輪胎工作原理

輪胎工作原理

輪胎剖面圖當您在市場上尋找新款輪胎時，多種輪胎規(guī)格以及從輪胎推銷員或“專家”那里聽到的令人茫然的術(shù)語也許會讓您在購置時感到壓力重重。也許您只想充足理解既有的輪胎、合用的概念以及胎壁上所有標識的含義。怎樣用通俗的語言來解釋這些標識呢？在本文中，我們將簡介輪胎的制作過程以及輪胎的構(gòu)成。此外，我們還將理解胎壁上所有編號和標識的含義，同步對某些輪胎術(shù)語進行解釋。本文最終將簡介輪胎支撐汽車的方式，您還將理解輪胎中產(chǎn)生熱量的原因，以及為何輪胎在氣壓低時更輕易產(chǎn)生熱量。最終，您還將學會怎樣對的調(diào)整輪胎壓力并診斷某些常見的輪胎問題！一種輪胎包括若干不一樣的組件，如下圖所示。

輪胎的零件胎圈束帶

胎圈是一圈高強度鋼絲繩，外部由橡膠包裹。它為輪胎提供必需的強度，以使其固定在鋼圈上并承受在鋼圈上安裝輪胎時由安裝器施加的作用力。胎身

胎身由幾層不一樣的纖維構(gòu)成，稱之為層。最常用的層纖維是聚酯簾線。在子午線輪胎中，簾線與胎面垂直。有些老式輪胎使用對角斜交輪胎，在這種輪胎中，纖維的走線與胎面構(gòu)成一定的角度。各個層均涂有橡膠，用于協(xié)助它們與其他組件結(jié)合在一起。此外，這樣做尚有助于密封空氣。輪胎強度一般用它所擁有的層數(shù)來描述。大多數(shù)汽車輪胎有兩個胎身層。與此相比，大型商用噴氣客機使用的輪胎一般有30層甚至更多。鋼絲帶

在鋼絲帶子午線輪胎中，鋼絲帶用于強化胎面下的區(qū)域。這些鋼絲帶可防止輪胎穿刺，并有助于輪胎保持扁平，從而與地面充足接觸。蓋層

有些輪胎設有蓋層，這是額外的一層或者兩層聚酯纖維，有助于固定組件。并非所有輪胎上均有這些蓋層；它們大都用于速度等級較高的輪胎，意在協(xié)助所有組件在輪胎高速運轉(zhuǎn)時保持原位。胎壁

胎壁用于為輪胎提供側(cè)部穩(wěn)定性，保護胎身層并有助于防止空氣外漏。它還也許包括其他部件，以協(xié)助輪胎增長側(cè)部穩(wěn)定性。胎面

胎面是由多種天然橡膠和人造橡膠的混合物制成的。胎面和胎壁均采用擠壓成型技術(shù)并切割為合適長度。此時胎面還只是光滑的橡膠，上面尚未印上為其提供牽引力的胎面花紋。裝配

所有這些組件均在輪胎成型機中裝配。此機器可保證所有組件均處在對的位置，然后將輪胎成形，成形尺寸與其成品尺寸非常靠近。YourbrowserdoesnotsupportJavaScriptoritisdisabled.

輪胎裝配目前，輪胎的所有組件均已齊備，不過還沒有將這些組件緊密地結(jié)合起來，并且輪胎還沒有標識和胎面花紋。人們將這種輪胎稱為生胎。下一步是將輪胎送入固化機中。固化機的作用類似于夾板鐵模，用于以鑄模方式制造所有標識和胎面花紋。熱量還使輪胎的所有組件粘合到一起。這種現(xiàn)象稱為硫化。在通過幾次拋光和檢查后，輪胎即加工完畢。

輪胎側(cè)壁上每個小標識均有一定的含義：YourbrowserdoesnotsupportJavaScriptoritisdisabled.

若要查看多種胎壁標識，請將光標放到該輪胎上。輪胎類型

P表達輪胎是客車輪胎。尚有某些其他標志，如LT表達輕型卡車輪胎，T表達臨時或者備用輪胎。輪胎寬度

235是輪胎的寬度，以毫米（mm）為單位，表達兩側(cè)胎壁之間的距離。由于此測量受輪圈寬度的影響，因而此測量值是指在輪胎使用預期輪圈尺寸時的值。高寬比

運用此數(shù)值可計算輪胎的高度，即從胎圈到胎面頂部的距離。它用輪胎寬度的比例表達。在我們的例子中，高寬比為75，因此輪胎高度為其寬度的75%，即176.25毫米。高寬比越小，相對于高度而言，輪胎就越寬。YourbrowserdoesnotsupportJavaScriptoritisdisabled.

高寬比不一樣但外直徑相似的兩個輪胎與其他輪胎相比，高性能輪胎的高寬比一般較小。這是由于高寬比較小的輪胎具有更好的側(cè)面穩(wěn)定性。汽車轉(zhuǎn)彎時會產(chǎn)生側(cè)向力，而輪胎必須能承受這種作用力。輪胎的側(cè)面越低，胎壁就越矮、越堅硬，因此可以更好地承受轉(zhuǎn)向力。輪胎構(gòu)造

R表達輪胎是輻射構(gòu)造制成的。這是最常見的輪胎構(gòu)造類型。老式輪胎采用的是對角斜交（D）或者帶束斜交（B）構(gòu)造。輪胎上將有一種單獨的備注來指示輪胎側(cè)壁和胎面所包括的層數(shù)。輪圈直徑

此數(shù)字闡明輪胎合用的輪圈直徑，以厘米為單位。統(tǒng)一輪胎質(zhì)量等級

作為統(tǒng)一輪胎質(zhì)量等級（UTQG）系統(tǒng)的一部分，客車輪胎上還會提供等級信息。您可以在此頁面上查看輪胎的UTQG等級，此頁面由美國國家高速公路交通安全管理局（NHTSA）維護。通過輪胎的UTQG等級，可以理解如下三個指標：胎面磨損程度：此數(shù)字是在可控條件下用政府測試車道對輪胎進行測試得到的。數(shù)字越大，胎面的預期壽命就越長。由于任何人在駕駛汽車時所通過的路面和車速都不會與政府測試車道上的狀況完全相似，因而此數(shù)字并非胎面實際壽命的精確值。不過，它仍然是一種不錯參照：此數(shù)字越大，輪胎的預期壽命就會越長。牽引力：輪胎牽引力的等級分為AA、A、B或C，其中AA表達最高等級。此等級是基于輪胎在濕滑的混凝土和瀝青路面上所具有的停車能力來劃分的。它不是指輪胎的轉(zhuǎn)彎能力。根據(jù)此NHTSA頁面，在新款輪胎中，凡士通WildernessAT和RadialATXII輪胎的牽引力等級為B。溫度：輪胎溫度的等級分為A、B或C。此等級用于衡量輪胎的散熱及其減少熱量累積的能力。溫度等級合用于沒有過載且充氣合適的輪胎。充氣局限性、過載或者速度過高都會導致積累更多的熱量。過高的熱量積累會導致輪胎加速磨損，甚至引起輪胎故障。根據(jù)此NHTSA頁面，凡士通WildernessAT和RadialATXII輪胎的溫度等級為C。維修闡明

維修闡明由兩部分構(gòu)成：負載等級：負載等級是一種對應于輪胎最大額定負載的數(shù)字。數(shù)字越大，則闡明輪胎的負載能力越高。例如，等級“105”對應的負載能力為924.87公斤。輪胎上將有一種單獨的備注來指示輪胎在給定充氣壓力下的負載等級。速度等級：負載等級后的字母指示此輪胎可提供的最大速度（條件是重量為額定負載或者低于額定負載）。例如，S表達輪胎速度可以高達180.246公里/小時。有關(guān)所有等級，請參見此頁面上的圖表。計算輪胎直徑

目前我們已經(jīng)理解了這些數(shù)字的含義，因此就可以計算輪胎的外直徑了。首先，我們將輪胎寬度與高寬比相乘，得到輪胎高度。輪胎高度=235毫米x75%=176.25毫米然后將2倍的輪胎高度與輪圈直徑相加。2x17.63厘米+38厘米=73.38厘米這是無負荷直徑，只要輪胎承重，直徑就會減小。

目前，輪胎業(yè)中正使用著諸多不一樣的術(shù)語。有些術(shù)語確實有某些尤其的含義，有些則不是。在本節(jié)中，我們將解釋某些術(shù)語的含義。合用于泥濘和雪地的四季輪胎

假如輪胎上有MS、M+S、M/S或MandS標識，則表明它符合美國橡膠制造協(xié)會（RMA）有關(guān)泥濘和雪地輪胎的指導原則。輪胎要獲得泥濘和雪地專用胎稱號，必須滿足下列幾何規(guī)定（摘自公告“RMA有關(guān)客車和輕型卡車（LT）雪地專用胎的定義”）：1.新輪胎胎面至少應在一種邊緣上留有多種滿足下列尺寸規(guī)定（基于模型尺寸）的凹槽或開槽：a.從接地邊緣至少向胎面中心伸出約1.3厘米，此數(shù)字通過垂直測量到胎面中心線的距離獲得。

b.橫截面最小寬度約為0.2厘米。

c.凹槽或開槽的邊緣與行駛方向之間的角度介于35°-90°之間。2.新輪胎胎面的非接觸面區(qū)域至少應為模型尺寸的25％。本規(guī)定可以粗略解釋為輪胎上必須有一行相稱大的凹槽從胎面邊緣伸向輪胎中心。并且，至少應有25%的表面積為凹槽。

指示嚴酷冬季牽引的圖標

這是為了給胎面花紋提供足夠的空隙，以使其可以攫住雪地并獲得牽引力。不過，正如您在規(guī)范中看到的，這里沒有波及任何測試。

為處理這一局限性，美國橡膠制造協(xié)會和輪胎業(yè)人士到達了一項有關(guān)測試的原則。此標志被稱為“暴風雪專用”，并配有特定的圖標（參見右側(cè)圖片），它位于M/S標志的旁邊。為滿足此原則，必須使用美國試驗與材料協(xié)會（ASTM）的測試程序?qū)喬ミM行測試。有關(guān)該程序的信息，請參閱“RMA有關(guān)客車和輕型卡車暴風雪專用胎的定義”。暴風雪專用胎得到了制造商的承認，由于在相似負載比例時使用ASTMF-1805雪地牽引力測試時，其牽引指數(shù)與ASTME-1136原則參照測試輪胎相似或者高110。除了滿足M/S標志的幾項規(guī)定之外，這些輪胎還要接受原則雪地測試程序的測試。它們的性能必須優(yōu)于原則參照輪胎，才能滿足暴風雪天氣對輪胎的規(guī)定。濕路滑胎

固特異(Goodyear)企業(yè)網(wǎng)站供圖

一種為防止?jié)衤坊ピO計的輪胎

當汽車從水洼通過時，也許會發(fā)生濕路滑胎。假如水無法從輪胎中迅速噴出，輪胎將脫離地面，并只由水支撐。由于受影響的輪胎將幾乎完全失去牽引力，因此在出現(xiàn)濕路滑胎時，汽車會很輕易失控。

有些輪胎的設計可以減少濕路滑胎的也許性。這些輪胎有諸多同向的深凹槽，讓水有額外的渠道從輪胎下排出。您也許會感到好奇，壓強只有30psi（1psi=6894.75帕）的輪胎怎樣支撐整輛汽車？這個問題很故意思，但它與幾種其他問題有關(guān)，例如需要多大的力才能讓輪胎在路面上轉(zhuǎn)動，為何在開車時輪胎會發(fā)熱（以及發(fā)熱怎樣引起其他問題）等等。下一次開車前，請仔細觀測您的輪胎。您將注意到，它們的形狀并非正圓。輪胎底部的接地處有一種平點。此平點稱為接地印跡，如下圖所示。YourbrowserdoesnotsupportJavaScriptoritisdisabled.

一種顯示接地印跡側(cè)面和底部的輪胎假如路面是玻璃的，而您在玻璃下方觀測汽車，就可以測量接觸面的尺寸。此外，您還可以對汽車重量做出精確估計，措施是測量每個輪胎接地印跡的面積，然后將各個面積加起來，最終再乘以輪胎壓力。由于輪胎每一平方厘米都需要承受一定的壓力（例如200千帕），因此您需要諸多平方厘米的接地印跡才能承受汽車的重量。假如增長重量或減少壓力，則需要更大的接地印跡面積，這樣平點的面積將隨之增大。

充氣適度的輪胎與充氣局限性的輪胎或過載輪胎

您可以看到，與充氣和負載適度的輪胎相比，充氣局限性或過載輪胎并沒有那樣圓。當輪胎旋轉(zhuǎn)時，接地印跡必須繞輪胎旋轉(zhuǎn)，以便與路面接觸。在輪胎的接地點處，橡膠會變彎。要讓輪胎彎曲，需要施加一定的力。輪胎需要彎曲的程度越大，所需的作用力就越大。輪胎并不具有完全的彈性，因此在其返回最初形狀時，它不會釋放使其彎曲的所有作用力。有些作用力通過摩擦和彎曲輪胎中的橡膠和鋼件轉(zhuǎn)換為熱量。由于充氣局限性或者過載，輪胎所需的彎曲程度會更大，因而需要更大的作用力才能讓其開動，這樣便會產(chǎn)生更多的熱量。輪胎制造商有時會公布其輪胎的轉(zhuǎn)動摩擦系數(shù)（CRF）。通過此數(shù)字，可以計算讓輪胎在路面上轉(zhuǎn)動所需作用力的大小。CRF用于計算輪胎拖力或滾動時的阻力，與輪胎的牽引力無關(guān)。CRF與任何其他摩擦系數(shù)類似：克服摩擦力所需的作用力等于CRF乘以輪胎所承受的重量。下表列出了幾種輪胎類型的經(jīng)典CRF。輪胎類型滾動摩擦系數(shù)滾動阻力較低的汽車輪胎0.006-0.01一般汽車輪胎0.015卡車輪胎0.006-0.01火車車輪0.001

我們來計算一下讓一輛經(jīng)典汽車的輪胎在路面上滾動所需的作用力。假定汽車的重量為公斤，輪胎的CRF為0.015。則作用力為x0.015，即30公斤。目前我們來計算一下這相稱于多大的功率。假如您已經(jīng)讀過博聞網(wǎng)文章力、功率、力矩和能量的含義及其互相關(guān)系，便會懂得功率等于作用力乘以速度。因此，輪胎所用的功率取決于汽車的行駛速度。假如車速為100公里/小時，則輪胎使用的功率為10馬力。所有功率均轉(zhuǎn)換為熱量。大多數(shù)熱量會進入輪胎，但有些熱量會傳播到路面中（當汽車從路面上駛過時，路面實際上會有少許彎曲）。從這些計算中可以看出，有三個原因影響輪胎在路面上滾動所需的作用力（以及因此而累積的熱量）：輪胎承受的重量、駕駛速度和CRF（假如壓力下降，CRF將增大）。當在較軟的路面（如沙地）上行駛時，雖然會有