从材料角度看轮胎抓地力

2021-12-22 00:23:13· 来源：北橡检测

轮胎是汽车与陆地之间的媒介，是车辆与道路之间唯一的接触点。汽车之所以能在陆地上行驶而不是滑动，是因为轮胎的抓地力。如果没有抓地力，汽车就根本无法移动。

轮胎是汽车与陆地之间的媒介，是车辆与道路之间唯一的接触点。汽车之所以能在陆地上行驶而不是滑动，是因为轮胎的抓地力。如果没有抓地力，汽车就根本无法移动。一般来说，充气轮胎的舒适性和抓地力都大大优于实心轮胎。

抓地力与轮胎橡胶优异的粘弹性有关。这种特性使得轮胎与道路接触时的接触面内产生了一系列物理作用。这些物理作用能够抵消打滑。因此轮胎抓地力和安全性是相辅相成的。

我们都知道轮胎橡胶是一种粘弹性材料。粘弹性材料是一种可变形材料，其性能介于弹性固体和粘性液体之间。

1.完美的弹性固体

完美的弹性体，如弹簧，在受到一个力的作用时，会随着所施加的力而瞬间变形。然后，一旦不再施加力，它就会恢复到初始形状。应力和变形是同时发生的。能量没有损失。

2.完美的粘性液体

粘性液体的行为不同。当我们将活塞推入充满油或水的管道时，活塞的向前运动会遇到阻力，当我们尝试更快地推入活塞时，阻力会增加。此外，当我们开始按压活塞时，经过一定时间后才开始移动。应力和变形是不同步的。完美的粘性液体中能量完全损失。

3.粘弹性材料

粘弹性材料，如口香糖或弹性体，介于完美的弹性固体和完美的粘性液体之间。变形后的粘弹性材料在一段时间后会恢复其初始形状。这就是所谓的滞后。

这种延迟伴随着热量形式的能量损失。与能量损失直接相关的滞后现象是轮胎抓地力机制的根源。

相位角符号为δ；它与滞后直接相关。（损耗模量能量）损失系数也就是材料耗散能量的能力，用tanδ表示。

4.轮胎橡胶的抓地力

抓地力主要涉及两种情况：改变车速（减速-加速）和改变方向（转弯）。这两种情况涉及抓地力的两个组成部分：纵向抓地力和横向抓地力。

无论是纵向抓地力还是横向抓地力，抓地力都与轮胎胎面橡胶及花纹有关。

橡胶的粘度根据聚合物（SSBR/ESBR/高顺式BR/低顺式BR/IR等）的选择而变化，与配方有关（硫键，补强剂的性质和用量）。

除了能量损失和滞后，橡胶的行为还涉及另一个变量，模量。它表征了材料的刚度：低模量是软的材料，高模量是硬的材料。

考虑到抓地力，轮胎胎面中的橡胶成分要选择合适，模量适中，弹性好，且其滞后最大。

不同的橡胶种类，其能量损失、滞后和模量不同。但是，对于一种橡胶来说，根据应力频率和温度的不同，其能量损失、滞后和模量也不同。

橡胶的柔韧性、滞后性和能量损失随温度和应力频率而变化：

•当应力频率增加时，橡胶从橡胶状态变为玻璃状态（硬脆）；

•当温度升高时，橡胶从玻璃状态变为橡胶状态；

•在低频范围内（从10到105 Hz），频率因子增加10对橡胶状态的影响与温度下降7到8°C的影响相同；

•当橡胶接近其玻璃化转变温度（随应力频率增加）时，橡胶表现出最大的滞后性和适当的柔韧性。因此，胎面橡胶的设计要考虑到这点。

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