吳祥鑫,張永峰,車明明,王慎平,李崇兵,姜錫洲,王 帥,王海艷,周獻(xiàn)偉,侯莉莉
[浦林成山(山東)輪胎有限公司,山東 榮成 264300]
國(guó)內(nèi)輪胎和輪輞的設(shè)計(jì)及使用主要參考的法規(guī)有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、歐盟標(biāo)準(zhǔn)和美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)。不同標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定使用的輪輞存在一定差異。以205/55R16規(guī)格輪胎為例,我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)允許使用輪輞為6J,6 1/2J,7J;歐盟標(biāo)準(zhǔn)和美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)允許使用輪輞為5 1/2J,6J,6 1/2J,7J,7 1/2J[1-3]。
汽車制造商在車輛實(shí)際制造過程中會(huì)根據(jù)車輛的不同性能、成本需求選擇不同寬度的輪輞。研究表明[4-5],輪輞寬度對(duì)實(shí)車耐磨性能、抗撞擊性能、操控性能、舒適性等以及輪胎靜態(tài)剛度有一定影響,而有關(guān)輪輞寬度對(duì)輪胎各項(xiàng)性能的影響研究較少。
本工作著重研究輪輞寬度對(duì)輪胎外緣尺寸、接地印痕、剛度和滾動(dòng)阻力的影響。
205/55R16和215/60R16轎車子午線輪胎。
TMT-2B型輪胎綜合試驗(yàn)機(jī),汕頭浩大輪胎測(cè)試裝備有限公司產(chǎn)品;TVR8408型輪胎壓力分布分析設(shè)備,美國(guó)Tekscan公司產(chǎn)品;TJR-RR-PC/TB(J)型輪胎滾動(dòng)阻力試驗(yàn)機(jī),天津久榮車輪技術(shù)有限公司產(chǎn)品。
輪胎外緣尺寸測(cè)量按照GB/T 521—2012《輪胎外緣尺寸測(cè)量方法》,剛性測(cè)試按照GB/T 23663—2020《汽車輪胎縱向和橫向剛性試驗(yàn)方法》,滾動(dòng)阻力測(cè)試按照ISO 28580—2018。
根據(jù)205/55R16輪胎允許使用輪輞要求,采用不同寬度的測(cè)試輪輞,輪胎外緣尺寸的仿真結(jié)果見圖1。
圖1 不同寬度輪輞輪胎的外緣尺寸仿真結(jié)果
由圖1可見:隨著輪輞寬度的增大,輪胎外直徑逐漸減小,測(cè)試最大差值為1.4 mm;斷面寬逐漸增大,測(cè)試最大差值為17.5 mm。這說明輪輞寬度對(duì)輪胎外直徑和斷面寬有影響,且對(duì)斷面寬的影響較大。
不同寬度輪輞輪胎(205/55R16規(guī)格)的靜態(tài)接地印痕仿真結(jié)果見圖2。由圖2可見,隨著輪輞寬度的增大,輪胎接地印痕長(zhǎng)軸長(zhǎng)度減小、短軸長(zhǎng)度增大,面積趨于減小,最大壓力趨于增大。
圖2 不同寬度輪輞輪胎的靜態(tài)接地印痕仿真結(jié)果
輪胎(215/60R16規(guī)格)的接地印痕實(shí)測(cè)結(jié)果如圖3和4所示。
圖3 不同寬度輪輞的輪胎靜態(tài)接地印痕實(shí)測(cè)結(jié)果
圖4 不同寬度輪輞輪胎實(shí)測(cè)接地印痕
接地印痕形狀因數(shù)(A)計(jì)算公式為:A=2XCL/(ISL+OSL),XCL,ISL和OSL的含義和測(cè)量位置如圖5所示。
圖5 接地印痕形狀測(cè)量位置和含義示意
從接地印痕實(shí)測(cè)結(jié)果看:隨著輪輞寬度的增大,接地印痕長(zhǎng)軸長(zhǎng)度減小、短軸長(zhǎng)度和面積基本無變化;不同負(fù)荷下的變化規(guī)律基本一致;接地印痕形狀因數(shù)趨于減小,形狀無明顯區(qū)別且無異常。
由以上分析結(jié)果可知,仿真結(jié)果與測(cè)試結(jié)果在接地印痕長(zhǎng)軸長(zhǎng)度變化上保持一致,在短軸長(zhǎng)度和面積變化上存在差異。
不同寬度輪輞對(duì)輪胎(205/55R16規(guī)格)各向剛度影響的仿真分析結(jié)果見圖6。由圖6可見,隨著輪輞寬度的增大,輪胎的徑向剛度、橫向剛度和扭轉(zhuǎn)剛度明顯增大,其中橫向剛度和扭轉(zhuǎn)剛度近似呈直線增大,而縱向剛度的變化不明顯。
圖6 不同寬度輪輞的輪胎剛度仿真結(jié)果
不同寬度輪輞輪胎(215/60R16規(guī)格)剛度實(shí)測(cè)結(jié)果見圖7。由圖7可見:隨著輪輞寬度的增大,輪胎的徑向剛度和橫向剛度基本呈上升趨勢(shì),與仿真結(jié)果一致;縱向剛度變化無規(guī)律性,與仿真結(jié)果存在一定差異;扭轉(zhuǎn)剛度基本無變化,與仿真結(jié)果差異較大。
圖7 不同寬度輪輞的輪胎剛度實(shí)測(cè)結(jié)果
5 1/2J,6J,6 1/2J,7J,7 1/2J輪輞輪胎(205/55R16規(guī)格)滾動(dòng)阻力系數(shù)仿真結(jié)果分別為10.0,9.5,9.3,9.3和9.0 N·kN-1。
不同輪輞寬度輪胎各部位能量消耗仿真結(jié)果見圖8。由仿真分析結(jié)果可知,隨著輪輞寬度的增大,輪胎滾動(dòng)阻力系數(shù)趨于減小,主要原因?yàn)樘?cè)和胎圈部位的能量消耗明顯降低。
圖8 不同輪輞寬度輪胎各部位能量消耗仿真結(jié)果
不同輪輞寬度輪胎(215/60R16規(guī)格)滾動(dòng)阻力系數(shù)實(shí)測(cè)結(jié)果見圖9。由圖9可見,隨著輪輞寬度的增大,輪胎的滾動(dòng)阻力系數(shù)基本無變化,仿真結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果存在一定差異。
圖9 不同寬度輪輞輪胎滾動(dòng)阻力測(cè)試結(jié)果
(1)輪輞寬度增大,輪胎仿真分析外直徑減小、斷面寬增大,接地印痕長(zhǎng)軸長(zhǎng)度和面積減小、短軸長(zhǎng)度增大;各向剛度增大;滾動(dòng)阻力系數(shù)減小。
(2)輪輞寬度增大,輪胎實(shí)測(cè)接地印痕長(zhǎng)軸長(zhǎng)度減小、短軸長(zhǎng)度和面積基本不變;徑向和橫向剛度增大、縱向剛度變化無規(guī)律、扭轉(zhuǎn)剛度基本不變;滾動(dòng)阻力系數(shù)基本不變。
(3)在接地印痕長(zhǎng)軸長(zhǎng)度、徑向剛度和橫向剛度方面仿真結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果吻合度較高,在接地印痕短軸長(zhǎng)度和面積、縱向剛度、扭轉(zhuǎn)剛度、滾動(dòng)阻力方面有一定差異,后續(xù)需更多驗(yàn)證。