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轮胎到底是怎么设计出来的?

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    轮胎的设计不仅仅造出外观然后去硫化那么容易。轮胎的设计包含融入带束层,纺织帘布层和胎面花纹结构复杂许多原材料融合。大量的时间和精力来平衡各种参数,许许多多的技术和考虑进入轮胎后变为现实,并经过大量的路面测试,才会它推出到路面上行驶。

    当开发一个新的更好的轮胎,设计师将开始必须为新产品的性状做出定义,包括目标胎面磨耗,雪地牵引,干湿处理,驾乘舒适性,滚动阻力和噪音。 由于成本和时间的限制,其实很少将轮胎设计成是“完全新的。 ”   通常情况下,设计者将通过寻找现有轮胎,类似于更新现有轮胎的产品定义开始。类似参考目前和竞争对手的轮胎往往作为分析和基准测试。 虽然胎面通常会吸引了最多的关注,设计师还有其他的事情要考虑。模具轮廓必须选择恰当。一般来说,设计师将与现有的配置延续更稳妥,但胎面花纹和配置文件的几种组合往往会被综合考虑。   轮胎的内部结构是至关重要的。一个有经验的设计师通常必须符合产品定义所需的内部结构是一个好的基础,但设计的目的是将由车辆的轮胎的使用意图来影响和决定的。   几个成本因素必须考虑,包括材料成本和工厂的能力。必须保持轮胎的构造和公差的复杂性都加总的出厂时间和影响成品轮胎的成本。   胎面花纹的概念进行了探索,并在设计过程的早期收窄方向。是轮胎将要使用非对称(通常实用)或方向性(有效,但可引起噪音问题)?什么是营销部门想要的胎面花纹的样子?   之后,胎面花纹的外观收窄,计算机模型通常可以做的模式有足够的映射。计算机生成的图案是由任一只手切割光面轮胎,创建测试模具和生产示范轮胎,或者即使使用现代的3-D印刷来产生与模式“轮胎”的片段通常确诊。 

生成的图案是由任一只手切割光面轮胎,创建测试模具和生产示范轮胎,或者即使使用现代的3-D印刷来产生与模式“轮胎”的片段通常确诊。 
    沟槽和细纹
    胎面花纹主要影响牵引潮湿抓地力,积雪覆盖或松软路面上。胎肩增强牵引力那里是只有轻微的表面的渗透,如硬压实的雪。   在柔软的表面上,如泥土或厚厚的积雪,桨形花纹元素是更重要的,随着保持空隙更替。空隙区域中的胎面花纹的比例是很重要的湿牵引力。   凹槽通道排水,而胎肩上的目的是在急转弯提供保护和援助的牵引力。  
    现代的胎面花纹的一个重要特征是在固化过程中模压为胎面刀槽花纹或“切口”。 刀槽花纹一般1/10th-inch或更少宽。刀槽花纹可能是圆周,横向或对角线,并帮助微调轮胎的操控性,牵引,平顺性和耐磨恰拉- cteristics 。  
    雪地牵引力是切口作用的主要属性和冬季轮胎习惯上有最细花纹。轮胎需要在冬季刺骨的边缘,切口提供更多的地方来收集雪。额外的抓地力来在刚度和结果的开支不太精确干燥处理和更快的磨损。   雪面的牵引,刀槽花纹的最大贡献是提供更好的湿牵引。增加刀槽花纹可以帮助更多的渠道水关胎面的脸,所以比只用槽和凹槽轮胎打滑少。  
    刀槽花纹还可以帮助轮胎的噪音水平。当轮胎旋转时,空气被抽中的每个花纹块的前缘和后缘的进出。刀槽花纹提高了胎面花纹块的弹性和宽度,深度和刀槽花纹的位置被改变以分布在一个较宽的声谱所得到的色调。一些的声音相互抵消和噪声的总体水平被降低。  

    刀槽花纹也可以用来促进均匀的磨损,并有助于散热。无切口花纹块往往先穿在前面和后面的边缘。通过增加刀槽花纹,胎面花纹块都更加灵活,发生磨损更均匀地分布在块。  
    刀槽花纹原本简单的削减,但锯齿图案紧随其后,以帮助冰雪牵引力。华夫饼干的铁一样的模式补充说,创建为牵引更多的边,同时保留更多的胎面硬度过弯小,环环相扣的质感。最新的技术是一种3 -D刀槽花纹,其中切割胎面内改变方向,可提供更好的牵引力,并有助于变硬胎面花纹块。  
    关于轮胎胶料配方
    任何轮胎的胎面胶是其中干地操控妥协,抗水漂,噪音,雪地牵引,驾乘舒适性和胎面磨耗。一般情况下,超高压和竞争的轮胎使用非常高的温度优化化合物和牺牲一切为干地操控。高性能轮胎进行类似的妥协,但不要去UHP轮胎的极端。在另一个极端,冬季轮胎具有制定了寒冷的气温化合物。  
    全季节轮胎化合物为牵引跨越广泛的温度, erature范围,日常驾驶条件设计的。旅行车轮胎通常是所有乘用车轮胎的最佳平衡。标准的全季节轮胎通常减少所有的性能参数的水平,与干地操控最痛苦。  
    计算机模拟已经成为设计人员的主要工具,使他们能够预测关键受力点,热量积聚多。 无论类别,全赛季化合物有望提供良好的胎面磨损和低滚动阻力。平衡这些相互竞争的目标是面对轮胎设计中最具挑战性的任务之一。   无增强材料和硫化过程中,轮胎会像橡皮擦将崩溃,土崩瓦解。在20世纪初,人们发现,使用炭黑作为补强填充剂增加橡胶的耐久性和强度(与国产轮胎的黑色而不是白色) 。加入炭黑也有助于进行热远离胎面和带区域,并减少了轮胎的热损伤。  

    1990年左右, tiremakers开始使用二氧化硅作为增强成分。二氧化硅的好处是抓地力的改善。虽然轮胎可以只使用炭黑或者只是二氧化硅填料制成,最轮胎使用两者的高度保密的组合。   使用较高水平的炭黑的胎面化合物可用于干燥处理和更高的温度更好。富含二氧化硅的复合提供了更好的雪地牵引,提高了滚动阻力,提高湿处理。二氧化硅也有助于化合物的对从发生过的轮胎的寿命的热循环硬化阻力。  
    在轮胎设计中越来越重要的考虑因素是滚动阻力。滚动阻力产生主要是在轮胎的胎面,其变形,因为它涉及到与路面接触,然后弹回。挠曲产生热量,而不提供任何好处浪费能源。我们面临的挑战是让轮胎足够的柔性与路面有良好的接触,同时尽量减少内部摩擦和磨损。  
   低滚动阻力轮胎可提高燃料经济性高达或2每加仑英里以上常规的全季节的设计,甚至更高性能的轮胎相比。  
    妥协和解决方案
    低滚动阻力轮胎的负面影响是降低了湿抓地力和缩短轮胎寿命的声誉。轮胎企业说,进步降低轮胎的滚动阻力25%以上,而在很大程度上克服了典型的缺点。   任何胎面胶所提供的牵引力有两个组成部分。  
    第一种是从胎面压在路面上的摩擦。牵引的摩擦量具有相对平坦的曲线,通常在高峰50%左右的下滑角。 (滑动角的方向上的轮胎是指与车辆正在行驶的实际路径之间的差异。 )   第二成分是从胎面推靠在垂直的表面作为轮胎变形为微纹理路面。牵引从变形的峰在低滑差角(约5% ),并具有陡峭的曲线。从摩擦和变形的峰值相结合牵引发生在10%左右的下滑角。   胎面不仅要变形为微结构,它需要保持其变形与不弹回其原来的形状。不幸的是,橡胶的自然属性是弹回。  
    以获得胎面以保持它的形状,其主要的添加剂是苯乙烯,具有粘土状的特性的塑料。  
    苯乙烯是很'死',几乎没有倾向回弹到原来的形状变形时,橡胶的正好相反。   但苯乙烯有缺点:它不能很好地工作,当它的寒冷和死寂保持热量的轮胎弯曲。保留热量是可怕的滚动阻力和胎面磨耗加速。  
    其他各种“修饰”,通常是树脂和蜡,被添加到胎面胶,试图对抗苯乙烯的不良倾向,使轮胎的工作在更大范围内的温度和负载。  

    修饰符工作由较少的特定形状的保持胎面在一个不太明确的形式。当胎面具有多个不同的结构,牵引力减小。   在落实胎面胶的决定,因为胎面的受载荷后变形有很大的影响气压,设计师将匹配胎面的通胀预期压力的硬度级别(相对硬度) 。对于应试例如,一个冲刺汽车轮胎,这将通常在4磅运行将有40或更小的胎面硬度级别,而预计进行80磅轻型卡车轮胎可能有85的硬度级别。   在这一点上,设计者有一个工作新的轮胎,它的时间来评估其对双方的产品定义和竞争对手的基准轮胎的实际表现。   计算机模拟和设计人员对类似产品的经验可能会得到新胎接近,但测试赛道将最终决定设计是否对目标或没有。



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