轮胎力学课件

由路面变形和轮辙摩擦引起的附加滚动阻力
图3-3由路面变形和轮辙摩擦引起的附加滚动阻力
不平路面造成的滚动阻力： 不平路面造成的滚动阻力： 车轮在不平路面上行驶时，它和车身也会 有相对运动，车身阻尼和路面不平度一起， 造成了平均值不为零的振荡的Fu和Fz．减振 器压缩和伸长时做了功，这个功与汽车行驶 过的路程之比被看作滚动阻力（波阻），见 图3-4 。
滚动阻力(波阻) 图3-4 滚动阻力(波阻)示意图
2）轮胎滚动阻力的影响因素 ）
（1）轮胎结构 ） （2）轮胎结构设计参数 ） （3）轮胎气压 ） （4）轮胎垂直载荷 ） （5）行驶车速 ） （6）驱动转矩 ） （7）轮胎工作温度 ） （8）路面类型 ） （9）轮胎侧偏角与外倾角 ）
（1）轮胎结构 ）
（2）轮胎结构设计参数 ）
轮胎行驶面设计参数对滚动损失起很大的作 用。如减窄行驶面宽度和减小胎面弧高，减 小花纹深度和胎面厚度，尤其是两肩部厚度， 都能降低滚动损失。试验表明，胎面胶厚度 每减小lmm，轿车轮胎滚动损失减少1％，载 重汽车轮胎减少3％；胎肩部厚度从14mm减 小到10mm时，轮胎滚动损失可减少7％左右。
充气轮胎的组成
1-外胎 2-内胎 3-垫带 外胎 内胎 垫带
轮胎花纹： 轮胎花纹：
普通花纹 越野花纹 混合花纹
普通斜交轮胎与子午线轮胎： 普通斜交轮胎与子午线轮胎：
普通斜交轮胎：帘布层和缓冲层的各相邻层帘线 交叉，且与胎面中心线呈小于90º角排列的充气轮胎。 子午线轮胎：帘布层帘线与胎面中心线呈90º角或 约90º角排列的充气轮胎。
图3 - 6滚动阻力系数随轮胎内气压的变化
(4)轮胎垂直载荷
轮胎的滚动阻力一般与垂 直载荷成比例增加。由于 轮胎的变形大致上与垂直 载荷成比例，故滚动阻力 也大致与轮胎变形成比例 增加。但是垂直载荷变化 时轮胎的滚动阻力系数却 基本上为一常数。由图3-7 可见，各种汽车所用轮胎， 不论是斜交轮胎还是子午 线轮胎，滚动阻力系数几 乎都不随垂直载荷变化。
胎圈： 胎圈： 支撑帘线的末端并可将轮胎固定在 轮辋上的部分。 轮辋上的部分。
胎体： 胎体： 内衬层： 内衬层： 是相当于内胎的橡胶层 使用透气性低的特殊橡胶制成 使用透气性低的特殊橡胶制成 是覆盖橡胶的用纤维或钢丝作成的帘线层， 是覆盖橡胶的用纤维或钢丝作成的帘线层， 用于形成轮胎的骨架。呈反射状的贴合， 用于形成轮胎的骨架。呈反射状的贴合， 保持气压，耐承重抗冲击。 保持气压，耐承重抗冲击。
普通斜交轮胎 斜交轮胎的优点是： 轮胎噪声小，外胎 面柔软、制造容易， 价格也较子午线轮 胎便宜。 斜交轮胎的缺点是： 转向行驶时，接地 面积小，胎面滑移 大，抗侧向力能力 差，高速行驶时稳 定性差，滚动阻力 较大，油耗偏高， 承载能力也不如子 午线轮胎。
子午线轮胎的特点： 子午线轮胎的特点：
帘布层线排列的方向与轮胎的子午断面一致，帘布层数可减少 40%~50%。胎体较软、弹性好。 帘线在圆周方向上只靠橡胶来连接，因此带束层采用具有若干层帘 线与子午断面呈大角度（70。~75。）、高强度、不易拉伸的周向环层 的带束层。 带束层采用玻璃纤维、加强纤维或钢丝帘布制造，强度高、拉伸变 形小；
子午线轮胎的优点： 子午线轮胎的优点： 接地面积大，附着性能好，对地面的单位压力小，磨损少， 接地面积大，附着性能好，对地面的单位压力小，磨损少，寿 命长； 命长； 胎冠较厚，且有坚硬带束层不易刺穿，行驶时变形小， 胎冠较厚，且有坚硬带束层不易刺穿，行驶时变形小，可降低 油耗； 油耗； 帘布层少，胎侧薄，散热性好； 帘布层少，胎侧薄，散热性好； 径向弹性大，缓冲性好、负荷能力大； 径向弹性大，缓冲性好、负荷能力大； 承受侧向力时，接地面积基本不变，行驶稳定性好。 承受侧向力时，接地面积基本不变，行驶稳定性好。 子午线轮胎的缺点： 子午线轮胎的缺点： 胎侧薄且软，胎冠厚，在二者的过渡区容易产生裂纹； 胎侧薄且软，胎冠厚，在二者的过渡区容易产生裂纹； 吸振能力差，胎面噪音大；制造技术要求高，成本高。 吸振能力差，胎面噪音大；制造技术要求高，成本高。
轮胎在硬路面上的滚动阻力 轮胎在硬路面上的滚动阻力
车轮滚动时，轮胎与路面的接触区域产生法 向和切向的相互作用力并相应地使轮胎和支 承路面变形。轮胎和支承路面的相对刚度决 定了变形的特点。 当轮胎在硬而平的路面(混凝上或沥青)上滚动 时，轮胎变形是主要的。由于轮胎变形时材 料的内摩擦产生弹性迟滞损失，使轮胎变形 时所作的功不能全部收回，部分转化为热能 而消失在大气中，同时胎面在接触区域有摩 擦损失，以及滚动轮胎对外部空气的搅动损 失，这些能量损失就是产生滚动阻力的原因。
11.2 轮胎的坐标系与术语
图2-1 轮胎坐标系
轮胎坐标系中的概念
11.3 轮胎的滚动阻力
1 ) 轮胎滚动阻力的产生机理 2 ) 轮胎滚动阻力的影响因素 3）轮胎滚动阻力系数的经验计算 ）
1）轮胎滚动阻力的产生机理 ）
轮胎在硬路面上的滚动阻力 轮胎在硬路面上的 从动轮在硬路面上滚动时的受力情况 由路面变形和轮辙摩擦引起的附加滚动阻力 不平路面造成的滚动阻力示意图 不平路面造成的滚动阻力示意图
第 11 讲
轮 胎
11.1 轮胎的功能、结构、种类及规格 轮胎的功能、结构、 11.2 轮胎的坐标系 11.3 轮胎的滚动阻力 11.4 轮胎的切向力与附着性能 11.5 轮胎的侧偏性能
11.6 轮胎在湿路面上的性能 11.7 轮胎的垂向振动特性
11.1轮胎的功能、结构、种类及规格 轮胎的功能、结构、 轮胎的功能
在能量损失中，迟滞损失是最主要的，实验 数据表明，车速在128~152km/h的范围内， 迟滞损失约占轮胎滚动阻力的90％~95％， 轮胎与路面的摩擦损失约占2％~10％，空气 阻力约占1．5~3．5％。 当车轮在松软路面上滚动时，由于支承路面 发生变形使所作的功几乎全部不能收回，所 以本讲主要讨论车轮在硬路而上的滚动。
轮胎的 轮胎的规格
轮胎的规格标记种类较多，通常多以轮胎断面 高度H、断面宽度B、扁平率(H／Bx100%)、轮辋 直径d和工作标记(含载荷指数和速度标记)来表示。 对于斜交轮胎，其尺寸标记用B-d表示，单位均为 英寸；对于于午线轮胎则用字母“R”表示。
轮胎的 轮胎的规格
例子：菱帅所配的是MAXXIS MA652轮胎 轮胎标识 说明 185/65R14 86H 185 胎面宽度185mm 65 扁平比。即轮胎侧面胎壁的高度与轮胎 宽度的比例为65%。 R 轮胎的帘布层结构是子午线型结构 14 轮圈直径，单位是英寸 86 轮胎承载指数。86的最大承载量约530KG H 速度级别。H代表轮胎的最高安全时速为 210公里，T=190，V=240，W=270，Y=300。 换胎时一定要注意速度等级的匹配，高速车 不要配低速胎，否则可能会引起爆胎。
图3 - 7滚动阻力系数随垂直载荷的变化
（5）行驶车速 ）
图3 – 8 滚动阻力随速度的变化
（6）驱动转矩 ）
子午线轮胎的优点： 子午线轮胎的优点： 接地面积大，附着性能好，对地面的单位压力小，磨损少， 接地面积大，附着性能好，对地面的单位压力小，磨损少，寿 命长； 命长； 胎冠较厚，且有坚硬带束层不易刺穿，行驶时变形小， 胎冠较厚，且有坚硬带束层不易刺穿，行驶时变形小，可降低 油耗； 油耗； 帘布层少，胎侧薄，散热性好； 帘布层少，胎侧薄，散热性好； 径向弹性大，缓冲性好、负荷能力大； 径向弹性大，缓冲性好、负荷能力大； 承受侧向力时，接地面积基本不变，行驶稳定性好。 承受侧向力时，接地面积基本不变，行驶稳定性好。 子午线轮胎的缺点： 子午线轮胎的缺点： 胎侧薄且软，胎冠厚，在二者的过渡区容易产生裂纹； 胎侧薄且软，胎冠厚，在二者的过渡区容易产生裂纹； 吸振能力差，胎面噪音大；制造技术要求高，成本高。 吸振能力差，胎面噪音大；制造技术要求高，成本高。
轮胎必须具有以下四种基本功能 ：
对轮胎的要求： 对轮胎的要求：
轮胎必须具有适宜的弹性、阻尼和承载能力； 胎面部分具有增强附着能力的花纹： 具有热稳定性、耐磨等
轮胎构造 轮胎构造
胎面 ： 直接与路面接触的部分 。保护轮胎内侧帘布， 保护轮胎内侧帘布， 延长轮胎寿命的厚厚的 橡胶层。 橡胶层。表面为提高排 水性能，驱动/ 水性能，驱动/制动性能 刻有花纹。 刻有花纹。 胎肩： 胎肩： 轮胎的两肩部分。 轮胎的两肩部分。采用 成能够保护胎体和散 发内部热量的设计。 发内部热量的设计。
带束层： 带束层： 是位于胎面和胎体之间 缓冲冲击， 的补强层 。缓冲冲击， 并可防止胎面产生的外 伤波及胎体， 伤波及胎体，还可以防 止台面和胎体的剥离。 止台面和胎体的剥离。
胎壁： 胎壁： 为了保护轮胎侧面部分的帘 线层，在表面覆盖有橡胶。 线层，在表面覆盖有橡胶。 在胎壁上标有轮胎尺寸， 在胎壁上标有轮胎尺寸，制 造商明，和商标等。 造商明，和商标等。
轮胎的分类
按用途分为： 按用途分为： 载货汽车轮胎（重型、中型、轻型） 载货汽车轮胎（重型、中型、轻型） 轿车轮胎 按轮胎胎体结构分为： 按轮胎胎体结构分为： 充气轮胎（汽车上使用的主要轮胎形式） 充气轮胎（汽车上使用的主要轮胎形式） 实心轮胎 充气轮胎按组成结构分为： 充气轮胎按组成结构分为： 有内胎轮胎； 有内胎轮胎； 无内胎轮胎。 无内胎轮胎。 按充气大小分为： 按充气大小分为： 高压（ 高压（0.5~0.7Mpa）刚度大，较硬，承载容量大，摩擦系数小。 ）刚度大，较硬，承载容量大，摩擦系数小。 低压（ 低压（0.15~0.45Mpa）弹性好、断面宽、接触面积大、薄壁。 ）弹性好、断面宽、接触面积大、薄壁。 超低压（ 以下）。 超低压（0.15 Mpa以下）。 以下 按帘线排列方向分为： 按帘线排列方向分为： 普通斜交轮胎； 普通斜交轮胎； 子午线轮胎。 子午线轮胎。
从动轮在硬路面上滚动时的受力情况
图3-2 从动轮在硬路面上滚动时的受力情况
由平衡条件得 Fp1 r = Tf 故 Fp1 =Tf/r=Fz (a/r) 令 f=(a/r) 而Fz=W Fp1=W f f 称为滚动阻力系数 可见，滚动阻力系数是车轮在一定条件 下滚动时所需的推力与车轮裁荷之比。换而 言之，滚动阻力等于滚动阻力系数与车轮载 荷之乘积 ，即 Ff=W f