輪胎理論與技術

《輪胎理論與技術》是2013年出版的圖書，作者是[美]A.N.Gent[美]J.D.Walter。

基本介紹

• 書名：輪胎理論與技術
• 作者：[美]A. N. Gent [美] J. D. Walter
• ISBN：9787302330479
• 定價：78元
• 出版時間：2013-9-27
• 裝幀：平裝

輪胎理論與技術

ISBN：9787302330479
定價：78元
印次：1-1
裝幀：平裝
印刷日期：2013-9-27作者：[美]A. N. Gent [美] J. D. Walter 編 危銀濤 李勇 馮希金 葉立林 等譯

英文版前言

多年來，輪胎工程師依靠S. K. Clark編輯的《充氣輪胎力學》專著來獲取輪胎設計和使用的詳細信息。此書最初由美國國家標準局和商務部於1971年出版，在1981年由美國國家公路交通安全管理局和運輸部修訂後，沒有再版。自此以後，在廣度和深度上再也沒有能與之比肩的教科書或專題著作出現。這兩版書的許多章節包含的權威性綜述至今仍舉足輕重，但它們是在斜交胎和帶束斜交胎在美國盛行的時期著成的，所以並沒有全面地討論最新的輪胎技術，特別是現在普遍採用的子午線結構。因此，美國國家公路交通安全管理局的H. K. Brewer博士和R. Owen博士提議國家公路交通安全管理局牽頭出版一部關於乘用車輪胎的電子版新書，以滿足現代輪胎科學家、工程師、設計師和用戶的需要。此書即是大家共同努力的結晶。
Clark教授同意擔任由輪胎行業泰斗組成的編委會的主任，對作者和題目的選擇提出建議，並對內容提出了詳細修正意見。在撰寫和修訂此書的漫長過程中，我們非常感謝Clark教授和編委會的其他成員提出的專業性指導和建設性意見。我們尤其要感謝由D. R. Dryden博士及其固鉑輪胎橡膠公司的同事提出的細緻、深入的建議。當然，措辭和內容最終由我們決定。
各章的作者都是輪胎科技界公認的權威。他們對乘用車輪胎的設計、製造和使用的不同方面進行了學術性的、最新的綜述，並且在各章節中加入了測試題。所以此書既可以用作自學，也可以作為工程師和其他人員進入輪胎行業的教材。

M. CaprezOverholt女士將各章不同風格和格式的手稿合併，使之成為一部完整的、富有吸引力的專著。我們敬佩她和她的同事——《橡膠世界》的Don Smith先生的敬業精神。

Alan N. Gent and Joseph D. Walter
阿克隆大學
2005年8月

出版前言

輪胎是汽車唯一的接地部件，輪胎和地面相互作用形成的界面提供了汽車運動需要的所有力和力矩。所有汽車底盤工程師和科學家都知道輪胎力學對於汽車是多么的重要。輪胎也是一個複雜的、具有黏彈特性的、幾何形狀複雜的複合材料結構，其結構分析與設計對任何一個工程師都是一個挑戰。所有優秀的輪胎設計工程師都希望掌握輪胎力學的分析方法。遺憾的是由於輪胎理論與技術的複雜性、非線性和交叉性，輪胎工程師常常難以得到系統和深入的技術資料，從事輪胎相關研究的學生和專業人士也為缺乏可靠的信息來源而苦惱。有鑒於此，清華大學汽車系輪胎技術課題組決定組織翻譯這本在國際上廣為流傳的《The Pneumatic Tire》著作。清華大學出版社站在支持汽車輪胎學術出版的高度熱情支持這一決定，美國阿克隆大學和美國交通部也決定免費提供中文著作權。原著699頁，涵蓋了從材料、結構、振動噪聲、六分力、安全等輪胎技術的各個方面。為此我們組織了一個精幹的團隊投入此項工作，團隊成員包括清華大學輪胎技術組的老師和學生，他們是危銀濤、李勇、馮希金、谷存濤、沈筱亮、葉進雄、鄭小剛、張文飛、熊志遠、陳亞龍、項大兵、劉源、金壯兵、王昊。貴州輪胎股份有限公司的黃舸舸總經理非常支持這一有利於整個行業的工作，組織了一個強有力的隊伍一起奮鬥，包括黃舸舸、葉立林、蔣中凱、張新、黃紅楠、吳新民、高潔。山東恆宇科技集團的高升日也參與了第7章的翻譯工作。經過2年左右的時間，構想終於變成現實。在此非常感謝清華大學出版社的楊倩和趙從棉編輯，她們非常細心地審閱了本書的每個細節。
原書的主編，美國工程院院士A N Gent教授在病床上為本書的中文版寫了序言，可惜由於疾病纏身，他無法親自簽名； 更可惜的是，本書還未付梓，Gent教授卻已仙逝。現在本書的出版，就是對Gent教授永恆的紀念。
我們希望此書的出版，對我國汽車、輪胎和橡膠工業的工程師與研究人員起到一些參考和啟迪的作用。
《輪胎理論與技術》編委會

目錄

第1章輪胎技術概述

1.1前言

1.2輪胎基礎知識

1.2.1功能

1.2.2輪胎類型

1.2.3行業標準

1.3輪胎部件

1.3.1膠料

1.3.2骨架材料

1.3.3子午線輪胎部件

1.3.4子午線輪胎設計流程

1.4輪胎性能標準

1.4.1室外(車輛)測試

1.4.2室內(轉鼓）測試

1.4.3技術檢測

1.4.4行業/政府標準

1.5輪胎製造

1.5.1膠料製備

1.5.2部件製備

1.5.3輪胎成型

1.5.4硫化

1.5.5成品檢查

1.5.6質量控制檢驗

1.6消費者關注

1.6.1保持正確充氣

1.6.2避免超載

1.6.3定期調換/對中檢查

致謝

1.7參考文獻

第2章橡膠力學性能

2.1彈性和黏彈性

2.1.1橡膠態、結晶態和玻璃態

2.1.2彈性行為

2.1.3黏彈性

2.2膠料的強度

2.2.1內稟(固有)缺陷

2.2.2斷裂能和破壞應力

2.2.3補強

2.2.4裂尖的鈍化

2.2.5裂紋擴展及機械疲勞

2.2.6黏接失效

2.3橡膠的摩擦滑動

2.3.1法向載荷對摩擦力的影響

2.3.2滾動摩擦

2.3.3潤滑粗糙表面上的滑動摩擦

2.3.4乾燥表面上的滑動摩擦

2.3.5控制橡膠摩擦

2.4磨損

2.4.1滑動過程中的磨損

2.4.2Schallamach磨損圖

2.4.3疲勞裂紋增長的磨損

2.4.4化學效應

2.4.5車輪滑動磨耗

2.5橡膠的老化

2.6結論

2.7參考文獻

2.8課後練習

第3章輪胎簾線和簾線橡膠黏合

3.1紡織簾線

3.2鋼簾線

3.3參考文獻

3.4複習題

第4章簾線/橡膠複合材料力學

4.1簾線/橡膠複合材料的力學行為

4.2線性各向異性與正交各向異性分析

4.2.1各向同性彈性性能

4.2.2正交各向異性彈性性能

4.2.3表征帶束層和帘布層的單層板的應力應變公式

4.2.4單層板性能的實驗測定

4.2.5有限元套用

4.2.6單層板的熱傳導率

4.2.7熱膨脹係數

4.3組分對複合材料性能的貢獻

4.3.1簡單模型

4.3.2HalpinTsai公式

4.3.3高夫湯哥拉(GoughTangorra)公式

4.3.4赤板平野(AkasakaHirano)公式

4.3.5S. K.Clark方程

4.3.6實驗數據對比

4.3.7熱傳導率

4.3.8簾線/橡膠性能的有限元方法

4.4層合板的巨觀力學行為

4.4.1彎曲變形分析

4.4.2應變位移關係

4.4.3層合板中單層的應力

4.4.4合應力與合力矩的定義

4.4.5層合板本構方程

4.4.6示例

4.4.7層合板本構方程的簡化

4.4.8應力和應變的確定

4.4.9層合板理論在輪胎中的套用

4.4.10角度效應

4.4.11包容特性

4.4.12磨耗與轉向

4.4.13層間變形

4.4.14有限元分析

4.5簾線/橡膠複合材料的黏彈性與滯後行為

4.5.1應力應變關係

4.5.2有限元的運用

4.5.3動態振動回響

4.5.4能量損失

4.6簾線/橡膠複合材料的耐久性

4.6.1複合材料的疲勞檢測

4.6.2簾線抽出試驗

4.6.3簾線/橡膠複合材料斷裂分析

4.6.4連續介質損傷分析

4.6.5溫度預測

致謝

4.7參考文獻

第5章輪胎負荷能力

5.1引言

5.2歷史： TRA荷載公式

5.3基本公式

5.4常數

5.5壓力指數

5.6輪胎斷面寬(斷面直徑)

5.7審查的必要性

5.8新方法

5.9輪胎負荷/下沉量和剛度

5.10TRA荷載公式與下沉量

5.11方法學

5.12下沉量分析

5.13提出的荷載公式

5.14應做的工作

5.15總結

致謝

附錄1

附錄2

第6章輪胎應力分析

6.1引言

6.2輪胎輪廓基本理論

6.3輪胎結構分析

6.4輪胎簾線張力

6.5相關主題

6.6試驗方法

6.7思考題

6.8參考文獻

第7章接地印痕現象

7.1概述

7.2接地印痕的描述

7.2.1基本視角

7.2.2印痕坐標系（FAS）

7.2.3印痕應力的定義

7.2.4接地印痕的幾何形狀

7.2.5接地印痕內的位移

7.3測量設備和方法

7.3.1純視圖

7.3.2應力測量技術

7.3.3位移測量技術

7.3.4接地面內的溫度

7.3.5胎面形貌的測量(胎面磨耗的表征)

7.3.6工程用途的輪胎套用表征

7.3.7確定剪下能

7.4接地印痕物理學

7.4.1光面輪胎

7.4.2胎面花紋的影響

7.4.3剪下能和不均勻磨耗

7.5總結

7.6參考文獻

課後習題

第8章充氣輪胎的六分力

8.1概述

8.2對輪胎六分力的描述

8.2.1SAE輪胎坐標系

8.2.2輪胎六分力的定義

8.2.3產生輪胎六分力的輪胎使用變數和輸入

8.2.4ISO 車輪坐標系

8.3輪胎對單個使用變數的變形回響

8.3.1對純滑移側偏角的回響

8.3.2對側傾角的回響

8.3.3對輪軸轉矩的回響

8.4輪胎六分力特性的確定

8.4.1道路

8.4.2輪胎操縱器

8.4.3力感測器

8.4.4室內與室外測試的優點與缺點

8.5數據的總體特性

8.5.1自由滾動轉彎

8.5.2直行或制動

8.5.3轉向、制動與驅動聯合作用

8.5.4瞬態效應

8.6影響輪胎六分力幅值和特徵的測試與環境參數

8.6.1測試表面曲率

8.6.2充氣壓力

8.6.3測試速度

8.6.4輪胎老化

8.6.5輪胎磨損和使用狀態

8.6.6環境溫度

8.6.7測試表面

8.7輪胎六分力建模

8.7.1純結構模型(有限元模型)

8.7.2集總參數模型

8.7.3經驗模型(半經驗模型)

8.7.4對聯合側偏的解釋

8.7.5在速度為零時建模的特殊問題

8.8結論

8.9參考文獻

8.10思考題

第9章輪胎的噪聲和振動

9.1前言

9.2輪胎的振動

9.2.1低頻行為特徵

9.2.2輪胎振動

9.3內部激勵噪聲和振動擾動

9.3.1輪胎的不平衡性

9.3.2輪胎的不均勻性

9.3.3輪胎噪聲和胎面花紋設計

9.3.4輪胎腔體共振

9.4外部激勵噪聲和振動

9.4.1路面紋理特徵

9.4.2輪胎/路面相互作用噪聲

9.4.3輪胎的包絡特性

9.5輪胎模型

9.5.1模態分析法

9.5.2帶彈性支撐的環模型

9.5.3有限元分析和邊界元方法

9.5.4統計能量分析（SEA）

9.5.5其他輪胎模型

9.6輪胎/車輛系統

9.6.1剛體的運動（0.5～5Hz）

9.6.2輪輞跳躍共振(5~20Hz)

9.6.3懸架的共振（20～300Hz）

9.6.4空氣傳播擾動（300Hz或更高）

9.7人對噪聲和振動的反應

9.7.1人對噪聲信號的反應

9.7.2對可感覺到的振動的反應

9.7.3噪聲和振動的混合干擾

9.7.4乘坐舒適性/聲學計量體系

9.7.5單耳或雙耳測量

9.7.6乘坐舒適性和聲學質量分析設備

9.8參考文獻

第10章滾動輪胎的駐波現象

10.1前言

10.2駐波的機理

10.2.1彈簧質量模型

10.2.2張力環模型

10.2.3斜向波模型

10.3斜交輪胎

10.3.1簾線張力和離心力

10.3.2轉鼓半徑

10.3.3機車輪胎的能量損耗

10.4時域模型

10.5子午胎

10.6討論

10.7結論

致謝

參考文獻

第11章橡膠摩擦和輪胎牽引力

11.1橡膠摩擦

11.1.1橡膠摩擦與溫度和速度的相關性

11.1.2濕跑道上的摩擦主曲線

11.1.3水潤滑對橡膠摩擦的影響

11.1.4冰面摩擦

11.1.5冰上橡膠摩擦模型

11.2用滑動輪測定橡膠膠料的摩擦特性

11.2.1側向力的滑動和荷載相關性

11.2.2側向力係數的速度和溫度相關性

11.2.3胎面膠料在更高速度時的牽引特性

11.2.4減縮的lg aTv值範圍中的摩擦/側向力主曲線

11.2.5溫升和潤滑對作為濕跑道上側偏角函式的側向力係數的影響

11.3輪胎牽引力

11.3.1制動測試程式

11.3.2峰值和滑動制動係數的速度相關性

11.3.3受控滑移時的制動

11.4道路試驗數據和濕跑道上的實驗室測量數據的相互關係

11.4.1實驗室測量

11.4.2實驗室測量和道路試驗等級對比

11.4.3道路試驗與速度、荷載和側偏角不變時的側向力測量的相互關係

11.4.4單一試驗條件下實驗室側向力測量之間的道路試驗相互關係

11.4.5跑道表面結構對實驗室與路試等級相互關係的影響

11.4.6將速度和溫度作為自變數處理的數據評估

11.4.7路試等級和用實驗室測量模擬路試間的相互關係

11.5結論

11.6參考文獻

第12章滾動阻力

12.1引言

12.1.1滾動阻力的定義

12.1.2各種滾動工況下的滾動阻力關係式

12.1.3滯後作用與黏彈性

12.2滾動阻力的物理特性

12.2.1基本變形

12.2.2操作工況的影響

12.2.3輪胎使用壽命中滾動阻力的變化

12.2.4輪胎設計參數對滾動阻力的影響

12.2.5低滾動阻力橡膠混合物的基本知識

12.2.6滾動阻力和熱力學第一定律

12.2.7用有限元分析(FEA)的方法進行滾動阻力及溫度的建模

12.3輪胎滾動阻力的試驗室測試

12.3.1試驗測量方法

12.3.2滾動阻力試驗標準的對比

12.4輪胎滾動阻力對車輛燃油經濟性的影響

12.4.1滾動阻力對燃油經濟性影響的簡單分析

12.4.2滾動阻力與燃油經濟性的關係

12.5參考文獻

第13章橡膠的磨損和輪胎的磨耗

13.1引言

13.2滑動磨損

13.2.1摩擦係數的載荷相關性

13.2.2滑動磨損的壓力依賴性

13.2.3滑動磨損的能量依賴性

13.2.4裂口增長速度與撕裂能的關係

13.2.5滑動磨損與溫度的關係

13.2.6刀片磨損

13.2.7污跡的影響以及惰性氣體環境的磨損

13.2.8影響磨損的基本因素

13.3有限滑移下的磨損

13.3.1滑移輪上的力

13.3.2磨損與側偏及載荷的函式關係

13.3.3速度對於滑移車輪磨耗的影響

13.3.4輪胎接觸區域內的溫度

13.3.5磨耗的能量與速度綜合特性

13.4輪胎磨耗

13.4.1可控的側偏工況下的輪胎磨耗

13.4.2道路測試和正常使用中輪胎磨耗的影響因素

13.4.3道路磨耗試驗仿真

13.5實驗室道路測試仿真與道路磨耗試驗結果的關係

13.5.1乘用車輪胎的關係

13.5.2卡車胎道路測試等級的關係

13.5.3道路磨耗中的能量消耗和滑移速度

13.6結論

13.7參考文獻

第14章輪胎性能對車輛操縱穩定性的影響

14.1引言

14.2轉向機構幾何分析

14.3不足轉向和過度轉向

14.4側翻

14.5結束語

14.6參考文獻

14.7練習題

第15章輪胎安全、耐久性和破壞分析介紹

15.1引言

15.2輪胎安全

15.2.1定義

15.2.2輪胎使用/維護安全

15.2.3車載安全和使用中的輪胎安全

15.2.4碰撞數據統計

15.2.5輪胎失效和車禍原因

15.2.6保修和理賠數據

15.2.7個人傷害和財產損害索賠/訴訟數據

15.2.8早期警示數據系統

15.2.9消費者建議

15.3輪胎耐久性的基本因素

15.3.1輪胎耐久性的性質

15.3.2輪胎耐久性的基本原理

15.3.3下沉量

15.3.4生熱

15.3.5速度

15.3.6側向力/轉彎

15.3.7輪胎結構破壞

15.4基本的輪胎失效分析

15.4.1常見的使用中的輪胎失效模式

15.4.2氣壓不足/屈撓斷裂

15.4.3胎面/帶束層脫層

15.4.4風壓損失

15.4.5使用中的輪胎失效的常見原因

15.4.6下沉過大

15.4.7胎體內加壓

15.4.8割口和刺穿

15.4.9返修不當

15.4.10衝擊/道路危險

15.4.11輪胎缺陷

15.4.12胎圈斷裂/裝胎事故

15.5參考文獻

第16章無損檢測

16.1引言

16.2X光檢測

16.3錯位散斑干涉法

16.4超音波

16.5電渦流

16.6總結

16.7參考文獻

第17章輪胎標準及規範

17.1輪胎及公路安全

17.2聯邦機動車輛安全規範

17.3輪胎和輪輞的說明及問題

17.4統一輪胎質量等級劃定

17.5首字母縮略詞列表

17.6參考書目

17.7參考文獻

17.8思考題

第18章輪胎材料的回收與再利用

18.1引言

18.2輪胎翻新

18.3輪胎材料的回收

18.3.1再生技術

18.3.2表面處理

18.3.3破碎和粉碎技術

18.3.4脫硫技術

18.4回收輪胎橡膠的套用

18.4.1概要

18.4.2在新輪胎中的套用

18.4.3橡膠/再生輪胎橡膠的混合膠（並用膠）

18.4.4熱塑膠/再生輪胎橡膠的混合膠

18.4.5輪胎橡膠改性混凝土

18.4.6輪胎橡膠改性瀝青

18.4.7輪胎廢膠粉在土壤中的套用

18.4.8用回收輪胎橡膠製造的產品

18.5輪胎的熱解和焚化

18.5.1碳水化合物（烴類）液體和炭黑的回收

18.5.2輪胎衍生燃料

18.6結論

致謝

18.7參考文獻