轮胎不规则磨耗机理_测试_改良

1、Confidential轮胎不规则磨耗轮胎不规则磨耗机理机理 / 测试测试 / 改良改良欧阳博欧阳博二九年五月廿五日二九年五月廿五日Confidential内容提纲内容提纲 简介简介 1983 北美北美 All-Season PCR 轮胎之不轮胎之不规则磨耗问题规则磨耗问题 不规则磨耗机理之分析不规则磨耗机理之分析 如何应对和改进不规则磨耗问题如何应对和改进不规则磨耗问题 试验室高效测试法之思考试验室高效测试法之思考Confidential简介简介 不规则磨耗之种类不规则磨耗之种类 不规则磨耗之可能原因不规则磨耗之可能原因Confidential不规则磨耗之种类不规则磨耗之种类Alternat

2、e Lug WearBoth Shoulder WearBrake Skid / Flat Spot WearSpotty WearCupping/ Scallop WearDiagonal WearConfidential不规则磨耗之种类不规则磨耗之种类Erosion/ River/ Channel WearFeather Edge WearShoulder Step/ Chamfer WearOne-Sided WearConfidential不规则磨耗之种类不规则磨耗之种类Rib Punch WearShoulder Scrubbing/Scuffing WearHeel & T

3、oe WearConfidential不规则磨耗之可能原因不规则磨耗之可能原因 悬挂系统问题悬挂系统问题 设计设计 维护维护 轮胎使用与维护轮胎使用与维护 充气压不当充气压不当 不当使用不当使用 刹车，转弯过猛刹车，转弯过猛 超载超载 胎压不足胎压不足Confidential不规则磨耗之可能原因不规则磨耗之可能原因 轮胎设计和制造质量问题轮胎设计和制造质量问题 胎面花纹设计胎面花纹设计 花纹块弱花纹块弱 / 不稳定不稳定 胎面胶胎面胶 不耐磨，过软不耐磨，过软 胎体胎冠设计胎体胎冠设计 胎体或带束刚性不足胎体或带束刚性不足 轮胎制造质量轮胎制造质量 均匀性不良均匀性不良Confidential

4、1983 北美北美 All-Season PCR 轮胎之轮胎之不规则磨耗问题不规则磨耗问题非驱动轮胎非驱动轮胎 (undriven tires)二二 / 四四 行花纹严重行花纹严重 Heel & Toe WearAll-Season 胎用块状花纹胎用块状花纹多为高速公路之磨耗，条件相对温和多为高速公路之磨耗，条件相对温和Confidential1983 Uniroyal 调查结果调查结果Heel & Toe % 出现率出现率品牌品牌 A品牌品牌 B品牌品牌 C总计总计14.94.04.1第一行第一行1.50.64.1第二行第二行13.72.83.1第三行第三行1.60.51.5

5、第四行第四行13.12.91.3第五行第五行1.10.60.6ConfidentialLudwig, G.S. and Brenner, F.C., Distribution of Speed and Acceleration on a Treadwear Course, Tire Science and Technology, v. 9, Nos, 1-4, 1981橫向橫向縱向縱向Confidential进一步观察进一步观察驱动轮胎驱动轮胎: OSS 胎面有 Shoulder Wear 其余磨耗轻微，且均匀非驱动轮胎: OSS 胎面有 Shoulder Wear 二二 / 四四 行花纹严重

6、行花纹严重 Heel & Toe WearConfidential 前轮驱动前轮驱动 后轮驱动后轮驱动前轮前轮 后轮后轮 前轮前轮 后轮后轮磨耗率磨耗率快快 较慢较慢 快快 较慢较慢磨耗磨耗均匀均匀 不均匀不均匀不均匀不均匀 均匀均匀驱动驱动 制动制动 转弯转弯 自由滚动自由滚动 高速公路轮胎不规则磨耗分析高速公路轮胎不规则磨耗分析Confidential 此类不规则磨耗不能不能归之于轮胎转弯 此类不规则磨耗之轮胎大部分时间处于自由滚动状态自由滚动状态，且其他为制动与转弯，而无驱动。高速公路轮胎不规则磨耗分析高速公路轮胎不规则磨耗分析Confidential不规则磨耗机理之分析不规则磨

7、耗机理之分析ConfidentialSchallamach Pattern 的形成是從連續打滑來的的形成是從連續打滑來的Confidential正常的子午胎的胎面正常的子午胎的胎面上很難找到上很難找到 Schallamach patternsConfidential斜交胎与子午胎耐磨性之比較斜交胎与子午胎耐磨性之比較斜交斜交 子午子午哩程（千英哩）哩程（千英哩）12+48-60+束帶束帶無無有有應力應力大大小小打滑打滑大，連續性大，連續性小，間歇性小，間歇性Schallamach patterns有，多有，多無，少無，少Confidential胎面膠摩耗之机理胎面膠摩耗之机理第一步：疲勞老化第

8、一步：疲勞老化 (Mechano-thermo-chemical degradation)第二步：斷裂分离第二步：斷裂分离 卷离法卷离法 (Roll formation) 脫皮法脫皮法 (Delamination or spalling)ConfidentialRoad Surface Texture1 mmConcrete Cement and SandAsphalt and PebblesMicro-texture1 cm0.01 - 0.1 mmConfidential1 mmConcrete Cement and SandAsphalt and Pebbles1 cmTread rub

9、berTread rubberConfidentialHeat Generation/ Transfer and Temperature ProfileQQQTTTHeat PulseSmoothSmall AsperitiesLarge AsperitiesOutsideInsideConfidentialRoll Formation ProcessTread RubberAsperityDirection of slidingDegraded RubberFractureRolling upRemovalConfidential自由滚动时自由滚动时 Heel & Toe Wear

10、之考虑之考虑Confidential轮胎自由滚动之应力变化轮胎自由滚动之应力变化Contact PressureSymmetricLongitudinal ShearAnti-symmetricp-t-p shearConfidential制动时轮胎之应力变化制动时轮胎之应力变化Contact Pressure Skewed forwardAdditional negative longitudinal ShearResultant shearp-t-p shearConfidential驱动时轮胎之应力变化驱动时轮胎之应力变化Contact pressure skewed backwardA

11、dditional positive longitudinal shearp-t-p shearConfidential制动制动 自由滚动自由滚动 驱动驱动疲劳老化速度之不同疲劳老化速度之不同Confidential01Confidential從刮痕看胎面打滑度与輪胎側滑角之關係從刮痕看胎面打滑度与輪胎側滑角之關係 （ 2 度到度到 3 度）度）Confidential從刮痕看胎面打滑度与輪胎驱动，制动之比较從刮痕看胎面打滑度与輪胎驱动，制动之比较Confidential 因此，胎面胶皮层之应变能是自由滚动时高于一般驱因此，胎面胶皮层之应变能是自由滚动时高于一般驱动状态。动状态。 而块状花纹的

12、应力而块状花纹的应力-应变以及其离开地面接触时的形变，应变以及其离开地面接触时的形变，可影响其接地滑移现象，其行为概述如下可影响其接地滑移现象，其行为概述如下:高速公路轮胎不规则磨耗分析高速公路轮胎不规则磨耗分析密度分布驱动 低均匀制动 高Toe HeelConfidential轮胎印痕比较轮胎印痕比较NormalW-nessM-nessProne to 2/4 row irregular wearConfidential滚动半径滚动半径 ( rolling radius) 之定义之定义- 普通定义普通定义- 点定义法点定义法ConfidentialWhat is Radius?Webster

13、s Dictionary:A line segment between the center of a circle and any point on its circumference.CenterCircleRadiusConfidentialWhat is the rolling radius for a deformed circle?Conventional Definition:Rolling Radius = Distance per rotation / 2p pTypical 67” test drum300 revolutions = 1 mile80012.605”801

14、12.589”80212.574”80312.558”80412.542”80512.527”80612.511”80712.496”80812.480”80912.465”81012.449”For 1.000 mile N Rolling RadiusConfidential滚动半径的点定义滚动半径的点定义R = DL / Dq = (XO XO ) / (qB qA) Confidential滚动半径与步跨滚动半径与步跨(XB XA) = (XD - XC) + SA + SBConfidentialWhat control the free rolling radius? Deflec

15、tion Tread gauge Lateral groove Belt length Edge vs. center Nylon cap Inflation pressureBelt compositeDeep groovesShallow groovesConfidential如何量自由滚动半径差？如何量自由滚动半径差？ConfidentialSplit DrumL1L2L3L4L5L1 L2 L3 L4 L5ConfidentialSplit PlanksL1L2L3L4L5ConfidentialRolling radii mismatch and row wearConfidenti

16、alThe Twin-Tire Test MethodNot identical twin - Rolling radii mismatch about 2.5 %.ConfidentialThe Twin-Tire Test Method - continuedConfidentialConfidential总结总结All-Season 轮胎块状花纹在轮胎块状花纹在 2/4 行之行之 H/T 不规不规则磨耗，主要是由于：则磨耗，主要是由于： 非驱动轮胎胎面胶皮层之疲劳老化在自由滚动状态非驱动轮胎胎面胶皮层之疲劳老化在自由滚动状态下，高于驱动轮胎。下，高于驱动轮胎。 第第 2/4 行花纹之自由

17、滚动半径略小，造成较高的制行花纹之自由滚动半径略小，造成较高的制动状态，不利于动状态，不利于 H&T 偏磨耗。偏磨耗。 第第 2/4 行之滚动半径之略小，与印痕形状相关，即行之滚动半径之略小，与印痕形状相关，即所谓所谓M-ness 或或 W-nessConfidential总结总结 减少轮胎花纹行与行之间的自由滚动半径差，减少轮胎花纹行与行之间的自由滚动半径差，当有利于降低不规则磨耗。当有利于降低不规则磨耗。 胎冠带束层及胎冠带束层及 cap ply 设计优化设计优化 块状花纹，沟及块状花纹，沟及 sipes 之设计优化之设计优化 小心控制双轮法中大小轮胎之自由滚动半径差，小心控制双轮

18、法中大小轮胎之自由滚动半径差，此法可能成为实验室对不规则磨耗的快速筛选此法可能成为实验室对不规则磨耗的快速筛选试验法。试验法。ConfidentialConfidential提高胎面膠耐磨性之方法提高胎面膠耐磨性之方法減緩胎面膠疲勞老化之速度減緩胎面膠疲勞老化之速度用低滯後性膠料減少發熱以降低溫度用低滯後性膠料減少發熱以降低溫度填充料填充料- 用量，比表面積，結構，表面化學用量，比表面積，結構，表面化學橡膠橡膠 - 低玻璃溫度低玻璃溫度, Tg油油 - 品種，用量品種，用量熱導率降低溫度熱導率降低溫度防老劑防老劑耐老化橡膠耐老化橡膠提高膠料抗斷裂強度提高膠料抗斷裂強度提高膠料之滯後性以抗斷裂提

19、高膠料之滯後性以抗斷裂填充料填充料- 用量，比表面積，結構，表面化學用量，比表面積，結構，表面化學橡膠橡膠 MW, MWD, 支化度支化度Confidential谢谢谢谢ConfidentialConfidentialConfidentialTire Treadwear Mechanisms Treadwear is a fatigue failure process Degradation: Mechano-thermo-chemical Rubber removal: Fracture Roll formation of degraded skin rubber Delamination.

20、 Wear rate (Frictional energy)NN = 1No slippage during degradation stageN 1Multiple stick-slip Tread skin brush model* The “Frictional energy” as defined by Grosch should be called the total bulk strain energy.ConfidentialTire Treadwear Mechanisms - conti.Question: In an indoor wheel test, how would

21、 a tire wear?Safety-walk Talc powder Tread surface conditions . no wear, oily, humps formed wear, oily, gummy (very slow wear, dry lubricated)* wear, dry or less oily* Just a guess, never performed.ConfidentialTire Treadwear Mechanisms - conti. Road surface texture A necessity: Smooth 67” wheel tests do not wear Skin rubber with stress concentration points. Local slippage takes place when contact points exceed the stick threshold degree of multiple stick-slip depends on stress levels as well as the conditions on both su