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汽车车轮与轮胎概述

【日期: 2007年04月02日】【来源:】 【作者:】 【字体:

 
 
 
 
   
     
  我们把车轮与轮胎放于行驶系,说明它对汽车行驶性能有很重要的作用。它们的功用主要是:支承汽车车体重量,缓和由于路角不平引起的冲击力,接受和传递制动力和驱动力,轮胎具有抵抗侧滑的能力,轮胎具有自动回下正的能力,使汽车正常转向,保持汽车直线驶。  
     
  一.车轮  
     
  车轮的历史可以追朔到远古,人们将圆轮装在箱体上滚动,可以轻松地搬运重物。随着科学技术的发展和汽车工业的不断进步,车轮和轮胎成为汽车行驶的必需部件。  
     
  现代的汽车车轮不但是安装的轮胎的骨架,也是将轮胎和车轴连接起来的旋转部件,通常车轮由轮毂、轮辋以及这两件元件之间的连接部分称为轮辐的元件所组成。  
     
  按照轮辐的结构,车轮可分为辐板式和辐条式,根据轮辋形式不同又可分为组装轮辋式,可调式车轮,对开式,可反装式车轮,根据车轮材质不同又有铝合金、镁合金、钢车轮之分。  
     
  车轮类型  
     
  辐板式车轮下如图D-X4-1所示。这种车轮由档圈1,辐板3,轮辋2和气门嘴伸出口4组成。辐板3为钢质圆板,它将轮毂和轮辋连接为一体,大多是冲压制成的,少数是与轮毂铸成一体。后者多用于重型汽车上。辐板与轮辋是铆接或焊接在一起的,对于采用无内胎轮胎的车轮,宜采用焊接法可提高轮辋的密闭性。  
 
 
 
1.挡圈 2.轮辋 3.辐板 4.气门嘴伸出口
 
 
图D-X4-1 辐板式车轮
 
     
  轿车的辐板采用材料较薄,常冲压成起伏各样形状,以提高刚度。辐板上开有若干孔,用以减轻质量,同时有利于制动器散热,安装时可作把手。如图D-X4-2,为上海桑塔纳轮胎总成图。  
 
 
  1、车轮螺栓 2、气门嘴 3、车轮饰板 4、轮辐板 5、轮辋 6、于午线轮胎 7、 平衡块及夹子
 
 
图D-X4-2 车轮总成
 
     
  车轮包括车轮螺栓1,它将轮辋与轮毂固定在一起,气门嘴2因此向轮胎内充气,车轮饰板3起防尘和美观的作用,轮辐板4它将轮毂与轮辋连接在一起,同时加强车轮的强度和刚度,轮辋5为深槽轮辋外端安装孺子午线轮胎,以上元件构成了车轮。图中8至11部件表示轮胎的结构特点。平衡块和夹子7是车轮平衡质量,有它使得车轮飞转运动中质量平衡,提高车轮和轮胎的使用寿命。  
     
  货车后轴负荷大多比前轴大很多,为使后轮胎不致过载,后桥车轮一般安装双式车轮如图D-X4-3,在同一轮毂上安装两副相同的辐板和轮辋,为方便互换,辐板的螺栓也两端面做成锥形,便于安装。如图D-X4-4所示。内轮的  
 
 
 
1.调整螺母 2.锁止垫片 3.锁紧螺母 4.销钉
 
 
图D-X4-3 行驶系新图1 载货汽车双式后轮
 
     
  辐板3 靠在轮毂4凸缘的外端面上,用特制的带有锥形端面的螺母1固装在螺栓5上,外轮的辐板2靠紧内轮辐板,并且锁紧螺母6来锁紧。采用这种双螺母固紧如图D-X4-4(a)防止汽车在行驶中固定辐板的螺母自行松动。汽车两侧车轮上的辐板固定螺栓5一般采用旋向不同螺纹,左侧用左旋螺纹,右侧用右旋螺纹。  
 
 
 
1-轮辋 2-衬块 3-螺栓 4-辐条 5-配合锥面 6-轮毂
 
 
图D-X4-5 辐条式车轮
 
     
  的轮辐有钢丝辐条如D-X4-5图(a),由价格昂贵钢丝辐条编制成,维修安装不便,一般用在赛车和高级轿车上,另一种是和轮毂铸成一体的铸造辐条如图D-X4-5(b),一般装在重型汽车上,在这种结构的车轮上,轮辋1是用螺栓了和特殊形状的衬块2固定在辐条4上,为使轮辋与辐条对中好,在轮辋和辐条上都加工出配合锥面5。
 
 
 
 
 
 
  对开式车轮如图D-X4-6汽车构造p301图4-30所示,指轮辋由两个主要部件组成,其两部分宽度可以相等,也可不相等。当把它们可靠地紧因在一起时,形成两个固定轮缘的车轮。  
 
 
 
1-外偏距 2-安装面 3-轮辋 4-固定轮毂 5-夹紧螺栓或等效机械装置
 
 
图D-X4-6对开式车轮
 
     
  钢制车轮作为新车的标准装备件,采用的最多,主要是可以大批量生产,价格低廉,重量和散热方面不如铝制车轮,从而从冲压及辊轧等生产工艺特性方面,它的造型受到限制,很难实现新颖的造型。  
     
  铝制车轮是铝轻合金铸造车轮比钢的散热性好,重量也轻,造型上受限少,十分受到欢迎。有些铝制车轮可通过造型方式,靠本身的旋转从制动器排出行驶风,这种车轮的旋转方向是固定的,在更换轮胎或轮胎换位时不要搞错旋转方向。  
     
  镁合金制车轮比铝制车轮轻,但由于价格昂贵而且耐腐蚀性差,所以普及率很低,目前也有采用其它材料的。  
     
  轮辋结构及规格代号  
     
  轮辋是轮胎的装配和固定基础,每种规格的轮胎应配用标准轮辋。如果辋使用不当,尤其使用过窄轮辋,会使轮抬早期损坏,会影响汽车行驶性能。  
     
  轮辋按其断面结构形式分为深式轮辋、平式轮辋和可拆式轮辋。如图D-X4-7所示。  
   
 
A、深槽轮辋 B、平底轮辋 C、对开式轮辋 1、3、档圈 2、锁圈
 
 
图D-X4-7轮辋断面
 
     
  深槽式轮辋如图D-X4-7(A),代号DC,(Drop C-enter Rim)这种轮辋多用于小轿车及越野车上。易于装卸,因而它的轮辋一般都采用钢板冲压成形的整体结构。它有带肩的凸缘,倾斜角一般是50610,该角度04胎圈座角断面中部是深凹形环槽便于外胎拆装,因而被称为深槽式轮辋。深槽式轮辋结构简单,刚度大,重量相对轻,对于小尺寸弹性较大的轮胎最为适宜。但对于轮胎尺寸较大,胎圈较硬的轮胎,很难装卸,不易装入这种整体式轮辋内。凹槽较浅的深槽轮辋也被叫作半深槽轮辋其代号SDC,一般用于轻型货车上。断面较宽的深槽轮辋称作深槽宽轮辋其代号为(WDC),主要用于轿车和轻型汽车。  
     
  平底轮辋如图D-X4-7(B),代号(WFB),主要用于中、重型载货汽车,自卸汽车和大客车。因为载重汽车的轮胎非常笨重,若采用深槽式轮辋将使轮胎的拆装工作带来很大的困难。因此在载重汽车采用平底式结构的轮辋。采用最广泛的一种是可拆卸整体式挡圈的平角式轮辋。其一边的凸缘与轮辋制成一体,销圈2嵌入轮辋的环槽内以阻止挡圈1的脱落。拆卸时,先装内胎放气,然后使外胎向里移动,用撬胎棒撬下锁圈2,取下挡圈1后即可拆下轮胎。  
     
  对开式轮辋(对拆平底式轮辋)代号DT。它由左右可分的两半轮辋组成。两部分轮辋可以是等宽度,也可以不等宽,它们之间用螺栓固紧在一起形成用以安装轮胎的轮车内。如图D-X4-8(C)。这种结构使轮胎的安装特别可靠,并且装卸也很方便,它多在重型车上采用。  
     
  若按轮辋组成件数可分为一件式和多件式。
 
 
 
 
  二.轮胎
 
     
  轮胎作为汽车与道路之间力的支承和传递部分,它的性能对汽车行驶性能影响很大。  
     
  轮胎的性能与其结构,材料、气压、花纹等因素有关。  
     
  轮胎总成是安装在轮辋上的,直接与路面接触。它的作用是:承受汽车的重力;当汽车行驶中,路面不平引起冲击和振动要求轮胎与悬架一齐起缓和冲击的作用;保证车轮和路面接触具有良好的附着性,传递驱动力和制动力,保持汽车行驶稳定性。  
     
  轮胎的构造  
     
  轮胎主要由胎冠、胎肩,胎侧,胎体和胎圈等部分组成。如图D-X4-11所示。  
 
 
 
1、 胎冠 2、胎肩、 3、胎侧 4、胎圈 5、胎面 6、缓冲层(带束层) 7、帘布层
 
 
图D-X4-11 轮胎结构简图
 
     
  胎冠是指外胎两胎肩夹的中间部位。包括胎面,缓冲层(或带束层)和帘布层等。胎面是指胎冠最外层与路面接触带有花纹的外胎胶层。它 作用是保护胎体,防止其早期磨损和损伤。缓冲层是指斜交轮胎胎面和胎体之间的胶布层。它的作用是缓和并部分吸收路面对轮胎的冲击。带束层是指在子午线轮胎和带束斜交轮胎的胎面基部下,沿胎面中心线圆周方向箍紧胎体的材料层。它的主要作用是增强轮胎的周向刚度和倾向刚度,并承受大部分胎面的应力。帘布层是指胎体中由覆胶平行帘线组成的布层,它是胎体的骨架,支撑外胎各部分。  
     
  胎侧是指胎肩到胎圈之间的胎体侧壁部位上的橡胶层,它的主要作用是保护胎体,承受侧向力。  
     
  胎体是由一层或数层帘布与胎圈组成整体的充气轮胎的受力结构。斜交轮胎的胎体帘布线彼此交叉排列,子午线的胎体帘线互相平行。  
     
  胎圈是指轮胎安装在轮辋上的部分。由胎圈芯和胎圈包布等组成。它的作用是防止轮胎脱离轮辋。  
     
  轮胎种类  
     
  轮胎按组成可分为有内胎轮胎和无内胎轮胎  
     
  按帘布材料可分为棉帘布轮胎、人造线轮胎、尼龙轮胎、钢丝轮胎、聚酯轮胎,玻璃纤维轮胎、无帘布轮胎  
     
  按断面可分为窄基轮胎、宽基轮胎,普通断面轮胎,低断面轮胎和超低断面轮胎;  
  按胎面花纹可分为普通花纹轮胎、越野花纹轮胎,混合花纹轮胎;  
  按气压可分为高压轮胎、低压轮胎、超低压轮胎;  
  按帘布层结构可分为斜交轮胎、带束斜交轮胎和子午线轮胎。  
     
  汽车上常用的汽车轮胎是充气轮胎,它可以分为有内胎和无内胎两种。  
 
 
 
1-外胎 2-内胎 3-垫带
 
 
图D-X4-12 充气轮胎的组成
 
     
  充气轮胎主要由外胎1、内胎2、垫带3组成。内胎中充满压缩空气,外胎用来保护内胎不受损伤且具有一定弹性;垫带放在内胎下面,防止内胎与轮辋硬性接触受损伤。
 
 
 
 
     
 
现代汽车普通斜交轮胎和子午线轮胎被广泛采用,尤其轿车用子午线轮胎占主要地位。
 
     
       
 
 
   
1、5、外胎面 2、4、6、胎体 3、束带
 
  图D-X4-13普通斜交轮胎
图D-X4-13 子午线及斜线轮胎的结构
 
     
  普通斜交轮胎如D-X4-13行驶系13-20右侧图B)所示,它的特点是帘布层和缓冲层各相邻层帘线交叉排列,各帘布层与胎冠中心线成35o~40o的交角,因而叫斜交轮胎。帘布层是外胎的骨架,使胎体具有必要的强度,并固定轮胎外缘的形状和尺寸。帘布层数越多强度就越大,但弹性会下降。在外胎表面注有帘布层数。帘布层的帘线的材质可不同,棉线帘布价格低,但强度差,需要多层帘布,在受热后强度下降,不能很好承受轮胎工作时产生的交变载荷;采用人造丝做帘布可以减少层数,因为人造丝有较好的抗变形能力,耐久性比棉布层轮胎高60~70%,但它不足处是吸湿性较大,此时强度会下降,残余伸长变形而使其不能与橡胶更好结合。还有采用尼龙线或钢丝帘线,在轮胎承载能力一样时,层数可减小,减轻轮胎重量,在外胎表面注有层级。缓冲层位于胎面与帘布层之间,用胶片和数层挂上胶的稀帘布做成,它具有较大的弹性,可缓和汽车行驶的冲击载荷,并防止汽车在紧急制动时胎面与帘布层脱离。  
     
  子午线轮胎如图D-X4-13行驶系13-21(A)。此种轮胎的胎体帘布层与胎面中心线呈90度或接近90o角排列,帘线分布如地球的子午线,因而称为子午线轮胎。子午线轮胎帘线强度得到充分利用,它的帘布层数小于普通斜交轮胎帘布层数,使轮胎重量可以减轻,胎体较柔软。子午线胎采用了与胎面中心线夹角较小(10o~20o)的多层缓冲层,用强力较高,伸张力小的结构帘布或钢丝帘布制造,可以承担行驶时产生的较大的切向力。带束层象钢带一样,紧紧箱在胎体上,极大地提高胎面的刚性和驱动性以及耐磨性。  
     
  子午线轮胎与普通斜交胎相比有许多优越性:  
     
  (1)滚动阻力小,节约燃料,由于子午线轮胎帘布层少,行驶温度低,散热好,滚动阻力比斜交胎纸25~30%,油耗降低6%~8%。  
     
  (2)耐磨性好,寿命长:  
     
  轮胎滚动时胎面要变形会产生滑移,从而加剧轮胎磨损,而子午线胎冠刚度大,胎面宽,接地面积大,单位压力小,因而减少胎面磨损,处长寿命,行程比斜交胎高30~50%。  
     
  (3)安全性能好:  
     
  子午线轮胎本身结构原因,使其高速旋转时,变形轮,生温低,产生驻波的临界速度比斜交胎高,提高了行驶中的安全性  
     
  子午线胎还具有减振性好,附着性能高的特点。其承载能力也高于斜交胎14%。子午线胎面耐穿刺,在恶劣条件下行驶,轮胎不易爆破。  
     
  子午线胎越来越在现代汽车上得到广泛应用。但它也有缺点:胎侧薄,变形大,胎侧与胎圈受力比普通斜交胎大很多,容易在胎侧和与轮辋接触处发生裂纹,因胎侧变形大,其侧面稳定性较差,成本也较高。  
     
  子午线胎与斜交胎不能混装于一辆车上。  
 
 
 
1-橡胶密封层 2-自粘层 3-槽纹 4-轮辋 5-气门嘴
 
 
图D-X4-14 无内胎轮胎
 
     
  有的充气胎没有内胎,因此叫无内胎充气轮胎。空气通过气门嘴直接压入外胎中,因此要求轮辋和外胎之间密封性要好。  
     
  无内胎轮胎在外观上与普通轮胎相似。所不同的是无内胎轮胎的外胎内壁上附加了一层厚约2~3mm的专门用来封气的橡胶密封层1,(如图D-X4-14),它是用硫化的方法粘附上去的,密封层正对着的胎面下面,贴着一层未硫化橡胶的特殊混合物制成的自粘层2。当轮胎穿孔时,自粘层能自行将刺穿的孔粘合,因此又有叫有自粘层的无内胎轮胎。  
     
  胎圈上有若干道同心环形槽纹了,在轮胎内空气压力作用大,槽纹能使胎圈紧贴在轮辋边缘上,使之与轮辋保证良好气密性。  
     
  气门嘴4直接固定轮辋7上;其间垫以密封用的橡胶衬垫6。铆接轮辋和辐板的铆钉5自内向外塞入,并涂上一层橡胶。  
     
  无内胎轮胎在穿孔时,压力不会急剧下降,有利于安全行驶,无内胎轮胎不存在内外胎之间的摩损和卡住,它的气密性好,可直接通过轮辋散热,温升纸,使用寿命长,结构简单,重量轻。其缺点是途中坏了修理困难。自粘层只有在穿孔小时才可粘合。天气炎热自粘层易软化而向下流动,从而破坏车轮平衡。一般多采用无自粘层无内胎轮胎。它的外胎内壁只有一层密封层,当轮胎穿孔时,由于其本身处于压缩状态而紧裹着穿刺物,能长期不漏气。即使穿刺物拨出,亦能暂时保持气压,这就部分取代了自粘层的作用。  
     
  轮胎的气压  
     
  充气轮胎按胎内空气压力大小可分为高压胎,低压胎和超低压胎三种。高压胎(气压0.49~0.69MPa),低压胎(气压0.147~0.49MPa),超低压胎 气压0.147Mpa以下)。  
     
  由于轮胎制造技术的不断发展,轮胎负荷能力大幅度提高,相应气压也提高了,而轮胎缓冲性仍在某种程度上保持原有同规格“低压胎”的性能。因此按过去标准,已属于高压胎气压范围内,但现国内外还是将其划归于“低压胎”一类。比如图产9.00-20,14层级尼龙胎,负荷2185kg,气压0.657Mpa 和11.00~20、18层级尼龙胎,负荷3050kg,气压0.687Mpa,从气压上看已超出低压胎范围,但仍属于低压胎。  
     
  现今,载重车、轿车大都采用低压胎,因为低压胎弹性好,断面宽,与路面接触面积大,胎壁薄散热性好。这些性能使轮胎寿命延长。
 
 
 
 
 
  轮胎花纹  
     
  轮胎胎冠用耐磨橡胶制成,它直接与路面接触,承受全部载荷,减少冲击载荷,保护帘布层免受损伤。为使轮胎与地面具有良好附着性能,防止纵向和横向滑移,在胎面上制有各种花纹。如图D-X4-15所示。  
 
 
 
A、B、普通花纹 C混合花纹 D、E、越野花纹 F、拱形胎花纹 G、低压特种花纹
 
 
图D-X4-15 轮胎花纹
 
     
  轮胎花纹主要有普通花纹、混合花纹和越野花纹。普通花纹见图D-X4-15A和D。这种花纹细而浅,花纹接地面积大,耐磨性和附着性都较好,适用于比较好的硬路面。其中的纵向花纹轿车,货车都可选用。横向花纹仅用于货车。越野花纹如图B,它花纹凹部深而且粗,在软路面上与地面附着性好,越野能力强,适用于矿山、建筑工地适于越野车轮胎。安装人字形越野花纹,驱动轮胎花纹的尖端与旋转方向一致,不致使花纹被泥水阻塞。越野花纹不宜在好路上使用,否则会加大花纹磨损。混合花纹如图C,它介于普通花纹和越野花纹之间,兼顾了两者的使用要求,中部为菱形,纵向锯齿形或烟斗形花纹,两边为横向越野花纹,适于城市。乡村之间的路面行驶的汽车。现代货车驱动轮也采用这种花纹的轮胎。  
     
  三.轮胎选用原则  
     
  轮胎是汽车主要部件之一,它的选用正确对汽车性能影响直接,因而应按如下原则选择轮胎以利提高汽车行驶性能和延长其寿命。  
     
  轮胎类型的选择  
     
  轮胎类型主要据汽车类型和行驶条件来选择,货车普遍采用高强度尼龙帘布轮胎,使轮胎承载能力提高,越野车选用胎面宽,直径较大的超低压胎,轿车易采用直径较小的宽轮辋低压胎,以提高行驶稳定性,由于子午线的结构特点使其有很多优点,应为优先选择之列。  
     
  轮胎花纹的选择  
     
  轮胎花纹主要是据道路条件,行车速度,道路远近来进行选择。高速行驶汽车不宜采用加深花纹和横向花纹的轮胎,不然会因过分生热引起早期损坏。在低速行驶汽车使用轮胎应采用加深花纹或超深花纹,可提高轮胎使用寿命。  
     
  轮胎尺寸和气压的选择  
     
  轮胎尺寸和气压主要是根据汽车承受载荷情况和行驶速度来选择,所选轮胎在承受静负荷值应等于或接近于轮胎的额定负荷。这些可通过查阅国家标准获得。值行注意的是在设定轮胎的实际使用气压时,应综合考虑汽车的运动性能,燃油经济性能,振动和噪声等,才能延长轮胎的使用寿命。


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