车轮轮胎以及轮胎力学
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《轮胎设计力学》课件
轮胎振动与噪声的影响
阐述轮胎振动与噪声对汽车性能和乘客舒适性的影 响，如影响汽车的操控稳定性、乘坐舒适性等。
降低轮胎振动与噪声的方 法
介绍降低轮胎振动与噪声的常用方法和技术 ，如优化轮胎结构、采用胎设计实践的方法与步骤
基础设计
根据需求分析，进行轮胎的基 本结构设计，包括胎面、胎体 、胎圈等部分的初步设计。
应力集中
环境因素
应力集中是指轮胎材料在局部区域出现应 力集中的现象，是导致轮胎疲劳破坏的主 要原因之一。
环境因素如温度、湿度、化学腐蚀等也会 对轮胎材料的疲劳性能产生影响。
04
轮胎动力学
轮胎的动力学模型
轮胎动力学模型概
述
介绍轮胎动力学模型的基本概念 、发展历程和应用领域，说明建 立轮胎动力学模型的重要性和必 要性。
抗压强度
抗压强度是描述轮胎材料在 受到压缩作用时能够承受的 最大压力，对于轮胎的缓冲 性能有重要影响。
轮胎材料的疲劳性能
疲劳寿命
疲劳强度
疲劳寿命是指轮胎材料在交变应力或应变 作用下发生疲劳破坏的时间或次数，是评 估轮胎耐久性的重要指标。
疲劳强度是指轮胎材料在交变应力或应变 作用下所能承受的最大应力或应变，是评 估轮胎安全性能的重要指标。
材料选择
根据设计需求和力学分析结果 ，选择合适的轮胎材料，如橡 胶、纤维等。
需求分析
明确轮胎设计的需求和目标， 包括性能要求、使用环境、成 本预算等。
力学分析
运用力学原理和方法，对轮胎 进行受力分析，优化轮胎的结 构设计。
工艺制定
确定轮胎的生产工艺流程和技 术要求，确保轮胎的制造可行 性。
典型轮胎设计案例分析
汽车性能的影响。
滚动阻力的计算
汽车动力学-轮胎动力学
转偏率
轮胎模型
纵向力Fx 侧向力Fy 法向力Fz 轮胎六 侧倾力矩M x 分力 滚动阻力矩M y 回正力矩 M z
➢轮胎模型分类
□轮胎纵滑模型，预测车辆在驱动和制动工况时的纵向力。 □轮胎侧偏和侧倾模型，预测侧向力和回正力矩。 □轮胎垂向振动模型，用于高频垂向振动的评价。
精品课件
9
3.3轮胎模型
滚动阻力系数
fR
FR F z ,w
滚动阻力系数
fR
eR rd
■滚动阻力系数随着胎压增加而降低
■滚动阻力系数随着车轮载荷增加而降低 ■滚动阻力系数随着车速增加而增加
精品课件
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3.4轮胎纵向力学特性
➢轮胎滚动阻力
□滚动阻力系数测量 ■整车道路测试 ■室内台架测试
精品课件
16
3.4轮胎纵向力学特性
2.道路条件产生的附加阻力
精品课件
24
3.5轮胎垂向力学特性
1.轮胎的垂向特性
➢非滚动动刚度 ➢滚动动刚度
精品课件
25
3.5轮胎垂向力学特性
2.轮胎噪声
轮胎噪声产生的机理： (1)空气泵吸效应 (2)胎面单元振动
3.轮胎垂向振动力学模型
精品课件
弹簧-阻尼模型
3.5轮胎垂向力学特性
4.轮胎振动对汽车性能的影响
➢对汽车平顺性的影响
3.2轮胎的功能、结构及发展
➢轮胎的结构 □胎体 决定轮胎基本性能 □胎圈 便于胎体装卸 □胎面 保护胎体、内胎
■胎冠
■胎肩 ■胎侧
▲常用的充气轮胎有两种，斜交轮胎和子午线轮胎，主要 是胎体帘线角度的不同，前者为20-40度，后者为85-90度。
精品课件
6
《轮胎力学特性》课件
封性和气密性
轮胎的材料特性
橡胶：主要材料，具有弹性和耐磨性
碳黑：增加轮胎的耐磨性和抗老化性
钢丝：增强轮胎的强度和抗冲击性
硅胶：提高轮胎的耐磨性和抗老化性
尼龙：提高轮胎的耐磨性和抗老化性
芳纶：提高轮胎的强度和抗冲击性
Part Four
轮胎的力学特性分 析
轮胎的滚动阻力
滚动阻力的定义：轮胎在滚动过程 中产生的阻力
滚动阻力的测量方法：通过实验或 模拟计算
添加标题
添加标题
添加标题
添加标题
滚动阻力的影响因素：轮胎的材质、 花纹、气压等
滚动阻力的优化：通过改进轮胎设 计、调整气压等方法降低滚动阻力
轮胎的侧偏特性
侧偏特性：轮胎在侧向力 作用下的力学特性
侧偏刚度：轮胎抵抗侧向 力变形的能力
侧偏角：轮胎在侧向力作 用下的偏转角度
科学依据
Part Three
轮胎的结构和材料
轮胎的组成结构
胎壁：支撑胎面和胎肩，承 受侧向力
胎肩：胎面与胎壁之间的过 渡部分，增强轮胎的稳定性
胎面：与路面接触的部分， 提供摩擦力
胎圈：固定轮胎与轮辋的连 接部分，保证轮胎的密封性
和气密性
胎体：胎面和胎肩之间的部 分，提供轮胎的弹性和缓冲
性能
胎圈垫带：固定胎圈与轮辋 的连接部分，保证轮胎的密
温度升高，轮 胎的抗滑性能 下降，导致轮 胎的制动距离
增加
路面条件的影响
路面粗糙度：影响轮胎的 摩擦力和滚动阻力
路面平整度：影响轮胎的 振动和噪音
路面温度：影响轮胎的磨 损和寿命
路面湿度：影响轮胎的抓 地力和安全性
车辆载荷的影响
轮胎的变形：车辆 载荷越大，轮胎的 变形越大，影响轮 胎的力学特性
轮胎的材料特性
橡胶：主要材料，具有弹性和耐磨性
碳黑：增加轮胎的耐磨性和抗老化性
钢丝：增强轮胎的强度和抗冲击性
硅胶：提高轮胎的耐磨性和抗老化性
尼龙：提高轮胎的耐磨性和抗老化性
芳纶：提高轮胎的强度和抗冲击性
Part Four
轮胎的力学特性分 析
轮胎的滚动阻力
滚动阻力的定义：轮胎在滚动过程 中产生的阻力
滚动阻力的测量方法：通过实验或 模拟计算
添加标题
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滚动阻力的影响因素：轮胎的材质、 花纹、气压等
滚动阻力的优化：通过改进轮胎设 计、调整气压等方法降低滚动阻力
轮胎的侧偏特性
侧偏特性：轮胎在侧向力 作用下的力学特性
侧偏刚度：轮胎抵抗侧向 力变形的能力
侧偏角：轮胎在侧向力作 用下的偏转角度
科学依据
Part Three
轮胎的结构和材料
轮胎的组成结构
胎壁：支撑胎面和胎肩，承 受侧向力
胎肩：胎面与胎壁之间的过 渡部分，增强轮胎的稳定性
胎面：与路面接触的部分， 提供摩擦力
胎圈：固定轮胎与轮辋的连 接部分，保证轮胎的密封性
和气密性
胎体：胎面和胎肩之间的部 分，提供轮胎的弹性和缓冲
性能
胎圈垫带：固定胎圈与轮辋 的连接部分，保证轮胎的密
温度升高，轮 胎的抗滑性能 下降，导致轮 胎的制动距离
增加
路面条件的影响
路面粗糙度：影响轮胎的 摩擦力和滚动阻力
路面平整度：影响轮胎的 振动和噪音
路面温度：影响轮胎的磨 损和寿命
路面湿度：影响轮胎的抓 地力和安全性
车辆载荷的影响
轮胎的变形：车辆 载荷越大，轮胎的 变形越大，影响轮 胎的力学特性
汽车动力学-轮胎动力学
▢稳态纯侧偏工况回正力矩 M z Fy Dx ▢稳态纵滑侧偏联合工况
◇无量纲，表达式统一，可表达各种垂向载荷下的
轮胎特性，参数拟合方便，能拟合原点刚度。
汽车系统动力学
3.3轮胎模型
□“魔术公式”轮胎模型 Pacejka提出，以三角函数组合的形式来拟合轮胎试验 数据，得出一套公式可以同时表达纵向力、侧向力和 回正力矩的轮胎模型。
汽车系统动力学
主讲：彭琪凯
汽车系统动力学
第三章 充气轮胎动力学
3.1概述 3.2轮胎的功能、结构与发展 3.3轮胎模型 3.4轮胎纵向力学特性 3.5轮胎垂向力学特性 3.6轮胎侧向力学特性
1
汽车系统动力学
3.1概述
1.轮胎运动坐标系
2
Fx □侧向力 F y □法向力 F z □翻转力矩 M x □滚动阻力矩 M y
□纵向力 □回正力矩
Mz
汽车系统动力学
3.1概述
3
2.车轮运动参数 □滑动率(s=0~1) ,表示车轮相对于 纯滚动(或纯滑动)状态的偏离程度。 ▢滑转率(驱动时) ▢滑移率(制动时)
rd uw s 100% rd u r sb w d 100% uw
旋转轴
Fz
uw
车轮运动方向 负侧偏角
8
轮胎模型分类
□轮胎纵滑模型，预测车辆在驱动和制动工况时的纵向力。 □轮胎侧偏和侧倾模型，预测侧向力和回正力矩。
□轮胎垂向振动模型，用于高频垂向振动的评价。
汽车系统动力学
3.3轮胎模型
几种常用的轮胎模型
□幂指数统一轮胎模型
9
由郭孔辉院士提出，用于预测轮胎的稳态特性。
x ▢稳态纯纵滑工况纵向力 Fx x Fz Fx x y y Fz Fy ▢稳态纯侧偏工况纵向力 Fy y
◇无量纲，表达式统一，可表达各种垂向载荷下的
轮胎特性，参数拟合方便，能拟合原点刚度。
汽车系统动力学
3.3轮胎模型
□“魔术公式”轮胎模型 Pacejka提出，以三角函数组合的形式来拟合轮胎试验 数据，得出一套公式可以同时表达纵向力、侧向力和 回正力矩的轮胎模型。
汽车系统动力学
主讲：彭琪凯
汽车系统动力学
第三章 充气轮胎动力学
3.1概述 3.2轮胎的功能、结构与发展 3.3轮胎模型 3.4轮胎纵向力学特性 3.5轮胎垂向力学特性 3.6轮胎侧向力学特性
1
汽车系统动力学
3.1概述
1.轮胎运动坐标系
2
Fx □侧向力 F y □法向力 F z □翻转力矩 M x □滚动阻力矩 M y
□纵向力 □回正力矩
Mz
汽车系统动力学
3.1概述
3
2.车轮运动参数 □滑动率(s=0~1) ,表示车轮相对于 纯滚动(或纯滑动)状态的偏离程度。 ▢滑转率(驱动时) ▢滑移率(制动时)
rd uw s 100% rd u r sb w d 100% uw
旋转轴
Fz
uw
车轮运动方向 负侧偏角
8
轮胎模型分类
□轮胎纵滑模型，预测车辆在驱动和制动工况时的纵向力。 □轮胎侧偏和侧倾模型，预测侧向力和回正力矩。
□轮胎垂向振动模型，用于高频垂向振动的评价。
汽车系统动力学
3.3轮胎模型
几种常用的轮胎模型
□幂指数统一轮胎模型
9
由郭孔辉院士提出，用于预测轮胎的稳态特性。
x ▢稳态纯纵滑工况纵向力 Fx x Fz Fx x y y Fz Fy ▢稳态纯侧偏工况纵向力 Fy y
车轮轮胎以及轮胎力学.ppt
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轮胎
轮胎的侧偏特性
轮胎的侧偏现象
汽车在行驶过程中，由于路面的侧向倾斜、侧向 力或者在作曲线行驶时离心力的作用下，车轮中心沿y 轴方向将作用有侧向里Fy，相应的在地面上产生地面 侧向反作用力Fy，Fy称为侧偏力。由于轮胎存在侧向 弹性，轮胎的行驶方向将偏离轮胎平面的方向。该现 象称为侧偏现象。
2024/10/10
8
轮胎的分类
低断面轮胎的优点：
低断面轮胎又称扁平化轮胎。随着人们对汽车驾 驶性能的的要求和对高性能轮胎的要求越来越高，轮 胎的扁平率就越来越小。
低断面轮胎的优点主要有：
1、低断面轮胎的轮胎胎面宽平，接地面积大，侧 偏刚度大。
2、滚动阻力小。在断面宽相同的条件下，扁平率 低的轮胎由于侧偏刚度大，因而滚动阻力小。
2024/10/10
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轮胎的侧偏特性
影响轮胎侧偏特性的主要因素
1、轮胎的结构 子午线轮胎的接地面积比斜交轮胎的接地面积宽， 因此子午线轮胎的侧偏刚度一般较高。 扁平率越低的轮胎，侧偏刚度也越大。
2024/10/10
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轮胎的侧偏特性
影响轮胎侧偏特性的主要因素
2、轮胎的垂直载荷 随着作用在轮胎上的载荷的增加，整个轮胎的刚 度也将发生变化，轮胎的侧偏刚度将增大。但垂 直载荷过大时，轮胎与地面接触区的压力变得极 不均匀，轮胎的侧偏刚度反而有所减小。
3、附着性能好，散热好，高速行驶稳定性好。
2024/10/10
9
轮胎的标记方法
目前，我国充气轮胎的规格标记一般采用英制表示。 轿车轮胎规格表示方法：
165/60 R 14 75 T
速度级别 负荷指数 轮辋名义直径 子午线结构代号 轮胎名义高宽比（×100%=扁平率）
轮胎性能力学基础及设计理论讲解
式中 L－ 轮胎行驶里程，km h1－轮胎花纹深度，mm ho－最低花纹允许深度(磨光后)，mm；
△h－胎面单耗，mm/l000km。
二、影响轮胎磨耗的因素 轮胎耐磨性能取决于轮胎结构、胎面胶性能和使用条件的
不同。子午线轮胎的耐磨性较斜交轮胎高30%-50%以上。
1.轮胎胎体骨架材料的弹性模量对磨耗影响很大，以钢丝帘布 代替尼龙帘布代替人造丝帘布能提高耐磨性。
轮胎在无滑移存在且不打滑的状态下，轮胎滚动单位弧度所
通过的距离。反映轮胎的周向变形，值越小则周向变形越大。
高分子科学与工程学院
Rr
s
2n
式中 S—轮胎所滚动的路程；
Rr —轮胎滚动半径 n—轮胎滚动的转数。
高分子科学与工程学院
§2-4 轮胎附着与牵引性能 轮胎的通过和牵引性能是保证汽车行驶的重要性能 一、牵引性能
随之轮胎的负荷能力相应增大。而轮胎的断面宽、外直径及轮辋直径、宽度 直接影响轮胎的内腔容积，轮胎负荷能力随其断面宽的增大而提高。从增大 轮胎断面宽、加宽轮辋宽度等角度来提高轮胎的负荷能力。
2.轮胎充气压力对负荷能力的影响 轮胎负荷能力的大小与充气压力存着密切关系，提高轮胎的内压，相
应可增大轮胎的负荷能力，见图1-10轮胎充气压力与负荷量的关系。轮胎 气压增加的同时会导致胎体帘线应力的增大，尤其在动负荷作用下，极易 造成帘线疲劳损坏，影响轮胎的使用寿命，见图1-11所示，
高分子科学与工程学院
2．胎冠行驶部分质量
行驶部分质量增加严重降低临界速度。 因此，可采用减薄胎面胶厚度的措施来提高轮胎 的临界速度， 但要求采用高耐磨、高强度、耐撕裂胶料。
3．帘线角度
增大帘线角度可以明显增大临界速度， 但同时也会增加帘线层之间剪切应力的增大， 因此必须增大胶料的粘和强度。
DEC_02_车轮的力学特性_02车轮的垂向力学特性
图2-11 车轮与地面在整个接地印记面上的压力分布
轮胎内的气压大小直接与轮荷相关，可以用下式表示
FZ A zdA pz A
§2.2 车轮垂向力学特性 4.轮胎的刚度特性
➢在研究垂向振动时往往需要考虑轮胎 的弹性和阻尼特性。如果不计轮胎的质 量，则可以用右图所示的力学模型。
图2-11 轮胎的垂向力学模型
轮胎载荷与轮胎的压缩变形量fz的关系实际上是非线性的。在一定的范围内可以 用线性化的近似值，即
kt
dFZ df z
FZ
FZstat
§2.2 车轮垂向力学特性
本节内容结束
第二节 车轮垂向力学特性
§图2-10 车轮承受的载荷FZ与静载荷FZstat和动载荷FZdyn的关系
车轮垂向承受的载荷由静载荷和动载荷两部分组成，即
FZ FZstat FZdyn (t)
§2.2 车轮垂向力学特性 1.车轮的垂向载荷及分布
轮胎内的气压大小直接与轮荷相关，可以用下式表示
FZ A zdA pz A
§2.2 车轮垂向力学特性 4.轮胎的刚度特性
➢在研究垂向振动时往往需要考虑轮胎 的弹性和阻尼特性。如果不计轮胎的质 量，则可以用右图所示的力学模型。
图2-11 轮胎的垂向力学模型
轮胎载荷与轮胎的压缩变形量fz的关系实际上是非线性的。在一定的范围内可以 用线性化的近似值，即
kt
dFZ df z
FZ
FZstat
§2.2 车轮垂向力学特性
本节内容结束
第二节 车轮垂向力学特性
§图2-10 车轮承受的载荷FZ与静载荷FZstat和动载荷FZdyn的关系
车轮垂向承受的载荷由静载荷和动载荷两部分组成，即
FZ FZstat FZdyn (t)
§2.2 车轮垂向力学特性 1.车轮的垂向载荷及分布
汽车轮胎的建模与力学分析专题文档资料集锦(二)
动阻力计算。与传统模型相比,增加了传热分析部分,利用传热分析计算结果
更新材料参数,解决了以往在滚动阻力仿真时不考虑温度影响的问题。对模型
进行仿真分析,通过滚动阻力试验验证改进的模型具有更高的精度,可以为低
滚动阻力轮胎结构设计与优化提供指导。
13.轮胎滚动阻力及稳态滚动温度场的研究.rar 以Abaqus软件为平台,材料性能参数为实验基础,轮胎红外实测温度场为对照, 应用有限元分析技术对11R22.5规格轮胎的滚动阻力及稳态滚动温度场的建模 方法及计算结果进行了讨论与分析。首先,对轮胎各部位胶料进行单向拉伸、
14.轮胎稳态运动学与六分力预报_理论与方法.pdf 基于所建立的运动学理论和非线性有限元,建立轮胎六分力预报方法。针对某 轿车子午线轮胎,分析轮胎接地面滑移速度、接地面积、接地压力、侧向剪力 分布等随着侧偏角的变化规律,并研究该轮胎侧偏力和回正力矩随着胎面刚度
7.利用轮胎模态参数模型对滚动阻力的模拟.pdf 利用轮胎模态参数模型对稳态工况下的轮胎滚动阻力进行模拟。计算了不同 胎面阻尼下的滚动阻力,所得结果与实际的趋势相符,数值合理。对不同半径 转鼓下轮胎滚动阻力的模拟结果与按ISO 18164推荐的公式计算的结果有良好
的一致性。表明了该轮胎模型的合理性。
在考虑轮胎橡胶材料的非线性、帘线--橡胶材料的各向异性、轮胎大变形导
致的各向异性、轮胎与轮惘的装配、轮胎与路面的接触非线性边界条件的基
础上,采用非线性动力分析程序ABAQUS/STANDARD对模型进行稳态滚动分析。
用FORTRAN编制计算能耗损失和生热率的程序,利用ABAQUS子程序HETVAL将其
,分析传感器板在不同工况下位移场的分布情况,制定了设备的测试方案。以
传感器的安装位置作为目标检测点,建立轮胎滚动阻力位移场与控制参数之间