valmistettiin Ready to Press -pulverista (RTP) ja sintrattiin kovametalliksi. Alumiinirunko kylmämuovattiin alumiinilangasta. Nastalle tehtiin useita testejä, kuten laboratoriotestit, joilla varmistettiin kovametallipulverista valmistettujen osien laatu sekä ominaisuudet. Hyväksyttyjen laboratoriotestien jälkeen tuplanastalla ajettiin yliajotestit, joilla mitattiin nastan tietä kuluttavia vaikutuksia. Kenttätesteillä testattiin nastan käyttäytymistä normaalissa ajotilanteessa, mm. kulumiskäyttäytymistä ja kestävyyttä yleensä. Laboratoriossa mitattujen tuplanastan kovametalliosien mittaustulokset täyttivät niille asetetut kriteerit. Siitä huolimatta laboratoriotulosten perusteella ei pystytty ennakoimaan kenttätestauksessa ilmenneitä ongelmia. Kenttätestauksen tulokset osoittivat, että keskitapin kulumiskestävyys oli valittu liian matalaksi. Holkkien kanssa oli rikkoutumis- ja irtoamisongelmia. Suoritetuilla yliajokokeilla simuloitiin nastarenkaan tienkulutusvaikutusta. Yliajokokeen tulos ylitti selvästi tyyppihyväksyttävälle renkaalle asetetun raja-arvon.