轮胎合理使用(教案)

第三章 汽车使用经济性
第四节 轮胎的合理使用
轮胎的性能对汽车动力性、制动性、行驶稳定性、平顺性、越野性和燃料经济性等都有直接影响。

一辆新载货汽车的轮胎价值约占全车价值的1/5；在汽车运输过程中，轮胎费用也占10%左右。

随着汽车技术的发展，轮胎的规格、品种繁多，轮胎的性能日益改善。

但由于使用汽车的技术水平不同，使轮胎的使用寿命在一个很大的范围内变动，如国产轮胎的使用寿命可变化在3万至18万公里之间。

因此，正确使用和维护轮胎，延长轮胎的使用寿命，不仅对节约橡胶，降低汽车运输成本具有重要意义，而且极大地影响着汽车的使用性能。

一、轮胎的类型和特点
1.轮胎的类型
按轮胎的用途可分为乘用车轮胎、公路用货车和大客车轮胎（包括无轨电车轮胎和挂车轮胎）以及越野汽车轮胎三种。

按轮胎的胎体结构可分为实心轮胎、充气轮胎和特种轮胎等。

实心轮胎的缓冲性能（指轮胎靠本身的弹性缓和路面冲击的能力）由橡胶层的弹性决定。

这种轮胎仅用于沥青混凝土路面干线道路行驶的低速汽车、重型挂车或军用车上。

充气轮胎分为有内胎和无内胎两种结构；按胎体中帘线的排列方向不同，分为普通斜线胎、子午线胎和带束斜交胎等；按胎的内气压不同，又可分为超低压轮胎、低压轮胎和高压轮胎等。

充气轮胎的缓冲性能90~92%取决于胎内的压缩空气的弹性，而仅有8~10%取决于胎壁的弹性。

按轮胎的断面形状可分为普通轮胎、宽面轮胎、拱形轮胎和椭圆形轮胎。

2.轮胎的组成
轮胎的主要组成部分是轮胎的骨架，承受耐压负荷和工作负荷，由挂胶帘布贴合构成。

帘布层数是根据负荷和所需耐压的大小、轮胎的形式和用途确定的。

内层帘布用径线密度较密的帘布做成，以保持较高的强度；外层帘布层用径线密度较稀的帘布做成。

在胎体外层的几层布间还增加了中间隔离胶层，以保持较高的附着力与柔软性。

帘布层可用棉纱布、人造丝帘布、聚酰纤维帘布及钢丝帘布等不同材料制作。

棉纱布强度低，受热时强度显著下降（120℃时，其强度降低30~50%），而且不能很好地跟随轮胎工作时所产生的复杂多变的载荷。

为了提高强度，需增加帘布的层数。

这将导致轮胎质量增加（帘布层质量约占外胎质量的30~35%）和滚动阻力系数的增大。

人造丝帘布具有较高的物理机械性能（在相同强度下，其厚度可较棉帘布少25%），并
且有强度的均匀性和稳定性（在温度120℃时，其强度降低10~12%），且能减少滚动时能量损失。

由于人造丝帘布能抵抗各种各样的变形，因而比棉帘布轮胎的耐久性好（可提高60~70%）。

人造丝布也有缺点，例如圈套在受潮时强度下降较棉帘布大，以及由于残余变形而使不能与橡胶更好地结合。

目前广泛采用的帘布材料是聚酰纤维（卡普纶、披尔纶、尼龙）。

在其厚度较棉帘布减少40%的条件下，卡普纶帘布的强度约是棉帘布的两倍。

披尔纶、龙尼的强度还要大些。

用聚酰铵纤维制成的帘布层还具有较好的热稳定性，显著小的吸热性（为棉帘布的1/3）和受潮后强度降低等特性。

钢丝帘布是用直径为0.15mm的多股钢丝捻成0.86~0.88mm粗的帘线织成。

帘线的扯断力约为800N（棉帘线的10倍）。

有的使用直径为1.15mm的帘线，其扯断力约为1550N。

金属帘布层除具有较高的强度、良好的导热性、热稳定性及抗潮性。

但是，钢丝与橡胶的结合性能差，尚需进一步改进（例如，钢丝镀锌、镀铜）。

钢丝帘线的采用，使轮胎帘布层的层数大为减少（仅1~4层）。

例如，大型载货汽车和越野汽车的轮胎，可采用2~4层的钢丝帘布层代替10~14层的非金属帘布层，减少了橡胶的消耗，减轻了轮胎的质量。

帘布层中的帘线都与轮胎的子午断面呈一定角度β排列（β称胎冠角）。

β角对轮胎的性
能有很大影响，β角增大将使轮胎的侧面、径向和切向刚性增大。

轮胎侧向刚性的增大，将改善汽车的行驶稳定性。

但是，轮胎径向刚性的增大，使缓冲性能变差。

此外，β角的增大，将使汽车直线运动时的滚动损失加大。

3.不同结构轮胎的特点
普通斜线胎的结构特点是相邻帘布层帘线交错排列着，所以帘布层的层数都是偶数，且具有一定的胎冠角。

为了兼顾轮胎的侧向刚性和缓冲性能，一般取β=50~52°；对于高速行驶的乘用车，采用普通斜线胎，取β=58~60°为宜。

子午线胎的结构特点是帘线呈子午向排列（胎冠角β=0）。

这样，帘线的强力就得到充分利用，帘线所承受的负荷比普通斜线胎小，故子午线胎的帘布层比普通斜线胎约减少40~50%。

又因帘线不是交错排列着的，所以帘布层数也可以是奇数。

此外，由于子午线胎的胎体帘线间靠橡胶实现轮胎圆周方向的联系，因而胎体和胎面之间需要环形带（硬缓冲层或称箍紧层）来加强胎冠。

某地利用分别装用斜交和子午线轮胎的八组大客车的对比试验结果表明，安装子午线轮胎客车的轮胎平均磨损量降低42.4%，轮胎维修费用节约40.4%，车辆完好率提高3.8%，按100t km计算节约燃料11.08%。

鉴于子午线胎的结构特点，使其比普通斜线胎有以下的优越性能：
（1）使用寿命长。

由于胎体帘线和缓冲层帘线交叉于三个方向，这样就形成了许多密实的三角形网状结构，阻止
了胎面周向和侧向伸缩，
从而减少了胎面与路面
间的滑移；又因胎体的
径向弹性大（见图3-14a ），接地面积大，对地面的单位压力小，使胎面磨耗小，耐磨性强，行驶里程比普通斜线胎高50~100%。

（2）滚动阻力小。

由于胎冠具有较厚而坚硬的缓冲层，轮胎滚动时胎冠变形小，消耗能量少，生热低。

因胎体帘布层数少，胎侧较薄，所以其滚动阻力比普通斜线胎小20~30%(见图3-14b)。

因此，不仅可以提高汽车行驶速度， 而且还可提高汽车的燃料经济性，一般可降低汽车耗油量3~8%。

（3）附着性能好。

这是因为胎体弹性好，接地面积大，胎面滑移小的缘故。

（4）缓冲性能好。

因为胎体径向弹性大，可以缓和不平路面的冲击， 并吸收大部分冲击能量，使汽车行驶平顺性得到
改善。

图3-14 子午线轮胎与斜交胎的比较
（5）负荷能力大。

由于子午线胎的帘线排列与轮胎主要的变形方向一致，因而使其帘线强度得到充分有效的利用。

故这种轮胎一般比棉帘布普通斜线胎能承受的负荷高。

例如，具有一层钢丝帘布层的国产9.00-20 型子午线胎的负荷能力为18000N，而具有10层棉帘布层的同类型普通斜线胎的负荷能力仅为15000N。

子午线胎的缺点是胎侧薄，变形大，胎侧与胎圈受力比普通斜线胎大，因而，胎面与胎侧的过渡区及轮辋附近易产生裂口；同时由于胎侧变形大，其行驶稳定性较差；由于子午线胎的径向弹性、周向滑移与普通斜线胎不同。

因此，子午线胎不能与普通斜线胎混装在同一辆汽车上。

带束斜交胎和普通斜线胎一样，相邻帘布层的帘线交错排列成人字形，帘布层为偶数。

其胎冠角β<25°，而带束层（缓冲层）的帘线角度大于60°，带束层的宽度大约为胎面宽度。

帘布层数较子午线胎多，较普通斜线胎少。

这种轮胎可看作是普通斜线胎的改进。

上述帘线的角度，将导致胎体与带束之间的这样分工：作用于轮胎的侧向力大部分由胎体承受，纵向分力则大部分由带束承受。

因此，带束斜交胎的性能介于普通斜线胎和子午线胎之间。

其耐磨性和缓冲性能均不如子午线胎，寿命也不如子午线胎高。

但是，由于其胎侧较子午线胎坚硬，轮胎的横向偏离较
小，所以，汽车的行驶稳定性较子午线胎好。

4.特种轮胎的特点
调压轮胎。

轮胎气压变化会改变轮胎与路面的接触面积和压强，也将改变汽车的滚动阻力系数与附着系数。

由图3-15、图3-16和图3-17可见，在松软地面上，轮胎气压降低时，接触面积大，压强减小，滚动阻力系数减少，附着系数大为增加。

因而提高了汽车在松软地面上行驶的性能。

为了保护轮胎，轮胎气压的降低，应该根据路面条件不同有所限制。

表3-19列出在不同条件下轮胎的适宜气压值。

图3-15轮胎印痕的长、宽、面积和轮胎气
压的关系（实线表示硬路面；虚
线表示松软路面）图3-16 12.00轮胎在路面上的印痕压强随轮胎气压的变化关系图3-17轮胎在松软时，路面上滚动阻力系数和附着系数与轮胎气压的关系
调压轮胎适用于装有调压设备的越野汽车。

汽车行驶时，驾驶员可根据不同的路面调节轮胎气压，当汽车在坚硬路面上行驶时，恢复标准气压，以减少阻力和外胎的磨损。

调压轮胎的结构特点是，轮胎断面比同样负荷的普通轮胎宽25~40%，其扁平比（轮胎的断面高度H与宽度B之比）H/B=0.55~0.80；胎体帘布层比普通轮胎少30~50%，在各帘布中用隔离胶提高其柔软性。

为使帘布在正常气压下有足够的强度，通常采用高强度材料；采用特殊的花纹和弹性较大的胎面胶以使胎冠部较柔软。

调压轮胎的最大优点是，使汽车能适应各种道路条件，有效地扩大了汽车的使用范围。

此外，当汽车轮胎被穿破时，由于调压系统对胎内不断地充气，从而可避免交通事故。

拱形轮胎是外径大致与普通轮胎相等的、断面极宽的（其H/B=0.3~0.4）、断面形状如拱弧状的一种特殊轮胎。

拱形轮胎的特点是，断面宽比普通轮胎大1.5~2.5 倍，胎内气压通常50~200kPa。

轮胎的胎体帘布层采用高强力的尼龙帘布，其层数的多少取决于轮胎的规格、气压、许用负荷和轮胎的工作条件，一般为2~12层。

胎面花纹一般是高越野性的“斜人字形”。

采用拱形轮胎是提高汽车通过性的简单而十分有效的办法。

在松软地面上，由于它接地面积大和对地的压力低，使轮辙的深度减小，滚动能量损失小，并减少燃料消耗。

同时，由
于高而稀的“斜人字形”花纹和大的印痕面积，保证了与大片接地面的“咬合”，从而提高了轮胎与地面的附着能力，使汽车获得很好的驱动性能。

但是，当汽车在坚硬的路面上行驶时，这种轮胎的胎面花纹磨损加剧，并产生振动，还增加了燃料消耗。

因此，它仅适用于在十分松软的路面上行驶的越野汽车。

椭圆形轮胎的结构特点是，在轮胎外径比较小、着合直径（与轮辋直径相配合的轮胎内径）更小（为外直径的1/4~1/3）的情况下，增大了断面宽度，形成圆筒形。

胎体用柔软的橡胶帘布制成，胎内气压为10~70kPa（有些汽车的椭圆形轮胎在行驶时可以调节气压）。

由于着合直径非常小，使胎内压缩空气的容积增大，保证了轮胎在最低气压下具有大的负荷能力。

椭圆形轮胎帘布层少（通常为2~4层尼龙帘布），且无缓冲层；胎面花纹窄而不高（0~25mm）。

由于椭圆形轮胎断面极宽（H/B=0.2~0.3），胎内气压很低，增大了轮胎和地面的接触，提高了汽车在松软地面（如雪地、沙漠、沼泽等）上的通过能力。

试验表明，椭圆形轮胎不仅在承载能力极低的松软地面上行驶时，汽车具有较高的通过性；而且汽车行驶在崎岖不平的无路地带，在没有弹性悬架的条件下，仍具有良好的平顺性；此外，具有这种轮胎的汽车在良好的沥青混凝土路面上也容易行驶且不损坏路面。

为了提高汽车行驶安全性，易于修理和降低工作温度，椭圆形轮胎也可制成无内胎的。

二、轮胎的合理使用
合理使用轮胎，可降低轮胎磨损，防止不正常的磨损损坏，延长轮胎的使用寿命。

1.合理搭配
轮胎应按照规定车型配装，并根据行驶地区道路条件选择适当的胎面花纹。

要求在同一轴上装用厂牌、尺寸、帘线层数、花纹相同、磨耗程度相同的轮胎。

同一名义尺寸的不同厂牌的轮胎，其实际尺寸有所差别，轮胎尺寸大小不一致，会产生高低不一，承受负荷不均衡，附着力不一样，磨耗不均匀。

胶面花纹不同，与地面附着系数不同，同样会造成磨耗程度的差别。

因此，不能将外周尺寸大小悬殊，花纹不相同的轮胎混装使用。

翻修胎一般都装在后轴上使用，前轴上装新胎，以确保行车安全。

应尽量实行整车换胎，搞好轮胎换位。

备胎是作临时替用，且长时间挂在车上，橡胶易老化，应选择一条质量相当、花纹一致的同类旧胎或翻新胎。

2.掌握胎压
轮胎工作气压直接关系到汽车行驶的安全性和经济性。

轮胎制造厂在设计各种规格的轮胎时，都规定了其最大负荷量和相应的充气压力，使用时应按轮胎规定的气压标准进行充气，否则，将造成轮胎早期磨损和损坏。

轮胎气压低于标准值行驶时，其径向变形增大，轮胎两侧将发生过度挠曲，胎侧内壁受
压，胎侧外壁受拉，胎体内的帘线产生较大的变形和交变应力。

周期性的压缩变形，会加速帘线的疲劳损坏。

变形也使轮胎帘布层和轮胎与地面间相对滑移增大，摩擦产生的热量多，轮胎温度急剧上升。

轮胎的应力增大和温度升高，降低了橡胶的抗拉强度，使帘线松散和局部脱层，在遇有障碍受到冲击时，极易爆破。

轮胎气压过低，轮胎在接触面上的压力不均匀，轮胎向里弯曲，胎面的中部负荷要小一些，因而胎面的边缘负荷急剧增大，使材料的应力增大，有时称这种现象为“桥式效应”。

产生“桥式效应”时，胎面磨耗不均匀，行驶面的中部几乎保持不变，而胎肩部分严重磨损，通常形成齿状或波浪状，这是胎压过低时轮胎磨损的特征。

在胎压过低时，轮胎花纹凹部最易嵌入道路上的钉子和石块，引起机械性损伤。

并装的双胎在低压下行驶时，由于胎侧屈挠变形特别大，两个相近的轮胎侧壁易接触，相互摩擦而磨损，然后磨坏胎体；若并装双胎中有一只轮胎气压过低时，行驶中轮胎负荷将由另一只轮胎承担而超载，加剧轮胎的损坏。

轮胎气压过低，还将使滚动阻力加大，降低行车速度，增加燃料的消耗。

试验表明，当汽车的各轮胎的气压均较标准降低49kPa，则会增加5%的油耗；而仅一侧两个轮胎较标准降低49kPa，则增加2.5%油耗；前轮一只轮胎较标准降低49kPa ，则增加1.5%的油耗。

当轮
胎气压低于标准的20~25%时，就会减少20%的轮胎行驶里程，相应增加10%的油耗。

轮胎气压高于标准行驶时，将使轮胎的帘线受到过度伸张，胎体帘线的应力增大，帘线疲劳过程加快，引起帘线拉断，造成轮胎早期爆破。

胎压过高时，轮胎与路面的接触面积减小，增加了单位面积上的负荷，将加速胎冠中部
的磨耗，这是胎压过高时轮胎磨损的特点。

并装双
胎中的一只胎压过高，特别是内侧轮胎气压过高，
受道路拱形路面的影响，更易造成超载而过早损坏。

胎压过高还使汽车平顺性降低，加速汽车部件的磨损和损坏；在不平路面上行驶时，胎压过高，汽车振动加剧，汽车垂直位移增加而消耗能量，使汽车的燃料消耗增加。

试验表明，轮胎气压过低或过高，轮胎的使用寿命都缩短，由图3-18可见，轮胎气压降低20%，轮胎的使用寿命会缩短15%。

3.严禁超载
当汽车超载或偏载时，容易引起轮胎超载。

超载时轮胎损坏的特点和胎压过低行驶时的损坏相似。

但是，超载时轮胎损坏更严重。

因为，在这种情况下，胎体帘线的应力加大，轮胎材料的疲劳强度下降，产生热量大（特别
是
图3-18 轮胎气压与使用寿命的关系
在轮胎胎肩部位），而且轮胎与路面接触面积上的压强增大，分布更不均匀。

轮胎超载不许用提高胎压方法补偿。

因为，这会引起胎体帘线的应力显著增大，造成轮胎的早期报废。

超载的轮胎碰上障碍物时，常发生对角线形成十字形、直线形及y 形胎冠爆破。

超载还能引起胎体脱层，胎面和胎侧脱空。

当悬架的弹簧变形时，超载可能使轮胎与车身相接触，造成轮胎损坏。

轮胎负荷对使用寿命的影响见图3-19。

4.合理控制车速
随着车速的增加，轮胎的变形频率、胎体的振
动以及轮胎的圆周和侧向扭曲变形（即形成静止
波）也随之增加。

当车速达到某一速度时，此能量
大部分转换成热量，使轮胎的工作温度和气压升高，加速老化。

此外，车速过高，胎体受力增加，还容易产生帘布层破裂和胎面剥落现象，严重时造成轮胎爆裂，这在高速公路行驶时是非常危险的。

据统计，我国高速公路交通事故30%以上（甚至80%）都是因爆胎引起的。

车速过高，轮胎所受动载荷增大，在不平路面上更为严重。

因此，控制车速是非常必
要的。

图3-19 轮胎负荷与使用寿命的关系
行车速度对轮胎的使用寿命的影响见图3-20。

5. 注意胎温
轮胎的工作气压应与胎温相适应。

汽车在
行驶时，其轮胎断面产生变形，而形成挠曲变
形，轮胎产生内部摩擦，引起轮胎发热，胎温
升高，胎内气体受热膨胀，致使胎压升高。

胎温升高，对轮胎的使用寿命有很大影响。

它会使橡胶老化，降低物理性能，产生龟裂，同时还会发生胎体帘布层脱层以致破坏。

当胎温超过95℃，就有爆破危险。

试验表明，轮胎内部的温度与轮胎的负荷和速度的乘积成正比，与外胎的厚度平方成反比。

在负荷和胎压正常的情况下，轮胎升温的主要原因是天气炎热，散热条件差。

大气温度每上升10℃，行驶时轮胎温升控制系数应下降10℃。

我国北方地区冬季时间长气温较低，每年从11月中旬至次年3月上旬，大气温度大都低于13℃，从而有利于充分发挥轮胎的最佳性能，可适当增加轮胎的气压29~49kPa 。

短途运输也可参考这个数值。

但在炎热的夏季，轮胎内的摩擦产生的热量不易散发出去，应适当降低轮胎的充气压力。

所以，夏季行车时，要特别注意爆胎问题。

在行驶中如果发现胎温过高，应将汽车停在阴凉地点，
待
图3-20行车速度对轮胎的使用寿命的影响
胎温降低后再继续行驶，不得采用泼冷水或放气降压。

不同车速下温度对轮胎的使用寿命影响是不同的，试验表明，以车速为55km/h行驶，当气温为22℃时，轮胎的使用寿命为100%；而当气温上升至36℃时，若车速为35km/h时，其使用寿命尚可达50%以上，车速达75km/h时，其使用寿命为38%，若车速超过100km/h 时，其使用寿命只有25%。

所以，胎温的变化，也可通过控制车速来实现。

6.保持车况良好
保持车况完好，尤其汽车底盘技术状况良好，是防止轮胎早期损坏的有效措施。

当底盘机件装配不当或出现故障时，轮胎不能平稳滚动，产生滑移、拖曳或摆振，使轮胎遭到损坏；漏油故障，使油类滴落到轮胎上浸蚀橡胶，也会造成轮胎早期损坏。

7.正确驾驶
汽车驾驶方法，涉及轮胎与路面相互作用的所有受力情况。

不正确或不经心地驾驶汽车，都能使轮胎使用寿命急剧缩短。

与驾驶员操作直接有关的缩短轮胎使用寿命的主要问题有：急加速、急剧制动、超速行驶和急剧转弯等，以及不经心驶过和碰撞障碍物等。

三、高速公路行车时轮胎的使用
在高速公路行驶最好使用无内胎轮胎。

因无内胎轮胎的内腔附有一层高密封性能的氯化丁基胶层。

当轮胎被刺穿，内压降低缓慢，司机有足够的应急处理时间，适合高速。

无内胎子午线轮胎发热低、重量轻、宜于高速，同有内胎轮胎相比，可节油1~2%，使用方便，拆装和修补较方便。

子午线轮胎上均标有轮胎的最高速度级别(见第七章)，没有速度标志的轮胎不宜上高速公路。

乘用车和轻型载货汽车轮胎规格表示符号相近，仅相差“C”， 例如配奥迪乘用车的子午线轮胎规格为185SR14，配金杯汽车面包车的子午线轮胎为185SR14C。

但是，两轮胎的负荷、性能却相差很大，因此不可混用。

使用低负荷的轮胎，在高速超负荷下是十分危险的。

不同花纹的轮胎适合不同的使用条件。

因此，不同用途的车辆、不同路况、车速应选用不同轮胎花纹。

用于高速公路行驶的载重和大客车宜于选用散热快、侧向稳定性好的条形花纹轮胎，例如双线RR8和RR400。

作为前转向轮宜选用RR3和RR900。

而驱动轮宜选用混合花纹和曲折花纹RMI。

相同尺寸规格的轮胎有各种不同的层级及其相应的负荷，不能通用，否则在高速行驶也是危险的。

各国为了保护交通运输的安全，都相应制定了一系列规定与标准，标有DOT 和ECE的轮胎都是得到美国运输部或欧洲经济委员会的认可。

回力牌和双钱牌子午线轮胎都有DOT、ECE及INMETRO等权威机构的认可标志。

美国运输部(DOT)规定，乘用车轮胎上必须有Tead-Wear(磨耗)、Traction(牵引)和Temperature(温度)标志。

这三个标志是由国际权威机构测试和提供的。

磨耗指标是衡量轮胎胎面耐磨性能和使用寿命，其级别是以具体数字表示。

牵引是衡量轮胎与地面的附着性能，分为A、B、C三个等级，以A级最高。

温度指标是衡量轮胎在行驶中的升温的高低，实际上是与轮胎的高速性能相关，也以A、B、C三个等级区分，且A级最佳。

例如，为上海桑塔纳-2000配套的回力牌轮胎为Tead-Wear440、Traction A和Temperature A就属于级别很高的优质轮胎。

轮胎的生热和热破坏是高速轮胎损坏的主要原因。

轮胎在使用时，在负荷外力的作用下反复压缩伸长变形和恢复原状，轮胎变形所做的功大多数转变为热。

气压越低，变形越大，生热越多，轮胎的升温越高。

轮胎的升温也和变形的速度有关，车速越快变形也越快，引起的轮胎升温越高。

轮胎橡胶抗撕裂强度与温度有密切关系。

当温度达100℃时，抗撕裂强度下降，当温度升高到120~125℃时，轮胎就迅速达到破坏的临界状态。

汽车高速公路行驶爆胎的原因主要是轮胎质量不佳、严重超载、超速以及选用轮胎不当。

超载是载货汽车管理的难题，严重超载容易造成爆胎。

车速愈高，单位时间内轮胎的曲挠变形次数越多，胎体热量急剧上升，同时承受的动负荷也随之增加，内压升高，使轮胎的物理性能变坏，胎体强度下降。

在超越障碍时，会因应力集中引起轮胎爆破。

高温季节连续长时间。