汽车轮胎变形与承载力关系及影响因素

由轮胎的弹性、车轮及轴的质量组成了一个能振动的部分系统。轮胎的弹性曲线会影响到车轮和轴的固有频率以及动态轮载的大小。

对于履带车辆，履带可以滤除地面高频成分的不平度，从而降低路面对车辆的激励作用；负重轮的弹性和外圈橡胶也会对地面激励起到减振作用。

轮胎的承载能力由以下因素组成。

（1）轮胎材料的承载能力（橡胶与织物带）。

①未充气轮胎的承载力及形状。

②压缩空气维持形状的力，它加强了轮壁并使轮胎能够承受较大的载荷（卵形化刚度）。

（2）压缩空气承载力。

压缩空气承载力主要包括轮胎内压引起的力以及轮胎受压变扁导致气压升高产生的力。

压缩空气的承载力Fp＝pi A（图3.4.11中第Ⅳ部分）。

轮胎变形为z时，Fp的变化为

由于气压的变化很小，第二项（图3.4.11中第Ⅲ部分）可以忽略不计，因此

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图3.4.11　轮胎变形与承载力的关系

Ⅰ—轮胎的承载力；Ⅱ—压缩空气的形状维持力；Ⅲ—压缩空气的压缩力；Ⅳ—压缩空气的承载力。

印迹宽度在压入时变化很小，因此轮胎受压时变化的只是印迹长度。

承载能力可以按与材料相关和与内部压力相关分为两部分，即

Fp＝Fp0＋Fpi（pi）

其中，Fp0可以解释成由不受影响的静态压力p0得到的承载力，这个值只受轮胎结构的影响。因为

p＝p0＋pi

所以

Fp＝（p0＋pi）A＝Fp0＋Fpi（pi）（对应图3.4.11中第Ⅰ和第Ⅱ部分）

承载能力受以下因素限制：直接承受内压的轮胎内壁材料的强度；橡胶与织物带的温度承受能力。

生产过程中的失误或承受的温度过高都会造成轮胎的胎冠从带束层上脱落，原因是橡胶在内压pi的作用之下从纤维之间压出。在轮胎内部维持轮胎强度的临界温度大约在150℃（橡胶硫化温度）。

静态轮胎弹性常数ki（也叫弹性刚度，即弹性曲线线性的部分）为载荷差除以轮胎的弹性压入长，即

ki是汽车垂向动态性能的一个衡量量度。提高ki的结果是车轴固有频率升高，车轮载变动及路面载荷提高，车底盘的载荷增大，行驶舒适性降低。影响ki的因素有行驶速度、轮胎充气内压pi、轮胎结构、轮胎截面比例和轮胎表面花纹。