轮胎性能对汽车 行驶安全的影响分析.docx
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1、无锡南洋职业技术学院毕业论文无锡南洋职业技术学院毕 业 论 文论文题目轮胎性能对汽车行驶安全的影响分析系 别汽车工程与管理学院专业班级汽电172班姓 名王善清学 号17702203指导教师吴中华2020 年4 月 10 日题目 轮胎性能对汽车行驶安全的影响分析摘 要 伴随国民经济的飞速发展和科技实力水平的提高,汽车已成为现代交通工具中不可缺少的一部分。作为汽车的重要组成部分,轮胎承载着汽车的总重量。轮胎的性能及与汽车匹配情况对的燃油经济性、动力性、乘坐舒适性、操纵稳定性、制动性等都有着关键的影响作用,轮胎的性能和质量直接影响驾驶的安全性。让每个人对轮胎的理解不仅限于表面,还包括轮胎的原理和维护
2、方法。 最后,关于如何确保安全行驶,提出了确保汽车轮胎性能的措施。关键词 汽车 轮胎 性能 安全目 次1轮胎的基本认识1.1轮胎的定义1.2轮胎的作用2轮胎的构造及分类2.1轮胎的构造2.2按有无内胎轮胎的分类2.3按轮胎胎压分类及对汽车行驶的影响2.4按轮胎胎面花纹分类对汽车行驶的影响3按 轮胎胎体排列帘线方向对汽车行驶的影响3.1 斜交轮胎3.2子午线轮胎4轮胎动性能对汽车行驶性能的影响4.1燃油经济性4.2动力性4.3制动性4.4操作稳定性4.5其他性能5轮胎的使用及维护5.1轮胎的选择与合理使用5.2轮胎的常见故障及原因致 谢参考文献1轮胎的基本认识1.1 轮胎的定义轮胎是用来装配在各
3、类机动车轮上行驶和辅助汽车正常驾驶在路面上的圆环状弹性橡胶材料制成品。装配在轮胎轮辋上,可以有效缓解来自于外部的压力和冲击,支撑起整个车身结构,在与地面接触的同时确保车辆质量。轮胎经常行驶在地形复杂或状况不明的道路上,经受高强度负荷、地面摩擦的高温、雪地低温还有各种形变的冲击和考验,所以必须需要较高的承载重量能力,牵引性能,缓冲性能,它还需要具有较高的抗弯曲和良好的耐磨性,以及在使用过程中的低滚动阻力。1.2轮胎的作用车辆的正常行驶主要依靠于轮胎。正确充分地使用轮胎,才会确保汽车在日常驾驶过程中的安全性能与经济价值。目前充气轮胎被大多数汽车所采用。作用是:支持起车身重量与结构,承担于路面产生的
4、摩擦力、压力等作用力;并且保证轮胎与地面接触面之间良好的抓地力,以提高汽车的牵引性轮胎的性能(1)承载重量在构成车辆的部件当中,唯一与地面接触的只有轮胎,汽车本身的自重以及乘坐的乘员和拉运的货品重量都要取决于轮胎对汽车总质量的支撑。 因此,轮胎需要承受苛刻载荷的能力。 如果快速行驶在恶劣的路面还可能会增加动量,轮胎承载力必须考虑汽车行驶中速度和总质量产生动量增加的影响(2)缓冲与吸震驾驶汽车时会经过各种坎坷的路面会受到冲击影响汽车的正常行驶,汽车的行驶过程中,为了确保乘客良好的舒适,在驾车中地面对汽车轮胎的所产生的反作用力导致的振动应该想方设法去消除和衰减,在汽车工作过程中中,这项任务通常是由
5、轮胎和汽车的悬架系统共同协作完成的。为此,该弹性要使用约50的弹性橡胶,再加上轮胎内部空气具有出色的减震性能,因此在坎坷的道路上行驶的汽车也可以轻松行驶。(3)提供附着力轮胎与路面作用产生的摩擦力为汽车驱动或减速驻车时提供驱动力和制动力,所以轮胎要与地面有良好的接触面积以产生附着力。轮胎胎面设计出各种形式的花纹为了提高附着系数。(4)操控汽车的行驶方向车辆与地面接触的只有四个轮胎,驾驶员操纵改变车辆行驶方向或者制动,只能通过轮胎来改变。2 轮胎的构造及分类2.1轮胎的构造首先分析外胎的构造,其由五部分组成:(1)胎体:亦被称为胎身,其构成方式为一层或数层帘布层与胎圈。胎体必需一定的柔韧性与强度
6、,因此和胎圈组合作为充气轮胎的受力结构,用来承受高强度的震动和外力,轮胎外壳可承担径向、侧向、周向力所导致的数次变形。(2)缓冲层:通常为钢丝带束层/带束层,带束层是由含有钢丝的帘布构成。子午线轮胎的组织材料往往是2层带束层。带束层的帘线角度普遍为1025,而且两层排列方式一般是交叉形式,带束层对轮胎侧向力造成很强的干扰,很大程度上体现在车辆的操纵稳定性和极限抓地力。帘线角度越大,极限侧向力越大。(3)胎面:亦我们平常看到的与路面接触的范围。作为仅有的与路面接触的范围,汽车的驱动、制动力由这部分传导至地面。它的主要性能要求:耐磨性、耐发热性、静音、抓地力等。(4)胎侧:胎侧主要作用是保护胎体帘
7、布层,由于子午线轮胎所造胎体的层数较少,胎侧的厚度会较大,胎体有较好的弹性,弯曲程度大,同时也需要胎侧的支撑性、耐疲劳、耐老化性要好。(5)胎圈:是指轮胎与整个轮辋(车轮)接触的部分,轮胎一般通过胎圈将整个轮胎附着在整个轮辋上。 其中的钢丝是一个重要的结构部分,钢丝的数量、直径以及钢丝缠绕的方式等都是重要的工业设计测量参数;另一个主要结构部分是三角胶条/三角胶,三角胶结构会影响轮胎胎侧的稳定支撑功能,与舒适感和车轮操纵的稳定性密不可分。使用布箍紧钢丝圈,成为一个整体钢丝束,再通过钢丝圈包布,从而与三角胶更好的保护胎面以免轮辋磨损胎圈。外胎断面也可独自划分为不同区域:第一部分是胎冠区;第二部分是
8、胎肩区(胎面斜坡);第三部分是胎侧区;第四部分为屈挠区;第五部分为加强区;第六部分为胎圈区。2.2按有无内胎轮胎的分类及对汽车行驶的影响有无内胎的轮胎两者结构大致相同,两者的不同体现在无内胎的轮胎(即真空轮胎)的内胎在设计之初便与外胎设计成一个整体,而内胎轮胎中的内胎是独立的,所以轮胎和轮辋之间有可能不会紧密结合,轮胎假如被锋利的石子、铁钉等刺破,轮胎内部的空气就可能会通过轮胎与轮辋的接合处泄漏而损失,驾车较慢时可能会碾断轮胎胎侧的帘布层,轮胎必须更换,驾车较快时,经常会引起诸如侧翻、打横等严重的恶性交通事故。真空轮胎的内部表层在制造过程中会涂一层特殊的密封胶膜(通常采用Isobutylene
9、 Isoprene Rubber等),紧紧贴住轮胎的内部表面。当尖锐的石头、铁钉等物一旦刺穿轮胎内部时,密封的空气在从刺穿孔中渗出时,气密性高的密封膜马上通过向空气外的渗透收缩堵塞漏气洞口,并且轮胎胎侧的胎圈与轮辋之间的紧密结合让空气在不会在这里泄漏。因此,当轮胎被锋利的石头、铁钉之类刺穿以后,空气不会突然漏出,只有缓慢地从穿刺孔中泄漏,而密封胶膜收缩堵住了刺穿的洞口,让空气流失量大大减少,可以给驾驶人员足够的时间停车,这样,既不会因为轮胎内漏气发生严重的交通事故,也不因为忽然泄气碾压坏轮胎。因此,在高速行驶过程中真空型的轮胎在安全角度上是最理想的轮胎,真空轮胎还有摩擦发热低、自重轻、使用经济
10、性好,同时,修补快捷更换方便等优点。2.3按轮胎胎压分类及对汽车行驶的影响根据车辆的用途不同所需的轮胎的压力也各不相同:(1)高压胎(0.5-0.7兆帕)高压轮胎与地面接触时阻力相对较小,油耗低,然而外部冲击缓解性能差,而且与地面的黏着性较弱,一般用于大型重卡。(2)低压胎(0.2-0.5兆帕)低压轮胎的弹性好,断面较宽,与路面直接接触面积大,轮胎胎壁薄且散热性良好,这些性能很大程度上确保了汽车行驶安全性与转向操纵稳定性以此被人们钟爱。目前,小型客车、卡车等大多数车辆选择低压轮胎。(3)超低压胎(0.2兆帕以下)非常适用在松软的冰雪地面、沙漠等恶劣道路环境下使用时由于轮胎的断面和接触面宽通过性
11、更好,低轮胎目前多被越野车辆和少量特殊车辆采用。(4)调压轮胎调压轮胎的内部胎压可以根据车辆路面状况的变化和差异进行调节的轮胎。轮胎的内部胎压决定了对于道路路面的压强和接触面积,同时影响车辆的滚动阻力系数和附着系数。如果行驶在泥泞的路面上,需要改善汽车在泥泞面上的行驶能力,可以调节轮胎的压力值,增加轮胎胎面与路面的接触面积来提高黏着系数。标准胎压则是与坚硬地面所对应的胎压,从来降低滚动阻力和轮胎外表面的磨损。因此调压轮胎的好处最大体现是有效地扩大了使用范围可以使车辆适应各种环境路况。2.4轮胎胎面花纹对汽车行驶的影响2.4.1普通花纹普通花纹也称为公路花纹。广泛用于各类的家用轿车,优点为:附着
12、系数高,综合抓地力强;高速性能好,滚动阻力好;抗磨能力强,在胎面总面积中花纹占百分之六十五到百分之八十左右;行驶时轮胎产生的噪音小。普通的花纹纵向和锯齿横向的花纹大小可以再细分为:(1)锯齿纵向花纹轮胎花纹由锯齿形的曲折的纵向主沟和带有斜度的横向花纹组成,这种轮胎在日常乘车很少使用,通常安装到扁平率在70到80左右的轿车上,这种所能承受速度限制较低,往往是H级以下。(2)直沟纵向花纹轮胎花纹的组成部分为直线型的纵向主沟和带有斜度的横向花纹,是目前最普遍的夏季轮胎或者全天候轮胎。这种所能承受速度限制较高,能达到V级和ZR级以上。轮胎扁平率能够达到40甚至45系列。在干燥或者潮湿的路面上有着较高的
13、操纵稳定性和牵引性能,舒适性好,胎噪低。(3)纵横混沟组合花纹冬天用的雪地轮胎大多数是这种花纹,纵向花纹设计出现在轮胎胎面的居中区域而且路线较弯曲,而横向花纹出现于轮胎胎面的胎肩区域。轮胎胎面的横抗滑性能和纵向抗滑能力都较强。因此纵纵横混沟组合花纹轮胎的胎面适应能力强于另外两种,能够在冰雪路面也能够在坚硬的水泥路面使用,适用范围更加广,轿车和货车都适合使用。2.4.2越野花纹越野花纹的优点纹沟宽是花纹的花并且深,花纹块与地面的接触面积大概在百分之四十到百分之六十左右,根据实验表示,越野花纹的轮胎与普通轮胎相同类型的汽车行驶在相同路面上的牵引力增强1.5倍左右。但是因为越野花纹块在地面行驶时的接
14、触面积大,滚动阻力也会随着接触面积的增大而增大,所以不能连续长时间行驶,会加快轮胎表面的磨损,燃油也将增加,汽车驾驶时震动也比较严重。2.4.3其他花纹(1)单导向花纹单导向花纹是花纹沟槽之间相互连接,具备极好的制动性和排水性。尤其在雨天的湿滑路面上有着优秀的制动性能,非常适合在高速公路上使用。然而,轮胎的装配位置必须要与驾驶方向相同。适合高速车辆使用。(2)块状花纹花纹沟槽之间都彼此连接,但构造方式为独立的花纹块式。具备优秀的制动机制和操作性能,冰雪地面及湿滑路面上具有卓越的操纵稳定性,但胎面花纹块结构也导致它抗磨能力较差。(3)不对称花纹胎面两侧花纹的形状大小各异,一般大块的花纹位于外侧。
15、但是转弯时对外侧花纹造成增加着地压力的效果,在高速过弯时可以最大值提高附着力和抗压能力。轮胎的安装方向必须注意。3 轮胎胎体帘线排列方向对汽车行驶的影响3.1斜交轮胎斜交轮胎的胎体帘布层的组成部分是数层挂胶帘布,邻近的帘布层帘线角度一致,彼此以交叉的列序排列,布层数往往是偶数,以此使胎体帘布层负荷匀和分担。斜交轮胎胎冠帘线角度一般在48度到55度范围内,胎冠帘线角度即帘线与胎冠中心垂直线的夹角。帘布层由内帘布层和外帘布层两部分构成,内帘布层是胎体主要的骨架层,它的特点是层数多,帘线密度较大,增强胎体强度,外帘布层在内帘布层与缓冲层中间位置,呈现过度效果,亦称作胎体的辅助层,它的特点是层数较少,
16、一般仅有两层,帘线密度稀疏,附胶量多,黏着强度较高,缓冲层在外帘布层与胎面胶中间位置,它的结构分为胶片或两层以上挂胶帘线两种样式,布层的上、下或中间填充缓冲胶层。缓冲层帘布相较外帘布层的密度稀疏,挂胶厚度厚,帘线角度等于或稍大于帘布层帘线角度,相邻布层以交叉的方式排序,其宽度通常在胎冠宽度限制上下浮动。一般载重轮胎的缓冲层使用挂胶帘布和胶片结合使用,轿车轮胎亦可使用缓冲胶片充当缓冲层。目前,斜交轮胎为了减少制作工艺的程序,提高利用率和经济效益,轻量化减层化小型轮胎也正向子午化迈进。斜交轮胎是一种具备传统结构的轮胎,虽然经历使用的时间很长,使用的范围更广,生产技术方面也有一定的基础,但由于它结构
17、上的不合理性,影响了发展,将来慢慢被子午化线轮胎代替。3.2子午线轮胎 由1946年法国的米其林公司发明。它主要是从轮胎产品的结构定义的名称,大体而言子午胎分为半钢子午胎和全钢子午胎两种。子午胎是指胎体帘布层中两个胎圈的帘线与胎面中心线大体为90度角,也可以认为内部帘布整体方向与胎面中心线为90度角,类似于地球仪上的子午线。子午胎的结构特征主要是带束层为主要受力位置。两者相比斜交胎更具有弹性,重量较轻。子午胎比斜交胎具有耐磨性和节油的特点,同时具备良好的缓冲性能和高速性能等特点。 子午线轮胎的性能较优于斜交子午线轮胎,是因为它们的内部结构存在不同: (1)使用年限较长。子午线轮胎采用较硬的橡胶
18、作为材料,因此其摩擦力较强,不易损坏,使用寿命更长。此外,轮胎的占地面积相对较大,单位地压分摊较小,地上摩擦力强,不容易打滑,使得轮胎的运行路程数会比斜交轮胎大约长50%。 (2)小滚动摩擦,节约燃料。子午线轮胎的阻力挥笔斜交轮胎小百分之二十五至百分之三十左右,其原因是其层数比较少,各层之间的阻力摩擦小。这一方面可以提高汽车的动力性能,另一方面,还可以节省燃料,加快推动现代化节约型社会。4 轮胎动性能对汽车行驶性能的影响4.1燃油经济性轮胎胎面与地面接触产生的滚动阻力是影响使用子午线轮胎汽车的燃料消耗和经济性的主要影响因素。因此子午线斜交轮胎对比于一般的斜交轮胎相比由于它们所产生的轮胎滚动阻力
19、小,可以在成本上节省百分之六到百分之八左右。汽车燃料的总使用量中轮胎在车辆高速行驶中轮胎滚动时需要有效克服轮胎滚动的阻力所需要消耗的燃料总使用量的百分百之二十左右。子午线轮胎在车辆高速行驶过程中接触路面时产生的变形,使得轮胎无法在路面上滚动。因此,在同一条道路上以相同的速度行驶,各个滚动的轮胎将会产生的车辆总滚动阻力不同。汽车在行驶中产生的滚动阻力越大,汽车发动机需要输出的功率也随之增大,才能平衡产生的滚动阻力使车辆加速行驶。但这必然会导致汽车燃料消耗量大。4.2动力性汽车轮胎与道路接触面的滚动附着系数、轮胎承受的最高速度与轮胎滚动阻力是影响汽车的动力性的主要因素。汽车的行驶,加速和减速直接受
20、到滚动抓地力和汽车轮胎加速性能的影响。为了提高汽车的行驶和加速性能需要我们选择稳定性和附着力更好的轮胎4.3制动性汽车的连续行驶安全制动性就是指能够使你的汽车满足在一定的短时间或一定的速度短距离停车与能够维持一定低速连续行驶下坡和山区长坡的汽车制动有效能力。对于保证汽车安全和正常高速行驶的汽车制动性安全保障工作有很大的指导作用,它是国家制定有关汽车安全和正常行驶中的制动性保障标准的重要组成内容和基本指标。制动性不仅仅和其制动系统和其操纵性能密切有关,并且和轮胎的摩擦系数和阻力系数相关。汽车轮胎对于路面的接触和轮胎面积的纹路深度大小直接决定了其摩擦力的大小,汽车进行制动时的时间或者距离增加代表着
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