汽車的鞋子——輪胎的作用與結構解析

最新 09-06

近年來，隨著人們對汽車認知的逐漸加深，對汽車的安全與操控也越來越重視。輪胎作為汽車重要的組成部分，它的性能好壞，直接影響到汽車的安全性和操控性。要知道，汽車所有的重量，都是由輪胎承接的；汽車所有的運動特性，最後的執行者也是輪胎。而輪胎與地面的接觸面積僅僅相當於一張A4紙的大小！所以，輪胎的重要性不言而喻。今天老侯就帶領大家來了解輪胎的秘密。內容較多，將分幾期完成。今天先說說輪胎的基礎知識。

輪胎的作用

輪胎四大基礎作用

承受載荷

一部汽車不論是它的自重，還是乘人或載物，其重量都要通過車體傳到輪胎，最後由輪胎肩負起全部的重擔，所以，輪胎在承載方面起著十分重要的作用。

產生驅動力與制動力

因為輪胎是汽車上唯一與路面接觸的部位，因此，不論是汽車的起動、行駛、還是制動、停車都要通過輪胎與路面"溝通"，並通過輪胎來完成汽車或汽車駕駛人員的意願。

緩衝和吸震

未經鋪設的路面，大多是凸凹不平的石子路，路面上會有很多碎石或坑、包，即使是鋪設的路面，也經常有一些障礙物，影響汽車的正常行駛。在這種情況下，輪胎就會發揮它的卓越的緩衝和吸震功能，使汽車能在較為舒適的情況下前行。這是因為，輪胎本身就是由具有彈性的50%左右的橡膠製成，加之輪胎內的空氣的絕妙的吸震功能，所以才能使汽車在惡劣的路面也能輕鬆自如地前行。

改變汽車行駛方向

汽車不論是轉向還是掉頭都需要由汽車的輪胎來完成，它經常要按照駕駛員的意願來改變汽車行駛的方向.

正因為輪胎具有上述四大作用，因此，汽車才能在凸凹不平的路面上安全、自由、迅速、舒適地行駛;也正因它具有上述四大作用，所以，輪胎在整個汽車的零部件中才顯得十分地重要。

實際上我們完全可以用一句話來概括輪胎的作用和重要性：當一個人坐到了汽車裡面以後，那麼，這個人實際上就完全交給了汽車，而汽車在行駛當中，實際上就全部交給了四個輪胎。輪胎一旦出現問題，不論是車輛還是車上的人，都會受到巨大的危險。所以，每一個駕駛員都應該十分在意自己的輪胎。

輪胎歷史

最早的車輪是由木頭製成的，後來人們在木車輪外包了一層鐵皮，增加了耐磨性。但是這種車輪乘坐極不舒適，再加上古代道路較差，坐車其實是非常辛苦的差事。

汽車發明了以後，剛開始人們也是用這種車輪，汽車的舒適性極差。直到有一天，一個英國人羅伯特?湯姆遜出現了。他在1845年發明了空心輪胎，用壓縮空氣充入彈性囊，以緩和運動時的衝擊，這就使得汽車的舒適性大大提高了。

1868年，美國人查爾斯?古德伊爾（Charles Goodyear）發明硫化橡膠的方法，使橡膠能運用在輪胎上，古德伊爾先生雖取得專利但並未因此致富（1898年美國一家新成立的輪胎公司為了紀念他的貢獻，把公司命名為固特異輪胎公司）。

1887年12月，英國獸醫約翰?鄧祿普看到他的兒子在布滿石頭的庭院里騎著三輪車，思索如何使車輪更軟以吸收震蕩，於是發明用充氣的橡膠管套在木製輪輻上，現代輪胎的原型誕生了。

1903年，J?F?帕瑪先生髮明了斜紋紡織品，這種斜紋紡織品的發明促成了斜交輪胎的發展，1930年米其林公司申請了帶內胎輪胎（無內胎輪胎前身）；1946年獲得舉世聞名的子午線輪胎專利。

世界這幾大知名的輪胎公司，就是這麼來的。不得不說，歷史悠久，經驗豐富，一百多年只做一件事，其專業程度可想而知了。

輪胎的原料——橡膠

現在大多數汽車輪胎材料的主要成份是天然橡膠或者合成橡膠。天然橡膠主要來源於三葉橡膠樹，當這種橡膠樹的表皮被割開時，就會流出乳白色的汁液，稱為膠乳，膠乳經凝聚、洗滌、成型、乾燥即得天然橡膠。

輪胎生產的原料中有天然橡膠還有合成橡膠，合成橡膠是由人工合成方法而製得的，採用不同的原料（單體）可以合成出不同種類的橡膠。在合成橡膠中又屬通用橡膠應用最多，通用橡膠是指部分或全部代替天然橡膠使用的膠種，如丁苯橡膠、順丁橡膠、異戊橡膠，異丙橡膠，氯丁橡膠等。

儘管合成橡膠有諸多優勢，但天然橡膠的綜合性能優越過合成橡膠，所以高級輪胎多用天然橡膠。為了使橡膠具有製造輪胎所要求的性能，比如要讓輪胎具有彈性好、滾動阻力小、耗油低、生熱低、耐磨、耐穿刺、承載能力大、乘坐舒適等性能，必須要在橡膠中滲入各不同的化學材料，即化學添加劑。比如短纖維、硅材料、炭黑、聚氨脂彈性體等等。

什麼是返煉膠

可能很多人都知道錦湖的「返煉膠」事件，特別是大眾的車主，聞之色變。其實，返煉就是在「擠出」、「壓延」工序後面產生的一些邊角料和不合規的膠料，這些邊角料拿回最初密煉工序--也就是「和面」的階段，重新揉進「麵糰」里。這些邊角料以及不合規的膠料就是所謂的返煉膠。所以返煉膠並不是「廢舊輪胎回收再制」的意思，一旦橡膠經過了硫化，這個過程就不可逆了。返煉是屬於輪胎製造過程中的正常工藝。但是返煉膠的比例是需要嚴格控制的，大量使用返煉膠會造成輪胎質量不平均不穩定的情況，而且不能用在氣密層當中。之前的國內的行業要求是「返回膠均勻摻用比例不大於20%」。

使用返煉膠過量的輪胎，耐久性會受到明顯影響，易老化開裂，對於輪胎質量和安全性能有著很大的隱患。

輪胎的製造

輪胎的製造就像是從和面開始到煮成麵條的過程。前面的密煉擠出壓延等工序就像是「和面」--「擀麵」--「切成麵條」之類的步驟，到胎圈成型就相當於準備好了下鍋的麵條了。

硫化是橡膠加工中的最後一個工序，相當於「下鍋煮麵」--也就是最終定型，可以得到定型的具有實用價值的橡膠製品。

在硫化工序完成後，還有最終檢驗及輪胎測試工序，在最終檢測這個區域里，輪胎首先要經過目視外觀檢查，然後是均勻性檢測，動平衡測試，最後要經過X-光檢測，而在輪胎測試工序中輪胎還需要接受高速和耐久實驗的考量。

輪胎結構：

輪胎結構你從外面看只有四部分：胎面或胎冠、胎肩、胎側或胎邊及胎唇四個部位。

胎面與地面接觸磨擦，它的磨損是一定的，如果輪胎氣壓或車輪定位不正常，胎面會出現非正常磨損，這就是所謂的吃胎；

胎側或者叫胎邊是輪胎最脆弱的部分，它承受側向力，胎側如果扎孔了，基本上是補不住的，這就意味著輪胎的報銷了。

胎唇與輪輞接觸密封，里有有鋼絲圈及外部的保護密封膠；在拆裝輪胎時，如果操作不當，胎唇部會破損。

在我們可以看到的黑呼呼的橡膠內部，可以稱之為胎體，這裡有很多層材質，歸結起來主要有三個層：

緩衝層是指斜交輪胎胎面和胎體之間的膠布層。它的作用是緩和並部分吸收路面對輪胎的衝擊。

帶束層是指在子午線輪胎和帶束斜交輪胎的胎面基部下，沿胎面中心線圓周方向箍緊胎體的材料層。它的主要作用是增強輪胎的周向剛度和傾向剛度，並承受大部分胎面的應力。

帘布層是指胎體中由覆膠平行簾線組成的布層，它是胎體的骨架，支撐外胎各部分。

輪胎的類別

輪胎一般根據胎體帘布層簾線的排列不同，將輪胎劃分為斜交線輪胎、子午線輪胎。

斜交輪胎的簾線按斜線交叉排列，故而得名。其特點是胎面和胎側的強度大，但胎側剛度較大，舒適性差，由於高速時帘布層間移動與磨擦大，並不適合高速行駛。隨著子午線輪胎的不斷改進，斜交輪胎將基本上被淘汰。

子午線輪胎是胎體簾線按子午線方向排列，是簾線周向排列或接近周向排列的緩衝層緊緊箍在胎體上的一種新型輪胎。子午線輪胎與斜交輪胎相比，彈性大，耐磨性好，滾動阻力小，附著性能好，緩衝性能好，承載能力大，不易刺穿；缺點是胎側易裂口，由於側向變形大，導致汽車側向穩定性稍差，製造技術要求高，成本較高。

A：結構不同

左側示意圖為斜交線尼龍胎的結構分析，胎體由多層斜交尼龍絲帘布層構成。

右側示意圖為（米其林）子午線鋼絲胎的結構分析，胎體由一層放射狀得鋼絲帘布層構成。胎冠由多層鋼絲帶固定，胎側與胎面花紋的功能相對獨立。

B：帘布層功能不同

左側示意圖，斜交胎的胎側由多層交疊的帘布層構成，胎冠和胎側由同一帘布層結構組成。整個胎體由多層斜交的尼龍簾線構成。這一結構使輪胎應力集中，輪胎胎面的受力不均勻，中間磨損嚴重，輪胎壽命短。輪胎由尼龍簾線組成受力層，尼龍材料的熱承受能力較差，經過行駛中多次冷、熱交替環境，尼龍簾線發生疲勞，拉伸力下降。很多完好的輪胎突然性的爆炸，經濟上的損失不說，還是很大的安全隱患。

右側示意圖，子午線鋼絲胎胎側與胎面帘布功能相對獨立，因此接地面積大。胎體由單層鋼絲帘布層構成，行駛溫度低。胎冠由鋼絲帶束固定可以有效抵抗刺扎和撕裂。胎面花紋的磨損平均，輪胎壽命長。鋼絲簾線材料組成，抗疲勞強度，拉伸性能有質的不同。

上圖看到兩種輪胎留下的地面印跡分析，子午線鋼絲輪胎貼地性能更加優秀。

C：胎側變形導致的結果不同

左側示意圖中的斜交線尼龍胎，胎側的變形直接傳導至胎面，輪胎接地面積不穩定，胎體帘布層鉸接磨損導致內部過熱。

右側示意圖中的子午線鋼絲胎，胎側的變形不會傳導至胎面，接地面積的變形減到最低，輪胎溫度低，更省油。

輪胎花紋

輪胎花紋究竟有啥用？

1：增大輪胎與地面的摩擦力；

2：降低胎噪增強舒適性；

3：為輪胎散熱，排水；

4：提升車輛操控性能；

5：美觀，提升視覺效果。

混合花紋輪胎

輪胎上的縱向花紋主要起到快速排水的作用，輪胎上的橫向花紋擁有較高的抓地能力，將兩種花紋混搭在一起並達成一種「默契」，讓中間的能提供快速排水的縱向花紋與胎肩上提供抓地力的橫向花紋結合到一個完美的情況，這樣混合花紋就誕生了。

普通的混合花紋輪胎使用限制較少，前後左右均可調換，是一種綜合平衡性十分出色的輪胎。適合普通消費者日常城市使用，是輪胎里的中庸者。

不對稱花紋輪胎

不對稱花紋即左右兩邊擁有不同的花紋結構。

需要注意的是由於該種輪胎內外花紋不同，在安裝時必須確定輪胎的內外是否正確。

單導向花紋輪胎

單導向花紋輪胎的花紋溝之間相互連接，擁有較強的公路性能以及極強的排水能力。這種花紋的輪胎有固定的滾動方向，也就是說這種輪胎只能朝著一個方向跑，這樣的優點在於輪胎的滾動阻力會相對較小，車輛操控性更加優秀。但也因為這樣的設計單導向輪胎不能左右對調只能同側輪胎互換，這也是為什麼叫單導向輪胎的原因。

單導向輪胎擁有較強的抓地能力與排水性能，並且速度級別可以做得很高，車頭指向性與操控性能也均能滿足要求苛刻的發燒友。

單導向花紋輪胎但安裝時一定注意輪胎的滾動方向，通常來說單導向均有明顯箭頭標誌指明該輪胎的滾動方向。如果錯將輪胎花紋裝反行駛過程中可能出現輪胎抖動，加快磨損、雨天抓地力明顯減弱等危險。

塊狀花紋輪胎

塊狀輪胎被廣泛用在越野車上面，一般根據使用條件的不同主要分為三種：公路輪胎、全地形輪胎和泥地胎。

泥地輪胎

泥地輪胎簡稱MT(Mud-Terrain)輪胎，一般只有越野發燒友和特殊路段工作者才會選用。

縱向花紋輪胎

縱向花紋輪胎顧名思義，當然是以縱向花紋為主的輪胎。這種輪胎的花紋與輪胎方向一致，繞呈一條或者多條連續的圓圈。這種輪胎擁有良好的車頭指向性以及排水性能，高速行駛時噪音控制很好，並且受摩擦力所帶來的向前的阻力也相對小很多。所以縱向花紋輪胎可以提供極好的運動操控性。但這種輪胎自身的缺陷也很明顯，由於只有縱向花紋，所以其提供的抓地力並不充足，所以其提供的制動能力以及驅動能力都不算優秀。

橫向花紋輪胎

橫向花紋恰恰與縱向花紋相反，能夠提供極好的抓地力，所以其在制動能力與牽引力方面有著得天獨厚的優勢。這種花紋的輪胎在專業領域用途比較廣，比如一些農業機械，如收割機，拖拉機等，以及一些工程機械和大型牽引車等都可能使用到橫向花紋輪胎。但這種花紋的輪胎因為胎噪大，易磨損，耗油高，高速性能差等缺點，所以在民用領域裡幾乎沒有市場。