張浩 尹鵬勇

【摘要】輪胎作為汽車的主要部件之一，是汽車和路面之間進(jìn)行連接的橋梁。其能夠承載汽車的載荷，向地面?zhèn)鬟f汽車所發(fā)出的驅(qū)動(dòng)力、轉(zhuǎn)向力和制動(dòng)力，確保汽車的安全運(yùn)行。因此汽車輪胎的安全性能直接影響到汽車的行駛安全?；诖耍P者重點(diǎn)探討了橡膠子午線輪胎的安全性能。

【關(guān)鍵詞】橡膠輪胎；安全性能；研究

一、橡膠子午線輪胎概述

（一）橡膠子午線輪胎的主要結(jié)構(gòu)

子午線輪胎的主要結(jié)構(gòu)是由胎面、胎體、胎側(cè)和胎圈共同組成的。第一，胎面。主要是由胎冠膠及胎側(cè)膠兩部分組成的，其外側(cè)和地面接觸的部位成為輪胎的胎冠，輪胎的胎面膠又可以分為上層冠部膠和下層基部膠。胎冠膠直接和地面進(jìn)行接觸，因此其應(yīng)該具備較好的耐磨損和耐切割的性能及抗打滑性能和較小的滾動(dòng)阻力，且能夠及時(shí)傳遞車輪的制動(dòng)力和氣動(dòng)力。位于花紋溝底部的基部膠，主要作用在于緩沖地面成傳遞來的沖擊力和震動(dòng)力，一般是由耐熱及耐剪切的橡膠做成的。胎側(cè)膠的主要作用在于保護(hù)側(cè)部骨架材料，確保其在使用的過程中不受到損傷，其一般是由屈撓性較好且耐熱氧和太陽(yáng)光紫外線老化的橡膠構(gòu)成的；第二，胎體。胎體主要是由輪胎的簾布層所組成的，屬于輪胎的骨架結(jié)構(gòu)，簾布層的強(qiáng)度決定了輪胎的強(qiáng)度。子午線輪胎的簾線排列不同于斜膠胎，子午線輪胎的簾線不是相互交叉排列的，而是與輪胎斷面接近平行，簾布層的兩側(cè)邊緣靠近胎圈部的鋼絲圈被固定在了輪毅的凸緣和輪毅的底座上，因此其可以使它保持輪胎的內(nèi)壓有支撐的載荷及確保胎壁不漏氣；第三，胎側(cè)。胎側(cè)的主要作用在于保護(hù)輪胎的側(cè)面的簾布層不受損傷，不承受較大的應(yīng)力，也不和地面直接接觸，其一般不會(huì)受到磨損，且厚度較小。因胎側(cè)需要不斷承受彎曲和伸縮，其必須具備較好的耐疲勞性及耐陽(yáng)光老化；第四，胎圈。胎圈主要是由鋼絲圈、鋼絲圈包補(bǔ)和三角填充膠組成。其主要用途是確保輪胎緊密的固定在輪轂上，且能夠承受不同的載荷，以避免輪胎穿孔時(shí)從輪轂上脫落。

（二）橡膠子午線輪胎的特點(diǎn)

第一，減震性能好。子午線的輪胎的胎體簾線呈現(xiàn)子午排列，其和輪胎的變形方向一致，能夠有效利用簾體的強(qiáng)度，減少簾布層的數(shù)量和橡膠的使用量。因此輪胎的重量相對(duì)較輕，胎體較薄，行駛過程中比較平穩(wěn)；第二，耐磨性能好。周向排列的帶束層能夠加固胎冠，確保輪胎周向不伸張，有效減少了輪胎滾動(dòng)中產(chǎn)生的胎面滑移磨損，能夠提高胎面的抗機(jī)械損耗及耐磨性；第三，抓地性好。因子午線輪胎的胎體較為柔軟，胎面和路面的接觸面積較大，接觸應(yīng)力的分布也較為均勻，胎冠的剛度較大，胎面周向滑移較小，所以其具備較好的抓地性能；第四，行駛溫度比較低。由于胎體簾布層呈現(xiàn)子午線型排列，輪胎在行駛過程中能量消耗較少，生熱也比較低，且胎側(cè)較薄，散熱性能比較好；第五，使用壽命比較長(zhǎng)，其綜合壽命要高于普通斜交輪胎近50%-100%；第六，乘坐舒適性較好。胎側(cè)具備良好的柔軟性，能夠發(fā)揮充氣輪胎的最佳緩沖性。

二、子午線輪胎失效的主要影響因素

（一）子午線輪胎的胎面磨損

輪胎產(chǎn)生磨損的機(jī)理主要有以下幾種方式：第一，彈性磨損。當(dāng)路面的微凸體的尺寸比較小。光滑性較好，輪胎和路面接觸中產(chǎn)生的應(yīng)力也相對(duì)較小，輪胎和路面在摩擦過程中產(chǎn)生的主要是彈性變形。如果作用在輪胎胎面橡膠內(nèi)部的拉應(yīng)力或者剪應(yīng)力的大小超過了其抗拉或者抗剪強(qiáng)度，橡膠內(nèi)部或者表面就會(huì)產(chǎn)生裂紋。隨著彈性變形的增加，裂紋也隨之增加和擴(kuò)散，指導(dǎo)橡膠顆粒從輪胎表面上脫落，進(jìn)而形成磨粒。這就是彈性磨損，該磨損面產(chǎn)生的橡膠磨粒的尺寸是比較大的。第二，塑性磨損。若路面的微凸體尺寸較大，且較為鋒利，輪胎和地面接觸的后死后應(yīng)力的集中也會(huì)較大。若輪胎和路面上的微凸體之間的接觸應(yīng)力超過了胎面橡膠的屈服應(yīng)力，則輪胎的生塑性變形將占據(jù)輪胎和路面磨損過程中的主要部分，該類磨損稱之為塑性磨損，其產(chǎn)生的磨粒尺寸一般較小；第三，機(jī)械—化學(xué)腐蝕磨損。因?yàn)橄鹉z材料是熱的不良導(dǎo)體，所以在橡膠的彈性滯后作用和輪胎與路面之間的高摩擦力的作用下，導(dǎo)致輪胎表面層的溫度會(huì)急劇的升高，進(jìn)而使得某些因?yàn)槟Σ亮Φ淖饔枚眲〉厣扉L(zhǎng)的橡膠分子鏈因此而斷裂。

（二）子午線輪胎的疲勞破壞

輪胎的疲勞現(xiàn)象是一種常見問題。當(dāng)材料或結(jié)構(gòu)受到多次重復(fù)變化的載荷作用之后，其應(yīng)力的大小雖未超過材料的強(qiáng)度極限，甚至相比較彈性極限還要低的時(shí)候就極為可能發(fā)生破壞。材料或者結(jié)果在這種變載荷及重復(fù)作用的條件下發(fā)生的破壞現(xiàn)象，即為疲勞破壞。橡膠輪胎的使用壽命中最為關(guān)鍵的因素就是輪胎的疲勞，由于輪胎在行駛過程中輪胎各部分的產(chǎn)生很大的應(yīng)力應(yīng)變，進(jìn)而導(dǎo)致了輪胎的疲勞問題。

（三）輪胎滾動(dòng)中的生熱

子午線輪胎是一種復(fù)合材料結(jié)構(gòu)，它是由橡膠及橡膠一簾線復(fù)合材料構(gòu)成的，簾線以及橡膠全都是強(qiáng)粘彈性的材料。在輪胎滾動(dòng)的過程中，由于輪胎復(fù)合材料所受到的周期性的應(yīng)力和應(yīng)變，輪胎中將有一部分的應(yīng)變能會(huì)以熱的形式耗散掉，從而導(dǎo)致了輪胎體內(nèi)熱量的累積，輪胎溫度將會(huì)提高，加快了輪胎損壞。

（四）輪胎的劃傷及裂紋

輪胎在使用過程中受到道路不良情況的影響，輪胎在行駛的過程中與堅(jiān)硬的物體之間發(fā)生了滑移，從而使得輪胎開始發(fā)生局部開裂或脫落，進(jìn)而形成劃傷。劃傷和裂紋的產(chǎn)生是橡膠輪胎材料所受到的應(yīng)力值超過了其所能承受的極限值所產(chǎn)生的結(jié)果，劃傷和裂紋很大的時(shí)候會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致簾布層的折斷、胎壁刺穿和胎體爆裂。

（五）輪胎受到的腐蝕作用

因?yàn)橄鹉z輪胎所使用的橡膠是有機(jī)物，以及相似相容原理，會(huì)受到油料及其他腐蝕性物質(zhì)的腐蝕破壞，這也是輪胎常見的失效因素之一。橡膠輪胎若受到油料的腐蝕，就會(huì)出現(xiàn)氣密層塊狀脫落，胎面出現(xiàn)小面積的橡膠脫落及胎體鋼絲和橡膠脫落等現(xiàn)象。

（六）輪胎氣壓的影響

要想充分的發(fā)揮輪胎的基本性能，其中最基本但也是最重要的事情就是適當(dāng)且正確的進(jìn)行輪胎氣壓的充氣。在有適當(dāng)壓力的情況下輪胎才會(huì)具備適當(dāng)?shù)某錃庑螤?，輪胎的各種性能才可以依據(jù)所設(shè)計(jì)的性能要切得到充分的發(fā)揮。

三、不同胎面磨損對(duì)輪胎的安全性能影響

由上文的分析我們可以得知，影響輪胎失效的因素是較多的。這里我們僅討論不同胎面磨損對(duì)輪胎安全性能的影響。當(dāng)輪胎和地面接觸的時(shí)候，接觸的部分的胎側(cè)向外膨脹，產(chǎn)生相對(duì)較大的變形，隨著原理地面變形逐漸減小到一定的數(shù)值。與純充氣工況相比較，與地面接觸的部位的應(yīng)力應(yīng)變變形都有所增大，在胎圈附近及胎肩部位存在較大的剪切應(yīng)力應(yīng)變和應(yīng)變能密度，這將導(dǎo)致汽車輪胎在長(zhǎng)時(shí)間的超載高速運(yùn)行過程中產(chǎn)生較大的熱量，且散熱相對(duì)較慢，這就會(huì)促使這些地方隨著時(shí)間的推移而逐漸產(chǎn)生層間剝離和爆破等危險(xiǎn)。隨著垂直荷載的增加，輪胎最低斷面處的側(cè)向變形逐漸增加，最低處斷面的寬度隨著荷載的增加而逐漸呈現(xiàn)出接近于線形的增加。同時(shí)隨著胎面的不斷磨損，輪胎的應(yīng)力應(yīng)變等都相應(yīng)增加，這樣就導(dǎo)致輪胎受到破壞的可能性增加，進(jìn)而導(dǎo)致輪胎的安全性能降低，嚴(yán)重的威脅到了人們的生命財(cái)產(chǎn)安全。

綜上所述，輪胎作為汽車主要的部件之一，其汽車和路面進(jìn)行連接的橋梁，其安全性能直接影響到汽車的行駛速度及行駛安全。由于影響汽車輪胎安全性能的影響因素較多，在實(shí)際研究過程中，我們應(yīng)結(jié)合輪胎的具體使用情況及導(dǎo)致其失效的主要因素，采取針對(duì)性的措施加以解決，確保輪胎的安全性，進(jìn)而確保行車的舒適性和安全性。

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