淺析汽車(chē)輪胎

淺析汽車(chē)輪胎本文從輪胎的發(fā)展歷史、功能、結(jié)構(gòu)、分類(lèi)、匹配、發(fā)展趨勢(shì)等幾個(gè)方面介紹輪胎的相關(guān)知識(shí)。標(biāo)簽：發(fā)展歷史功能結(jié)構(gòu)分類(lèi)匹配發(fā)展趨勢(shì)0引言隨著社會(huì)的不斷進(jìn)步，人的生活空間不斷加大，出行方式不斷改善，人們享受著文明的成果。其高科技產(chǎn)物——汽車(chē)，是現(xiàn)代生活的主角。輪胎是汽車(chē)的重要部件之一。輪胎性能直接影響車(chē)輛的優(yōu)劣。輪胎固定在輪輞上，支撐著車(chē)輛負(fù)載，傳遞著車(chē)輛的牽引力、制動(dòng)力、轉(zhuǎn)向力，減輕和吸收行駛時(shí)來(lái)自路面的振動(dòng)和沖擊，滿(mǎn)足車(chē)輛的行駛性能并降低行駛時(shí)的噪音。1輪胎的簡(jiǎn)史1.1輪胎的演變?cè)缙谳喬ナ怯赡绢^制成的，從古代的戰(zhàn)車(chē)和國(guó)外的紳士馬車(chē)上可以看出。探險(xiǎn)家哥倫布1493-1496年到達(dá)西印度群島時(shí)發(fā)現(xiàn)當(dāng)?shù)睾⒆油嫠５南鹉z硬塊。處于好奇把橡膠硬塊帶回國(guó)內(nèi)，若干年后橡膠得到了廣泛應(yīng)用，車(chē)輪也由木質(zhì)變成橡膠。但是橡膠輪胎是實(shí)芯的，行走不方便，而且噪聲大。1885年英國(guó)湯姆生發(fā)明空氣輪胎，其舒適性與滾動(dòng)阻力都比實(shí)芯輪胎好得多，但是負(fù)荷小，無(wú)法充氣。1888年鄧錄普發(fā)明了充氣輪胎，提高了負(fù)荷量，減小了滾動(dòng)阻力。不久威爾奇發(fā)明了有鋼絲圈結(jié)構(gòu)的輪胎。1890年Dunlop和Weleh兩家公司聯(lián)合生產(chǎn)帶鋼絲圈結(jié)構(gòu)的充氣輪胎。1893年第一次采用棉簾布制造輪胎。1896年美國(guó)古德里奇公司造出了充氣輪胎。1.2骨架材料的發(fā)展①棉簾線(xiàn)，1892年鄧錄普提出用無(wú)緯線(xiàn)的織物制輪胎的設(shè)想。②人造絲，1923年第一次出現(xiàn)人造絲簾線(xiàn)。③鋼絲簾線(xiàn)，三十年代初，鋼絲簾線(xiàn)開(kāi)始在輪胎結(jié)構(gòu)中應(yīng)用。其特點(diǎn)是強(qiáng)度高、伸長(zhǎng)小，制得的輪胎耐磨性和耐沖擊性好。④尼龍簾線(xiàn)，早在1942年，尼龍簾線(xiàn)就應(yīng)用于制造軍用輪胎。具有強(qiáng)度高、密度小、彈性好、吸濕率低、耐沖擊強(qiáng)度高等優(yōu)點(diǎn)。⑤玻璃纖維，四十年代初，美國(guó)固特異和費(fèi)爾斯通公司開(kāi)始研究用玻璃纖維制造輪胎。⑥聚酯簾線(xiàn)，六十年代初美國(guó)用聚酯簾線(xiàn)制造輪胎。⑦芳綸(B纖維)，其70年代被研究制成功，其主要特點(diǎn)是強(qiáng)度高，伸長(zhǎng)率小、耐熱性好。2輪胎的功能①支撐汽車(chē)各部件，承受汽車(chē)重量，使汽車(chē)能夠載人或者載貨。②傳遞驅(qū)動(dòng)力、轉(zhuǎn)向力和制動(dòng)力，使駕駛?cè)藛T能夠?qū)ζ?chē)進(jìn)行操控。輪胎對(duì)汽車(chē)安全性、操控性、舒適性有非常大的影響。③減小行駛阻力和能量消耗。④減緩行駛沖擊，改善行駛條件，同時(shí)保護(hù)汽車(chē)和路面。輪胎作為一個(gè)彈性體，可以有效緩解地面對(duì)汽車(chē)的沖擊，提高舒適性。3輪胎的結(jié)構(gòu)3.1胎面，其與地面接觸，驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)、防滑、減震和保護(hù)胎體，胎面的磨損直接影響輪胎使用壽命。不同廠家的輪胎因材料、配方、工藝、花紋結(jié)構(gòu)所表現(xiàn)出的特性是不同的。胎面花紋可分為4種基本類(lèi)型：縱向花紋、橫向花紋、越野花紋和混合花紋。3.2胎肩，也稱(chēng)為支撐部，是胎面與胎側(cè)的連接過(guò)渡帶，支撐胎面，防止胎面滑移。3.3胎側(cè)，用來(lái)防止胎體受機(jī)械損傷和其它外界作用(如泥、水等)的橡膠覆蓋層稱(chēng)為胎側(cè)。保護(hù)胎體，耐屈撓。胎側(cè)主要是在屈撓狀態(tài)下工作，因此胎側(cè)的厚度可以稍薄，但它能有效地承受多次屈撓應(yīng)力，并應(yīng)有很好的耐光、耐臭氧老化的性能。3.4花紋溝，在輪胎上布滿(mǎn)了花紋，縱橫交錯(cuò)，縱向溝可以增加側(cè)向抓地力，防止車(chē)輛側(cè)滑，提高安全性；側(cè)向溝可以提高縱向抓地力和驅(qū)動(dòng)力，縮短制動(dòng)距離和加速時(shí)間。3.5胎圈，用來(lái)使外胎固定在輪輞上而不易伸張的剛性部分稱(chēng)為胎圈。其能在車(chē)輛運(yùn)行時(shí)抵抗使外胎脫離輪輞的作用力。4輪胎的分類(lèi)輪胎種類(lèi)繁多，根據(jù)輪胎結(jié)構(gòu)、用途、載荷能力、季節(jié)等因素進(jìn)行綜合分類(lèi)如下：4.1按結(jié)構(gòu)可分為：普通輪胎(斜交胎)和子午線(xiàn)輪胎。普通輪胎(斜交胎)：胎側(cè)剛性強(qiáng)，側(cè)向穩(wěn)定性好；耐磨性、高速性、緩沖性、操作安全性均較子午線(xiàn)胎差。子午線(xiàn)輪胎：耐磨性高；高速性、減振性、操作安全性好，抓著力強(qiáng)，滾動(dòng)阻力小、節(jié)油；側(cè)向穩(wěn)定性、低速舒適性差。4.2按用途可分為：汽車(chē)輪胎、工程機(jī)械輪胎、農(nóng)業(yè)和林業(yè)機(jī)械輪胎、航空輪胎、摩托車(chē)輪胎、工業(yè)車(chē)輛輪胎、畜力車(chē)輪胎、人力車(chē)輪胎。4.3按照使用季節(jié)分為：夏季胎、四季胎、冬季胎。夏季胎側(cè)重于輪胎的操縱穩(wěn)定性。輪胎花紋塊較粗，通常為不對(duì)稱(chēng)或者單導(dǎo)向花紋。四季胎胎紋細(xì)一點(diǎn)，溝槽多而深，側(cè)重于乘坐舒適性，兼顧冬季胎和夏季胎的特點(diǎn)，但遠(yuǎn)不及冬季胎和夏季胎的效果。冬季胎采用低溫配方，其橡膠較軟，可以保證輪胎在低溫下的柔韌性，能提高冰雪路面的抓地力。5輪胎的匹配汽車(chē)行使時(shí)，汽車(chē)能夠與地面接觸的唯一媒介就是輪胎。隨著汽車(chē)性能不斷提高，對(duì)輪胎的性能也提出了更高的要求。汽車(chē)的操縱穩(wěn)定性，舒適性，動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、制動(dòng)性、震動(dòng)噪聲的性能，都是輪胎發(fā)揮和展現(xiàn)出來(lái)的。對(duì)車(chē)輛匹配輪胎是工程技術(shù)人員的責(zé)任，應(yīng)該從以下幾個(gè)方面進(jìn)行。5.1輪胎與輪輞的匹配。輪胎與輪輞就相當(dāng)于鞋和腳，眾所周知，多大的腳就穿多大的鞋，鞋子小蹩腳；鞋子大，松曠不舒服。①輪胎與輪輞直徑的匹配。輪胎和輪輞的最佳搭配尺寸可在輪胎的側(cè)壁標(biāo)示上查到，如：標(biāo)準(zhǔn)輪輞是7JJ，輪胎名義直徑為15英寸，則表示這個(gè)輪輞與輪胎是最佳搭配。②輪胎與輪輞寬度的匹配。 相同的輪胎寬度，因輪胎的設(shè)計(jì)用途，結(jié)構(gòu)等原因，標(biāo)配的輪輞不一樣。輪輞過(guò)窄，會(huì)使輪胎的胎壁無(wú)法舒展，胎肩位置有可能會(huì)觸及地面。胎壁會(huì)比正常的安裝凸出許多，汽車(chē)在崎嶇路面行駛時(shí)凸出的軟弱胎壁就很容易受到傷害，甚至爆胎。輪輞過(guò)寬，首先輪胎會(huì)很難安裝，安裝時(shí)需要胎邊膨脹很寬才能密封，結(jié)果就會(huì)造成胎壁沿輪輞邊擴(kuò)散性放大，胎壁會(huì)比正常的安裝舒張很多，尤其是氣壓過(guò)高的情況下，會(huì)造成輪胎胎冠受力加大，增加這部分的不規(guī)則磨損。輪輞合適，不但可以提高輪胎的使用壽命，而且還可以提高車(chē)輛的使用安全性和舒適性。5.2輪胎氣壓的匹配。輪胎氣壓的大小對(duì)車(chē)輛的行駛安全、動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、舒適性、穩(wěn)定性有很大的影響。氣壓過(guò)低：受輪胎結(jié)構(gòu)的影響，壓力主要集中在胎冠兩側(cè)，中間壓力相對(duì)較小，增加了輪胎與地面的受力面積，整車(chē)油耗會(huì)增加，經(jīng)濟(jì)性下降。由于胎冠兩側(cè)的非正常磨損，縮短了輪胎的使用壽命。壓力過(guò)高：壓力主要集中在胎冠上，由于輪胎與地面的接觸面積減小，輪胎與地面的抓地力降低，影響車(chē)輛的制動(dòng)性和操縱穩(wěn)定性。5.3四季胎，夏季胎、冬季胎的匹配。常說(shuō)的四季胎、夏季胎和冬季胎區(qū)別在于他們所用的材料和胎面花紋不一樣，因而產(chǎn)生的效果也不盡相同。四季胎就是全天候的，一年四季都可以使用；夏季胎、冬季胎側(cè)重于極端天氣下使用，而且其性能也極為顯著。通過(guò)加速性能、制動(dòng)性能、操控性能3方面試驗(yàn)對(duì)四季胎、夏季胎、冬季胎在各種路面下進(jìn)行對(duì)比分析。輪胎的加速性能測(cè)試如下表1輪胎的制動(dòng)性能測(cè)試如下表2當(dāng)車(chē)輛在極限可控車(chē)速下通過(guò)雙移線(xiàn)通道時(shí)，是對(duì)輪胎、底盤(pán)系統(tǒng)、轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、制動(dòng)系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)。通過(guò)評(píng)價(jià)車(chē)輛在雙移曲線(xiàn)中通過(guò)的最高可控穩(wěn)定車(chē)速的方法來(lái)確定性能優(yōu)劣。其測(cè)試如下表3通過(guò)各種路面上對(duì)冬季胎、四季胎、夏季胎的3方面的性能測(cè)試，可以看出冬季胎、夏季胎有明顯的特點(diǎn)，而四季胎表現(xiàn)平平。由此可見(jiàn)，不同的季節(jié)使用不同的輪胎是非常必要的。在歐美國(guó)家受汽車(chē)文化和相關(guān)法規(guī)制度的影響，春、秋天，夏天，冬天用戶(hù)會(huì)自覺(jué)使用四季胎、夏季胎、冬季胎。為此有些國(guó)家明確規(guī)定，在冬季汽車(chē)不更換冬季胎，車(chē)輛出現(xiàn)交通事故，保險(xiǎn)公司不給于理賠，判定責(zé)任時(shí)不使用冬季胎的一方承擔(dān)主要責(zé)任。隨著極端天氣的不斷增多，適時(shí)更換冬季胎、夏季胎對(duì)汽車(chē)的行駛安全愈發(fā)凸顯重要性。汽車(chē)是在不同載荷、速度、距離、路況、季節(jié)的復(fù)雜條件下使用，匹配舒適、省油、胎噪小、耐磨的輪胎是一項(xiàng)艱巨的工作。匹配輪胎的道路試驗(yàn)分為：客觀測(cè)量試驗(yàn)、主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)。①客觀測(cè)量試驗(yàn)用客觀值來(lái)量化其性能，考核方面有：制動(dòng)性、動(dòng)力性、經(jīng)濟(jì)性、操控性、NVH性能。②主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)是用主觀感受來(lái)評(píng)價(jià)車(chē)輛的操控性、舒適性、制動(dòng)性、NVH性能。主觀評(píng)價(jià)往往因?yàn)樵囼?yàn)人員的經(jīng)驗(yàn)、能力、習(xí)慣、身體條件等因素的不同而不同。國(guó)外很多汽車(chē)廠家都有自己的主觀評(píng)價(jià)團(tuán)隊(duì)，是由不同層次（年齡、性別、身高、體重、學(xué)歷、工作經(jīng)驗(yàn)）的人組成，這樣的團(tuán)隊(duì)做出的主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)更具有代表性，能夠滿(mǎn)足大多數(shù)消費(fèi)者的使用要求。③主客觀相結(jié)合、相互補(bǔ)充是研制開(kāi)發(fā)好產(chǎn)品的重要保障。主觀評(píng)價(jià)試驗(yàn)往往能最快發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，客觀試驗(yàn)則是對(duì)主觀評(píng)價(jià)問(wèn)題大小的量化。當(dāng)客觀測(cè)量與主觀評(píng)價(jià)發(fā)生沖突時(shí)，要相互驗(yàn)證，最終確定解決方案。6輪胎的發(fā)展趨勢(shì)目前，歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)紛紛制定了一些法規(guī)，對(duì)輪胎的滾動(dòng)阻力、濕地附著性能、安全、靜音方面提出嚴(yán)格要求，為此各輪胎廠家都紛紛加大研發(fā)力度，開(kāi)發(fā)一些獨(dú)具特色的輪胎。6.1普林斯通推出可缺氣行駛輪胎。可缺氣行駛輪胎可以在0kpa的條件下以一定的速度行駛一定的距離。這一技術(shù)的實(shí)現(xiàn)，將會(huì)減少因車(chē)輛爆胎而造成的車(chē)毀人亡的慘劇。6.2米其林最近又推出靜音性更高的乘用車(chē)輪胎?；y塊剛性在圓周均勻分布的“SlentRib“技術(shù)應(yīng)用在輪胎上，通過(guò)控制輪胎表面花紋塊的振動(dòng)，使輪胎在旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生很小的噪音。提高車(chē)輛的行駛舒適性。6.3美國(guó)一家科研機(jī)構(gòu)研制出一種不怕炸的輪胎。利用仿生學(xué)蜂窩結(jié)構(gòu)研制的輪胎保持了具有減震性能的同時(shí)最大程度的提高車(chē)輪強(qiáng)度。當(dāng)然這種不怕炸只是在一定程度上的爆炸，不適合劇烈爆炸，不久的將來(lái)會(huì)投放軍方使用。6.4當(dāng)前在一些高檔車(chē)上已經(jīng)配備了汽車(chē)輪胎壓力監(jiān)視系統(tǒng)（TirePressureMonitoringSystem），主要是實(shí)時(shí)檢測(cè)汽車(chē)行駛過(guò)程中的輪胎氣壓和溫度，進(jìn)行有效報(bào)警，可以預(yù)防爆胎引起的安全事故。7總結(jié)汽車(chē)為改善人類(lèi)生活扮演重要的角色，汽車(chē)的操控性、安全性、舒適性對(duì)于駕乘人員固然重要。輪胎為汽車(chē)各種功能的實(shí)現(xiàn)提供重要保障。為汽車(chē)匹配合適的輪胎是工程師的職責(zé)，需要工程師豐富的經(jīng)驗(yàn)來(lái)支撐。但是正