轮胎是车辆中唯一与路面直接接触的部件,它与盘式车轮一起使用。轮胎与路面直接接触,将车辆的驱动力和制动力传至路面,从而控制起步、加速、减速、停车和转向。车辆本身支撑在充有压力空气的轮胎上,所以车辆在不平路面行驶所产生的振动,通过轮胎可以有效地减弱。 1.轮胎结构： 如图2-1所示,车轮总成一般由轮毂、轮盘和轮辋三部分组成。轮毂通过圆锥滚柱轴承套装在车桥或转向节轴颈上。轮辋用于安装轮胎。轮盘和轮辋为一个整体,通过螺栓连接将轮盘安装在轮毂上,一起随轮毂转动。轿车轮毂外侧装有车轮装饰罩,如图2-2所示。
轮胎由胎体、胎面、胎壁等部分组成,如图2-3所示。
(1)胎体(外胎)胎体是轮胎的框架,它必须具有足够的刚性,以阻止高压空气外泄又必须具有足够的弹性,以吸收载荷的变化和冲击。它由许多层与橡胶粘接在一起的轮胎帘线(多股平行的高强度材料层)构成。大客车和货车轮胎中的帘线,一般用尼龙或钢丝制成,而轿车轮胎的帘线使用聚酯或尼龙。根据其帘线方向,轮胎一般可分为子午线轮胎和斜轮胎两种(图2-4)。
(2)胎面胎面是外部橡胶层,保护胎体免受路面造成的磨损和外部损坏。胎面与路面直接接触,并产生摩擦阻力,使车辆驱动力和制动力得以传至路面。胎面花纹由压入胎面的模压沟槽构成,其设计目的在于帮助轮胎将驱动力和制动力更有效地传至路面。
(3)胎壁胎壁由数层橡胶构成,覆盖轮胎两侧,并保护胎体免受外部损坏,是面积最大、弹性最强的轮胎部件。胎壁在行驶过程中,不断地在载荷作用下弯曲变形。胎壁上标有厂家名称、轮胎尺寸和其他资料。
(4)缓冲层缓冲层是夹在胎面之间的纤维层,它可增强胎体与胎面的附着能力,同时也有助于减弱路面传至胎体的振动。缓冲层广泛用于斜交轮胎中。大客车、货车及轻型货车所用的轮胎都采用尼龙缓冲层;轿车所用的轮胎则采用聚酯缓冲层。
(5)束带(刚性缓冲层)束带是一种用于子午线轮胎中的缓冲层。刚性缓冲层就像条箍圈夹在胎体与胎面橡胶之间,沿轮胎圆周放置,使胎体牢固定位。轿车的轮胎圆周放置,使胎体牢固定位。轿车的轮胎采用钢制或再生纤维聚酯帘线束带,而大客车、货车的轮胎则采用钢帘线束带。
(6)胎缘为防止各种施加在轮胎上的作用力扯开轮辋,轮胎胎上设有固定边缘,即各层侧边都缠绕有坚固钢丝,称为胎缘钢丝网。轮胎内的加压空气迫使胎缘胀紧在轮辋边沿,使其牢固定位。一种称为缘口保护层的硬橡胶条保护住胎缘,使其免受轮辋擦伤所造成的损坏。
2.轮胎的花纹：
轮胎设计有四大要素,即轮胎花纹(表面形状)、轮胎轮廓(整体形状)、轮胎结构和轮胎使用材料。
(1)轮胎花纹的设计功用总体来讲,轮胎花纹的设计功用有以下几个方面。
①增大轮胎与地面之间的摩擦力。
②降低轮胎噪声,增强舒适性。
③为轮胎散热、排水。
④提升车辆的操控性。
⑤美观,提升视觉效果。
轮胎花纹的主要作用就是增加胎面与路面之间的摩擦力,以防止车轮打滑,这与鞋底花纹的作用如出一辙。轮胎花纹提高了胎面接地弹性,在胎面和路面间切向力(如驱动力、制动力和横向力)的作用下,花纹块能产生较大的切向弹性变形。切向力增加,切向变形随之增大,接触面的摩擦作用也就随之增强,进而抑制了胎面与路面间的打滑或打滑趋势。这在很大程度上消除了无花纹(光面胎面)轮胎易打滑的弊病,使得与轮胎和路面间摩擦性有关的汽车性能—动力性、制动性、操纵稳定性的正常发挥有了可靠的保障。有研究表明,产面和路面间摩擦力的因素还包括这两面间的黏着作用、分子引力作用,以及路面微小凸胎面的切削作用等,但是,起主要作用的仍是花纹块的弹性变形。
（2）影响花纹作用的因素影响花纹作用的因素较多,但起主要作用并与汽车使用有关的因素是花纹形式和花纹深度。
①花纹形式的影响。轮胎花纹形式多种多样,下面对纵向花纹和横向花纹(图2-5)进行分析,其他类型的花纹就容易理解了。
a.纵向花纹的影响。纵向花纹的共同特点是胎面纵向连续,横向断开,因而胎面纵向刚度大,而横向刚度小,轮胎抗滑能力呈现出横强而纵弱。这种花纹轮胎的滚动阻力较小,散热性能好。
b.横向花纹的影响。横向花纹的共同特是胎面横向连续,纵向断开,因而胎面横向刚度大,而纵向刚度小。因此,这种花纹轮胎抗滑能力呈现出纵强而横弱,汽车以较高速度转向时,容易侧滑;轮胎滚动阻力也比较大,胎面磨损比较严重。
②花纹深度的影响。花纹越深,则花纹块接地弹性变形量越大,由轮胎弹性迟滞损失形成的滚动阻力也将随之增加。较深的花纹不利于轮胎散热,使胎温上升加快,花纹根部因受力严重而易撕裂、脱落等。花纹过浅不仅影响其储水、排水能力,容易产生有害的滑水现象,而且使光面轮胎易打滑的弊端凸显出来,从而使前面提及的汽车性能变差。因此,花纹过深或过浅都不好。
3.轮胎的花纹类型：
(1)纵向花纹轮胎纵向花纹轮胎也称为条形花纹轮胎,由于其滚动阻力低、车头指向性好及噪声低,所以可以提供极好的运动操控性和驾驶舒适性。但由于只有纵向花纹,其提供的抓地力并不充足,所以其提供的制动力及驱动力都不够,因此,除去在F赛车(图2-6)中使用外,日常中并不常见。
(2)横向花纹轮胎横向花纹轮胎又称为羊角花纹轮胎,能够提供极好的抓地力,所以在提供制动力和牵引力方面有着得天独厚的优势。这种花纹轮胎在专业领域用途比较广,如些农业机械(收割机、拖拉机等)以及一些工程机械和大型牵引车等都可能使用到横向花纹轮胎。但是,这种花纹的轮胎噪声大、易磨损、耗油高、高速性能差等,所以在民用领域中几乎没有市场。
(3)混合花纹轮胎设计一条普通的民用轮胎需要进行全方位的考虑,既要满足晴天干地行驶要求,也要满足雨天湿地行驶要求,可以说需要把一年四季的气候特点都考虑进去这样普通用户才可以不用根据天气经常去换轮胎。
轮胎上的纵向花纹主要起到快速排水的作用,但会导致轮胎的抓地力不足;而轮胎上的横向花纹拥有较高的抓地力,但排水能力及导向性不好。因此,设计轮胎的工程师们将两种花纹混搭在一起并达成一种“默契”,让中间能提供快速排水的纵向花纹与胎肩上提供抓地力的横向花纹完美结合,这样混合花纹轮胎就诞生了。目前,这种混合花纹轮胎(图2-7)被广泛运用于轿车、客车、货车等绝大多数车辆上,是一种最省心的选择。
普通的混合花纹轮胎使用限制较少,前、后、左、右均可调换,是一种综合平衡性非常好的轮胎,适合普通消费者日常城市出行使用。
(4)不对称花纹轮胎不对称花纹轮胎(图2-8)即左、右两边拥有不同的花纹结构,由于不对称花纹轮胎的左、右花纹结构不同,所以通常设计时会更注重设计增大转弯时轮胎外侧抓地力的花纹,这也是为什么不对称花纹轮胎在某些情况下过弯时性能会相对较好的原因。考虑到日常使用的情况,不对称花纹轮胎外侧花纹的耐磨性也会得到相应提高。
不仅如此,由于两边的花纹采用不同的结构形式以及橡胶配方,所以轮胎的整体性能可以更强、更全面,如一边花纹可以侧重排水能力,一边花纹可以侧重抓地能力等。目前不对称花纹轮胎已得到广泛运用,并且取得了市场的肯定,是多数车主购买轮胎时的首选。需要注意的是,由于该种轮胎内外花纹不同,在安装时必须确定轮胎的内外花纹是否正确。采用这种花纹的轮胎,在进行轮胎对调时没有特殊要求,前后左右都可以,只要主要轮胎的内外花纹正确即可。
（5）单导向花纹轮胎单导向花纹轮胎(图2-9)所有花纹均为一个方向,且具有胎块花纹较大、横切花纹较少等特点。这些特点决定了单导向花纹轮胎具有滚动阻力小、车头指向性好、抓地能力与排水性能强等性能优势,其速度级别可以做得很高,一般用于高速轿车。但同样安装轮胎时要注意,按轮胎上标志的滚动方向进行安装。如轮胎上无滚动方向标记,则以花纹的尖端先接触地面的方向安装。
(6)块状花纹轮胎块状花纹轮胎(图2-10)的花纹沟之间都相互连接,呈独立的花纹块结构。这种轮胎的优点是驱动力和制动力强,缺点是耐磨性差、使用寿命短、行驶摩擦阻力大、易产生异常磨损,因此更适合用在雪地及泥泞道路上。
目前,这种轮胎一般用于轿车的全天候和雪地轮胎,商用车的后部轮胎,以及越野车轮胎等。
