輪胎設(shè)計(jì)與工藝學(xué)五第二章輪胎使用性能

1、輪胎設(shè)計(jì)與工藝學(xué)五第二章輪胎使用性能教學(xué)目的及要求通過(guò)本章學(xué)習(xí)，掌握輪胎滾動(dòng)阻力及影響因素，輪胎牽引性能，輪胎使用過(guò)程中的變形情況，輪胎行駛安全性及經(jīng)濟(jì)性能。重點(diǎn)難點(diǎn)輪胎耐磨性能影響因素輪胎滾動(dòng)阻力及影響因素第二章 輪胎的使用性能第三節(jié) 滾動(dòng)阻力第四節(jié) 牽引性能第五節(jié) 輪胎的滾動(dòng)變形第六節(jié) 行駛安全性第七節(jié) 輪胎經(jīng)濟(jì)性 輪胎的通過(guò)和牽引性能是保證汽車行駛的重要性能之一。汽車發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的動(dòng)力，經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)作用于驅(qū)動(dòng)輪胎上，使輪胎對(duì)道路產(chǎn)生一種力簡(jiǎn)稱周向力。牽引力：道路作用于輪胎胎面，與周向力大小相等方向相反的作用力，是驅(qū)動(dòng)汽車行駛的外力。牽引性能：在牽引力作用下，輪胎要克服道路對(duì)它的滾動(dòng)阻力，使輪

2、胎能在不同道路上行駛通過(guò)的能力，稱為牽引性能。第四節(jié) 牽引性能 輪胎牽引性能好,汽車能在較高速度下行駛，并具有較好的通過(guò)性能及安全性能，尤其在松軟的土路、沙地、泥濘地和冰雪路上汽車能順利通過(guò)。 輪胎牽引性能好壞取決于輪胎滾動(dòng)阻力及其附著性能。滾動(dòng)阻力小，附著性能好才能提高輪胎的牽引性能。輪胎牽引性能牽引性能輪胎結(jié)構(gòu)類型胎面花紋氣壓道路等級(jí)（1）輪胎結(jié)構(gòu)及類型 子午線輪胎胎體柔軟下沉大,接地面積大,滑移小,對(duì)路面有較好的附著性能,在硬路面上行駛牽引性能優(yōu)于斜交輪胎。大直徑和寬斷面輪胎接地面積較大，亦具有較好的牽引和通過(guò)性能。（2）胎面花紋 縱向花紋抗側(cè)滑性能比橫向花紋好，橫向花紋縱向牽引通過(guò)性能

3、比縱向花紋好，抓著力好。（3）輪胎的氣壓 輪胎在硬路上行駛,降低氣壓可增加與路面的接觸面積,提高附著力,但隨之滾動(dòng)阻力也增大，不一定能改善輪胎的牽引性能。 輪胎在軟土路面上行駛 ，降低氣壓,輪胎與路面接地面積增加，附著力增大，而滾動(dòng)阻力減小，因而可提高輪胎的牽引和通用性能。（4）輪胎與路面的附著性能 輪胎與路面附著性能好,可提高輪胎的牽引性和通過(guò)性。表示輪胎的附著性能可用縱向和側(cè)向附著系數(shù)表示。通常以縱向附著系數(shù)為指標(biāo)。附著系數(shù)：牽引力或側(cè)向力與法向載荷之比，表示輪胎與路面間的接觸強(qiáng)度,附著系數(shù)大則附著性能好,從而提高輪胎的牽引力,保證汽車安全行駛?？v向附著系數(shù)：等于車輪完全均勻空轉(zhuǎn)時(shí)牽引力與

4、法向負(fù)荷之比或等于在制動(dòng)車輪完全均勻滑移時(shí)制動(dòng)力與法向負(fù)荷之比。 國(guó)際公路協(xié)會(huì)規(guī)定了在不同道路條件下最低附著系數(shù)的范圍為0.40.6。 路面狀況干柏油路濕柏油路干土路濕土路冰雪路0-5-5以下附著系數(shù)0.61.00.30.50.50.70.10.30.050.100.10.2 附著系數(shù)大小取決于輪胎結(jié)構(gòu)參數(shù)、負(fù)荷和內(nèi)壓、使用速度，最主要是路面條件的影響。 不同路面輪胎的附著系數(shù)第五節(jié) 輪胎的滾動(dòng)變形三向度變形徑向變形周向變形側(cè)向變形1、徑向變形(法向形變)徑向變形：輪胎承受法向負(fù)荷作用產(chǎn)生斷面變形,斷面高減小,斷面寬增大,這種輪胎斷面高變化量稱為徑向形變,又稱法向形變。 輪胎的變形功是由壓縮空

5、氣和胎體材料所承擔(dān)。在正常徑向變形下，60的功消耗于壓縮空氣，40的功用于簾布層和胎面膠變形。當(dāng)徑向變形過(guò)大或過(guò)小時(shí)，消耗于壓縮空氣的功一般都要降低。靜半徑Rs：在靜態(tài)輪胎標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷和氣壓下，徑向變形時(shí)車軸與路面的距離。徑向變形（下沉量）f:靜半徑和非變形輪胎的自由半徑Rf之差。動(dòng)半徑Rm:車輪滾動(dòng)時(shí)車軸與路面的距離。滾動(dòng)半徑Rr：輪胎單位轉(zhuǎn)數(shù)下所滾動(dòng)的距離。 輪胎旋轉(zhuǎn)時(shí)由于離心力作用和胎體剛度的增加，一般動(dòng)半徑大于靜半徑。主動(dòng)輪和制動(dòng)輪的半徑大小決定于施加力矩高低。施加力矩越高， Rm值亦越大；制動(dòng)力矩越高， Rm值越小。因此，動(dòng)半徑可能等于、大于或小于靜半徑。滾動(dòng)半徑Rr：輪胎單位轉(zhuǎn)數(shù)下所滾

6、動(dòng)的距離。 S輪胎所滾動(dòng)的路程 Rr滾動(dòng)半徑 n滾動(dòng)轉(zhuǎn)數(shù) V滾動(dòng)線速度 轉(zhuǎn)動(dòng)角速度 為了鑒別輪胎性能和計(jì)算汽車參數(shù)，通常采用滾動(dòng)半徑Rr參數(shù)。滾動(dòng)半徑除受靜半徑和動(dòng)半徑影響以外，還決定于輪胎結(jié)構(gòu)、路面條件和車輪滾動(dòng)情況等一系列因素。 輪胎滾動(dòng)時(shí)在接地面及其附近部分產(chǎn)生周向變形。在轉(zhuǎn)入接地區(qū)后，轉(zhuǎn)動(dòng)力矩使胎面膠壓縮，而制動(dòng)力矩使胎面膠伸張；在離開(kāi)接地區(qū)時(shí)情況則完全相反。所以在計(jì)算或測(cè)定滾動(dòng)半徑時(shí)，必須考慮轉(zhuǎn)動(dòng)力矩和制動(dòng)力矩的影響。同時(shí)，滾動(dòng)速度越大，影響也越大。主動(dòng)車輪滾動(dòng)半徑小于動(dòng)半徑，二者之差隨著轉(zhuǎn)動(dòng)力矩和滾動(dòng)速度的增加而增大。制動(dòng)車輪滾動(dòng)半徑由于輪胎與路面滑動(dòng)而大于動(dòng)半徑。 綜上可知： R

7、sRff RmRs主動(dòng)輪胎RrRm 靜半徑和動(dòng)半徑可以在輪胎徑向變形的較小范圍內(nèi)變化。滾動(dòng)半徑變化范圍很大，從零（輪胎原地空轉(zhuǎn)）到無(wú)限大（輪胎打滑不轉(zhuǎn)）。圖中可見(jiàn) ： R f R s , R f R s = hc ,壓縮系數(shù):下沉量h c與充氣斷面高H之比稱為 (單位用百分?jǐn)?shù)表示), 壓縮系數(shù)= hc /H100% 一般采用壓縮系數(shù)衡量輪胎的徑向變形，壓縮系數(shù)值大輪胎的徑向變形大，意味著其胎體柔軟。也可以用單位徑向變形所需負(fù)荷量表示，單位為N/cm。表1-6 不同類型輪胎的變形范圍輪胎類型轎車輪胎載重汽車輪胎拱形輪胎輪輞直徑，406mm輪輞直徑，355mm和380mm小規(guī)格硬路面軟路面壓縮系數(shù)

8、121414181416101215182530 一般不同類型輪胎在標(biāo)準(zhǔn)氣壓和負(fù)荷下變形程度控制在一定范圍內(nèi)，用壓縮系數(shù)表示。過(guò)大的徑向變形，會(huì)造成胎側(cè)部過(guò)分彎曲伸張，胎冠部壓縮，導(dǎo)致簾線受應(yīng)力過(guò)大而疲勞脫層，早期損壞。緩沖性能：輪胎在滾動(dòng)過(guò)程中超越障礙物或?qū)Σ黄教孤访娴臎_擊、振動(dòng)的吸收緩和作用。 由于輪胎徑向變形因徑向載荷而變化，稱為輪胎的載荷性能，因此其緩沖性能可稱為輪胎載荷性能中的一種特殊性能，緩沖性能好對(duì)乘坐舒適性，車輛運(yùn)輸安全性，對(duì)節(jié)約燃料及車輛的使用極為有利。 影響輪胎徑向變形的因素很多，如輪胎結(jié)構(gòu)參數(shù)方面，斷面高度大，扁平率增大的輪胎斷面，子午線結(jié)構(gòu)，簾布層數(shù)少和簾線角度小等都能

9、增加輪胎的徑向變形。輪胎使用條件方面，負(fù)荷增大或內(nèi)壓降低時(shí)，徑向變形亦隨之增大。 輪胎結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)緩沖性能（徑向變形）有一定的影響，其中起主導(dǎo)作用的是輪胎斷面形狀、簾布層結(jié)構(gòu)及充氣壓力等。影響徑向變形因素輪胎結(jié)構(gòu)參數(shù)使用條件斷面高度扁平率子午線結(jié)構(gòu)簾布層簾線角度負(fù)荷內(nèi)壓 當(dāng)輪胎的扁平率增大時(shí)，子午線輪胎的緩沖性能增加，斜交輪胎趨勢(shì)相同。 當(dāng)輪胎斷面寬增加時(shí)，由于接地寬度增大和胎測(cè)部簾線角度增大，緩沖性能降低。 輪胎的花紋深度對(duì)周、側(cè)向剛性也有影響，花紋深度越淺，周向、側(cè)向剛性越大，耐側(cè)滑性能越好。 加寬輪胎的行駛面，可以提高輪胎的側(cè)向剛性。 同一輪胎裝在不同輪輞上時(shí)，緩沖性能不同，在寬輪輞上，輪

10、胎剛性增加，緩沖性下降。 簾布層結(jié)構(gòu)中影響緩沖性能的主要是簾線角度和簾線層數(shù)。簾線角度大和簾布層數(shù)多時(shí)，緩沖性能差。 子午線輪胎的帶束層剛性不影響徑向變形和側(cè)向剛性，但增大帶束層剛性能增大周向剛性和耐側(cè)滑性能。 充氣內(nèi)壓對(duì)緩沖性能影響，內(nèi)壓降低時(shí)，特別是在低氣壓時(shí)，緩沖性能增大。同時(shí)降低氣壓也能減小車輛的震動(dòng)頻率和振幅，但有時(shí)由于汽車懸掛系統(tǒng)、路面、車速等不同，情況會(huì)相反，應(yīng)結(jié)合具體情況進(jìn)行分析。2、周向變形 輪胎的周向變形是與徑向變形同時(shí)產(chǎn)生的一種形變，主要發(fā)生在輪胎圓周的下半周，當(dāng)輪胎滾動(dòng)時(shí)，滾動(dòng)方向的前部輪胎呈壓縮狀態(tài)，后部輪胎則呈拉伸狀態(tài)，使輪胎斷面沿滾動(dòng)方向扭曲變形，此周向變形通常用

11、胎面長(zhǎng)度變化的百分率表示。圖1-14所示為輪胎在負(fù)荷滾動(dòng)下的周向變形。圖中RfRs 動(dòng)半徑Rm：當(dāng)輪胎在動(dòng)態(tài)時(shí)，發(fā)生變化，輪軸中心至路面間距變?yōu)椋Q為動(dòng)半徑。 低速時(shí)此值相差不大，當(dāng)輪胎高速滾動(dòng)時(shí)，輪胎的離心力促使Rm略大，由于半徑的改變，輪胎每轉(zhuǎn)一周經(jīng)過(guò)的路程也改變，若動(dòng)半徑減小，周向變形則增大，輪胎與路面間產(chǎn)生滑移摩擦亦隨之增大，造成胎面嚴(yán)重磨損。因此，輪胎的動(dòng)半徑是可變的，變化越小則周向變形小，有利于胎面的耐磨性。 S輪胎所滾動(dòng)的路程 Rr滾動(dòng)半徑 n滾動(dòng)轉(zhuǎn)數(shù)3、側(cè)向變形 側(cè)向變形：輪胎受側(cè)向力作用下，輪胎斷面橫向傾斜變形，輪胎中心線與車輪平面中心線偏離，這種斷面傾斜一側(cè)的橫向變形稱為側(cè)

12、向變形。其值可用值表示。 輪胎側(cè)向變形，使輪胎斷面非對(duì)稱受力，造成胎面快速磨損或出現(xiàn)偏磨損傷，尤其是當(dāng)車輛急轉(zhuǎn)彎行駛，離心力和慣性力作用，更增大輪胎的側(cè)向變形、加劇胎肩及胎圈都位損壞，影響輪胎的使用壽命。若輪胎與地面附著力不足時(shí)，側(cè)向力會(huì)造成輪胎側(cè)滑，偏離行駛中心，破壞車輛行駛的穩(wěn)定性。輪胎的側(cè)滑 輪胎的側(cè)滑對(duì)汽車安全行駛影響很大，產(chǎn)生側(cè)滑的原因主要是側(cè)向力的作用。a:受徑向載荷的靜態(tài)輪胎在地面上的印跡圖b:受徑向載荷的靜態(tài)輪胎受側(cè)向力時(shí)在地面上的印跡圖c:受徑向載荷和側(cè)向力的動(dòng)態(tài)輪胎在地面上的印跡，為側(cè)滑角，21 上圖為側(cè)向力與側(cè)滑角的關(guān)系，當(dāng)印跡面無(wú)滑動(dòng)現(xiàn)象時(shí)為線性關(guān)系，而在側(cè)向力加大時(shí)胎

13、面開(kāi)始滑動(dòng)，側(cè)滑角顯著增大。在同樣條件下，輪胎與路面的附著系數(shù)影響很大，附著系數(shù)越大，側(cè)滑角越小。 要想克服輪胎側(cè)滑，保持直線行駛，就應(yīng)適法增大穩(wěn)定力矩。 由上圖可知，側(cè)滑角越大，穩(wěn)定力矩也越大，但在大側(cè)滑角時(shí)，穩(wěn)定力矩則隨著側(cè)向力作用和胎面滑動(dòng)區(qū)反作用的距離縮短而減小。 輪胎耐側(cè)滑的主要因素是輪胎胎面?zhèn)认騽傂?，而胎體簾布層影響不大，但側(cè)滑時(shí)輪胎非對(duì)稱變形的大小要受到胎側(cè)剛性的一定影響。子午線輪胎面能提高輪胎的耐側(cè)滑性能。 影響輪胎側(cè)向變形值的因素有輪胎結(jié)構(gòu)參數(shù)、負(fù)荷，氣壓、輪胎與路面的附著系數(shù)等。 提高輪胎胎體和胎面的剛性對(duì)降低側(cè)向力作用是最有利的措施。 角向變形：輪胎發(fā)生側(cè)向變形時(shí)，輪胎在

14、路面運(yùn)動(dòng)軌跡發(fā)生變化，不再是車輪平面所指方向，而是偏離一個(gè)角度，使行駛方間改變，這神形變稱為角向變形，可用偏離角表示其變形值大小，見(jiàn)圖1-16所示。 角向變形對(duì)車輛轉(zhuǎn)向有利，但會(huì)加劇胎面的磨損。 第六節(jié) 輪胎的行駛安全性 汽車數(shù)量增加、車速提高是交通事故提高的原因之一。輪胎是交通安全方面的重要因素之一，輪胎氣壓突然降低、輪胎體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不夠、制造質(zhì)量不佳等是安全事故的發(fā)生主要原因之一。 為標(biāo)定輪胎安全質(zhì)量，美國(guó)輪胎胎側(cè)都標(biāo)明DOT（美國(guó)交通部簡(jiǎn)稱）合格標(biāo)志。 FMVSS（美國(guó)DOT下屬公路交通安全機(jī)構(gòu)）安全標(biāo)準(zhǔn)： FMVSS109：轎車輪胎安全標(biāo)準(zhǔn) FMVSS119：載重輪胎安全標(biāo)準(zhǔn)輪胎安全標(biāo)準(zhǔn)

15、的主要內(nèi)容： 輪胎尺寸、負(fù)荷、氣壓、輪輞參數(shù)及安全試驗(yàn)方法和應(yīng)達(dá)指標(biāo)。 試驗(yàn)項(xiàng)目：輪胎耐久性試驗(yàn)、強(qiáng)度試驗(yàn)、高速試驗(yàn)、脫圈試驗(yàn)4個(gè)項(xiàng)目。安全標(biāo)志 汽車動(dòng)力的提高及路面條件的改善，為防止高速或濕路面輪胎打滑，設(shè)計(jì)時(shí)增加了安全花紋深度標(biāo)志，當(dāng)磨損到該標(biāo)志時(shí)，就應(yīng)該更換新胎或重新刻花紋，以保證行車安全。 安全標(biāo)志通常采用花紋溝圓周等分?jǐn)嚅_(kāi)方法，也有采用彩色標(biāo)志的，標(biāo)志數(shù)量習(xí)慣以整個(gè)胎面或肩部花紋的四等分或六等分兩種形式標(biāo)注。 轎車輪胎1.6mm輕卡輪胎2.4mm載重輪胎3.2mm第七節(jié) 輪胎經(jīng)濟(jì)性 經(jīng)濟(jì)性是輪胎使用性能的主要指標(biāo)之一。輪胎經(jīng)濟(jì)性應(yīng)當(dāng)以運(yùn)輸每噸公里貨物所需的輪胎消耗（A）為評(píng)價(jià)基礎(chǔ)。其

16、中：Z輪胎價(jià)格（包括翻新費(fèi)用） Q輪胎載重 S輪胎行駛里程 W輪胎行駛1km所消耗的油價(jià) 經(jīng)濟(jì)性取決于制造和使用兩方面的消耗指標(biāo)，降低制造上原料消耗是提高輪胎經(jīng)濟(jì)性的重要途徑，降低輪胎成本和減輕輪胎重量，主要依靠改善輪胎結(jié)構(gòu)參數(shù)和減小輪胎尺寸來(lái)實(shí)現(xiàn)。 采用高強(qiáng)度簾線、減少簾布層數(shù)、采用新的輪胎結(jié)構(gòu)（如寬斷面輪胎、子午線輪胎、無(wú)內(nèi)胎輪胎等）、根據(jù)路況、氣候、季節(jié)不同合理選用不同結(jié)構(gòu)、不同花紋的輪胎都能顯著提高輪胎的經(jīng)濟(jì)性。THE ENDTHE END第六節(jié) 輪胎的行駛安全性 汽車數(shù)量增加、車速提高是交通事故提高的原因之一。輪胎是交通安全方面的重要因素之一，輪胎氣壓突然降低、輪胎體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度不夠、制造質(zhì)量不佳等是安全事故的發(fā)生主要原因之一。 為標(biāo)準(zhǔn)輪胎安全質(zhì)量，美國(guó)輪胎胎側(cè)都標(biāo)明DOT（美國(guó)交通部簡(jiǎn)稱）合格標(biāo)志。 FMVSS（美國(guó)DOT下屬公路交通安全機(jī)構(gòu)）安全標(biāo)準(zhǔn)： FMVSS109：轎車輪胎安全標(biāo)準(zhǔn) FMVSS119：載重輪胎安全標(biāo)準(zhǔn)輪胎安全標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容： 輪胎尺寸、負(fù)荷、氣壓、輪輞參數(shù)及安全試驗(yàn)方法和應(yīng)達(dá)指標(biāo)。 試驗(yàn)項(xiàng)目：輪胎耐久性試驗(yàn)、強(qiáng)度試驗(yàn)、高速試驗(yàn)、脫圈試驗(yàn)4個(gè)項(xiàng)目。安全標(biāo)志 汽車動(dòng)力的提高及