轮胎理论与技术PDF电子书下载

第1章 轮胎技术概述 1

1.1 前言 1

1.2 轮胎基础知识 1

1.2.1 功能 1

1.2.2 轮胎类型 2

1.2.3 行业标准 3

1.3 轮胎部件 4

1.3.1 胶料 4

1.3.2 骨架材料 4

1.3.3 子午线轮胎部件 5

1.3.4 子午线轮胎设计流程 7

1.4 轮胎性能标准 11

1.4.1 室外（车辆）测试 11

1.4.2 室内（转鼓）测试 13

1.4.3 技术检测 14

1.4.4 行业／政府标准 15

1.5 轮胎制造 15

1.5.1 胶料制备 15

1.5.2 部件制备 16

1.5.3 轮胎成型 18

1.5.4 硫化 19

1.5.5 成品检查 20

1.5.6 质量控制检验 20

1.6 消费者关注 20

1.6.1 保持正确充气 20

1.6.2 避免超载 21

1.6.3 定期调换／对中检查 21

致谢 21

1.7 参考文献 21

第2章 橡胶力学性能 22

2.1 弹性和黏弹性 22

2.1.1 橡胶态、结晶态和玻璃态 22

2.1.2 弹性行为 24

2.1.3 黏弹性 29

2.2 胶料的强度 33

2.2.1 内禀（固有）缺陷 33

2.2.2 断裂能和破坏应力 34

2.2.3 补强 37

2.2.4 裂尖的钝化 38

2.2.5 裂纹扩展及机械疲劳 39

2.2.6 黏接失效 41

2.3 橡胶的摩擦滑动 42

2.3.1 法向载荷对摩擦力的影响 42

2.3.2 滚动摩擦 43

2.3.3 润滑粗糙表面上的滑动摩擦 43

2.3.4 干燥表面上的滑动摩擦 44

2.3.5 控制橡胶摩擦 44

2.4 磨损 44

2.4.1 滑动过程中的磨损 44

2.4.2 Schallamach磨损图 45

2.4.3 疲劳裂纹增长的磨损 46

2.4.4 化学效应 47

2.4.5 车轮滑动磨耗 47

2.5 橡胶的老化 48

2.6 结论 50

2.7 参考文献 50

2.8 课后练习 51

第3章 轮胎帘线和帘线-橡胶黏合 53

3.1 纺织帘线 53

3.2 钢帘线 65

3.3 参考文献 70

3.4 复习题 71

第4章 帘线／橡胶复合材料力学 73

4.1 帘线／橡胶复合材料的力学行为 73

4.2 线性各向异性与正交各向异性分析 75

4.2.1 各向同性弹性性能 75

4.2.2 正交各向异性弹性性能 76

4.2.3 表征带束层和帘布层的单层板的应力-应变公式 77

4.2.4 单层板性能的实验测定 82

4.2.5 有限元应用 83

4.2.6 单层板的热传导率 84

4.2.7 热膨胀系数 85

4.3 组分对复合材料性能的贡献 86

4.3.1 简单模型 87

4.3.2 Halpin-Tsai公式 88

4.3.3 高夫-汤哥拉（Gough-Tangorra）公式 89

4.3.4 赤板-平野（Akasaka-Hirano）公式 89

4.3.5 S.K.Clark方程 89

4.3.6 实验数据对比 90

4.3.7 热传导率 91

4.3.8 帘线／橡胶性能的有限元方法 92

4.4 层合板的宏观力学行为 93

4.4.1 弯曲变形分析 93

4.4.2 应变-位移关系 94

4.4.3 层合板中单层的应力 96

4.4.4 合应力与合力矩的定义 96

4.4.5 层合板本构方程 97

4.4.6 示例 100

4.4.7 层合板本构方程的简化 101

4.4.8 应力和应变的确定 102

4.4.9 层合板理论在轮胎中的应用 103

4.4.10 角度效应 103

4.4.11 包容特性 104

4.4.12 磨耗与转向 104

4.4.13 层间变形 104

4.4.14 有限元分析 106

4.5 帘线／橡胶复合材料的黏弹性与滞后行为 109

4.5.1 应力-应变关系 109

4.5.2 有限元的运用 113

4.5.3 动态振动响应 113

4.5.4 能量损失 114

4.6 帘线／橡胶复合材料的耐久性 114

4.6.1 复合材料的疲劳检测 114

4.6.2 帘线抽出试验 118

4.6.3 帘线／橡胶复合材料断裂分析 118

4.6.4 连续介质损伤分析 120

4.6.5 温度预测 121

致谢 123

4.7 参考文献 123

第5章 轮胎负荷能力 127

5.1 引言 127

5.2 历史：TRA荷载公式 127

5.3 基本公式 128

5.4 常数 129

5.5 压力指数 129

5.6 轮胎断面宽（断面直径） 129

5.7 审查的必要性 130

5.8 新方法 130

5.9 轮胎负荷／下沉量和刚度 131

5.10 TRA荷载公式与下沉量 133

5.11 方法学 134

5.12 下沉量分析 135

5.13 提出的荷载公式 136

5.14 应做的工作 137

5.15 总结 137

致谢 138

附录1 138

附录2 140

第6章 轮胎应力分析 141

6.1 引言 141

6.2 轮胎轮廓基本理论 141

6.3 轮胎结构分析 143

6.4 轮胎帘线张力 149

6.5 相关主题 151

6.6 试验方法 152

6.7 思考题 155

6.8 参考文献 156

第7章 接地印痕现象 158

7.1 概述 158

7.2 接地印痕的描述 159

7.2.1 基本视角 159

7.2.2 印痕坐标系（FAS） 159

7.2.3 印痕应力的定义 160

7.2.4 接地印痕的几何形状 160

7.2.5 接地印痕内的位移 160

7.3 测量设备和方法 161

7.3.1 纯视图 161

7.3.2 应力测量技术 162

7.3.3 位移测量技术 168

7.3.4 接地面内的温度 170

7.3.5 胎面形貌的测量（胎面磨耗的表征） 172

7.3.6 工程用途的轮胎应用表征 173

7.3.7 确定剪切能 174

7.4 接地印痕物理学 176

7.4.1 光面轮胎 177

7.4.2 胎面花纹的影响 185

7.4.3 剪切能和不均匀磨耗 189

7.5 总结 192

7.6 参考文献 192

课后习题 194

第8章 充气轮胎的六分力 196

8.1 概述 196

8.2 对轮胎六分力的描述 197

8.2.1 SAE轮胎坐标系 197

8.2.2 轮胎六分力的定义 198

8.2.3 产生轮胎六分力的轮胎使用变量和输入 198

8.2.4 ISO车轮坐标系 199

8.3 轮胎对单个使用变量的变形响应 200

8.3.1 对纯滑移侧偏角的响应 200

8.3.2 对侧倾角的响应 201

8.3.3 对轮轴转矩的响应 202

8.4 轮胎六分力特性的确定 203

8.4.1 道路 203

8.4.2 轮胎操纵器 205

8.4.3 力传感器 206

8.4.4 室内与室外测试的优点与缺点 207

8.5 数据的总体特性 208

8.5.1 自由滚动转弯 208

8.5.2 直行或制动 219

8.5.3 转向、制动与驱动联合作用 221

8.5.4 瞬态效应 225

8.6 影响轮胎六分力幅值和特征的测试与环境参数 228

8.6.1 测试表面曲率 229

8.6.2 充气压力 229

8.6.3 测试速度 229

8.6.4 轮胎老化 230

8.6.5 轮胎磨损和使用状态 231

8.6.6 环境温度 232

8.6.7 测试表面 233

8.7 轮胎六分力建模 234

8.7.1 纯结构模型（有限元模型） 235

8.7.2 集总参数模型 235

8.7.3 经验模型（半经验模型） 236

8.7.4 对联合侧偏的解释 239

8.7.5 在速度为零时建模的特殊问题 240

8.8 结论 240

8.9 参考文献 240

8.10 思考题 245

第9章 轮胎的噪声和振动 248

9.1 前言 248

9.2 轮胎的振动 249

9.2.1 低频行为特征 249

9.2.2 轮胎振动 251

9.3 内部激励噪声和振动扰动 253

9.3.1 轮胎的不平衡性 253

9.3.2 轮胎的不均匀性 253

9.3.3 轮胎噪声和胎面花纹设计 256

9.3.4 轮胎腔体共振 260

9.4 外部激励噪声和振动 262

9.4.1 路面纹理特征 262

9.4.2 轮胎／路面相互作用噪声 263

9.4.3 轮胎的包络特性 264

9.5 轮胎模型 266

9.5.1 模态分析法 266

9.5.2 带弹性支撑的环模型 267

9.5.3 有限元分析和边界元方法 267

9.5.4 统计能量分析（SEA） 268

9.5.5 其他轮胎模型 268

9.6 轮胎／车辆系统 268

9.6.1 刚体的运动（0.5～5Hz） 268

9.6.2 轮辋跳跃共振（5～20Hz） 269

9.6.3 悬架的共振（20～300Hz） 270

9.6.4 空气传播扰动（300Hz或更高） 271

9.7 人对噪声和振动的反应 272

9.7.1 人对噪声信号的反应 272

9.7.2 对可感觉到的振动的反应 272

9.7.3 噪声和振动的混合干扰 273

9.7.4 乘坐舒适性／声学计量体系 273

9.7.5 单耳或双耳测量 274

9.7.6 乘坐舒适性和声学质量分析设备 274

9.8 参考文献 275

第10章 滚动轮胎的驻波现象 280

10.1 前言 280

10.2 驻波的机理 281

10.2.1 弹簧质量模型 281

10.2.2 张力环模型 281

10.2.3 斜向波模型 281

10.3 斜交轮胎 283

10.3.1 帘线张力和离心力 283

10.3.2 转鼓半径 284

10.3.3 摩托车轮胎的能量损耗 284

10.4 时域模型 285

10.5 子午胎 286

10.6 讨论 288

10.7 结论 288

致谢 288

参考文献 288

第11章 橡胶摩擦和轮胎牵引力 289

11.1 橡胶摩擦 289

11.1.1 橡胶摩擦与温度和速度的相关性 289

11.1.2 湿跑道上的摩擦主曲线 295

11.1.3 水润滑对橡胶摩擦的影响 296

11.1.4 冰面摩擦 300

11.1.5 冰上橡胶摩擦模型 302

11.2 用滑动轮测定橡胶胶料的摩擦特性 304

11.2.1 侧向力的滑动和荷载相关性 304

11.2.2 侧向力系数的速度和温度相关性 306

11.2.3 胎面胶料在更高速度时的牵引特性 306

11.2.4 减缩的lg aTv值范围中的摩擦／侧向力主曲线 309

11.2.5 温升和润滑对作为湿跑道上侧偏角函数的侧向力系数的影响 309

11.3 轮胎牵引力 311

11.3.1 制动测试程序 311

11.3.2 峰值和滑动制动系数的速度相关性 313

11.3.3 受控滑移时的制动 314

11.4 道路试验数据和湿跑道上的实验室测量数据的相互关系 317

11.4.1 实验室测量 317

11.4.2 实验室测量和道路试验等级对比 319

11.4.3 道路试验与速度、荷载和侧偏角不变时的侧向力测量的相互关系 319

11.4.4 单一试验条件下实验室侧向力测量之间的道路试验相互关系 320

11.4.5 跑道表面结构对实验室与路试等级相互关系的影响 321

11.4.6 将速度和温度作为自变量处理的数据评估 321

11.4.7 路试等级和用实验室测量模拟路试间的相互关系 324

11.5 结论 325

11.6 参考文献 326

第12章 滚动阻力 328

12.1 引言 328

12.1.1 滚动阻力的定义 328

12.1.2 各种滚动工况下的滚动阻力关系式 330

12.1.3 滞后作用与黏弹性 331

12.2 滚动阻力的物理特性 332

12.2.1 基本变形 332

12.2.2 操作工况的影响 337

12.2.3 轮胎使用寿命中滚动阻力的变化 343

12.2.4 轮胎设计参数对滚动阻力的影响 344

12.2.5 低滚动阻力橡胶混合物的基本知识 346

12.2.6 滚动阻力和热力学第一定律 348

12.2.7 用有限元分析（FEA）的方法进行滚动阻力及温度的建模 350

12.3 轮胎滚动阻力的试验室测试 354

12.3.1 试验测量方法 354

12.3.2 滚动阻力试验标准的对比 357

12.4 轮胎滚动阻力对车辆燃油经济性的影响 360

12.4.1 滚动阻力对燃油经济性影响的简单分析 360

12.4.2 滚动阻力与燃油经济性的关系 363

12.5 参考文献 364

第13章 橡胶的磨损和轮胎的磨耗 367

13.1 引言 367

13.2 滑动磨损 367

13.2.1 摩擦系数的载荷相关性 367

13.2.2 滑动磨损的压力依赖性 369

13.2.3 滑动磨损的能量依赖性 370

13.2.4 裂口增长速度与撕裂能的关系 370

13.2.5 滑动磨损与温度的关系 371

13.2.6 刀片磨损 376

13.2.7 污迹的影响以及惰性气体环境的磨损 378

13.2.8 影响磨损的基本因素 379

13.3 有限滑移下的磨损 380

13.3.1 滑移轮上的力 380

13.3.2 磨损与侧偏及载荷的函数关系 385

13.3.3 速度对于滑移车轮磨耗的影响 387

13.3.4 轮胎接触区域内的温度 388

13.3.5 磨耗的能量与速度综合特性 389

13.4 轮胎磨耗 395

13.4.1 可控的侧偏工况下的轮胎磨耗 395

13.4.2 道路测试和正常使用中轮胎磨耗的影响因素 396

13.4.3 道路磨耗试验仿真 398

13.5 实验室道路测试仿真与道路磨耗试验结果的关系 402

13.5.1 乘用车轮胎的关系 402

13.5.2 卡车胎道路测试等级的关系 403

13.5.3 道路磨耗中的能量消耗和滑移速度 405

13.6 结论 405

13.7 参考文献 406

第14章 轮胎性能对车辆操纵稳定性的影响 408

14.1 引言 408

14.2 转向机构几何分析 408

14.3 不足转向和过度转向 410

14.4 侧翻 415

14.5 结束语 417

14.6 参考文献 417

14.7 练习题 418

第15章 轮胎安全、耐久性和破坏分析介绍 419

15.1 引言 419

15.2 轮胎安全 419

15.2.1 定义 419

15.2.2 轮胎使用／维护安全 420

15.2.3 车载安全和使用中的轮胎安全 420

15.2.4 碰撞数据统计 420

15.2.5 轮胎失效和车祸原因 421

15.2.6 保修和理赔数据 421

15.2.7 个人伤害和财产损害索赔／诉讼数据 422

15.2.8 早期警示数据系统 422

15.2.9 消费者建议 422

15.3 轮胎耐久性的基本因素 423

15.3.1 轮胎耐久性的性质 423

15.3.2 轮胎耐久性的基本原理 423

15.3.3 下沉量 423

15.3.4 生热 425

15.3.5 速度 426

15.3.6 侧向力／转弯 428

15.3.7 轮胎结构破坏 428

15.4 基本的轮胎失效分析 429

15.4.1 常见的使用中的轮胎失效模式 429

15.4.2 气压不足／屈挠断裂 429

15.4.3 胎面／带束层脱层 429

15.4.4 风压损失 430

15.4.5 使用中的轮胎失效的常见原因 430

15.4.6 下沉过大 431

15.4.7 胎体内加压 431

15.4.8 割口和刺穿 431

15.4.9 返修不当 432

15.4.10 冲击／道路危险 433

15.4.11 轮胎缺陷 434

15.4.12 胎圈断裂／装胎事故 435

15.5 参考文献 435

第16章 无损检测 438

16.1 引言 438

16.2 X光检测 439

16.3 错位散斑干涉法 441

16.4 超声波 443

16.5 电涡流 444

16.6 总结 444

16.7 参考文献 445

第17章 轮胎标准及规范 446

17.1 轮胎及公路安全 446

17.2 联邦机动车辆安全规范 448

17.3 轮胎和轮辋的说明及问题 451

17.4 统一轮胎质量等级划定 453

17.5 首字母缩略词列表 455

17.6 参考书目 455

17.7 参考文献 455

17.8 思考题 455

第18章 轮胎材料的回收与再利用 457

18.1 引言 457

18.2 轮胎翻新 458

18.3 轮胎材料的回收 458

18.3.1 再生技术 458

18.3.2 表面处理 459

18.3.3 破碎和粉碎技术 459

18.3.4 脱硫技术 462

18.4 回收轮胎橡胶的应用 466

18.4.1 概要 466

18.4.2 在新轮胎中的应用 467

18.4.3 橡胶／再生轮胎橡胶的混合胶（并用胶） 467

18.4.4 热塑料／再生轮胎橡胶的混合胶 468

18.4.5 轮胎橡胶改性混凝土 470

18.4.6 轮胎橡胶改性沥青 470

18.4.7 轮胎废胶粉在土壤中的应用 471

18.4.8 用回收轮胎橡胶制造的产品 471

18.5 轮胎的热解和焚化 472

18.5.1 碳水化合物（烃类）液体和炭黑的回收 472

18.5.2 轮胎-衍生燃料 472

18.6 结论 472

致谢 472

18.7 参考文献 473