滚动阻力与轮胎设计学习教案

1、会计学1滚动阻力滚动阻力(zl)与轮胎设计与轮胎设计第一页，共65页。动阻力的影响因素测量滚动阻力滚动阻力的换算2第1页/共64页第二页，共65页。3第2页/共64页第三页，共65页。预计(yj)中国墨西哥和巴西将在未来23年里推出相应制度，并与国际接轨。4第3页/共64页第四页，共65页。乘用车 C1 轮胎轻型卡车 C2 轮胎载重卡车及客车 C3 轮胎滚动阻力系数kg/t能源效率等级滚动阻力系数kg/t能源效率等级滚动阻力系数kg/t能源效率等级RRC 6,5ARRC 5.5ARRC 4.0A6.6 RRC 7.7B5.6 RRC 6.7B4.1 RRC 5.0B7.8 RRC 9.0C6.

2、8 RRC 8.0C5.1 RRC 6.0CEmptyDEmptyD6.1 RRC 7.0D9.1 RRC 10.5E8.1 RRC 9.2E7.1 RRC 8.0E10.6 RRC 12.0F9.3 RRC 8.1FRRC 12.1GRRC 10.6GEmptyG5第4页/共64页第五页，共65页。自2012年11月起执行的强制性限制乘用胎(C1)轻型卡车轮胎(C2)载重卡车及客车轮胎(C3)11月执行第一阶段滚动阻力要求12,0 kg/t10,5 kg/t8,0 kg/tC1+C2(2014年11月执行);C3(2016年11月执行)湿地抓着力指数1,1/2014年11月执行滚动噪声70

3、74 dB(A)72-73 dB(A)73-75 dB(A)2016年11月执行第二阶段:从2016年11月起执行的强制性限制第二阶段滚动阻力要求10,5 kg/t9,0 kg/t6,5 kg/tC1+C2(2018年11月执行);C3(2020年11月执行)6第5页/共64页第六页，共65页。导向轮导向轮 驱动轮驱动轮 拖车轮拖车轮 美国美国(mi u)(mi u)7第6页/共64页第七页，共65页。般般在在C-E级。级。n据据全全国国轮轮胎胎轮轮辋辋标标准准化化技技术术委委员员会会对对大大型型轮轮胎胎企企业业的的抽抽样样调调查查结结果果显显示，示，我我国国轿轿车车胎胎滚滚动动阻阻力力多多为

4、为E、F级，级，大大部部分分可可达达到到欧欧盟盟第第一一阶阶段段的的最最低低要要求，求，但但有有相相当当比比例例的的没没能能达达到到欧欧盟盟第第二二阶阶段段的的最最低低要要求。求。n上上海海轮轮胎胎研研究究所所对对全全国国载载重重胎胎的的调调查查分分析析结结果果显显示，示，约约30%的的载载重重胎胎达达不不到到(b do)欧欧盟盟第第一一阶阶段段滚滚动动阻阻力力的的最最低低要要求，求，70%达达不不到到(b do)欧欧盟盟第第二二阶阶段段滚滚动动阻阻力力的的最最低低要要求。求。n即即使使三三巨巨头头的的最最新新节节能能轮轮胎胎滚滚动动阻阻力力在在B 到到C 的的范范围，围，滚滚动动阻阻力力也也

5、极极少少达达到到A级。级。n这这说说明明低低滚滚动动阻阻力力必必将将成成为为全全世世界界轮轮胎胎公公司司追追求求的的目目标。标。8第7页/共64页第八页，共65页。9第8页/共64页第九页，共65页。轮胎(lnti)三巨头轮胎(lnti)的滚动阻力和抗湿滑性也极少达到A级。 不同品牌轮胎滚动(gndng)阻力10第9页/共64页第十页，共65页。中国轮胎(lnti)36%尚未满足欧盟第一阶段标准，50%不满足欧盟第二阶段标准。 2011年芬兰测试世界公司(n s)对不同品牌轮胎油耗测试对比11第10页/共64页第十一页，共65页。根据欧洲市场研究根据欧洲市场研究(ynji)(ynji)，以下属

6、性影响消费者购买，以下属性影响消费者购买决定：决定：1.3 消费观念12第11页/共64页第十二页，共65页。：滚动阻力试验机、轮胎试验场；缺乏基础理论研究和数据支持；全白炭黑配方及生产工艺；缺乏产品一致性。国内轮胎最大的苦恼，实验能达到A，B级，但是不敢标。13第12页/共64页第十三页，共65页。运动方向运动方向与运动方向相与运动方向相反的力反的力风惯性内摩擦滚动阻力滚动阻力定义为一个轮胎运动单位距离消耗的能量斜坡阻力14第13页/共64页第十四页，共65页。量的机械能。n滚动阻力包括与滚动相关的空气动力阻力引起的机械能损失、轮胎(lnti)与路面以及轮胎(lnti)与轮辋的摩擦、以及发生

7、在轮胎(lnti)结构内部的能量损失。另外，还包括了轮轴处的轴承损失，因为它们减少了传递到轮胎(lnti)的能量。n尽管滚动阻力定义为单位距离的能量与力的单位相同（J/m=N），但它是没有方向的标量。n在平坦路面上自由滚动的轮胎(lnti)，力的概念是合适的，但是在其它情况下，该概念被证实不合要求。n滚动阻力的值是从工况参数和几何参数计算得来的，它不对应实际的物理力。15第14页/共64页第十五页，共65页。16第15页/共64页第十六页，共65页。17第16页/共64页第十七页，共65页。 变变 形形, o 材料材料(cilio)特性特性 , tan 各部位各部位(bwi)体体积积, V使用

8、(shyng)条件(空气压,负荷 , 速度.)扁 平 率重 量结 构材 料工 艺EnergylossVo d 2tan2.3 影响滚动阻力的三大物理因素18第17页/共64页第十八页，共65页。19在一定条件下，提高(t go)胎面硬度和减少肩部硬度可以将低生热221tan21 tan 21 =tan 2EKK对于胎面，应力近似为常量对于胎肩，应变近似为常量=K第18页/共64页第十九页，共65页。*来自(li z)美国橡胶制造商协会20第19页/共64页第二十页，共65页。运动(yndng)方向空气动力(dngl)对转动轮胎的延迟作用占015%微小(wixio)滑移5%屈挠屈挠压缩与剪切接地

9、部位的变形所造成的能量损失占能量损失总量的8095%21第20页/共64页第二十一页，共65页。22第21页/共64页第二十二页，共65页。1.TREAD 2.BODY PLY(CARCASS) 3.BELT 4.SIDEWALL5.BEAD(APEX) 6.INNERLINER 7.CAPPLY 1234567Tread49%Sidewall14%Carcass11%Bead part11%Belt8%others7%23第22页/共64页第二十三页，共65页。能量(nngling)分散图轿车(jioch)胎横截面卡车(kch)胎横截面该图采用有限元方法计算24第23页/共64页第二十四页，

10、共65页。配方：降3.2 结构设计：减重3.3 使用条件的影响25第24页/共64页第二十五页，共65页。26第25页/共64页第二十六页，共65页。胶种F1204 SSBR2305SSBR2205SSBR2535SSBR4235SBR1500 SBR1502SBR1712ESBR1721SSBR4235ESBR1721SSBR4235用途低滚动阻力轮胎高性能轮胎普通轮胎高防滑性轮胎赛车轮胎苯乙烯含量%15-2525-3523.535-4040乙烯基含量%60-2060-2017-2635-2035-200C tan0.260.440.200.460.5560C tan0.110.140.15

11、0.160.1827第26页/共64页第二十七页，共65页。28第27页/共64页第二十八页，共65页。29第28页/共64页第二十九页，共65页。胶种胶种Nd-BR Ni-BR生胶门尼粘度生胶门尼粘度ML（1+4）1004445 混炼胶门尼粘度混炼胶门尼粘度ML（1+4）1008070 硬度硬度 邵邵A6565 300%定伸应力定伸应力 Mpa11.711.8 Goodrich生热生热3339 回弹性回弹性%4945 DIN磨耗磨耗/mm24753 孟山都疲劳孟山都疲劳/KC 寿命寿命100%张力张力309158 寿命寿命125%张力张力9350 30第29页/共64页第三十页，共65页。3

12、1第30页/共64页第三十一页，共65页。32第31页/共64页第三十二页，共65页。CARBONSILICACONTENTS100105Wet Traction100110Rolling Resistance10097WearProperties0 tanHydrophilic -OH GroupHysterisys滞后(zh hu)损失DispersionPolymerHighLowLowS-SBRLowHighHighE-SBR-60-50-40-30-20-100102030405060708090Silica CompdCB CompdWet TractionRegionR.R.Re

13、gionTan Delta Temp.Temp.3.1.3 白炭黑33第32页/共64页第三十三页，共65页。34第33页/共64页第三十四页，共65页。35第34页/共64页第三十五页，共65页。 由于聚集体分布(fnb)相对较宽，着色强度较低，在中等苛刻度的条件下，胎面胶的耐磨性能主要取决于炭黑的粒径， 炭黑的聚集体尺寸分布(fnb)越宽，胶料的滞后性能亦越低，RR也越小； 超高结构炭黑吸油值和压缩吸油值(即244)约分别为170c3(100)-1和1203(100)-1,甚至更高的炭黑。 这类炭黑的特征是聚集体分布(fnb)相对较宽,即小的聚集体嵌入到大的聚集体中,这样会提高其有效填充密

14、度,有助于降低胎面胶的滚动阻力。3.1.4 低滞后(zh hu)炭黑36第35页/共64页第三十六页，共65页。37第36页/共64页第三十七页，共65页。38第37页/共64页第三十八页，共65页。产生的应力以及带束上产生的应力有很大的影响。虽然(surn)较为平坦的胎冠（减小曲率）不总是更好，但一般来说更好。n较平坦的胎冠会增加胎肩区域胎面的厚度。这种情况下，质量的影响会抵消扁平化带来的能量耗散的减少，结果滚动阻力会增加39第38页/共64页第三十九页，共65页。40第39页/共64页第四十页，共65页。与普通与普通(ptng)(ptng)子午胎不同的子午胎不同的结构结构普通带束层：置以一

15、个(y )角度采用无接头技术：沿轮胎圆周(yunzhu)0角度缠绕41第40页/共64页第四十一页，共65页。dng)阻力系数。相同结构的轮胎，滚动(gndng)阻力系数基本上与外直径的-1/3次方成比例关系。3/1ODkFR42第41页/共64页第四十二页，共65页。43第42页/共64页第四十三页，共65页。44第43页/共64页第四十四页，共65页。滚动阻力占总阻力的百分比（四种(s zhn)路线对比）市内市外高速公路(o s n l)主流(zhli)路面滚动阻力内摩擦力空气阻力惯性阻力3.3 使用条件的影响45第44页/共64页第四十五页，共65页。不同道路对RR的影响（the eff

16、ect of RR on Different Roads ）城市道路郊区道路主次干道高速公路RR46第45页/共64页第四十六页，共65页。滚阻迅速(xn s)降低，然后趋于稳定行驶时间对滚阻的影响（轿车(jioch)轮胎）以100为基准基准100：轮胎滚动轮胎滚动30分钟分钟后依标准ISO 8767 测得。47第46页/共64页第四十七页，共65页。温暖的天气使得(sh de)轮胎的效率更高（低滚阻）基准(jzhn)100：在25下依标准ISO8767测得的滚阻)(1 ,refambTRTRTTkFFambref-1。K的其它值有时也会用到，但是其值一般在到-1之间48第47页/共64页第四

17、十八页，共65页。49第48页/共64页第四十九页，共65页。较高的充气压力(yl)可降低滚动阻力轿车(jioch)轮胎基准100：在充气压力为bar下依标准ISO 8767测得。50第49页/共64页第五十页，共65页。Z = 加在轮胎上的垂直载荷加在轮胎上的垂直载荷(zi h)占设计最大载荷占设计最大载荷(zi h)的百分比的百分比The tire becomes more efficient (CRR) - BUT the actual resistive force (FRR) increases because the load on the tire increases 轿车基准1

18、00：在负荷为最大负荷80%时依标准ISO 8767测得的滚动阻力51第50页/共64页第五十一页，共65页。52第51页/共64页第五十二页，共65页。减速测试法是ISO标准(biozhn)里规定的注：表示(biosh)转动角速度；表示(biosh)角加速度。.53第52页/共64页第五十三页，共65页。依ISO标准测定(cdng)阻力力传感器（测力计）54第53页/共64页第五十四页，共65页。依ISO标准(biozhn)测定扭矩扭矩传感器（扭矩计）55第54页/共64页第五十五页，共65页。依ISO标准测定(cdng)输入的电功率瓦特计56第55页/共64页第五十六页，共65页。轮胎在单

19、滚筒测力计上的变形大于在路面上的变形，比在双滚筒 测力计上的变形大得更多。 测力计产生的滚动阻力大于路面产生的滚动阻力 。 在标准气压下，双滚筒测力计造成的变形甚至会导致轮胎破坏，因此(ync)欧洲法规里允许在做双滚筒测力计测试时，将轮胎气压充到超过标准值的50%。57第56页/共64页第五十七页，共65页。xRFvTF 58第57页/共64页第五十八页，共65页。ZXYXREMDMCFBFATFyFxM侧偏工况：59第58页/共64页第五十九页，共65页。测试面测试面工况工况ABCDE转鼓转鼓（带恒定半径（带恒定半径R的面）的面）一般工况/v+cos/(Rcos)-(cos+R1cos/(Rcos)-sin-sin/R-cossin/(Rcos)=0/v+co