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1、第5期 王秀霞摘译1轮胎的摩擦与粘弹性 269轮胎的摩擦与粘弹性芥川惠造等著 王秀霞摘译 谢忠麟校 汽车轮胎中橡胶的摩擦行为与轮胎所要出在滑动区内产生的滑动摩擦力(以虚线表求的基本性能密切相关,在各种路面(如干、示)。湿、结冰或恶劣路面等)状况下,轮胎摩擦起轿车轮胎(195/65R15)在干路面上速度-1着把发动机的驱动力和制动器的制动力传送为30km·h、负荷为3143kN时的制动力给路面,并产生转弯向心力的作用。从安全与滑动因数之间的关系见图2。性方面考虑,这些作用都要求轮胎的摩擦力由图2
2、可见,轮胎的制动力随滑动因数要大;而从提高车辆运输效率和降低油耗方的增加先是增大,当滑动因数达到约011后,面考虑,则要求轮胎的滚动摩擦力要小。因制动力开始逐渐减小。这是因为接地面内附此,轮胎的运动性能标准规定:通用轮胎在沥着区与滑动区的比例随滑动因数的变化而改青路面上的摩擦因数为110～112,在湿路面变。当采用自动防抱死装置(ABS)时,为了上的摩擦因数为014～110,滚动摩擦因数为0101～0102。汽车及轮胎行业都从实用性角度出发,对轮胎的摩擦行为进行了反复研究。1929年Ariano发现橡胶的摩擦与金属的摩擦不同,它具有随滑动速度提高
3、而增大的特点,从而把橡胶粘弹性作为橡胶摩擦理论形成的主要原因进行研究。本文以干路面上轮胎摩擦行为与橡胶摩擦行为之间的关系为重图1 制动时在轮胎接地面内发生的周向点进行论述。摩擦力分布图中Pμd应指向虚线———编者注1 轮胎的摩擦行为P—接地压力;Fx—摩擦力;X1—接地面内周向位移;一般来讲,充气轮胎的摩擦行为在接地s—滑动因数;Cx—周向剪切弹簧常数;μs—附着面内同时形成附着区和滑动区,其比率为车摩擦因数;μd—滑动摩擦因数辆运动状态的函数,这一点与橡胶摩擦行为不同。当轮胎旋转时,因施加了负荷而产生下沉量,因此轮胎的滚动半径减小,在接地部分轮
4、胎的周向速度与对路面的相对速度之间产生了差值,从而形成了附着区和滑动区的分布。如图1所示,胎面胶在产生速度差的方向变形,当因变形产生的力小于橡胶与路面之间发生的摩擦力(附着摩擦力———以实线表示)时,则不会产生滑动。此外,还可以通过计算滑动摩擦因数与接地压力的乘积求图2 制动力与滑动因数之间的关系 轮 胎 工 业 2701998年第18卷最大限度地发挥轮胎的制动力,应很好地控制滑动因数。在轮胎完全抱死的状态下,会产生滑动因数为110的制动力。制动力是在轮胎接地面内发生的力,它可以通过将
5、图1所示的摩擦力分布情况在接地面内进行积分而求出。这可以利用Fiala轮胎模型扩大后的模型轮胎加以说明。当接地面内接地压力分布呈近似于二次抛物线时,发生在附着区′内前后的力Fx可按下式计算:2′CxsWlh图3 轮胎模型中胎面周向剪切弹簧常数CxFx=(1)6变化时制动力与滑动因数的关系式中,W表示接地宽度,lh表示滑动起始点1—Cx=110;2—Cx=112;3—Cx=115处的周向位移。所谓滑动起始点是指当胎面胶变形而产生的力超过附着摩擦力时开始滑动的点。lh可以用下式表示:3CxlWlh=l-s(2)6Fzμs式中,Fz表示负荷,l表示接地
6、长度。另外,″发生在滑动区内前后的力Fx可用下式表示:″6μdFzFx=3l图4 轮胎模型中胎面附着摩擦因数μs23l(l-l)-1ll)33变化时制动力与滑动因数的关系面上 h-(lh-43821—μs=110;2—μs=112;3—μs=115(3)′轮胎制动时在接地面内发生的力可用Fx+″Fx求出。利用公式(1)～(3),可以计算出当胎面周向剪切弹簧常数Cx变化时制动力与滑动因数之间的关系,结果见图3。由图3可见,随着Cx的增大,赋予制动力最大值的滑动因数减小。滑动因数越小,在低滑动区的制动力越大。用这种方法可以得出当附着摩擦因数μs和滑动
7、摩擦因数μd变化时制动力与图5 轮胎模型中胎面滑动摩擦因数μd滑动因数之间的关系,结果分别见图4和5。变化时制动力与滑动因数的关系由图4可见,随着μs的增大,制动力最大值1—μd=110;2—μd=112;3—μd=114增大。由图5可见,随着μd的增大,在滑动通过以上轮胎模型的计算结果可以看因数较大的范围内,即轮胎抱死的状态下,制出,控制轮胎摩擦力的关键是掌握胎面剪切动力增大。弹簧常数Cx、附着摩擦因数μs和滑动摩擦第5期 王秀霞摘译1轮胎的摩擦与粘弹性 271因数μd。其中Cx不仅可以通过采
8、用材料配后摩擦与橡胶内部的能量损耗有关,如图7方设计技术计算橡胶模量的方法来控制,而所示,当越过凹凸不平的路面时,橡胶边滑动且还受因胎面
