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轮胎技术的发展历史及趋势

2014-12-26 9:36:25      点击:

        轮胎是汽车的重要组成部件,是橡胶工业最重要的产品。轮胎的主要功能是支承负荷,向地面传递制动力、驱动力和转向力,以及缓冲减振。轮胎对汽车性能具有十分重要的影响,它不仅影响汽车行驶的安全性、经济性和平顺性,而且影响汽车的环保性能和运输效率。

        汽车自问世以来已走过一百多年的历程。充气轮胎的原型是1845年由苏格兰人汤姆逊(R.W.1HOMSON)发明的,当时虽经申请获得专利,但离实用化还相当远。此后,在1888年,同样是苏格兰人的邓录普(J.B.DUNLOP),对此原型轮胎多方面进行了改良,使其大体上接近于实用。但因在胎体内使用的帆布其纵线和横线相互交叉接触,故每逢轮胎滚动时,由于在接地部产生变形,使得纵线和横线相互摩擦,在短时间内被磨断,因而耐久性很差。到1915年,帘线相互交叉贴合的胶帘布出现,代替了垂直交织的普通帆布,其间层为橡胶A离,可防止相互摩擦,从而使耐久性飞速提高。

        此后,在轮胎用材料方面,由于采用了纤维化强力人造丝来代替当时一直使用的棉线,因而耐久性又有大幅度提高。另外,作为帘线又陆续采用了尼龙、的确良、钢丝,最近还试用了玻璃、碳素纤维等。再就橡胶而言,代替天然橡胶的各种合成橡胶的生产,新型配合剂的开发,以及生产技术的提高等都大大地有助于轮胎耐久性和其它性能的提高。例如,最近,由于采用硅代替碳黑,轮胎的滚动阻力显著降低,而湿牵引性却有了很大提高。

        自1888年充气轮胎实用化以来,轮胎的结构也不断得到改进和完善。1947年B.F.Goodrich公司的FrankHerzegh发明了无内胎轮胎,1948年Michelin公司使子午线轮胎实用化,20世纪50年代出现了断面高宽比接近80%的低断面轮胎,20世纪六七十年代市场上相继出现了78,70,60,55,50和45系列轮胎。目前35系列超低断面轮胎也已经实用化。无内胎化、子午化和扁平化,使轮胎的高速耐久性、经济性和操纵性能得到显著提高。

        轮胎的发展有接于设计理论和技术的进步。1950年以前,轮胎设计建立在以简单的力学计算为基础的经验设计阶段。20世纪50年代至70年代,轮胎设计处于半经验设计阶段。这一阶段轮胎设计以自然平衡轮廓理论和考虑一定边界条件的非自然平衡轮廓理论为基础,以静态平衡设计为出发点,以薄膜理论、薄膜一

        网络理论和层合分析理论指导设计,使设计工作由单纯的经验设计向以理论指导设计的方向迈出了一大步。20世纪80年代至今,由于高性能计算机,计算技术和应用软件的发展,轮胎设计逐步迈人自动化设计和智能设计阶段。轮廓设计已由最初的自然平衡轮廓理论,发展到考虑轮胎滚动条件的最佳滚动轮廓理论等新的动态结构设计理论。目前市场要求日益严格,并向多样化和综合化方向发展,汽车开发的一体化思想正在汽车和轮胎行业逐步确立。轮胎开发的方向是,将轮胎的设计、开发与汽车的设计、开发相结合,以汽车对轮胎的要求为基础,将轮胎各主要设计要素进行综合设计,同时考虑轮胎特性与汽车特性的匹配,提高轮胎本身和核个车辆系统的性能。运用现代结构设计理论和方法,对轮胎花纹、轮那、结构和材料进行综合设计,对轮胎性能进行预测和优化,可以提高轮胎本身的综合性能,减少轮胎设计、试制和室内评价工作。

        轮胎发展的推动力来自于汽车制造行业的需要。随着汽车向安全、经济、舒适和环保方向发展,对轮胎的综合性能提出了更高要求。除要求轮胎具有较高的干、湿路面牵引力、良好的乘坐和操纵特性外,还要求轮胎具有低滚阻、低磨耗和低噪声,要求各项性能全面改进,在高水平上达到平衡。

        综观世界各国汽车轮胎的技术发展趋势,当前轮胎工业应着重研究以下四项技术:计算机辅助设计技术,高耐久性技术,高速高性能技术和轮胎安全技术。在轮胎的新产品开发上应着重抓好四种新型轮胎的开发研制工作,这四种轮胎是:全天候、全地面轮胎,绿色轮胎,仿生轮胎和智能轮胎。