轮胎的磨损和滑动摩擦系数_张运生

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1、轮胎的磨损和滑动摩擦系数轮 胎和路面 间的关系轮胎和路面间存在着纵 向滑动摩擦和横向滑动摩擦(即侧滑)两种。所谓纵向滑动摩擦,是轮胎旋转方向和汽车行驶方向相同时,因制动在轮胎和路面间产生的 滑动摩蔡阻力。该滑动摩擦阻力和轮胎负荷的 比称为纵向滑动摩擦系数。相 对于路面,轮胎表面的滑移比例叫做滑 移率。一般把车轮完全抱死的情况叫做滑移率1 0。%的纵向滑动摩擦系数。所谓横向滑动摩擦,是轮胎旋转方向和汽 车行驶方向相同时,由于受到与轮胎平面垂直方向上的外力,而在轮胎和路面间产生的滑动 摩擦阻力。该滑动摩擦阻力和轮胎负荷的比叫横向滑动摩擦系数(即侧摩擦系数)。当轮胎旋转方向和行驶方向产生如图1所示的

2、夹角口时,在与轮胎旋转平面相垂直方向上作用着一个外力,由此产生了横向滑动摩擦阻力,把 这 时的横向滑动摩擦系数叫做有偏离 角夕时的侧滑摩擦系数。其值随偏离角的增大而增大,当超过某一角度时即成为一个确 定值,等于直 角方向的横向滑动摩擦系数。衬角图1侧滑摩擦 系数试验车的概要和试验方法试验车的概要高速试验车参数如表1和图2所示。其主要测定机构是由滑移计本体部 分、控制部分以及测量记录部分 构成,如图3、4所示。本体部 分是垂直 升降式的纵横两用式滑移计。试验轮标准轮胎尺寸为5.6 0一1 3,也可以装7.5 0一1 4或8.0 0 一阳2局速试粒牛仁猫侈侧龙平,图3滑移测定装置(垂直升降、纵横两

3、用 式)一52一1 5 尺寸的轮胎。采用气力加载方式,试验轮的载荷为600 kg以下的各种载荷。采用空气一油压 伺服盘式制动器。在最高载荷时的最大制动力的滑动摩擦系数为1.2,车轮能抱死,并能调整到 最大制动力以下的任何值。表1高速试验车参数型式三菱(扶桑)B906Rmmmm mmmm m m长宽高距全全全勒最小离地 问珠ggkk11 9802 4 903 000640 02251 139013700重重自总车车性能发动机爬 坡能力最高车速最小转弯半径最大功率蓄电池30。2%140km/h11。4m350PS/2400rpm1ZV一200A H操纵机构能在和车辆行驶方向成一5。9 5“范围内,

4、以速度为3 0de g/se c给出任意偏离角,采用电动方式。试验轮垂直上下移动,所需动力和加载用同一动力缸。侧量用传感器有,制动力、行驶阻 力、侧滑力(与轮胎平面垂直方向的力)、转向力(作用于轮胎上与行驶方向垂直的力)、载荷、试验轮圆周速度、偏离角传感器等七个。控制部分,包括控制 滑移计本体的机构以及操作 指示仪表,均集中在仪表板上如 图5。在仪表板上可操纵控制试验轮的上下及载荷,控制制动、偏离角等。指示仪表可显示出试验车车速(km/h)、试验车轮的圆周速度( km/h )、偏离角(度)、电源电压(伏)、电流(安培)等。仪器录部分包括有测力计示记乏仪,可直观,也可记录在一定规格的记录纸上。验

5、方试验车以规定速度行驶,只在试验车体前边安装的试验轮上进行 制动,或者是给出各种偏离角,(和试验车本身无关),这时路面和试验 轮之间产生的各种 滑动摩擦阻力由测力传感器测 出,并通过应变仪由记录示波 器记录,且按下式标出摩擦 系数。fw“:滑动摩擦系数f:滑动摩擦阻力 ( kg)w:轮胎载荷(kg)轮胎磨损量和滑动摩擦系数纵向滑 动摩擦系数以前,主小型轿车(1 60 0CC级)上使用最 多的是5.6 0 一1 3一4P r纵向花纹轮胎,按表2规定的条件侧定纵向滑动摩擦系 数,其侧定结果如图6、7所示。图6是在日本汽车研究所试验路上测定出的结果(混凝土路面)。从图可见,轮胎磨损率达5 0%左右时

6、,滑动摩擦系数变化很小。当磨损率达到 8 0%左5 3右时,滑动摩擦系数就要减少到新轮胎的9 0 8 0%,特 别是当磨损率达10 0%时,滑 动摩擦系数减少到了。 6 0%左右。并且滑动摩擦系数的减少是随着车速的提高而增大的。图7是在建设省土木研究所试验路上(混凝土路面)测 定的结果,和图6大致相同。但是由于路面的使用率、磨损情况等路面状态多少有些差别,因此图7中滑动摩擦系数的减少较小。图4滑移侧定装置之一图5控制 台及记录仪件车速k m/h路面轮胎尺寸轮胎内压k郁cmZ轮胎载荷kg轮胎磨损率%轮胎磨 损量(残留厚度)偏离角20一4 0混凝土、湿 润路5。60一13一4Pr1。732004

7、08。5005。6080(水膜厚。.6m m )纵向花纹轮胎10 01000m m祝奴造呀锻称整车速 ,4 0kn,z么60080D100界限 值右甲一一劝尸一布方一一欣芯一一 轮胎弃 损率鱿)三戴城雄驻遥你k轮胎磨损率(%)图6轮胎磨 损率和纵向滑动摩擦系数(日本汽车研 究所混凝士路面.水膜厚0 .6 m m)图了轮胎磨损率和纵向滑动摩擦系数 (士 木研究所混凝士路面,水膜厚。.6 m r n)另外滑动摩擦系数和速度的关系如图8所示。一般说来,轮胎磨损越厉害,随着车速的增加,滑动摩擦系数减得也越厉害。一5 4一车 速( K m/h)图8速 度和纵向滑动摩擦系数(日本汽车研 究所 混凝土路面水

8、 膜厚。.6 mm)横向滑动摩擦系数与测定纵向滑动摩擦系数相同,使用5.6 0 一1 3一4P r纵向花纹轮 胎,按表2给出的条件测定横向滑动摩擦系数,其结果如图91 0所示。图9、1 0是在日本汽 车研究所及建设省土木研究所的试验路上,偏离角为2 0。时的测量结果,这时轮胎几乎处于没有滚动的侧滑状 态。这种状态和上述的纵 向滑动摩擦一样,随着轮胎磨损率的增大,横 向滑动摩 擦系数减小,当磨损餐达8 0%左右,横向滑动摩擦系数减小 到 9 08 0 %,磨损率10 0%时,横 向滑动摩擦系数减小到7 0 6 0%(示戴帐我世尽书左右,而且 减小率也随车速增加而增 加,但和纵向滑动摩擦系数相比,

9、横 向滑动摩擦系数的减小 率稍小。这是 因为侧滑时和轮胎的行驶速度相比,轮 胎接地面的实际滑动速度(v、s ine一v:轮胎旋转速度、口:偏离角),比较低的缘故。另外,偏离 角5。时如图11、2所示,测定值 多少有些分散,但总咋倾向是轮 胎磨损到某 一程度(磨扳率4 0 一6 0%)时,横向滑动摩擦系数开始增大随后又 减小,这是因为偏离 角小,还 没达到 完 全侧 滑状态以及由于轮胎内部的扭曲等影响,所以新轮 胎横向滑动摩擦系数较小。因此横向滑动摩 擦系数受轮胎磨损率、偏离角大小(有无完全侧滑状态)的影响而不同。不论哪种伏态,磨 损率达1 0。龙或接近10 0%时横向滑动摩擦系数都减小,这和纵

10、向滑动摩擦时一样。卜昌吞. . . . . 百护 l八二喊诚城赞你把蠢 鉴。,资一节 矗 一乙父A40knl/h车速一20Km/h瓦4八吞印6 08 O01的2 04 06 0”叮一1面一轮 胎磨损率(%图9轮胎磨损率和横向滑动摩擦系数 (日本汽 车研究所 混凝少 路面水膜厚。.6o m偏离角2 0。)2 0406Q 8 01的:轮胎 磨损率(% )图1 0轮胎磨损率和横向滑动摩擦 系数(土木 研究所混凝士路面,水膜厚0.6mm偏离角2。,. 厂策烹认.父吞浑速40km/h车速 加Km/卜4 06 Q.X八. 1 1 | |斗|!0 .、二口减晰喊处何犯6 0加八:氛搔潇粉拐把口1004060

11、8 0轮胎磨损率(%)204 0J一-一一一Je e一工 . 605 010卜图1 1轮胎磨损率和横向滑动摩擦系数(日本汽车 研究所混凝土路面,水膜厚。.6 m m、偏离 角5.)轮被磨扭率. (%)图1 2轮胎磨损率和横向滑动摩擦系数(士木 研究所混凝士路面,水膜厚。.6mm、偏离角;)一55一相对新轮胎摩徐系数的 减少率新胎4 4%69%80%(残留1。6mm)87%(残留1。om m)100写吕, d厅J八U只衬臼了月了夕=1001 001 001 009 110 710 6100911 008 47 g八Unn孟八匕0010 0(拜。二尸睡)拼。,新胎纵向滑动摩擦系数;#各轮胎磨 损程

12、度的系数;刀=10 0刀实 际使用中轮 胎磨损率的极限如上所述,轮胎磨 损后,纵向滑动摩擦系数和横向滑动摩擦系数都减小,因此在使用中应加注意。轮胎磨损的极限值,可以用相对新胎摩擦系数的减小率来表示,也可以用摩擦系数的绝对值来表示。表3给出了摩擦系数的减小率。如果把摩擦系 数值大致减小 2 0 %作为磨损率的极限值,则行驶速度6 0km/h以下时,磨损8 0%(残 留1.6mm),车速在80 km/h以上时,磨损7 0%(残留2.sm m)作为轮胎磨损的极限值。如果以摩擦系 数的绝 对值来 表示,则在道路规则中规定路 面纵向滑动摩擦系数的最低值:车速10 0km/h时为0.3,8 0km/h时为

13、0.3 1,6ok m/h时为0.3 3,4okm/h时 为0.38,当 然如果路面良好,既使轮胎磨 损率很高也能保证这 个数值,但是在路面不良的状况下,为了安全也 必须保证这个数值。图6、8中的点线是道路规则中的值,据此可知,车速在8 0km/h以上,轮 胎磨损的极限值也是7 0%,60km/h,马寸是87%,4okm/h时是10 0%。从横向滑动摩擦系数来看,车速在 6 0km/h以下,间题不大,但在8 0km/h以上的高速和8 7 %(残留lm m)以上的磨损时就必须注意了。综上所述,60 km/h以下的速度,规则中规定残留1.6m m也是安全的,但是如 果车过在 8 0km/h以上,就

14、希望有2.02.smm残余沟槽。轮胎 的表面形状和滑 动摩擦系数通常在小型轿车上使用的结构相同的轮胎,既使名称也相同,但由于生产厂家不 同,表面形状(轮胎花纹确不尽相同。图1 3 1 4 表示5种表面形状不同的纵向花纹轮胎,在土木研究所试验路上测定滑动摩擦系数的结果。 !火、一5共胜 诊.A轮胎 Z乏3心 C.“一”纵向花纹轮胎几孟橄喊城畏俘史考卜一、澡处诊二:主。A轮胎XB吞C 口D0E6一纵向 花纹轮”,5.6 0一1 3纵 向花纹 轮胎二彭喂贵潇俘俗车速(Km/h)图1 3速度和纵向滑动摩擦系数的关系(土木研究所混凝少路面、水膜厚0.6 m m)4U幻O例孟 U孟 J车速(Km/h)图1

15、 4车速和纵向滑动摩擦系数的关系(土木研究所混凝士路面、水膜厚2.o m m)图1 3 为路面上水膜厚0.6m m的测定结果,从图中多少能看出 由于轮胎表面形状不同产 生的差别,但是 当车速是1Zokm/h时滑动摩擦系数在0.4左右,数值较大,因此总的看来,表面形状的影响可认为是不大的。但是如 图1 41 6所示路面上水膜厚为Zm m、4m m、6m m,车速在40 km/h时表面形状不同造成的差别 明显 地表现出来。这是由于表面形状不同,排水效果有明显差别所致。当车速达到8 0km/h以上,摩擦系数降到。.3以下,特别是车速增加到100 km/h以上,摩擦系数降到0.1以下。因此在这种状态下

16、,由于轮胎表面形状不同而 产生的差别几乎消失,成“水 膜状态”(轮胎离开路面,被水膜支撑的状态)或近于这 种状态,行驶时则要特别注意。号轮胎 大l l。C口l);,45叹3向 纹 轮伦胎、“4”一纵向花纹枷。j5,60一1 3纵向花坟轮胎B ACD乙. X心DD飞雏:二)撅憾场.撼犯朴粉暇处尽惑决气邀减!1 1勺车速(Km/五)Vsn车逮K m/h )图1 5车速和纵向滑动摩擦系数的关系(少木研究所混凝土路面,水膜厚4.om m)表4试图1 6车速和纵向滑动摩擦系数的关系(十木 研究所混凝土 路面,水膜厚6.o mm)验条件车速路面轮 胎尺寸轮胎内压轮胎载荷hm/hkg/emZkg4060名0混 凝土、湿润路面(水膜厚0.6 .5。60一13一4Pr,6。4 5一13一4Pr1。73 201 001 20km/h2、4、6mm纵向花纹轮胎轮胎结构和滑动摩擦系数用两种子午线斜块轮胎(1 65一1 3 一sR)和一种斜交线帘布层轮胎( 5.6 0一1 3