不同車(chē)輪剛性對(duì)車(chē)輛輪胎材料的影響

王立鶴　王星

摘要 車(chē)輛是由眾多零部件組成的復(fù)雜機(jī)械體系，每個(gè)零件就像人體的各個(gè)器官一樣各司其職，各個(gè)零件狀態(tài)最佳才能使車(chē)輛安全正常地行駛，進(jìn)而追求更高的駕乘體驗(yàn)。車(chē)輪剛性的好壞由其構(gòu)成材料和制作方式?jīng)Q定，自然地，不同的胎面材料會(huì)對(duì)輪胎性能有很大影響，本文便結(jié)合車(chē)輪剛性的不同材料重點(diǎn)談?wù)勂鋵?duì)車(chē)輛的影響。

關(guān)鍵詞：輪胎剛性

車(chē)輪剛性的評(píng)估指標(biāo)有眾多方面，其中輪胎剛性就是影響輪胎好壞其中最重要的因素之一，輪胎剛性直接影響輪胎的耐磨性、附著牽引性、制動(dòng)牽引性、操縱穩(wěn)定性、行駛安全性、舒適性以及滾動(dòng)阻力和噪聲等等重要性能。車(chē)輪剛性是除胎體結(jié)構(gòu)、制胎方式之外直接影響車(chē)輛的最重要因素，因?yàn)檎擒?chē)輪剛性這一特殊而又普通的部位使得輪胎與路面直接產(chǎn)生接觸、摩擦等一系列動(dòng)作和效果，它就像人跑步時(shí)穿的鞋一樣，因而車(chē)輪剛性對(duì)車(chē)輛的影響也是顯而易見(jiàn)的。那么接下來(lái)就先簡(jiǎn)要地了解一下相關(guān)車(chē)輪剛性的一些基本理論和知識(shí)。

1.車(chē)輪剛性的重要性

在車(chē)輛諸多組成部分，輪胎是有著非常重要的作用。其主要作用是支撐整個(gè)車(chē)輛的重量，并向地面?zhèn)魉椭苿?dòng)力量、汽車(chē)驅(qū)動(dòng)及車(chē)輛轉(zhuǎn)向性所受到的沖擊力，而在這個(gè)過(guò)程中車(chē)輪剛性則是整個(gè)輪胎或者車(chē)輛安全方面性能的重要指標(biāo)和評(píng)價(jià)。良好的車(chē)輛剛性在一定程度上保證車(chē)輛的牽引力、制動(dòng)力、方向操作力、汽車(chē)公路行駛力、行駛?cè)耸孢m力及降低汽車(chē)內(nèi)部噪音等。就目前而言，車(chē)輪剛性主要分為垂直剛性、縱向剛性和橫向剛性。垂直剛性是指輪胎在靜止條件下，對(duì)其施加垂直向下徑向負(fù)荷，測(cè)試輪胎所受到的徑向負(fù)荷與輪胎的下沉量之間的比值。縱向剛性是指使承受一定垂直負(fù)荷作用的輪胎在水平非光滑的模擬路面上，只作縱向移動(dòng)不作滾動(dòng)時(shí)，輪胎所受的縱向力與由此產(chǎn)生的縱向位移量的比值；橫向剛性是指承受一定垂直負(fù)荷作用的輪胎在水平非光滑模擬路面上，只作側(cè)向移動(dòng)不作滾動(dòng)時(shí)，輪胎所受的側(cè)向力與由此產(chǎn)生的側(cè)向位移量的比值。輪胎的垂直剛性主要與輪胎的耐磨性和節(jié)油性相關(guān)，縱向剛性則主要與輪胎的防滑性、穩(wěn)定性和安全性相關(guān)。胎面膠是指輪胎最外層的那一層膠料，一般其表面會(huì)印有花紋，且膠料中會(huì)常加入大量炭黑，呈現(xiàn)墨黑色。由于與地面直接接觸，胎面材料要求具有高度的耐磨性、較高的拉伸性以及行駛時(shí)較低的生熱性等等重要的特質(zhì)。所以不同胎面材料的選擇與搭配對(duì)于輪胎剛性的高低十分重要，也正是由于其重要性，輪胎產(chǎn)業(yè)也一直有相關(guān)方面的研究，下文便首先以普通橡膠胎面材料和聚氨酯胎面材料的對(duì)比來(lái)舉例做詳細(xì)分析。

為了研究不同車(chē)輪剛性對(duì)車(chē)輛輪胎剛性的影響，可采取控制變量的實(shí)驗(yàn)法，即將輪胎型號(hào)、規(guī)格、結(jié)構(gòu)、花紋、充氣條件等額外變量都控制為相同的，唯一不同的就是一個(gè)輪胎胎面材料是普通橡膠材料，另一個(gè)則是聚氨酯材料。對(duì)兩個(gè)輪胎分別進(jìn)行了垂直剛性測(cè)驗(yàn)、縱向剛性測(cè)驗(yàn)和橫向剛性測(cè)驗(yàn)后，測(cè)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，聚氨酯胎面材料的輪胎的垂直剛性、縱向剛性和橫向剛性都比橡膠胎面材料地輪胎要高。為了探明原因，研究者又做了一系列測(cè)試，結(jié)果表明，聚氨酯材料具有更高的拉伸強(qiáng)度和更好的耐磨性能，也就是說(shuō)，聚氨酯胎面材料除了在綠色環(huán)保上的優(yōu)勢(shì)外，還有提高輪胎剛性的好處，能在節(jié)油、舒適、安全、耐磨等要求上更好地適應(yīng)輪胎胎面膠材料的要求，這啟示我們輪胎不同胎面膠材料的確會(huì)對(duì)輪胎剛性產(chǎn)生很大影響，但問(wèn)題是不是就是如此簡(jiǎn)單呢？顯然不是，不同車(chē)輛對(duì)車(chē)輪的要求不一樣，對(duì)其剛性要求的側(cè)重點(diǎn)也就不同，所以對(duì)不同胎面膠材料對(duì)輪胎剛性的影響的研究遠(yuǎn)不止于此。

2.車(chē)輪剛性對(duì)車(chē)輛行駛的影響

首先，良好的車(chē)輪剛性使得車(chē)輛輪胎的性能能夠得到良好的改善與發(fā)展，目前我國(guó)車(chē)輛輪胎的發(fā)展處在發(fā)展的過(guò)程中，技術(shù)處于中等位置，為了更好地使得車(chē)輛輪胎滾動(dòng)損失減少，增加濕地抓著性。我們就得對(duì)車(chē)輪剛性進(jìn)行材質(zhì)及技術(shù)方面的改造，以便增加車(chē)輛輪胎的特殊功能，保證行車(chē)安全、減輕車(chē)重、降低油耗，增加車(chē)輛的承載能力和車(chē)輛輪胎自身環(huán)保耐磨性能，然后在此基礎(chǔ)上進(jìn)行車(chē)輛輪胎的改進(jìn)，采用滾動(dòng)阻力小的綠色環(huán)保的胎面膠材料。

其次，車(chē)輛剛性的改進(jìn)提高車(chē)輛對(duì)于行駛道路選擇性。目前，我國(guó)汽車(chē)以中小型車(chē)輛較多，而且由于物質(zhì)實(shí)施方面的限制關(guān)于小規(guī)模的車(chē)輛輪轂研究的較多，所以針對(duì)此種情況，為了改進(jìn)汽車(chē)相關(guān)技術(shù)及提供車(chē)輛行駛的安全性，對(duì)車(chē)輛剛性的研究和改進(jìn)是非常重要的，此方面的轉(zhuǎn)變，不僅能夠提高車(chē)輛剛性自身的抗壓能力，適合更多種類(lèi)的輪胎模式，讓車(chē)輛在不同的路面行駛的時(shí)候，減少車(chē)輛輪胎與地面的摩擦力，增加車(chē)輪的承載力，如瀝青路、水泥路、冰面等。車(chē)輛剛性的改進(jìn)不僅能使得車(chē)輛在不同路面能夠進(jìn)行安全行駛，而且有效地減少曲折路面對(duì)車(chē)輛的損害程度。

再次，良好的車(chē)輪剛性使得綠色輪胎的作用在使用過(guò)程中更加突出，傳統(tǒng)輪胎由于添加了有致癌作用的橡膠配合劑，它們隨著胎面磨損散發(fā)在空氣中，嚴(yán)重污染了環(huán)境，同時(shí)世界上每年有數(shù)億條輪胎被廢棄，它們不但占據(jù)大量空間，而且難以分解，對(duì)環(huán)境造成了極大威脅，被人們稱(chēng)為“黑色污染”。因此隨著人們環(huán)保意識(shí)的不斷提高，在繼續(xù)努力降低滾動(dòng)阻力的同時(shí)，已開(kāi)始重視使用不污染環(huán)境的材料制造輪胎，而且努力延長(zhǎng)輪胎的行駛里程，以減少?gòu)U舊輪胎的數(shù)量。綠色輪胎的廣泛應(yīng)用后，對(duì)節(jié)油和減少污染將產(chǎn)生巨大作用。

綜上所述，不同車(chē)輪剛性會(huì)對(duì)輪胎垂直剛性、縱向剛性和橫向剛性產(chǎn)生很大影響，也因此影響到輪胎的諸多性能，在目前的車(chē)輪剛性改進(jìn)研究中也是重點(diǎn)領(lǐng)域，對(duì)車(chē)輪剛性的不同材質(zhì)以及配方也會(huì)有更多的研究和發(fā)現(xiàn)，希望本文能有所裨益。

參考文獻(xiàn)：

[1]葉可舒，鐘瑩.國(guó)外輪胎新產(chǎn)品信息調(diào)研[J].輪胎工業(yè)，1988.

[2]宋洪健.車(chē)輪在松軟地面上滾動(dòng)過(guò)程的仿真軟件研制[D].吉林大學(xué)，2011（04）.

[3]張治國(guó)，鄭明軍，謝基龍.彈性車(chē)輪瞬間動(dòng)力響應(yīng)的有限元仿真方法研究[J].北方交通大學(xué)學(xué)報(bào)，2003（01）.

[4]屈翔，游四海，賈秋紅.多學(xué)科優(yōu)化設(shè)計(jì)及其在汽車(chē)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].重慶工學(xué)院學(xué)報(bào)，2006（11）.