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轮胎

轮胎,通常由橡胶制成,是一种沿圆周覆盖金属或木头轮圈的元件。它是陆地上动力机械车辆最重要的一部分,用于搭载机械或汽车使之移动,并减少不规则路面造成的震荡。

历史

1845年,苏格兰人罗伯特·汤普生有个新主意,他沿着马车的木制轮辐套上充气物体以避震,不幸的是经过几次实际应用后都不成功。

1868年,美国查尔斯·古德伊尔发明硫化橡胶的方法,使橡胶能运用在轮胎上。虽取得专利但并未因此致富,1898年美国一家新成立的轮胎公司为了纪念他的贡献,把公司命名为固特异轮胎公司。

1887年12月,英国兽医约翰·登禄普看到他的儿子在布满石头的庭院里骑着三轮车,思索如何使车轮更软以吸收震荡,并取得专利,于是发明用充气的橡胶管套在木制轮辐上[1],于是诞生了充气轮胎的原型。[2]

爆胎的轮胎
米其林汽车钢圈
轮胎工厂
胎块受压分布

法国米其林兄弟的米其林公司1892年发明了一种可以快速拆卸的充气橡胶脚踏车轮胎,简化了轮胎的安装和修补,当时巴黎马车放弃实心轮胎采用此充气轮胎后也让街道安静许多。刚发明不久的汽车仍用实心轮胎,避震能力差,因此汽车为了避免被震坏只好增加车身与机械强度,使得许多汽车重达四公吨,因而行驶速度缓慢。

米其林在1906年发明容易拆换的汽车钢圈,便于汽车使用充气轮胎。1937年米其林发明将轮胎内层帘布以辐射状排列的辐射层轮胎,改善轮胎的操控性,是广受近代轿车轮胎使用的设计。1938年米其林发明让钢丝与橡胶粘合的方法,使轮胎的散热性与载重能力大幅改善。

BFGoodrich轮胎公司对轮胎贡献也很大,1910年则发明把碳烟加入橡胶的技术以增加摩擦力与耐用性,轮胎也由白色变成黑色。1937年BFGoodrich发明便宜的合成橡胶,1946年发明无内胎轮胎,避免掉传统有管状环形汽球般内胎的轮胎爆胎时,快速泄气变形的危险。

1964年,杜邦化学公司女化学家Stephanie Kwolek研发出可取代赛车轮胎内层钢丝的高强度材料克维拉,此材料后来也被制成今日的防弹衣

性能

轮胎的橡胶化学配方会影响抓地力、行驶噪音、耐磨里程等,胎面花纹也会影响轮胎性能,部分赛车用的轮胎胎面无排水纹等纹路沟槽来换取最大的接地面积与抓地力(俗称光头胎),一般日常用的轮胎胎面都有排水排砂的沟槽纹路,若这些胎面沟槽已磨损得太浅就必须更换轮胎以免雨天时难以排水造成车辆打滑失控。

通常轮胎胎面(tread)有连续直线的纹路有助于增加转弯灵敏度,块状的花纹有助于排水,胎面每一块胎块(block)形状若相同会增加行驶共鸣噪音,不同形状的胎块花纹若设计得当噪音音波可互相抵消降低行驶噪音。

多数轮胎无特定旋转方向,但有些轮胎花纹设计两侧皆可快速排水,装轮胎时须注意轮胎旋转方向(轮胎侧面说明有Rotation方向箭头)是否朝前;有些轮胎花纹左右两半设计明显不对称,在使用上还有胎面左右半边花纹朝外侧或内侧的差别(轮胎侧面说明会注明Outside或side facing outwards此侧面朝外等字样),原厂会将抓地力较好的半边胎纹设计在外侧,让汽车左右轮外侧有最佳的抓地力增加操控稳定,雨天不适合开快车不需最宽的抓地力,内侧胎纹可减少抓地面积多设排水沟槽增加雨天排水性。意大利倍耐力轮胎(Pirelli)的P-Zero System轮胎则结合上述两种轮胎设计的优点,将有旋转方向性胎面两侧能快速排水但抓地面积较小的轮胎装在前轮(以后轮驱动车而言),抓地面积较大的不对称花纹轮胎装在后轮,雨天时由排水较好前轮先排水替后轮开路,后轮便可保有较多抓地面积。装轮胎时注意轮胎侧面的英文说明以发挥最佳性能。

在积路面开车时最好使用雪地轮胎(snow tire),雪地胎的胎面有更多细小纹路可增强抓地力,四季通用胎(all-season tire)虽然也能发挥一部分雪地抓地力,但在雪地仍以纯雪地轮胎表现最佳。前后轮可使用花纹不同的轮胎,但左右两边的车轮最好使用相同花纹的轮胎,以免有时左右两边轮胎抓地力差距明显造成车辆直行操控不稳的问题。

轮胎胎压充气到轮胎侧面说明的上限车辆会比较省油,并能达到该轮胎的最大载重能力,对于没有转向助力的车辆还可以令转向比较轻松,不过行驶震动也会增加;2008年油价狂涨,美国总统奥巴马竞选总统时也公开建议大家把轮胎气压打高来省油对抗高油价。但轮胎胎压不可超过轮胎侧面说明的上限以免爆胎,轮胎的最大胎压是指在车辆尚未行驶前的冷胎状况下的标准,若轮胎已行驶一段距离温度已高,又必须打气时就不能再打到最高胎压以预留胎内空气热涨冷缩的空间;相对的轮胎胎压太低不但耗油,还会造成轮胎重拖过热,一样可能爆胎产生车祸,所以美国政府已规定新车须加装胎压侦测器,主要就是为了告诉车主胎压已过低而危险。

尺寸标示及代号

轮胎的尺寸说明比如195/60R15H代表胎面宽度195mm(19.5公分);60为扁平比,代表轮胎侧面(胎壁)厚度是胎面宽度的百分之60(19.5公分乘以0.6);15代表此轮胎使用直径15英寸的钢圈。R为辐射层轮胎代号。H是轮胎最高时速代号,代表此轮胎最高时速可达210公里

轮胎时速极限代号:Q=可承受最高时速160公里,S为180公里,T为190公里,H为210公里,V为240公里,Z为超过240公里(细分W为时速270公里,Y为时速300公里)。

分类

按照搭载的机械或车辆,轮胎可区分为:

  • 自行车胎:淑女车、竞速用车等。
  • 机车胎:速克达、重型机车等。
  • ATV车胎:ATV卡丁车等。
  • 汽车胎:轿车SUV等。
  • 卡车胎:轻卡车、卡车、巴士等。
  • 飞机用胎
  • 堆高机
  • OTR(Off The Road)胎:采矿车等。
  • 农业用胎:高尔夫球车、割草机、曳引机、收割机等。
  • 工业用小胎:手推车、园艺工具等。
  • 拖车胎:载运游艇、船舶、ATV、机车、马匹等之拖车、露营车

构造

斜交胎

斜交胎(bias/cross ply tire)是帘布层相互交错排列,与胎冠中心线呈30至40度的交角。这样的交叉设计可以让轮胎充气后获得充分的延展,以取得抵挡缓冲的舒适性。相对而言也导致斜交胎的缺点:增加滚动的阻力、在高速时减少操控与牵引力。

带束斜交胎

带束斜交胎(belted bias tire)的结构与前者相同,不过胎面上交叠著角度不同的高强度帘布层或金属带。优点是减少滚动阻力、提高胎面硬度与操控性能。

带束斜交胎

辐射层轮胎

辐射层轮胎(radial tire)又称作“子午线轮胎”,因为其帘布层与胎冠中心线呈90或接近90度的交角,像是地球的子午线而得名。这种排列方式使帘布层比斜交胎减少约一半,但为了承受行驶时的切向力与提高轮胎的刚性,另外会加上带束层。与子午断面呈70至75度角的带束层强度高,不易拉伸,一般织物帘布(如玻璃纤维、 聚酰胺纤维)或钢丝帘布制造而成。辐射层轮胎在转弯时胎面比较不会变形,能保持较大的路面接触面积,所以操控性较好。

实心胎

由于充气轮胎会因为穿刺而漏气,为了克服某些恶劣的工作环境,车辆必须使用实心胎(solid tire),譬如堆高机、滑板车、割草机、拖车、手推车等。

半空心胎

半空心胎(semi-pneumatic tire)的胎体中央是中空的,但不用充气。一般的做法是在橡胶气胎里填充EVA发泡材料,以避免穿刺漏气。不过重量大、成本贵,通常使用于手推车、割草机、轮椅等车辆器具上。

主要轮胎制造商

日本

英国

法国

德国

美国

意大利

韩国

台湾

参考文献

  • 《轮胎力学与热学》,张士齐著,化学工业出版社,1988年,ISBN 978-7-5025-0129-7。
  • 《现代汽车轮胎技术》,庄继德著,北京理工大学出版社,2001年,ISBN 978-7-81045-781-1。
  • 《现代轮胎结构设计》,辛振祥著,化学工业出版社,2011年,ISBN 978-7-122-12107-3。
  1. ^ 陈炳圣. 《万物简史》. 源桦. 2007. ISBN 986828421X.
  2. ^ 【特企】咦!史上第一条充气轮胎发明者是兽医!|苹果图解新闻|特选话题|苹果日报|Apple Daily. 苹果日报. [2018-06-30] (中文(台湾)‎).

相关条目


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