轮胎基础知识

一、轮胎功能和性能

1.轮胎功能

轮胎的功能包括四个方面，分别为承载功能，牵引、制动功能，保持车辆行驶稳定性和保持乘坐舒适性，如图1-1所示。

图1-1 轮胎的四大功能

（a）承载功能；（b）牵引、制动功能；（c）保持车辆行驶稳定性；（d）保持乘坐舒适性

2.轮胎的基本性能

轮胎应具备以下基本性能：

（1）经济性：耐磨损性，减少滚动阻力；

（2）安全耐久性：耐冲击性、耐疲劳性、耐热性；

（3）舒适性：轮胎的噪声低、振动（NVH）小（NVH是指noise（噪声），vibration （振动）和harshness（声振粗糙度））；

（4）环境性：通过节省能源，减少二氧化碳的排放。

［完成任务］请简述轮胎功能和性能的区别：____________________________________________________。

二、轮胎的原材料和结构

1.轮胎的原材料

原料橡胶有天然橡胶和合成橡胶两种，根据轮胎的特性可以单独或混合使用。橡胶的主要化合剂包括：炭黑，是橡胶的增强剂；硫黄，使橡胶具有弹性和耐久性；硫化促进剂，可促进橡胶分子和硫黄分子的结合；老化防止剂，可防止橡胶老化；龟裂防止剂，可防止橡胶龟裂。胎圈钢丝是根据轮胎的用途及尺寸而设计的将钢丝捆扎在一起的材料。

轮胎帘线采用增强纤维，如采用尼龙、聚酯作PCR的胎体材料，采用芳族聚酰胺纤维、钢丝作子午线轮胎带束层材料（芳族聚酰胺纤维可用于防弹背心）。

2.轮胎结构

胎面是直接与路面接触的部分，它可以保护轮胎内侧帘布，延长轮胎寿命。为提高排水性能、驱动/制动性能，轮胎表面刻有花纹。带束层是位于胎面和胎体之间的补强层，可缓冲冲击，并防止胎面产生的外伤波及胎体，还可以防止胎面和胎体的剥离。胎圈是支撑帘线的末端内衬层，相当于内胎的橡胶层，使用透气性低的特殊橡胶制成。胎体是覆盖橡胶的用纤维或钢丝做成的帘线层，用于形成轮胎的骨架，呈反射状，作用是保持气压，耐承重、抗冲击。胎壁是保护轮胎侧面部分的帘线层，表面覆盖有橡胶。在胎壁上标有轮胎尺寸、制造商名和商标等。胎肩是轮胎的两肩部分，采用能够保护胎体和散发内部热量的设计。

3.轮胎的分类

1）按胎体帘线层排列分类

如图1-2所示，轮胎根据胎体帘线层（位于带束层和胎体之间）排列的不同，分为子午线状构造和斜交状构造两种。轿车用轮胎几乎都是子午线轮胎。

同斜交轮胎相比，子午线轮胎的特点包括以下几个：

①操纵性和稳定性优越；

②耐磨损性能良好；

③发热较少；

④滚动阻力较小，能够节省燃料；

⑤滑动较少，牵引力较大；

⑥低速、路况较差时乘坐舒适度降低，但高速行驶时较舒适；

⑦低速时打方向盘稍显费力。

不同材料的子午线轮胎的种类如表1-1所示。

图1-2 子午线状构造和斜交状构造及帘布层排列

（a）子午线构造；（b）斜交构造1—胎面；2—带束层；3—帘布层；4—缓冲层

表1-1 不同材料的子午线轮胎的种类

2）按有无内胎分类

如图1-3所示，无内胎轮胎是以在轮胎的内侧贴合透气性低的特殊橡胶（内衬）的一体化构造来代替使用内胎的轮胎。无内胎轮胎的优点包括：

（1）因为没有内胎，所以不会发生由内胎引起的故障。

（2）即使被钉子等刺穿也不容易造成快速漏气。

（3）因为轮胎内部的空气直接与轮辋接触，所以散热性较好。

（4）减少了零部件数量。

［完成任务］请回答以下问题。

（1）无内胎和有内胎轮胎气门嘴所在点的区别：__________________________。

（2）无内胎轮胎，如果气门嘴和轮辋的接合处在浸水检查后发现漏气，则需更换气门嘴。在扒胎机上，轮胎放气后1分钟快速更换气门嘴的方法是：____________________________________________________。

图1-3 无内胎和有内胎的结构对比

3）按气候条件分类

按气候条件的不同，轮胎分为雪地轮胎、夏季轮胎、全天候轮胎。

4）按车型分类

按车型不同，轮胎分为轿车PC、轻型车ULT、小型车LT、货车和公共汽车TB。

三、车轮的概念

古代车轮和现代车轮，如图1-4所示。

图1-4 古代车轮和现代车轮

1—轴；2—毂；3—辋；4—辖；5—辐

《现代汉语词典》中对轮毂的解释是：“轮毂是指车轮的中心装轴部分，俗称‘轴头’，通过轮毂轴承而安装在车桥套管外面的壳形回转件。”它是通过半轴螺栓（对于驱动桥而言）和车轮轮辋法兰螺母将半轴的转动力矩传给车轮的零件。现代意义的轮毂是指车轮除轮胎之外的部分，包括轮辋、轮辐及轮毂。轮辋俗称“轮圈”“胎铃”“轮胎锅子”等。

与钢轮毂相比，铝轮毂具有质轻、散热好、减振特性好、美观等优点。铝轮毂的第一个优势在于质量轻，燃料利用率提高，汽车加速、制动性能提高。高速行驶的汽车轮胎与地面摩擦、制动、加速等产生高温，如果散热不好而使热量累积，容易造成高温爆胎、制动不良甚至失灵等。铝合金轮毂由于传热系数高和结构特性好等缘故使得散热效率比钢圈高很多，从而降低了轮胎的老化速度以及刹车系统失效和高温爆胎的概率，大大提高了行车安全性。轻合金的减振性能比钢要优越很多，减振好则行驶平稳性、舒适性、安全性都有相应提高。值得一提的是，镁合金的减振效果较好，镁合金的阻尼系数是钢的60倍左右，甚至可以在无轮胎的情况下低速行驶。铝结构可以做得多样而简单，不容易隐藏污垢，清理方便。当然，钢轮毂也有优点，主要表现为金属硬度高，所以适用于崎岖颠簸的道路和重载车辆。

［完成任务］请写出以下词语。

lunfu：__________；lunwang：__________；lungu：__________。

四、轮胎的规格及技术参数

1.轮胎的尺寸参数

如图1-5所示为轮胎的尺寸参数，主要包括以下几个。

图1-5 轮胎的尺寸参数

①轮胎外径。轮胎外径是在相应的轮辋上安装轮胎并按规定气压充气后，在没有承重时的轮胎直径。

②轮胎总宽。轮胎总宽是指包括轮胎侧面的文字及花纹的轮胎最大宽度，单位为mm。

③适用轮辋宽。适用轮辋宽是指适合轮胎性能的轮辋宽度。

标准轮辋是指最适合的宽度和形状，用in（1in＝25.4mm）表示；而适用轮辋是指能够使用的轮辋。

④轮辋直径。轮辋直径是指适合轮胎的车轮的轮辋直径，同轮胎内径相同，用in表示。

⑤轮胎断面宽。从轮胎的总宽中去除轮胎侧面的文字及花纹厚度的宽度为轮胎断面宽，用mm表示。

⑥轮胎高。轮胎高是用轮胎外径减去轮辋直径后的一半。

⑦胎面宽。胎面宽是轮胎胎面的宽度，指两面最突出部分的宽度。

⑧胎面半径。胎面半径是指胎面部分的曲率半径。

［完成任务］在图1-6中标出轮胎的尺寸参数。

图1-6 任务：标出轮胎的尺寸参数

2.轮胎侧面的标识

如图1-7所示为轮胎侧面标识，解释如下：

统一标记：车轮最重位置，用白色或红色圆圈表示，用于与车轮轻点位置进行比照，防止车轮的振动。

制造编号/制造记号：1999年以前（包括1999年）制造的轮胎，其制造编号的后3位数字表示制造年份和周数；2000年以后（包括2000年）制造的轮胎，其制造编号的后4位数字表示制造年份和周数。例如，“119”表示1999年的第11个星期制造的轮胎，“1003”表示2003年的第10个星期制造的轮胎。

轻点标记：表示轮胎的最轻点位置（一般用黄色圆圈表示）。通过将最重车轮的气门位置与轻点标记的位置进行比照，使重量达到平衡。最轻点要放在轮辋的气门嘴位置上。

如图1-8所示，轮胎的方向表示：用带有箭头的ROTATION表示或用IN/OUT表示内/外侧。

图1-7 轮胎侧面标识

图1-8 高性能轮胎的方向表示

［完成任务］轻点标记用什么颜色？__________。旋转方向如何看？__________。

3.轮胎的扁平率

如图1-9所示为计算轮胎扁平率的尺寸参数，其公式如下：

4.轮胎的通称（轿车）

轮胎的通称（轿车）包括以下几个。

图1-9 轮胎扁平率的尺寸参数

①195：断面宽的通称（mm）；

②60：扁平率的通称（％）；

③R：轮胎构造标记（子午线）；

④14：轮辋直径的通称（in）；

⑤86：负荷指数；

⑥H：速度记号（210km/h）。

如图1-10所示为实物轮胎的标识，通过它加深对轮胎标识的理解。

图1-10 轮胎标识（速度代号和负荷指数要查表）

5.负荷指数（LI）与负荷能力

负荷指数用LI表示，是英文Load Index的缩写。一个轮胎所能承受重量的能力（最大）叫作负荷能力，用指数来表示这种负荷能力就叫作负荷指数。LI与负荷能力对应（平均每个轮胎）（主要摘录轿车用轮胎所表示的LI），表1-2所示为轮胎所表示的LI。

表1-2 轮胎所表示的LI

6.轮胎速度记号和速度

使用轮胎时能够达到的最高速度用速度记号（如表1-3所示）在该轮胎上表示。

表1-3 轮胎速度记号

［完成任务］（1）请说出185/60R1482H的意义，并说出轮胎的高度是：__________；轮辋名义直径是：__________mm（1in＝25.4mm）；最高允许速度是：__________；荷重是：__________。

（2）图1-11中117/115的意义是：____________________；L的意义是：__________；LT的意义是：__________。

图1-11 任务：单胎/双胎的荷重标法

五、胎面花纹的作用和种类

胎面花纹的作用包括排水，提高操纵性和稳定性，增加轮胎的制动力、驱动力及牵引力，帮助轮胎散热。

胎面花纹种类如图1-12所示，包括纵沟型花纹、横沟型花纹、混合型花纹以及块状型花纹。

各类型特点分述如下：

（1）纵沟型花纹：操纵性和稳定性较出色，滚动阻力较小，轮胎噪声较小。

（2）横沟型花纹：驱动力和制动力较出色，在非沥青路面上的牵引力较出色。

（3）混合型花纹：通过纵沟型和横沟型的混用，把二者的特点结合在一起。

（4）块状型花纹：多用于积雪及泥泞的路面，驱动力和制动力较出色。

图1-12 胎面花纹种类

（a）纵沟型花纹；（b）横沟型花纹；（c）混合型花纹；（d）块状型花纹

六、轮胎的维护

1.轮胎气压

只有在适当的气压下轮胎才可能有最适当的形状，轮胎的各种性能才可以按照设计性能要求充分发挥出来。

气压不足导致轮胎变形增大，由此会产生异常发热而引起故障，且接地面异常磨耗加快，如图1-13（a）所示；适当的气压可使轮胎具备最佳形状，如图1-13（b）所示；气压过高时轮胎变形太小，缓冲冲击力降低，乘坐舒适感不好，轮胎容易受外伤，且接地面异常磨耗加快，如图1-13（c）所示。随着轮胎扁平化的发展，通过目视获得轮胎气压的方法越来越困难，正确的方法是使用空气压力计。

图1-13 轮胎气压和接地面积

（a）低气压（接触面积减少）；（b）正常气压（接触面积适当）；（c）高气压（接触面积减少）

气压不足是造成各个部件的剥离、胎侧上部帘线断裂、滚动阻力增大、异常磨耗、耐久性降低的主要原因。轮胎发热指数与气压的关系如图1-14所示。

图1-14 轮胎发热指数与气压的关系

① kgf为非法定计量单位，1kgf＝9.80665N。

各个规格的轮胎的负荷能力是一定的，即使将气压增大，轮胎的负荷承载能力也不会增加，且气压过高既不经济又危险。气压过高易引起冲击切割等外伤以及爆胎、异常磨耗、寿命缩短、耐久性降低等。

［完成任务］气压单位换算：1bar＝__________kPa＝__________MPa＝ kgf/cm2＝__________psi。

提示：一个标准大气压（1bar）＝1.01325×105Pa，但为使用方便，小数点后的01325去掉，可取1bar＝105Pa＝100kPa＝1kgf/cm2（公斤力/厘米2）≈14.5psi，而1MPa＝106Pa＝10bar。目前市场上销售的胎压表大多是外圈为bar，内圈为psi单位。现将bar、psi单位换算关系说明一下。psi英文全称为pounds per square inch，译为磅每平方英寸，即1英寸2面积上放1磅重物，维修美国车型时可能会用到。

根据相关资料，普通汽车轮胎标准气压：冬季前轮为2.5bar，后轮为2.7bar；夏季前轮为2.3bar，后轮为2.5bar。这样既可保证安全地驾驶和舒适性，也能使油耗降到最小。

小型汽车的轮胎气压是有统一标准的，即不论是轿车还是越野车，轮胎气压为1.9～3.5kgf/cm2，可根据具体的使用情况进行调整。一般在城市路况正常使用时气压调整为2.2～2.7kgf/cm2，最好是2.3kgf/cm2。新车出厂时轮胎压力多为3.5kgf/cm2，那是为了在长时间停车时不影响轮胎的变形而特别增加的压力，所以买回的新车要减压。

2.轮胎磨损标记

如图1-15所示，轮胎不断磨损后，排水性和制动性降低，舒适感变差。应在轮胎残沟深度（例如轿车为1.6mm）达到露出磨损标记之前更换轮胎，如表1-4所示为轮胎磨损标记的残沟深度。

图1-15 轮胎磨损标记

表1-4 轮胎磨损标记的残沟深度

［完成任务］轮胎残沟深度是0.8mm的倍数，其中2倍用于__________车？3倍用于车__________？4倍用于__________车？

3.轮胎交换

轮胎安装位置不同，磨损的方式及速度也不同，因此必须定期（或每行驶约5000km）交换轮胎的位置（轮胎交换），图1-16所示为轮胎换位方法。因为FF（前置前驱）车的前轮为驱动轮兼转向轮，所以比后轮磨损快2～3倍，必须及早进行轮胎交换。

当出现异常磨损时，必须从其状态判断是由于气压不当（过高或过低）还是定位不当造成的，并及早进行必要的调整。

［技师指导］轮胎交换方法多，很多人记不住换胎的方法，这里教你一个口诀：“驱动轮很累了，走近道；从动轮很轻闲，走远道；同样是从动，直接交换。”

图1-16 轮胎换位方法

（a）FF（前置前驱）车的场合；（b）FR（前置后驱）车的场合；（c）方向性模式的场合

七、轮胎的特性（了解）如图1-17所示，让充气的轮胎承重时，轮胎会发生“弯曲”。这种弯曲有纵向弯曲、边部弯曲和横向弯曲3种，是轮胎功能所必不可缺的要素。

图1-17 轮胎的弯曲特性

1.轮胎滚动阻力

轮胎产生滚动阻力的原因包括以下三个：

①由于轮胎组成部分的反复变形造成的能量损失；

②由于轮胎与路面摩擦产生的阻力；

③轮胎的空气阻力。

汽车的行驶阻力主要包括：空气阻力、轮胎滚动阻力、传动阻力、加速阻力、爬坡阻力。如图1-18所示为轮胎滚动阻力指数和车速的关系。

图1-18 轮胎滚动阻力指数和车速的关系

2.浮滑现象

在积水的路面高速行驶时，由于轮胎的沟槽不能将路面的积水排除干净，胎面与路面之间形成水膜，从而使轮胎在路面上浮起，其结果造成轮胎在路面上打滑，这种状况叫作浮滑现象。如图1-19所示为发生浮滑现象时车速与水深的关系。

图1-19 发生浮滑现象时车速与水深的关系

［完成任务］一轿车轮胎行驶了8万公里（1公里＝1000m），在雨季时水深20mm时行驶，司机要把车速控制在哪个速度以下才能保证安全？__________。

3.驻波现象

虽然轮胎是圆形的，但是与路面接触时不是用一条线而是用一个面接触。轮胎旋转时，反复进行抓地部分的变形和复原。高速行驶时，这种变形即使在完成抓地之后也不复原，在抓地部分的后部残留振动波，这种波动现象叫作“驻波现象”，如图1-20所示。

驻波现象的防止方法：

（1）设定合理的气压。因为高速行驶时，气压会升高0.2～0.3kgf/cm2，所以要设定合理的气压。

（2）使用适合高速行驶的轮胎。

图1-20 发生驻波时的轮胎

4.轮胎的转弯特性

轮胎的转弯特性包括侧抗力（C.F.）、自动回正力矩（S.A.T.＝回正力矩）、侧抗刚度（C.P.）等参数。

转向轮胎与接触面（阴影区）的力学特性如图1-21所示。轮胎的刚性越高（气压上升、轮辋宽度加大、子午线构造、扁平率小），侧抗刚度就越高，但是，气压及轮辋宽如果不控制在允许范围内则很危险。载重增加，侧抗力也会加大，但超过轮胎的推荐载重后，侧抗力会逐渐降低。

图1-21 转向轮胎与接触面（阴影区）的力学特性

在潮湿的路面上行驶时，摩擦力下降，因此侧抗力降低。

5.轮胎的噪声特性

行驶中的轮胎噪声分为：由轮胎与路面之间摩擦以及轮胎自身发出的直接噪声和由轮胎振动间接产生的噪声。其中直接噪声还可以分为“胎面花纹噪声”“道路噪声”以及“啸叫噪声”。如表1-5所示为轮胎噪声分类及产生原因，图1-22所示为车速和轮胎噪声贡献率的关系。

表1-5 轮胎噪声分类及产生原因

图1-22 车速和轮胎噪声贡献率的关系

八、车轮和定位

为了维持车体对路面的抓地性及操纵稳定性，要设定称作车轮定位的4种不同类型的角度。

1.车轮外倾角

如图1-23所示，为了避免车轮承重后发生内倾，而预先使车轮外倾。前轮正外倾角从前面看通常像倒八字；后轮经常采用负外倾，从后面看像八字，但这个八字不对称，通常左后轮内倾，右后轮基本上为既不内倾，也不外倾。

2.车轮前束角

如图1-24所示，呈正外倾角的前轮在行驶中会出现向外张开的倾向（外倾横向推力），因此为了保持车轮直线行驶，预先调整为向内收束（前束）。设定角度过大时，轮胎会发生羽状磨损。

图1-23 车轮外倾角

图1-24 车轮前束值（也可用夹角表示）

3.主销后倾角

如图1-25所示，主销后倾与自行车车把下的前叉作用相同，可使车轮行驶沿直线，因为主销后倾后会在方向盘转动时产生使车轮回到直线行驶方向的回正力矩。如果调整不当，轮胎存在发生羽状磨损的危险。

4.转向主销内倾角

如图1-26所示，转向主销内倾角是指为防止从路面传来的冲击力使方向盘无法把握，前轮轴和连接在前车轴上的主销（螺栓）之间形成的倾斜角。

图1-25 主销后倾角

图1-26 转向主销内倾角

［完成任务］四轮定位中车轮参数有：____________________；主销参数有：____________________。

九、转向特性

在转弯的过程中，使方向盘（转向装置）保持一定的角度慢慢加速时，决定车辆行驶轨迹的旋转特性叫作转向特性。

1.不足转向

如图1-27所示，在车速提高到一定值时，前轮打滑，汽车向圆的外侧偏离，必须继续转方向盘才能实现驾驶员的意图。后轮轮胎的回转能力比前轮轮胎大时，会出现不足转向。

2.过度转向

如图1-28所示，在车速提高到一定值时，后轮打滑，汽车向圆外偏离，这时很难控制方向。前轮轮胎的回转能力比后轮轮胎大时，会出现过度转向。

图1-27 不足转向

图1-28 过度转向

［完成任务］请回答以下问题。

（1）前轮驱动汽车，轮胎使用磨损后，前轮磨损和后轮磨损哪个更快？__________。为什么？____________________。这时，更易发生不足转向还是过度转向？__________。不更换轮胎，又能减少这种情况发生的办法是进行____________________。

（2）后轮驱动汽车，轮胎使用磨损后，前轮磨损和后轮磨损哪个更快？__________。为什么？____________________。这时，更易发生不足转向还是过度转向？__________。不更换轮胎，又能减少这种情况发生的办法是进行____________________。

3.中性转向

如图1-29所示，中性转向是与行驶速度无关、按原来的旋转圆行驶的特性。

图1-29 中性转向

一般来说，具有轻微不足转向时，稳定性和操纵性较好。

十、扁平化

扁平化是指因侧抗力加大使滚动阻力减小，从而提高轮胎的运动性能。此外，相同外径的轮胎越扁平，则断面高度越低，车轮的直径越大，时尚性越强。

图1-30形象地描述了扁平化的优缺点。

优点：提高高速操纵的稳定性；提高转向性能；提高驱动和制动性能。

缺点：与扁平率为70、80相比，扁平率为60、50的乘坐舒适感稍差。为了谋求乘坐舒适感和行驶性能的平衡，推荐使用65系列。

图1-30 扁平化的优点和缺点

（a）扁平化的优点；（b）扁平化的缺点

提示：轮胎高度（轮胎外直径）＝轮辋直径＋两倍的轮胎断面高度。

［完成任务］根据图1-31解释轮胎规格转换口诀“加十减五，口不变；加二十减十，口不变；加十减十，口长一寸；加二十减二十，口长两寸”的意思以及“口长”的意思。____________________________________________________________。

图1-31 轮胎扁平化

十一、轮胎的典型损伤

通过了解轮胎的损伤，学会正确使用和管理轮胎的方法。轮胎的损伤如图1-32～图1-36所示。

图1-32 中部磨损

图1-33 肩部磨损

图1-34 单侧磨损

图1-35 羽状磨损

强行驶上道路高台或突然碰到路上的障碍物时，轮胎内部被轮辋和障碍物夹在中间，导致轮胎内部内面的帘线被切断等典型损伤。这种故障可以通过检查轮胎鼓包处的内面进行判别。

［完成任务］解释轮胎鼓包的原因：____________________。

图1-36 轮胎鼓包

十二、国内外知名轮胎（自学）

图1-37～图1-48为较为著名的轮胎品牌标志，请上网了解法国米其林、日本普利司通、美国固特异、德国马牌、意大利倍耐力、日本住友（邓禄普）、日本横滨（YOKOHAMA）、美国固铂、韩国韩泰、日本东洋、韩国锦湖轮胎、新加坡佳通轮胎、中国三角集团等轮胎品牌。

图1-37 法国米其林轮胎标志

图1-38 日本普利司通轮胎标志

图1-39 美国固特异轮胎标志

图1-40 德国马牌轮胎标志

图1-41 意大利倍耐力轮胎标志

图1-42 日本住友（邓禄普）轮胎标志

图1-43 日本横滨轮胎标志

图1-44 美国固铂轮胎标志

图1-45 韩国韩泰轮胎标志

图1-46 日本东洋轮胎标志

图1-47 韩国锦湖轮胎标志

图1-48 新加坡佳通轮胎标志

［完成任务］日本轮胎厂家有：__________；韩国轮胎厂家有：__________；美国轮胎厂家有：__________；意大利轮胎厂家有：__________；德国轮胎厂家有：__________；中国轮胎厂家有：__________；新加坡轮胎厂家有：__________。