滚动阻力成因分析与影响因素分析

1、滚动阻力成因分析与影响因素分析本页仅作为文档封面，使用时可以删除This document is for reference only-rar21 year.March滚动阻力的成因分析与影响因素分析报告车辆1203班第2组汽车在水平道路上等速行驶时受到的道路在行驶方向上的分力称为滚动阻 力，主要有车轮的弹性变形、路面变形和车辙摩擦等。本文主要针对滚动阻力 的成因和影响因素研究分析。一.滚动阻力的成因分析近代摩擦学关于滚动摩擦的理论认为：滚动体在力的推动下滚动，在赫兹 接触区内除存在赫兹正压力外，还存在切向力，从而使接触区被分为微观滑动 区和黏着区，在黏着区内只有滚动而无滑动，微观滑动区内还存

2、在着滑动，认 为滚动摩擦阻力山以下四个因素构成：弹性滞后、黏着效应、微观滑动、朔性 滞后。但在车轮滚动过程中，热弹性滞后、黏着效应、微观滑动、朔性滞后引起 的能量损失所占比例很小，因此，主要原因 在于弹性滞后。当弹性轮胎在硬路面（混凝土路、沥青 路）上滚动时，轮胎的变形是主要的。由于 弹性材料的粘弹性性能，弹性轮胎在硬支撑 路面上行驶时，加载变形曲线和卸载变形曲 线不重合导致能量损失，此能量系损耗在轮 胎各部分组成相互间的摩擦以及橡胶、棉线 等物质间的分子间摩擦，最后转化为热能消 失在空气中，是轮胎变形时做的工不能全部 收回。这种损失称为弹性物质的迟滞损失。（如右图）这种迟滞损失表现为一种阻力

3、偶。当车轮不滚动时，地面对车轮的法向反作 用力的分布是前后对称的；当车轮滚动时川I于弹性迟滞现象，处于压缩过程的前 部点的地面法向反作用力就会大于处于压缩过程的后部点的地面法向反作用力,这样，地面法向反作用力的分布前后不对称,而使他们的合力巧相对于法线前移 一个距离a,它随弹性迟滞损失的增大而变大。即滚动时有滚动阻力偶矩阻碍车轮滚动。（如下图）b）不对称压力分布（运动）F, =Wf Ff =N 由此可见，滚动阻力的作用形式为（另一方面，当轮胎在松软的路面上滚动时，轮胎的变形很小，主要是路面下 凹变形，在车轮前方实际形成了具有一定坡度的斜面，对车轮前进产生阻力。 还有车轮轴承内部也存在着磨擦，这

4、些磨擦和变形都要损耗发动机的动力，从 而形成了汽车行驶中的滚动阻力。车轮行驶在不平路面上时，引起车身振荡、 减振器压缩和伸长时做功，也是滚动阻力的产生来源。山上可知，汽车的滚动阻力主要是山轮胎和路面的变形引起的，而轮胎和 支撑面的相对刚度决定了变形的特点。二.滚动阻力影响因素分析山滚动阻力的作用形式厂可知，滚动阻力主要与滚动阻力系数有关，试验可知，滚动阻力系数主要与以下因素有关。路面环境不同路面的滚动阻力系数不同。总的来说，路面状况越良好，摩擦因数越 小，滚动阻力越小。柔性路面（土路、草地、沙土、雪地）比硬性路面滚动阻力大。因为还需 要克服附加滚动阻力，具体包括接触面材料被压缩和移动行程的车辙

5、阻力和车 辙与轮胎之间的摩擦力。压紧路面的干燥路面的滚动阻力比积水路面的滚动阻力小。因为在积水硬 路面运动的车轮与路面之间存在三个区域：水膜区、过渡区和接触区。在过渡 区轮胎已有变形，与道路有局部接触，而在接触区轮胎与路面之间才完全接触 传递力，轮胎排挤水层就形成了排水阻力，增大了滚动阻力。行驶车速a对轿车轮胎试验发现，车速低于100km/h，滚动阻力逐渐增加，但变化不 大;当车速超过140km/h时，滚动阻力增加很快；当车速达到临界车速 （200km/h）,滚动阻力迅速增加，此时，轮胎发生驻波现象，轮胎轮缘呈现 明显的波浪状。同时，轮胎温度也很快增加100°C以上，胎面与帘布层脱落

6、， 数分钟后就会出现爆胎。更进一步研究发现，在一车速实验范圉内，低速行驶时，滚动阻力近似与 车速成线性关系；高速行驶时，滚动阻力近似与车速成平方关系。轮胎材料与结构（1）胎面材料：胎面材料的选用对轮胎滚动阻力影响较大，其滞后损失占整 个轮胎的50%其至更多。在胎面胶中合理使用BR、S-SBR. 口炭黑和高芳炷 油，均可降低轮胎滚动阻力。（2）帘线排列形式（斜交结构与子午结构）: 阻力的仅次于胎面材料的第二大因素。斜交胎 与子午胎比较，子午胎由于有带束层紧箍胎 体，不仅胎面部分的变形很小，而且胎体也儿 乎不发生胀缩运动，因而轮胎的滞后损失非常 校尤其是载重子午胎的胎体要使用钢帘线，滞 后损失更小

7、，所以滚动阻力也更低。一般来 讲，子午胎的滚动阻力大约相当于斜交胎的 2/3左右。（如右图为斜交与子午接地部收缩 比较）（3）帘纤材料：轮胎的同一规格的轮胎使用 不同的纤维帘线材料，其滚动阻力有明显差轮胎帘线排列形式是影响滚动斜交胎异。芳纶帘线轮胎滚动阻力最低，DSP聚酯帘线轮胎的滚动阻力介于芳纶帘线 轮胎和普通聚酯帘线轮胎之间。（4）扁平比：轮胎扁平比对滚动阻力也产生一定的影响。通常，扁平比越小 则轮胎的刚性越大，也越难下沉，滞后损失也相应变低，滚动阻力减少。（5）无内胎化的结构变化也可有效降低滚动阻力。气压据德国奥迪试验表明，轮胎气压比规定压力增加10%,可有较好的节油效 果，且不降低轮胎

8、的适用寿命。但是，轮胎充气压力不可过高，否则就会降低 轮胎寿命和增加道路早期损坏。因为随着充气压力的增大，轮胎的刚度增大，在轮胎滚动过程中，其整体 变形减小，山此产生的滞后损失减小，从而降低了滚动阻力。驱动力驱动轮的轮胎大于从动轮的滚动阻力。因为在驱动力矩作用下，胎面与接触地面存在一定的滑动，增加能量损 耗。而且，驱动力越大，滚动阻力系数越大。转向通用公司DFW1100型吨半挂车汽车在半径33m的圆周行驶试验表明，转弯 行驶的滚动阻力比直线行驶时增加50%100%o因为转弯或变更车道行驶时，轮胎发生侧偏现象,车轮受到侧向力的作用，使车轮运动方向不垂直其轴线而是车轮平面与 运动方向成某一角度，即侧偏角，此时，滚动阻力将增加侧向力在行驶方向的 分力，即附加滚动阻力。但一般的动力性分析中常不考虑转弯增加的阻力。K参考文献郭建廷.滚动摩擦力的产生机理及其计算J润滑与密封.1988