轮胎的磨损和滑动摩擦系数_张运生.pdf

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 B906R mmmm m mmm m m长 宽高 距全 全 全勒 最小离地 问珠 gg kk 11 980 2 4 90 3 000 640 0 225 1 1390 13700 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 2 140 km h 11 4 m 350PS 2400rpm 1ZV 一200A H 操纵机构能在和车辆行驶方向成一5 9 5 范围内 以速度为3 0 de 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 k m 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 f w 滑动摩擦系数 f 滑动摩擦阻力 k g 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 0 CC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 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cm Z 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 60一13一4Pr 1 7 320 0 4 0 8 5 0 0 5 6080 水膜厚 6m m 纵向花纹轮胎 10 0 100 0m m 祝 奴 造呀锻称整 车速 4 0kn z 么60 080 D100 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 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 9 1 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 0 8 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 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 i n e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 A 40k nl h 车速 一 20Km h 瓦4八 吞 印 6 08 O 01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 0 406Q 8 0 1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K m 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100 4060 8 0 轮胎磨损率 20 4 0 J一 一一一Je e 一 工 605 0 10 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 100 1 00 1 00 1 00 9 1 10 7 10 6 100 91 1 00 8 4 7 g 八Un n 孟 八 匕00 10 0 拜 二 尸睡 拼 新胎纵向滑动摩擦系数 各轮胎磨 损程度的系数 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 0 km h时为0 3 8 0km h时为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 0 km h以上 轮 胎磨损的极限值也是7 0 60k m 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 0 km 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 就希望有 2 0 2 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D 0E 6 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 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 4 1 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 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 j 5 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 K m 五 V sn 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 h kg em Z kg 40 60 名0 混 凝土 湿润路面 水膜厚 0 6 5 6 0一13一4Pr 6 4 5一13一4Pr 1 7 3 20 1 001 20 km h 2 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 3一4 P r 按表6规定的条 件在土木研究所试验路上测定纵向滑动摩擦系数 测定结果如图1 7 1 9所示 路面上水膜厚分别为 Zmm 4mm 6mm 水膜厚Zm m 使用新轮胎时 滑动摩擦系数按子午线斜块轮胎 子午线纵向肋条轮胎和斜交线帘布层 轮胎的顺序减小 水膜厚 4 6m m 时也是同样 只是将滑动摩擦系数值都相应减小 车速 为和水膜厚 Zmm 相比 4mm 时减小5 6 6mm 时减小2 5 3 0 另外轮胎磨损率达8 0 另时 也和80km h时 新轮胎有大致相同的倾向 即摩擦系数按子午线斜块轮膝子午线纵向肋条轮胎和斜交线帘布层轮胎的顺 序减小 各种结构之间滑动摩擦系数值相差 0 2 0 5左右 和新轮胎不同的是 在8 0 k m h速度下 轮胎磨损率8 0 时 几种轮胎的滑动摩擦系数和水膜厚度无关 都为 1左右 即子午线轮胎和斜交帘布层 轮胎之间滑动摩擦系数几乎一样 这种情况下结构不同对滑动摩擦系数影响不大 一 57 一 自 汤 因此 子午线斜块轮胎和纵 向花纹轮胎相比较 表面形状差别大时 对滑动摩擦系数的影响较大 而当 轮 胎磨损后摩擦系数的变化和上述 轮胎磨损量及滑动摩擦系数 一节所述的大致相同 因此子午线轮胎 磨损后仍然需要注意行驶安全性 表 5 试 验条件 项 条件 车 速 路 面 轮胎 尺寸 轮胎内压 轮胎载荷 轮胎磨损率 轮胎磨损量 km n 406080 10 0 混凝土 湿润路面 水膜厚2 4 6m m 5 60一13一4Pr 1 65一13S R 1 7 1 8 320 39 0 0 80 8 5 1 6 120 kg em Z kg x子午线斜块 二 子午 线肋 条 j 甘 通J 斜交 帘 线纵肋条5 60吐3 己截喊级处 你 驻 味飞 蓄 二 截晰喊赞称斑 车速 K m 卜 寿 二速 人子 一 11 图1 7车速和纵 向滑动摩擦系数的关系 步 木研究所混凝寸路面 水膜厚2 m 图 3 车速和纵向滑动擎擦系数的关系 士 水研究所混凝十路面 水膜厚4m m 滑动摩擦系数和制动距离 如上所述 轮胎磨损后 在路面上有水膜的情况 下 车速 增加滑动摩擦系数下降 因此为了容易理解滑动摩擦系数的概念 把上述 结果 根据下式换算成汽车制动距离 如图2 0所示 制动距离 欠户午 线斜块 不午 子 纵向 肋条 纵内 花纹轮 胎 16 5一3 5 6 0一3 二 振减 晰遥何 裹 3 6 艺 S 二二去斗笋 二一 不 下二一 介 曰 一 Zgf254f S 制动距离 m 行驶速度 km h g 重力加速度 m se c f 滑动摩擦系数 车邃 K m h 图1 9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6 m m 表 6 是只根据滑动摩擦系数和行驶速度计算的值 除此之外 实际的制动距还 包括驾驶员反应滞后 机 械作用滞后时间内汽车所移动的 距离 空走距离 因此图2 0 的制动距离 是包括空走距离在内的实际制动距离 新轮胎 水膜厚 6m m 车速 40 km h 时 制动 距离为 40 4m 车速 z ookm h时为 z 85 2m 下转10页 一 58 一 轮式车辆和130000辆挂车 而且这些车辆大都来自不同的公司 如福特 克莱斯勒 美国汽 车公司 通用 怀特 凯特皮勒 派卡德 万国等 就载重量而言 这些车辆多为 2 5 吨 0 5吨 1 25吨 2 5吨 6 吨 8 吨和 1 0吨以及 特种车辆 这里 大多数车辆 拖有相 同载重 量 的挂车 有两种购置方法 一种方法是在十分慎重 的情况下 采用各个公司 的总成部件组 装的 军用 设计车辆 也就是 购买0 2 5 吨 2 5吨 5 吨和 8 吨 另一种 方法是 性能 说 明 法 就是开列出所需的整车性能清单 军 用设计 车辆 在补购时 当然属于现代车辆 规定将来要用 全能 车 来代替0 2 5 1 25吨的车辆 这种 全能车 系按所谓 性能 说明 法 购置的 这种购 置方法也适用于新的 5 吨 8 吨和1 0 吨及一种 新 的1 2 吨汽车 新车应该 装用自动变速器 转向助力器和气压制动装置 同时也要考虑到人体工程学方面的知 识 为美国 军方制造的车辆也可以出口 这也适用于少数由生产公司研制 的 然而美国 军方 没有使用 的车辆 外国公 司也可以为美国 军方提供越 野车辆 因此 在