轮胎性能力学基础及设计理论
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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系， 与规格制造工艺关系不大。
§2-2 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 曲磨耗三种。 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
高分子科学与工程学院Biblioteka Baidu
L
1000
h 1
-
h 0
h
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；
压缩率： f hc H0 -Hc
表示轮胎的径向弹性特征。
H0
H0
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、轮胎的接地系数 指轮胎在相应负荷下，接地印痕的长轴与短轴之比。
a b
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，
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。
a Dhc b 2Rnhc
Sabhc 2RnD
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.
§2-1 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、轮胎静负荷性能
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。
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 度，并非平均速度。 轮胎使用速度与负荷对应关系
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。
（二）高孟田（G Komandi匈牙利）经验公式
hc
C1
Q0.85 B0.7D0.43P0.6
K
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 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，
轮胎内部摩阻损失随外胎的结构、构造和材料的性质、 制造技术而变的。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。在良好路面上， 轮胎滚动阻力系数f计算公式为:
f N Q V
高分子科学与工程学院
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
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，
轿车胎165/70R13 的在 1.43左右.
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）乘积之比。 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 说明轮胎的气压刚好承受全部负荷，为理想状态 Q/SP>1 说明气压不够用来承受全部负荷（胎体骨架承受过多负荷） Q/SP<1 说明气压用来承受全部负荷还有余
△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。
高分子科学与工程学院
一、轮胎滚动阻力产生的方式 1. 轮胎在路面上的滑移 2. 轮胎内部材料的摩擦
试验证明，轮胎接地面积与下沉量的关系近似于线性关系， 与规格制造工艺关系不大。
§2-2 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 曲磨耗三种。 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
高分子科学与工程学院Biblioteka Baidu
L
1000
h 1
-
h 0
h
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；
压缩率： f hc H0 -Hc
表示轮胎的径向弹性特征。
H0
H0
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、轮胎的接地系数 指轮胎在相应负荷下，接地印痕的长轴与短轴之比。
a b
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，
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。
a Dhc b 2Rnhc
Sabhc 2RnD
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.
§2-1 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、轮胎静负荷性能
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。
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 度，并非平均速度。 轮胎使用速度与负荷对应关系
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。
（二）高孟田（G Komandi匈牙利）经验公式
hc
C1
Q0.85 B0.7D0.43P0.6
K
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 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，
轮胎内部摩阻损失随外胎的结构、构造和材料的性质、 制造技术而变的。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。在良好路面上， 轮胎滚动阻力系数f计算公式为:
f N Q V
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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
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，
轿车胎165/70R13 的在 1.43左右.
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）乘积之比。 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 说明轮胎的气压刚好承受全部负荷，为理想状态 Q/SP>1 说明气压不够用来承受全部负荷（胎体骨架承受过多负荷） Q/SP<1 说明气压用来承受全部负荷还有余
△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。
高分子科学与工程学院
一、轮胎滚动阻力产生的方式 1. 轮胎在路面上的滑移 2. 轮胎内部材料的摩擦