轮胎设计2

轮胎C/B 值对胎面磨耗的影响 1—计算曲线；2—实测曲线 高分子科学与工程学院
4.胎面花纹直接接触路面，合理设计胎面花纹能使轮胎具有 较高的耐磨性。降低花纹沟槽的百分率，增加横向花纹，以 及减少花纹的移动性等，都能提高轮胎的耐磨性。 5.路面等级对轮胎磨耗的影响很大
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5.轮胎内压降低和负荷增加以及行驶速度加快，不同程度增大 胎面磨耗，但影响的幅度由于车辆、轮胎、路面复杂条件变 化，不能作定量的肯定，只能指出一般变化规律。 6.气候对胎面花纹滑移影响较大，主要是气候影响胎面的作 温度和路面状况，引起不同的磨耗条件。
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6.00-16 轮胎接地法向压力分布 负荷Q=4.6kN 充气压力P=220kPa 行驶速度V=1km/h
（1）胎面曲率半径：胎冠弧度半径减小，行驶面接地压力分 布胎冠中部大于肩部；弧度半径增大，接地压力中部逐渐减 少，肩部逐渐增大。 （2）轮胎结构：子午线轮胎行驶面的接地压力分布比斜交轮 胎的均匀。
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h1 - h0 L = 1000 × Δh
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。
P---轮胎充气压力
1、轮胎外形尺寸对负荷能力的影响 轮胎依靠充入压缩空气承载负荷,内腔容积增大可增大轮胎的空气容量， 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。
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第三节
轮胎的滚动阻力与周向变形
当轮胎滚动时，轮胎和路面都发生变形，由于轮胎和路 面是非理想的弹性体，所以在它们变形时产生能量消耗。能 量消耗在轮胎材料和路面的内摩擦，以及轮胎对路面的摩 擦———滑移中。这些现象的总效应通常称为轮胎的滚动阻 力。
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一、轮胎滚动阻力产生的方式 1. 轮胎在路面上的滑 2. 轮胎内部材料的摩 轮胎内部摩阻损失随外胎的结构、构造和材料的性质、 造技术而变的。轮胎中气压的降低对轮胎内部摩阻损失起着 很大的影响。气压降低使轮胎变形增大，因而轮胎内部的摩 阻损失就急剧猛增。 二、轮胎滚动阻力表示和影响因素 1.滚动阻力系数 滚动阻力系数等于滚动阻力除以法向载荷。在良好路面 轮胎滚动阻力系数f计算公式为: N f = Q ⋅V
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（2）行驶速度 随着滚动速度增加，接地面积也略有增加的趋势，虽然不很 明显。所有试验都是负荷为常数时得到的。
(3)下沉量：下沉量增大，接地面积增大，在一定范围内接近 性关系。
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3.接地压力分布及其影响因 在轮胎和路面的界面上作用于轮胎单元表面面积的力矢量可 表达为两个分量，一个垂直接触表面，称为正分量；一个与接触 表面相切，通常称为剪切分量，后者在接触平面内还可进一步分 解为两个分量。一个与轮胎中心平面平行，另一个则与之垂直。 轮胎与路面相互作用力的正压强，可用接地面积内的平均压强q 表示， Q=Q/F 这里，F—接地椭圆的全部面积；Q—轮胎的法向 荷。 较精确的表示方法应是实际印痕面积F’，上的平均压强q’ q’=Q/F’
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压缩率：
f =
hc H - Hc = 0 H0 H0
表示轮胎的径向弹性特征。
若f过小，说明轮胎的弹性发挥不良，影响乘坐的舒适性;若f过大，说 明轮胎在大变形下工作，使用寿命缩短。
Q Hc H0
2、轮胎的接地系 指轮胎在相应负荷下，接地印痕的长轴与短轴之
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a λ= b
40 50 60 70 80 90 100 负荷变化率，％ 重型载重轮胎 +5 +2. 5 ±0 ±0 － ― － 载重轮胎 +10 +7. 5 +5 +2.5 ±0 ±0 — 轻型载重轮胎 +12.5 +10 +7.5 +5 +2.5 ±0 ±0
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4.轮胎骨架材料对负荷能力的影响 轮胎采用高强度骨架材料和采用新型结构均可增加胎体强 度，也可提高轮胎内压去增大其负荷能力。 四、轮胎负荷下接地面积和接地压力分布 1.接地面积 轮胎在法向负荷作用下与路面接触，其接地面积的形状决定于 轮胎模断面形状和结构。例如飞机轮胎与平面的接触面积是近似 的椭圆形状，因为这种轮胎的胎肩较薄，胎面的径向曲率较大。 汽车轮胎由于它的胎肩较厚，胎面径向曲率较小，因此，接 地面积横贯整个轮胎的胎肩，趋向于包括平行的两边，其宽度 不受轮胎下沉量的影响。 试验证明，轮胎接地面积与下沉量的关系近似于线性关 与规格制造工艺关系不大。
表示了轮胎承受垂直负荷时发生的周向和横向变形状态。 例如：9.00R20 全钢子午胎的接地系数在1.7左右， 轿车胎165/70R13 的在 1.43左右.
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3、硬度系数 指轮胎承受负荷（Q）对接地印痕面积（S）和轮胎相应气压（P）乘积之 表示在规定的轮辋条件下轮胎气压承受负荷的能力。 Q/SP=1 Q/SP>1 Q/SP<1 说明轮胎的气压刚好承受全部负荷，为理想状态 说明气压不够用来承受全部负荷（胎体骨架承受过多负荷） 说明气压用来承受全部负荷还有余
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4）．滚动半径Rr 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。
Rr =
式中
s 2πn
S—轮胎所滚动的路程； Rr —轮胎滚动半径 n—轮胎滚动的转数。
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第四节
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 汽车发动机发出的动力，经传动系统作用于驱动轮胎上，使 轮胎对道路产生一种力简称周向力，与周向为大小相等方向相 反的另一种力是道路作用于轮胎的反作用力，也是驱动汽车行 驶的外力，一般称为牵引力。 在牵引力作用下，轮胎要克服道路对它的滚动阻力，使轮胎 能在不同道路上行驶通过的能力，称为牵引性能。
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（二）高孟田（G Komandi匈牙利）经验公式
Q 0.85 hc = C1 0.7 0.43 0.6 K B D P
K---15×103B+0.42 C1--轮胎设计参数，斜交胎=1.15，子午胎=1.5 Q---轮胎负荷 B---轮胎充气断面宽 D---轮胎充气外直径
三、影响轮胎负荷的因素
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实验证明，轮胎下沉量是影响轮胎与路面接触面积的主要 参数。如内压和负荷同时改变而保持轮胎下沉量不变，轮胎 接地面积实际上仍是常数。这说明接触现象可以用不伸张膜 或壳弯曲的模型描述。 2.接地面积的影响因素 （1）胎冠曲率半径大，接地印痕的长 轴会变短；短轴略微变长。但总的接 地面积还是小于曲率半径小的，胎冠 曲率半径小，接地长轴较长，接地面 积较大。
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（3）带束层结
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第二节
轮胎的耐磨性能
一、轮胎磨耗的形式 胎面磨耗过程较为复杂，一般可分疲劳磨耗、磨损磨耗和卷 磨耗三种。 疲劳磨耗:由于胎面胶反复受力变化而产生的； 磨损磨耗:因路面粗糙对胎面剪切所生成的； 卷曲磨耗:是轮胎在高温和高压时胎面胶在路面卷磨造成的。 三种类型磨耗产生的原因不同，可用不同的技术手段提高轮胎 的耐磨性。通常称轮胎的磨耗，是上述三种磨耗的综合形式。 轮胎的制造和使用不断改善，有80%-90%是因花纹磨光而 报废，所以轮胎耐磨性能在一定程度上表明轮胎的使用寿 命，因此，轮胎使用寿命可按
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1.轮胎半径 1）.自由半径Rf 轮胎充入额定气压后，无外力作 用时，胎冠行驶面最高点的外直径的 一半。 2）．静负荷半径Rs 轮胎在静止状态下，仅受法向 力的作用时，从轮轴中心到支撑 面的距离。 3）.动负荷半径Rm 当轮胎在动态时，发生变化，轮轴中心至路面间距变为， 称为动半径
二、轮胎下沉量的理论计算 （一）赫德克尔（Hadekel）近似公式
假设：轮胎在接地面积之外不产生变形； 接地面中的平均单位压力等于内压。
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a=
D ⋅ hc b = 2 Rn hc
S = πab = πhc 2 Rn D
Q= SP =Pπhc 2D * Rn
式中： D---轮胎充气外直径，Rn---胎面曲率半径， hc---下沉量， Q---轮胎负荷,P---轮胎充气压力,S---接地面积.
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q’值比q值大，它们之间的关系与胎面花纹饱和度有关即与 花纹块表面和花纹沟表面的比值有关。 实验表明，实际上，正压强在轮胎与路面接触的面积内分布 是不均匀的，其一个可能状态是: P=P0+f 这里，P是作用在任意点上的垂直压 强分量，P0是轮胎充气内压，f是一些普 通的函数关系，据现在所知，它是很复 杂的与轮胎的结构性能，轮胎牵引或制 动力矩，轮胎的侧向力，以及轮胎的速 度等因素有关，但它能定性的说明问题。
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2.加宽轮辋宽度，增大C/B值，能改善耐磨性能 3.增大胎面的弧度半径，也能提高轮胎耐磨性
60
载重轮胎 轿车轮胎
胎 面 弧 度 高 ， mm
40
wk.baidu.com
20
0 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000
行驶面曲率半径，mm
胎面弧度高(h)与其曲率半径(R)的关系
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第二章
轮胎性能力学基础及设计理论
学习目的与要求
通过学习掌握: 1.轮胎的性能要求及相应的影响因素 2.轮胎的几种变形、轮胎的半径特点 3.轮胎的接地面积和接地压力分布的影响因素 4.轮胎的牵引性能，附着力和附着系数 5.轮胎的临界速度、驻波、及其影响因素
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式中
f —滚动阻力系数; N —轮胎滚动时单位时间所耗用的能量，J/s Q —轮胎法向负荷，N V—滚动速度，m/s
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2.影响轮胎滚动阻力因素 影响轮胎滚动阻力因素是多方面的，如路面状况、行驶速度、轮胎结构、 使用气压及负荷、车辆性能等。
（1）路面状况的影响 （2）行驶速度的影响 （3）轮胎结构的影响 （4）气压的影响 （5）车辆性能的影响 三、轮胎的周向变形 轮胎的周向变形是与径向变形同时产生的一种形变，主要发生在轮胎圆周的下 半周，当轮胎滚动时，滚动方向的前部轮胎呈压缩状态，后部轮胎则呈拉伸状态， 使轮胎断面沿滚动方向扭曲变形，此周向变形通用胎面长度变化的百分率表示。
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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 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，
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3.车辆的行驶速度对轮胎负荷能力的影响 车辆行驶速度对轮胎的负荷能力影响很大。降低行驶速度，可提高轮胎 的负荷标准，车速增加时，负荷标准应降低，但不得在任何条件下随意提 高负荷量。中国轮胎标准中规定的最高速度范围:重型载重轮胎为80km/h; 中型载重轮胎为90km/h;轻型载重轮胎为100km/h。最高速度是持续行驶速 轮胎使用速度与负荷对应关系 度，并非平均速度。 速度，km/h
第一节
轮胎的负荷能力与法向变形
轮胎的载荷能力是由轮胎的结构参数决定的，主要有外形尺寸、充气 压力、帘布性能及断面轮廓等，与这些参数密切相关的决定载荷能力的重 要设计依据是轮胎的径向变形。在最佳径向变形条件下，轮胎能获得最佳 的使用性能和使用寿命。 一、轮胎静负荷性 轮胎的变形功是由压缩空气和胎体材料所承担。在正常径向变形下， 60％的功消耗于压缩空气，40％的功用于帘布层和胎面胶变形。当径向 变形过大或过小时，消耗于压缩空气的功一般都要降低。 1.轮胎的下沉量（法向变形）和压缩系数(factor of trie compression) 下沉量(deflection)：自由状态下充气轮胎断面高H0与静负荷下断面高Hc 之差。