轮 胎 基 础 知 识 轿车轮胎
中德轮胎服务合作培训
顾
强
1999 年 11 月 26 日 前言
对于现代、高速汽车而言，轮胎是一个在行走机构中极其重要的部件，它们必须有弹性，而又减震；它们必须保证汽车直行，而又具有良好的圆周方向旋转性；它们必须具备长久的使用寿命。轮胎首先必须承受并传播车辆前进方向的纵向力和垂直于车辆前进方向横向力（刹车力、加速力和弯道先系向心力）。
轮胎的设计有着多方面的矛盾，设计工程师要想加强或达到一种功能，则必须减弱或者被迫放弃另一种功能。下图表示着轮胎设计中的目标冲突。
行驶稳定性
轮胎重量
转向精确度
轮胎使用寿命
行驶舒适性
滚动摩擦阻力
湿地刹车
排水性
人们对轮胎期望有较高的力量传播性，甚至在潮湿和积水的路面也同样如此。
通过改变轮胎胎面的橡胶成分，可以影响轮胎的使用寿命、滚动摩擦力和行驶舒适性。
轮胎设计准则中最重要还是安全性。
车轮不是由大自然提供的，但是，从现代意义来看，也不是人们发明的。5000 多年来车轮出于运输需要，不断地在世界各地被“发明”。
最早的车轮大都是由三个部件组成的木盘。具有保护层的轮胎其胎面通常是皮革或者
金属。（为避免与民间的流传误会，此处所指的最早的车轮不是一个树桩的横截面，因其圆度不够，且不耐久。）
即使木盘组成的车轮，也发展到具有轮幅。因为具有轮辐的车轮重量轻、有弹性并且牢固，但对当时来说，技术上要求非常高。这种车轮的轮圈通常还钉有钉子起保护作用。
具有轮辐的木质车轮一直使用到近代的马车为止。在 1886 年，第一代奔驰汽车也使用了具有轮辐的木轮，但是其轮圈是全橡皮的。
此后不久，充气轮胎便发明了（1888 年，邓若普）。充气轮立即便应用在汽车工业上。
充气轮胎的出现使得汽车的行驶舒适性得到根本的改善，并且使得汽车的行驶速度大大给予提高。
1904 年，轮胎开始出现花纹（提高安全性），而且 它们开始具有保留至今的黑颜色。这是因为轮胎的组成 成分中加入了炭黑。炭黑的作用提高了轮胎的使用寿命， 并使轮胎具有反弹性。
大约在 1920 年，在美国出现了棉质帘子布轮胎。具有 帘子布的轮胎具有高强度性，减少轮胎故障，并再次提高了
1910 年的轮胎横截面
轮胎的使用寿命。20 年代中期，出现了 3 巴气压的低压轮胎 （取代以前的大于等于 5 巴的气压）。40 年代出现了超低压轮胎。这种超低压轮胎具有更大的充气容积，改善了避震的舒适性。
50 年代初期开始出现钢丝轮胎（子午线轮胎）。子午线轮胎成为了轮胎耐久性和车辆行驶性能新的衡量标准。大约于 1970 年始，轿车的斜交轮胎几乎完全被子午线轮胎挤出轮胎
市场。几乎是同时期，出现了扁宽轮胎新纪元 – 继轮胎高宽比例为 70%之后，短短的几年内迅速出现了 60%甚至 50%的高宽比。1993 年出现了 35%高宽比的轮胎。当今，高宽比为 65%的轮胎在各汽车公司几乎已成为标准轮胎配置。现代化轮胎越来越宽，目前已经出现了高宽比为 30%的轮胎。这种扁宽轮胎特别应用在赛车上。
现代轿车子午线轮轮胎的组成成分多达 25 种物质，生胶混合成分多达 12 种。
轮胎的主要设计部件为胎基和胎面。胎基的作用是轮胎的减震，它的着这一功能离不开轮胎内足够的充气量，因为，不仅仅是轮胎承受着重量，而且轮胎内的高压气体也承受重量。轮胎胎面承担着减轻滚动摩擦阻力、完善行驶性能和提高轮胎事业寿命的作用。
在 胎 基 的 发 展 初 期 ， 胎 基 由 埋
入胎基内的麻纺织品组成。纵横交差的
麻线互相挤压，并因此造成当时轮胎的
寿命相对缩短。
麻纺织品
1923 出现了新的一代帘子层布（见
左图）。
这种帘子布仅有一个方向，并
再加入支撑作用的支撑纤维，随后埋入
胎基中。
这种帘子布的应用显著提高
了轮胎的使用寿命。
埋入胎基内的股线
斜交轮胎（至 1970 年）
斜交轮胎的胎基由大量的 混有橡胶的帘子芯层组成。帘 子芯层层数的多少决定了轮胎 的承重量。轿车的斜交轮胎通 常由两层最多六层尼龙股线。
卡车（大客车）通常为 6 或者 8 层（层级）。
斜交轮胎内每一层帘子
层走向按照一定的相交角度
层层互叠。这个角度决定了
轮胎的特性。钝角提高行车
舒适性，但降低行车的横
向稳定性； 锐角提高行车
的稳定性，但降低了行车
舒适性。
38 – 40 度
30 – 35 度
26 度
标准型
高速轮胎
赛车轮胎
现代子午线轮胎
（自 1948 年始）
现代轿车均使用子午线轮胎。
在子午线轮胎内，胎基的帘子布层走向相交为90 度。自轮胎的侧面看为径向。这种胎基仅能部分承受弯道行驶的横向力和车辆加速时产生的圆周力。这种胎基因此还必须由其它的轮胎部件给以支持和补充。
这一任务由轮胎内的钢丝层带承担。钢丝层带为两层叠压，其交角为锐角。许多轮胎另尚有尼龙层加固。
发达国家的一些著名轮胎厂现仅生产子午线轮胎。
子午线轮胎
轮胎的组成部分
一个现代化的轿车子午线轮胎由不同材 料的多种部分组成。这些组成部分在每种轮胎 上是不同的，它们随轮胎的大小规格和轮胎的 形式（夏季、冬季轮胎）而变化。
右图是一个德国大陆牌轮胎实例，其规格为
195/65 R 15 ContiEcoContact CP
此轮胎的自重为 8.5 公斤（不含轮毂）。
轮胎的内部结构（举例说明）
1 生胶
38% （自然生胶和人工合成生胶）
2 充填物
30%
（炭黑、硅胶、碳化物等）
3 提高强度的添加物
16%
（钢、人造纤维、尼龙等）
4 软化物
10%
（油等）
5 硫化化学物
4% （硫、氧化锌等不同的化学物
质）
6 抗老化物质
1% （抗臭氧腐蚀和材料疲劳）
7 其他物质
1%
轿车子午线轮胎内部结构
一个现代化的轮胎由下列结构组成：
胎面
由 ① 胎面
② 覆盖层
③ 钢丝层
组成
胎基
由 ④ 织物层
⑤
内部密封层 ⑥
胎侧 覆面
⑦ 胎侧内曲面 ⑧ 胎芯
⑨ 胎根加强部
组成
每一结构的功能将在下面给予叙述。
轮胎内部结构组成部分及其功能
胎面
① 胎面 材料：合成生胶和天然生胶
功能：
- 外层橡胶：提供与路面接触的
摩擦力。
- 内层橡胶：减少滚动摩擦力，
缓冲来自路面的冲
击力，以保护胎
基。
② 覆盖层
材料：
尼龙，埋入橡胶内。
功能：
改善高速性和轮胎生产精 度。
③ 钢丝层
材料：
高强度钢丝
功能：
-
增强轮胎外型和行驶的稳定
性。
-
改善轮胎的滚动摩擦。
- 提高轮胎使用寿命。
胎基
④ 织物层
材料：人造纤维或聚脂
（涂有橡胶）
功能：抵抗胎内气压压力
⑤
内部密封层
材料：合成橡胶
功能：- 密封轮胎充气内腔
- 充当无内胎轮胎的内胎
⑥
胎侧覆面
材料：天然生胶 功能：保护胎基不受来自侧面
的损伤和气候的影响
⑦ 胎侧内曲面
材料：合成橡胶 功能：- 提供行驶稳定性
- 提供转向精确性
- 吸震
⑧ 胎芯
材料：裹入生胶内钢丝
功能：保障轮胎固定得安装在
轮毂上
⑨ 胎根加强部
材料：
尼龙
功能：
行车稳定
转向精确
轮胎外侧标价的含义
详见理论课教材附页
轮胎胎面花纹深度 最早的充气轮胎胎面是光滑和无花纹的。随着汽车工业的发展，汽车的行驶速度越来越快，因此也就在汽车行驶的安全性及行驶性能上发生越来越多的问题。1904 年德国大陆轮胎公司推出了第一个带有花纹的汽车轮胎。
之后，轮胎的花纹技术始终不断得在发展。
今天，没有花纹的轮胎仅应用在摩托体育运动中（赛车轮胎）。在发达国家，法律规定，行驶在公共道路上的轮胎必须带有花纹。轮胎花纹最重要的功能是排水，排除雨天马路上影响轮胎与路面接触的积水。
在路面有水且汽车高速
轮胎花纹深度 / 刹车路程 行驶情况下，轮胎和路面接
深度（毫米）
干燥路面
触面间会产生一个“水锲”
而抬起轮胎，车辆将会失控。
潮湿路面 即使轮胎有着足够深的
花纹也无法排除上述极其危 险的情况。即使车辆在低速 情况下行驶，已经磨损了的 轮胎将提高汽车出事故的可 能性，特别是当路面潮湿的 情况下。
刹车路程（米）
--》 花纹越浅，刹车路程越长 上页右下图显示轮胎花纹的重要性：当轮胎花纹深度磨损到 1.6 毫米时，刹车路程距离几乎是新轮胎的一倍（新轮胎花纹深度约为 8 毫米）。
一条轮胎无论是圆周方向还是整个胎面宽度方向必须都有花纹，也就是不能出现局部的花纹已经完全磨损。花纹的深度测量必须测主排水沟的深度。现代化轮胎都有一个 TWI 标记。如果这个标记已被磨损，则必须更换轮胎。
在大多数西欧国家，法律规定，轮胎花纹的深度必须深于 1.6 毫米。出于对驾驶员自身安全的慎重考虑，交通行家推荐，夏季轮胎的花纹深度不应浅于 2 毫米；冬季轮胎的花纹深度不应浅于 4 毫米；扁宽轮胎的花纹深度不应浅于 3 毫米。另外，轿车的四个车轮应使用相同花纹的轮胎（冬夏季轮胎不能同时混用），至少同一根轴上应该使用相同的轮胎。
轮胎的选择
一辆车允许使用的轮胎已被汽车厂给予了规定。在德国，一辆车允许使用的轮胎被列入行车证中。
每一条轮胎必须适合所配的车辆。首先是在外型尺寸上（直径、宽度）。轮胎的外型尺寸都有标准规定。其次，轮胎必须适合车辆的重量和速度。重量指的是分配在两条轮胎上的最大轴重允许值。一条轿车轮胎的最大承重能力通过其承重量指数给予表示（承重量指数见理论教学附加材料）。
同样，一辆车车轴的几何数据（如外倾、前束）对选择轮胎也很重要。
在速度上，轮胎也必须与车辆相配。轮胎能够承受的最快速度必须大于车辆行驶的最快速度。轮胎在全负荷情况下允许的最快速度由速度等级给予表示。
轮胎的承重量指数和速度等级称为一条轮胎的工作参数。工作参数在轮胎上均有表示。
轮胎充气压力
轮胎内部的高压气体保证轮胎的稳定和承载能力。正确的胎压对汽车本身及它的用途来说，是至关重要的。每种类型的轿车其正确的充气量不是完全相同的。每辆车的正确胎压在车辆使用说明书中都有所叙述，或者在车身上（如汽油罐口盖板反面）有所指明。
轮胎使用寿命
%
轮胎气压
- 偏离推荐气压
偏差 %
轮胎气压越低，轮胎使用寿命越短
匀速状况下
滚动摩...