摘要
本文論述了汽車子午線輪胎的結(jié)構(gòu)特征、力學(xué)性能、技術(shù)要求及使用性能，并對(duì)IVECO汽車 子午胎的性能要求作了詳細(xì)描述。
敘詞：子午線輪胎結(jié)構(gòu)性能
1 前言
輪胎是汽車的安全件，作為汽車與路面的介質(zhì)，它的性能對(duì)汽車的動(dòng)力性、燃油經(jīng)濟(jì)性、制 動(dòng) 性、、操縱穩(wěn)定性、平順性和越野性等都有著直接的影響。輪胎的正確選用可保證汽車有最 佳的使用性能。當(dāng)前世界輪胎發(fā)展的總趨勢(shì)歸結(jié)為“三化一體”，即輪胎的子午化、扁平化 及無(wú)內(nèi)胎化，并往往在同一條輪胎上體現(xiàn)。本文就子午線輪胎的結(jié)構(gòu)、性能測(cè)試及在IVECO 汽車上的應(yīng)用(下稱子午胎)進(jìn)行論述。
2 子午胎的結(jié)構(gòu)特征
斜交胎的結(jié)構(gòu)特征是：相鄰簾布層的簾線交錯(cuò)排列，簾布層的層數(shù)都是偶數(shù)，且具有 一定的胎冠角，其緩沖層主要起保護(hù)胎體的作用。 子午胎的結(jié)構(gòu)與斜交胎的根本區(qū)別在于子午胎其胎體簾線不是相交排列，而是各層間互相平 行地由一胎圈到另一胎圈排列，就象地球上的子午線，子午線輪胎因此而得名。因此，子午 胎胎體比較柔軟。這樣排列簾線的強(qiáng)力就能得到充分利用。子午胎胎冠的帶束層是由幾乎不 伸長(zhǎng)的，沿周向大角度鋼絲簾線所組成，具有足夠的剛性，它象坦克履帶一樣在路面上延展 ，因此子午胎胎面與路面接觸時(shí)，很少產(chǎn)生周向或橫向的滑動(dòng)，從而提高了輪胎的各項(xiàng)性能 。
3 子午胎的力學(xué)性能
車輛在道路上行駛時(shí)，輪胎的受力和變形是相當(dāng)復(fù)雜的，除了受內(nèi)壓所引起的應(yīng)變外，大致 可以歸結(jié)為受到三個(gè)力(即牽引力、徑向力、側(cè)向力)和三個(gè)力矩(即滾動(dòng)阻力矩、翻轉(zhuǎn)力矩 、回正力矩)。由輪胎結(jié)構(gòu)特征所決定，子午胎和斜交胎在胎體力學(xué)性能上有很大差別。斜 交胎是依靠胎體獲得最佳性能，而緩沖層不起主要作用。相反，子午胎更重要的是帶束層起 作用。斜交胎是由胎體簾布層承受80%～90%內(nèi)壓應(yīng)力，應(yīng)力從胎冠至胎圈逐漸減小。子午胎 主 要不是胎體簾布層承受內(nèi)壓應(yīng)力，而是冠部的帶束層。它承受65%～75%的內(nèi)壓應(yīng)力，胎體簾 布 層所承受的較小內(nèi)壓應(yīng)力，在輪胎斷面范圍內(nèi)恒定不變。所以，子午胎胎圈受力要比斜交胎 高30%左右。由于子午胎胎冠、胎圈的受力均大于斜交胎，因此在子午胎設(shè)計(jì)和制造上，必 須增強(qiáng)胎冠和胎圈，以大大提高它們的剛性，使輪胎在力學(xué)性能上獲得最佳平衡。這也是子 午胎的設(shè)計(jì)特點(diǎn)。子午胎的胎側(cè)是承受曲撓變形的主要部位，呈柔性。胎冠和胎圈呈剛性。胎肩是剛性胎冠和 柔性胎側(cè)交接過(guò)渡區(qū)域，且是帶束層所在位置。因此，可以說(shuō)子午胎是剛?cè)岵⒋娴膹椥泽w。
子午胎在內(nèi)壓和負(fù)荷作用下的變形，有以下幾方面特點(diǎn)：
1) 徑向變形大 輪胎徑向變形是指輪胎在負(fù)荷下的下沉、壓縮。由于子午胎的胎體簾線呈徑向排列，它的下 沉、壓縮要比斜交胎大。在標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)壓和負(fù)荷下，斜交胎的壓縮變形為10%～16%，而子午胎的 壓縮變形為17%～20%。
2) 側(cè)向變形大 子午胎另一個(gè)特征是側(cè)向剛性小。由于子午胎胎側(cè)薄而柔軟，故在外力的作用下輪胎的側(cè)向 變形也大。
3) 周向變形小 這是由于子午胎沿周向有幾乎不能伸張的鋼絲帶束層緊緊地箍著胎體?？梢悦黠@地從子午胎 和斜交胎的滾動(dòng)周長(zhǎng)的變化上看出這點(diǎn)。倘若兩種輪胎具有相同的負(fù)荷下靜半徑，又旋轉(zhuǎn)相 同的轉(zhuǎn)數(shù)，那么斜交胎每行駛100km，子午胎則可行駛104km，即提高了4%。斜交胎之所以滾 動(dòng)距離小，是因?yàn)檩喬コ藵L動(dòng)外，還有局部不易覺(jué)察的滑移。
4) 高速旋轉(zhuǎn)下的輪胎變形小 旋轉(zhuǎn)物體的離心力與它的轉(zhuǎn)動(dòng)速度平方成正比，因此，高速旋轉(zhuǎn)下，輪胎離心力將急劇地增 加。對(duì)于子午胎，由于鋼絲帶束層最大限度地限制了它的周向伸張，故輪胎斷面徑向變形小 ，而斜交胎則不然，輪胎旋轉(zhuǎn)速度愈快，徑向變形也愈大。處于這種狀態(tài)下的輪胎，斷面變 窄，斷面高變大，溫度急驟升高，輪胎極易破損。
4 子午胎的使用特性
子午胎的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和力學(xué)特性，使其具有下列幾方面的性能：
1)胎面耐磨，行駛里程高 輪胎滾動(dòng)時(shí)，一部分圓弧被壓縮成弦，輪胎著地面的印痕內(nèi)不僅有變形，而且還有滑移。這 種滑移大大加速了胎面的磨損。如上所述，子午胎冠部剛性大，周向變形小，而且?guī)缀鯖](méi)有 滑移。此外，子午胎胎面寬，著地面積大，單位壓力小，且印痕內(nèi)壓力均勻，從而減少了胎 面的磨損，所以子午胎的行駛里程較斜交胎高。
2) 滾動(dòng)阻力小，節(jié)省燃料 子午胎胎側(cè)薄，變形后很容易恢復(fù)，參與變形的橡膠少，因此它的能量損耗也少；另如上所 述，印痕內(nèi)的切向變形滑移也小得多，所轉(zhuǎn)換成熱能的無(wú)用功也少，所以子午胎的滾動(dòng)阻力 小于斜交胎。
3) 胎體生熱低，適應(yīng)高速行駛，安全可靠 輪胎的生熱和熱破壞是高速輪胎損壞的主要原因之一。由于子午胎摩擦變形小，行駛生熱低 ，胎體的簾布層少，散熱也快。因此行駛溫度比斜交胎低。
4) 緩沖性能好，乘座舒適 由于子午胎簾線呈徑向排列，法向變形大于斜交胎，胎體柔軟，彈性好，有很好的緩沖性能 ，故提高了車輛行駛平順性。
5 子午胎的技術(shù)要求和檢測(cè)
隨著高速公路的發(fā)展和汽車速度的提高，對(duì)輪胎的要求，愈來(lái)愈苛刻。因此，為了嚴(yán)格控制 輪胎產(chǎn)品質(zhì)量，保證使用性能和行車安全，必須對(duì)子午胎進(jìn)行強(qiáng)度、耐久性、高速性、平衡 性、跳動(dòng)量、無(wú)內(nèi)胎輪胎脫圈阻力(對(duì)無(wú)內(nèi)胎子午胎)、靜負(fù)荷及外緣尺寸測(cè)量、滾動(dòng)阻力系 數(shù)等項(xiàng)目的檢測(cè)。前四項(xiàng)是安全性要求，這是每個(gè)輪胎必須保證的最基本的要求，均勻性、 平衡性、跳動(dòng)量、滾阻系數(shù)等是進(jìn)一步考核輪胎設(shè)計(jì)和制造工藝水平的指標(biāo)。每只子午胎出 廠時(shí)，必須進(jìn)行X射線探傷，及時(shí)發(fā)現(xiàn)輪胎的內(nèi)部質(zhì)量問(wèn)題。
1) 強(qiáng)度 強(qiáng)度是衡量輪胎性能的一項(xiàng)最基本、最簡(jiǎn)單的指標(biāo)。通過(guò)強(qiáng)度試驗(yàn)來(lái)測(cè)定輪胎胎冠和簾線強(qiáng) 度 ，用最低破壞能來(lái)反映。輪胎的胎冠部是與地面接觸的，在行駛中經(jīng)常可碰到石頭等尖銳礙 物，因而會(huì)引起冠部刺穿。子午胎的強(qiáng)度主要靠帶束層起作用。強(qiáng)度試驗(yàn)可檢查子午胎帶束 層的簾線是否符合設(shè)計(jì)要求，其角度和密度在工藝加工中有無(wú)變化等。 輪胎強(qiáng)度是按不同層級(jí)以不同指標(biāo)來(lái)檢驗(yàn)的，一定層級(jí)的輪胎在規(guī)定的使用條件下，只要達(dá) 到足夠的安全倍數(shù)，求得技術(shù)安全、經(jīng)濟(jì)合理就可以了。無(wú)須過(guò)高的指標(biāo)，增大安全儲(chǔ)備， 致使超越層級(jí)界限造成浪費(fèi)。
2) 耐久性 輪胎的耐久性是考核在規(guī)定條件下的耐疲勞性能。試驗(yàn)后，輪胎不應(yīng)發(fā)生胎面、胎側(cè)、簾布 層裂縫達(dá)到下層簾線、接頭裂開(kāi)、胎面或胎側(cè)膠掉塊等現(xiàn)象，且輪胎氣壓不應(yīng)低于規(guī)定的初 始?xì)鈮骸?/SPAN>
3) 高速性 輪胎高速性指標(biāo)是用來(lái)考核輪胎在規(guī)定條件下的耐熱性能。這對(duì)高速行駛的輪胎具有重要意 義。高速試驗(yàn)后，輪胎不應(yīng)出現(xiàn)的現(xiàn)象如同耐久性試驗(yàn)的規(guī)定。
4) 均勻性 輪胎的均勻性指標(biāo)主要用來(lái)控制子午胎生產(chǎn)工藝的精確性。通過(guò)試驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)，判斷子午 胎的制造工藝是否符合設(shè)計(jì)要求，判定輪胎內(nèi)部的不均勻程度。表示均勻性的主要指標(biāo)有徑 向力變量、側(cè)向力變量、錐度效應(yīng)等。徑向力變量主要反映胎冠的跳動(dòng)力，其值越大，汽車 乘座舒適就愈差；側(cè)向力變量主要反映輪胎的擺動(dòng)性，其值過(guò)大，就會(huì)使汽車在行駛中搖擺 ，方向盤把握不住，影響操縱性能。
5) 平衡性 輪胎的平衡性如同高速性、均勻性一樣，對(duì)于高速行駛的汽車尤為重要。分動(dòng)不平衡和靜不 平衡二種情形。不平衡的產(chǎn)生往往是由于胎面接頭、簾線接頭集中在一起；胎側(cè)接頭及簾線 反包高度不對(duì)稱引起。不平衡對(duì)輪胎和汽車的性能影響很大，會(huì)引起胎面磨耗不均，汽車行 駛時(shí)振動(dòng)大，舒適性差，駕駛易疲勞等。
6) 跳動(dòng)量 跳動(dòng)量是從幾何形狀上控制輪胎制造質(zhì)量，分徑向跳動(dòng)和側(cè)向跳動(dòng)二種情形。其中，徑向跳 動(dòng)影響最大，直接涉及乘座舒適性。徑跳超過(guò)一定數(shù)值，汽車行駛時(shí)，振動(dòng)就大，舒適性就 差。實(shí)際上，它與平衡性要求也是相關(guān)聯(lián)的。幾何形狀偏差大，必然帶來(lái)質(zhì)量分布的不均勻 ，造成不平衡量值增大。 需指出的是，由于輪胎是安全件，各國(guó)對(duì)輪胎成品性能測(cè)試都很重視，均制定了相應(yīng)的產(chǎn)品 標(biāo)準(zhǔn)，我國(guó)也已頒布多項(xiàng)輪胎成品性能檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)。為了使自己的產(chǎn)品在國(guó)際市場(chǎng)上具有競(jìng)爭(zhēng) 力，幾乎每個(gè)國(guó)家都在達(dá)到有關(guān)最低水平要求的基礎(chǔ)上進(jìn)行必要的“安全儲(chǔ)備試驗(yàn)”，或者 稱之為“超負(fù)荷、加時(shí)試驗(yàn)”。如耐久性試驗(yàn)和高速試驗(yàn)。
6 子午胎在IVECO汽車上的應(yīng)用
NAVECO現(xiàn)生產(chǎn)的Daily系列汽車總質(zhì)量共有六個(gè)噸位級(jí)，即3000kg、3500kg、4000 kg、4500kg、5000kg、6000kg，均裝用無(wú)內(nèi)胎子午胎。
為了保證IVECO汽車的使用性能，我們對(duì)其輪胎的性能作了嚴(yán)格規(guī)定，具體要求如下：
(1) 輪胎強(qiáng)度 輪胎經(jīng)強(qiáng)度試驗(yàn)后，每點(diǎn)的破壞能不得小于表中規(guī)定值 輪胎規(guī)格最小破壞能值Nm 215/75 R14C225/75R16C515 650R16C576
(2) 輪胎耐久性 輪胎須通過(guò)下表3規(guī)定的為87h耐久性試驗(yàn)。 試驗(yàn)階段負(fù)荷率%試驗(yàn)時(shí)間h 1757 29516 311524 412510 513510 614510 715010
(3) 輪胎高速性 輪胎須通過(guò)下表4規(guī)定的高速試驗(yàn)。 輪胎規(guī)格215/75 R14C225/75R16C650R16C 輪胎速度級(jí)別N(140km/h) 充氣壓力kPa輪胎最大負(fù)荷對(duì)應(yīng)氣壓 試驗(yàn)負(fù)荷N最大負(fù)荷×1275 試驗(yàn)階段試驗(yàn)速度×試驗(yàn)時(shí)間(ｋｍ／ｈ×ｈ) 180×2 290×2 3100×2 4110×2 5120×2 6130×2 7140×2
(4) 無(wú)內(nèi)胎輪胎脫圈阻力 輪胎任何測(cè)試點(diǎn)上的脫圈阻力不得低于下表5規(guī)定值。 表5 輪胎規(guī)格215/75 R14C225/75R16C650R16C 脫圈阻力值Nｍｉｎ110748918
(5) 輪胎均勻性 輪胎的均勻性指標(biāo)應(yīng)符合下表6規(guī)定值 表6 輪胎規(guī)格徑向力變化值N側(cè)向力變化值N錐度效應(yīng)N 215/75R14C 225/75/6C650R16C≤150≤130≤120
(6) 輪胎的平衡性、跳動(dòng)量及滾動(dòng)阻力系數(shù) 平衡性和跳動(dòng)量及滾阻系數(shù)指標(biāo)應(yīng)符合下表7的規(guī)定值, 動(dòng)態(tài)最大允許不平衡量 單面雙面總和徑向跳動(dòng)量(指輪胎 胎面中心處)滾動(dòng)阻力系數(shù) 215/75R14C 650R16C70ｇ120ｇ≤1.5ｍｍ≤0.01
(7) 無(wú)內(nèi)胎輪胎的氣密性 輪胎應(yīng)保證裝于標(biāo)準(zhǔn)輪輞上有良好的氣密性。 以上所述技術(shù)要求，強(qiáng)度和脫圈阻力等同采用國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。耐久性和高速性指標(biāo)均高于國(guó) 家標(biāo)準(zhǔn)要求，加嚴(yán)控制。均勻性、平衡性、跳動(dòng)量，國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)均未作規(guī)定， 我們從IVECO汽車整車出發(fā)，對(duì)均勻性、平衡性、跳動(dòng)量作 了較為嚴(yán)格合理的規(guī)定。使得IVECO汽車在高速公路或高等級(jí)公路上快速行駛時(shí)，安全、舒 適、平穩(wěn)。
7 結(jié)語(yǔ)
(1) 子午胎是性能優(yōu)越的高速輪胎，它的應(yīng)用使車輛的性能得以改善和提高。
(2) IVECO汽車國(guó)產(chǎn)子午胎的性能指標(biāo)具有一定的先進(jìn)性。
（轉(zhuǎn)載）
