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第一章绪论教学目的与要求：本章通过对轮胎基本知识的讲授，要求学生掌握轮胎的结构分类，命名方法和规格表示，并对轮辋的结构和断面有所掌握。参考资料：《橡胶工业手册》第4分册轮胎工业的发展应追溯到16世纪初，在巴西发现天然橡胶后，古人用胶乳制成原始的胶球、胶鞋及各种橡胶制品。1833年有人利用高弹性的橡胶尝试减弱马车行驶时所承受的冲击。1839年美国科学家固特异发明了硫化技术，使得橡胶制品广泛应用。1888年英国医生约翰布义的邓禄普发明了充气轮胎。1889年美国人巴尔特列取得楔宁轮胎专利权。1890年又成功研制出由外胎和内胎组成的力车轮胎，为充气轮胎的发展打下良好基础。1895年发明汽车，扩大的充气轮胎的应用范围。1933年法国米其林公司首创出钢丝斜交胎后，于1948年相继生产出钢丝子午线轮胎，震动世界各国，促使子午线轮胎的迅速发展。1970年美国费斯通公司试制橡塑并用的浇注轮胎，未获成功。奥地利LIM公司经过20多年的研制，于80年代生产出首批农业浇注轮胎，轮胎浇注工艺的突破，将有可能导致轮胎生产技术上的根本变革。轮胎工业近年来发展迅速，轮胎产量、质量、品种、设备均有较大的提高与发展，但与国外先进水平相比，差距仍然很大。国外比较知名的轮胎企业有：法国的米其林，日本的普利斯通，美国的固特异，德国的大陆，韩国的锦湖，新加坡的佳通等。我国的橡胶工业起步晚，创始于1915年，比资本主义国家晚了近100年，我国的轮胎企业是在建国后才获得了新生。现在已打出品牌的有青岛黄海集团的黄海牌，威海三角集团的三角牌，华南轮胎厂的万力牌，贵州轮胎厂的前进牌，中国台湾的正新等。§1-1轮胎的组成及分类一、轮胎的组成1.轮胎一般由外胎（cover）、内胎(tube)、垫带(flap)三部分组成。外胎由胎面、胎体和胎圈三个大部件组成。胎面(Tread)包括胎冠胶(treadcap)和胎侧胶(sidewall)，胎体(Carcass)包括帘布层(cordply)和缓冲层(breaker)，胎圈(Bead)包括三角胶(fillerstrip)、包布(beadwrap)和钢丝圈(beadwire)。二、轮胎的分类1.按结构分：1.按结构分：斜交胎(biastyre)、带束斜交胎（biasbeltedtyre）、子午胎(radialtyre)胎冠角(crownangle)——轮胎胎体帘线与胎冠中心线的垂线的夹角。12.按用途分类：轿车轮胎、载重轮胎、农业轮胎、工程轮胎、航空轮胎、摩托轮胎、自行车胎三、轮胎工业的现状和发展§1-2规格命名一.传统命名法通常用“-”把两组数连接的方式来表示轮胎规格。名义断面宽-名义轮辋直径例如：9.00-20名义断面宽为9英寸，轮辋直径为20英寸。注：9.00-20是表示轮胎的规格，此规格又有12PR、14PR、16PR、18PR等品种.16PR是十六层级的意思，表示负荷大约2600kg二、国际标准表示法名义断面宽（mm），扁平率（%），结构特点，名义轮辋直径，负荷指数，速度级别例如：235/80R22.5137/140M名义断面宽为235mm，扁平率为80%，R表示子午胎，名义轮辋直径为22.5英寸，负荷指数为137/140（指双胎使用时负荷指数137，相应使用负荷为22.6KN;单胎使用时负荷指数为140，相应使用负荷为24.5KN），速度级别为M表1-1轮胎速度标志符号速度标志实际速度（km/h）速度标志实际速度（km/h）A40N140B50P150C60O160D65R170E70S180F80T190G90U200J100H210K110V2302L120Z240以上M130§1-3轮辋轮辋是车轮的一个组成部分，用以连接车轮和轮胎构成一体的重要部件，起传递汽车牵引力的作用。一、轮辋结构类型1整体式（非拆开一件式）2对开式（两件式）3多件式二、轮辋的分类通常分为：1平底轮辋2深槽轮辋3斜底轮辋4对开夹紧式轮辋三、轮辋断面形状3复习题：1.轮胎结构分类，结构特点。2.胎冠角3.轮辋的种类特点。4.轮胎的规格表示方法。第二章轮胎的性能力学教学目的与要求：本章通过对轮胎使用性能和其受力状态的分析，讲授轮胎受力状态下的影响因素，与设计参数之间的关系。要求同学了解和掌握轮胎设计尺寸与使用性能的关系，从而对轮胎结构设计参数的选取有进一步的了解。参考资料：《轮胎性能力学与结构力学》，《轮胎性能力学与热学》§2-1轮胎与车辆一、汽车对轮胎的性能要求15°深槽轮辋全斜底轮辋深槽轮辋平底宽轮辋深槽宽轮辋半深槽轮辋4（一）轮胎的基本功能1．承受汽车负荷。2．和汽车悬架共同缓冲来自路面的冲击、震动，保证汽车有良好的行驶平顺性和乘坐舒适性。3．为传动驱动力和制动力，提供足够的附着力；4．为改变或保持汽车的行驶方向提供足够的转向操纵与方向的稳定性；（二）轮胎的使用性能1.承载负荷的性能.2.操纵稳定性3.行驶的安全性4.附着与牵引性5.耐久性6.节能经济性7.高速性能8.乘坐舒适性9.低噪声性二、轮胎的安装状态（一）前束（Toe-in）当汽车的两前轮从上向下看时，两个轮胎的中心面不平行，通常是两轮前端的距离短，后边的距离长，两距离的差称为前束。一般在0—12mm。子午线轮胎一般无前束或很小。（二）车轮外倾角在汽车的正前面看汽车时，车轮的中心面不垂直于地面，一般是上部向外倾斜一定的角度，称为外倾角。其值大约在1度左右。5§2-2轮胎的法向力与法向变形主要研究轮胎在法向力作用下，引起的轮胎法向和径向变形与轮胎的气压、负荷的关系；及轮胎与路面接触时的接地面积与表面压力分布。一、轮胎静负荷性能（一）下沉量（法向变形）和压缩系数下沉量hc-----充气轮胎断面高H0与静负荷下轮胎的断面高HC之差。hc=H0-HC压缩系数f=hc/H0它表示轮胎的径向弹性特征。f过小说明轮胎的弹性作用发挥不良，影响乘坐的舒适性；f过大说明轮胎在大变形下使用，轮胎的使用寿命缩短。对各种类型的轮胎要选用合理的径向变形即压缩率。(二)接地系数是指轮胎接地印痕长轴与短轴之比。表示轮胎承受垂直负荷时发生的周向和横向变形的状态。对各种不同结构类型的轮胎其应在一定范围。9.00R20接地系数在1.7左右，165/70R13接地系数在1.43左右。HCQH06（三）硬度系数轮胎负荷对接地印痕面积和气压乘积之比。当：1.硬度系数=1时，说明轮胎气压刚好承受了全部负荷2.硬度系数1时，表明轮胎气压用来承受全部负荷还有余3.硬度系数1时，说明轮胎气压不够用来承受全部负荷，胎体骨架材料要多承受一定的负荷（四）轮胎负荷与气压的关系轮胎承受的负荷与其充入的气压有一定的关系，但非线性关系，只是在一定的范围内是线性关系。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=b=F=abπ=π=πhcchD•cnhR2Q=pF=πhcp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---轮胎气压进行修正！（二）高孟田（GKomandi匈牙利）经验公式其中：K---15×103B+0.42C1---轮胎设计参数，斜交胎=1.15，子午胎=1.5Q---轮胎负荷B---轮胎充气断面宽D---轮胎充气外直径chD•cnhR2DRn2DRn2KpDBQChc6.043.07.085.01=7p---轮胎充气压力三、轮胎接地面积和接地压力分布（一）接地面积的影响因素1．行驶面曲率半径: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。30035040045050055010152025负荷，kN气压，kPa2．充气压力：P增大，接地面积减小。3．下沉量：下沉量增大，接地面积增大，在一定范围内接近线性关系4.行驶速度（二）接地压力分布的影响因素1．胎面曲率半径：胎冠弧度半径减小，接地压力分布行驶面中部大于肩部；弧度半径增大，接地压力中部逐渐减少，肩部逐渐增大。86.00-16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/h2．轮胎结构：3．带束层结构（三）接地压力分布对使用性能的影响1．胎面耐磨性能2．轮胎制动性能3．轮胎通过性能9§2-3轮胎的侧向力及侧向变形和纵向力及周向变形一、侧偏现象轮胎接地面的长轴与车轮的中分面在地面上的投影不重合，并且车轮前进的方向与车轮滚动的方向不一致，两者之间形成夹角即侧偏角。二、轮胎侧向力、侧向变形的影响因素1．轮胎类型子午线轮胎的侧向力大于斜胶胎的侧向力。主要是带束层结构决定。2．轮胎结构参数与花纹H/B小的宽轮辋轮胎的侧向力较大；胎冠角越大，帘布层数越多，胎侧的刚性越大；横向花纹的侧向力小于纵向花纹的侧向力。3．垂直负荷对给定的侧偏角，侧向力随着垂直负荷的增加而增大。4．充气压力轮胎侧向力随气压的增加而增加，但气压过高时侧向力不再增加。5．路面干湿与速度三、轮胎的滚动阻力（一）滚动阻力的产生10（二）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．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。（三）滚动阻力矩与滚动阻力系数1．滚动阻力矩My2．滚动阻力系数f3．滚动损失Af(四)滚动阻力的影响因素1．轮胎结构在各种速度下，子午线轮胎的滚动阻力都小于斜交胎的滚动阻力。在高速下，低断面斜胶胎的滚动阻力比普通断面的滚动阻力小。2．轮胎结构设计参数b下降，h下降，花纹深度变浅，肩部厚度减薄，纵向花纹都可降低滚动阻力。胎冠角度越大，周向刚性越大，滚动损失越小。3．材料性能4．气压与负荷5．行驶速度四、轮胎的牵引力和附着性能（一）牵引力（二）附着力与附着系数111．附着力Fφ路面对轮胎的切向反作用力的极限。在硬路面上，与垂直负荷成正比。Fφ=Fzφ2．附着系数φφ=ΖFFϕ附着系数一般要求在0.4-0.6之间，其由道路、轮胎结构、胎面花纹、气压负荷、行驶速度等决定。、路面条件：轮胎结构：行驶面曲率半径，接地压力分布均匀；增加花纹块的分散度，提高胎体弹性；胶料有较大的滞后损失。气压负荷的影响：行驶速度：§2-4轮胎的高速性能一、高速时轮胎断面形状的变化1.高速时轮胎半径的变化BpRdmkR2ω=Δ式中：dm----行驶面每1cm2中的质量B----轮胎充气断面宽；R----轮胎外直径；p----充气内压；k----系数，随轮辋宽度的增加、胎冠帘线角度的增大、帘线刚度的增大而减小，一般0.1—0.212一般在0.5以内。较大时RΔ增长缓慢。pRdm2ω2．钢丝圈、帘线应力变化3．行驶速度与生热的关系随轮胎速度的增加，轮胎各部位的温度是按线性规律增长的，这一关系一直保持到临界速度。其关系可近似表示为：T=a1v+a2式中：T----轮胎温度v----轮胎行驶速度a1,a2----系数二、轮胎的驻波和临界速度驻波-----当轮胎在高速下行驶，到达某一特定速度时，在轮胎离地处呈现出观察完全静止的波形。轮胎产生驻波时的速度称为临界速度。1．临界速度时轮胎的特性（1）滚动损失剧增（2）接地压力分布不均匀（3）径向变形量增大三、轮胎临界速度的近似计算1．斜胶胎临界速度的计算模型----假设轮胎是被拉伸的弹性环。式中：)2(2)(20222actgdmrrrpvkkmkc+−=β)1(42242kknktgtgpGhtgaββρβ−++=kctgpAcβρ43=2222mmkrrr−=ρ)(34sin323142hhGiyEkK++=∑βA)1(−+=Andhhn13G----胶料的弹性剪切模量；hn----胎体折合厚度；A----与帘线粗度d和帘线节距t有关的系数EK----帘线动态弹性模量；i----帘线密度；y----各层帘线至中面的距离；h1----轮胎外表面至中面的距离