汽车滚动阻力与哪些因素有关?
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2021-12-26
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滚动阻力是轮胎的重要性能之一,它影响着车辆的动能消耗、燃料耗损及轮胎自身的寿命。减小滚动阻力,能改善车辆的运动性能和燃料的经济性,同时由于变形能和生热量的减少,还能够延长轮胎的行驶寿命。滚动阻力可以用滚动阻力系数,或者用车轮每转动1周所需要做的克服滚动阻力的功来鉴别。滚动阻力消耗于轮胎变形、路面变形以及轮胎与道路的附着方面。因此,滚动阻力取决于道路类型、状况以及轮胎的结构和性能。
(1)道路类型和状况的影响。轮胎滚动阻力系数的大小取决于路面状况,在柏油路上为0.014~0.015,在软土道路为0.3~0.4。在平坦的优质路面上,克服路面变形和胎面与路面摩擦所耗用的能量仅占整个耗用能量的10%~15%。在软土道路上,能量则主要消耗在土壤的变形上。当轮胎载荷和车轮扭矩增大时,轮胎径向变形和周向变形加大,滚动阻力也会增加,特别是对周向变形的影响更大。如子午线轮胎,虽然其径向变形较大,但周向刚性大,因此要比斜交轮胎的滚动阻力小。
在低速范围内,轮胎滚动速度的增加对滚动阻力的影响较小,但在高速时(如100km/h以上),滚动阻力的增加非常明显。当滚动速度高于轮胎径向变形在其周围的分布速度时,在胎面转入接地面部分产生驻波,轮胎便要经受冲击负荷,而使胎体升温过高,造成轮胎材料应力过大,致使轮胎损坏(大部分是因胎面脱空而报废)。
(2)轮胎的结构和性能的影响。从轮胎结构参数来说,影响滚动阻力,即滚动损失的主要有轮胎类型、胎面结构和扁平率等。其中,轮胎类型对其滚动损失的影响比较大,如子午线轮胎的滚动损失明显低于斜交轮胎。轮胎的胎面结构参数对滚动损失也有着很大的影响,如减小胎面厚度,尤其是两肩厚度,减小胎面拱度、花纹沟深度和减小花纹块的分散程度,都能够减小轮胎的滚动损失。试验表明,胎面胶厚度每减小1mm,轿车胎的滚动损失减少1%,载重胎则减少3%;胎肩部厚度从14mm减小到10mm时,轮胎的滚动损失减少7%。
轮胎帘线角度越大,则径向刚性越大,滚动阻力就越小。例如,当帘线角从30°增大到55°时,滚动阻力要减少5%~10%。采用不同材质制造的轮胎对比试验表明:轮胎全部采用合成橡胶时,其滚动阻力要比全部采用天然橡胶轮胎的滚动阻力大,增大量甚至达到50%。
轮胎气压对其滚动阻力系数的影响较为复杂,提高内压,在软土道路上会加大滚动阻力,相反在硬路面上能降低滚动阻力;而在软土中,当轮胎气压降低到一定程度以下时,不仅土壤变形,而且轮胎也要变形,滚动阻力又将增大。不同速度等级的轮胎,适合于在不同速度条件下使用。否则,高速轮胎在低速时使用,滚动损失反而大于低速轮胎。同理,当低速轮胎在高速下行驶时,滚动损失又显著增大。
(1)道路类型和状况的影响。轮胎滚动阻力系数的大小取决于路面状况,在柏油路上为0.014~0.015,在软土道路为0.3~0.4。在平坦的优质路面上,克服路面变形和胎面与路面摩擦所耗用的能量仅占整个耗用能量的10%~15%。在软土道路上,能量则主要消耗在土壤的变形上。当轮胎载荷和车轮扭矩增大时,轮胎径向变形和周向变形加大,滚动阻力也会增加,特别是对周向变形的影响更大。如子午线轮胎,虽然其径向变形较大,但周向刚性大,因此要比斜交轮胎的滚动阻力小。
在低速范围内,轮胎滚动速度的增加对滚动阻力的影响较小,但在高速时(如100km/h以上),滚动阻力的增加非常明显。当滚动速度高于轮胎径向变形在其周围的分布速度时,在胎面转入接地面部分产生驻波,轮胎便要经受冲击负荷,而使胎体升温过高,造成轮胎材料应力过大,致使轮胎损坏(大部分是因胎面脱空而报废)。
(2)轮胎的结构和性能的影响。从轮胎结构参数来说,影响滚动阻力,即滚动损失的主要有轮胎类型、胎面结构和扁平率等。其中,轮胎类型对其滚动损失的影响比较大,如子午线轮胎的滚动损失明显低于斜交轮胎。轮胎的胎面结构参数对滚动损失也有着很大的影响,如减小胎面厚度,尤其是两肩厚度,减小胎面拱度、花纹沟深度和减小花纹块的分散程度,都能够减小轮胎的滚动损失。试验表明,胎面胶厚度每减小1mm,轿车胎的滚动损失减少1%,载重胎则减少3%;胎肩部厚度从14mm减小到10mm时,轮胎的滚动损失减少7%。
轮胎帘线角度越大,则径向刚性越大,滚动阻力就越小。例如,当帘线角从30°增大到55°时,滚动阻力要减少5%~10%。采用不同材质制造的轮胎对比试验表明:轮胎全部采用合成橡胶时,其滚动阻力要比全部采用天然橡胶轮胎的滚动阻力大,增大量甚至达到50%。
轮胎气压对其滚动阻力系数的影响较为复杂,提高内压,在软土道路上会加大滚动阻力,相反在硬路面上能降低滚动阻力;而在软土中,当轮胎气压降低到一定程度以下时,不仅土壤变形,而且轮胎也要变形,滚动阻力又将增大。不同速度等级的轮胎,适合于在不同速度条件下使用。否则,高速轮胎在低速时使用,滚动损失反而大于低速轮胎。同理,当低速轮胎在高速下行驶时,滚动损失又显著增大。
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对轮胎滚动阻力影响因素的研探 我一直有一个疑惑,怎样的车子开起来阻力更小?更加省油,也更环保。车子阻力大小除受路况、气候等因素影响,我想就汽车本身而言可能与其流线型设计以及车轮胎选择有关联,但是车轮胎究竟又有哪几个因素会影响其阻力大小呢? 对于汽车来说,随着车轮每一次转动,当轮胎与路面接触时,轮胎就会因为承重的原因会产生变形。随着轮胎结构的变形,车体在垂直于水平的方向上有了运动,一部分由发动机传输来的能量损耗了,这就是滚动阻力现象。而对于汽车驾驶者来说,“滚动阻力”其实是混合了轮胎的滑动摩擦力(即抓地力)和以上滚动摩擦力概念的。 去轮胎店仔细看一下,就会发现各种轮胎的大小,宽度、花纹深浅和胎面材质各不相同。我想,这些区别会不会就是影响阻力的一些因素呢? 于是,我对这些因素进行了较充分的观察,并进行初步的测试和基本判断。 一、轮胎与地面的接触面积大小的影响 1.轮胎的半径大小对汽车阻力有什么影响? 地面是凹凸不平的,轮胎滚动会产生摩擦力,大轮胎比小轮胎接触地面的面积大,摩擦力自然会更大一些,摩擦力大了,汽车阻力就自然大些。基本推断:大轮胎与小轮胎相比较而言摩擦力更大。 但是摩擦力大,并非一无是处,这样就增加了轮胎的抓地能力,让爬山等运动变得更加方便和安全。反之,小轮胎与地面接触面积不大,摩擦力小,适合在普通的水泥的引路面上行驶。 2.轮胎的宽度对汽车阻力有什么影响? 我们都知道,长度乘上宽度就等于它的面积。宽轮胎和窄轮胎别的都一样,唯独这宽度有差别。于是,这宽度就决定了这个轮胎的外围面积,和前面轮胎的大小相同的道理。宽轮胎的宽度比窄轮胎的宽,面积也大。接触地面时受到的摩擦力和阻力也比窄轮胎都要大。 但是宽轮胎的好处就是,行驶在泥泞的土路上时,很平稳,不容易侧滑。不像窄轮胎,会让人有一种要溜坡的感觉。窄轮胎在市区一些水泥路上开时,就显得很平稳舒适,而且更为省油。 3.轮胎的气压对汽车阻力有什么影响? 高胎压时胎面会发生肉眼无法察觉的轻微变形,轮胎变得很“硬”, 胎面与地面的接触面积减小,因此滑动摩擦力减小,也就是滚动阻力减小了。但是高胎压也会带来一些负面影响,就是轮胎单位面积上所承受的压力增加,胎面磨损不均匀,胎壁也会因气压过高而变的更薄,因此行驶当中如果遇到凸起物或者坑洼时很容易就发生爆胎的事故,另外胎压过高的车乘坐有点颠颠簸,不太舒适。 二、轮胎的花纹深浅对汽车阻力有什么影响? 不同车型的轮胎花纹的深浅有着很大的差别,花纹深的轮胎,那一道道花纹比手指头还要粗;而花纹浅的轮胎,那一条条缝隙连小蚂蚁都钻不进。 如果地面像玻璃一样平,在同样材质下,那就是没有花纹的光胎的摩擦力肯定比花纹胎的摩擦力大,且滚动阻力也要小很多。但地面是有许多凹凸不平的,有各种杂物、石子,花纹就是来应对这些不平的,就像一个齿轮在齿条上运行。路面不平度越大,需要的胎纹就越多,所以,越野车的胎纹要比普通轿车的胎纹要大,要多。 通过网上查阅资料等方法,我还发现其实轮胎花纹还起到一个“排水槽”的作用,汽车在高速运行时,路上积水与行进中的车轮当中会产生一层“水膜”,这“水膜”会使车轮打滑。所以,要把水排出去,或者更确切的说,要把水挤出去,花纹就起了这个的作用。 三、轮胎的制作材质对汽车阻力有什么影响? 我们都知道轮胎的主要原料是橡胶,但是仅仅只有橡胶是远远不够的,还需要向其中添加各种添加剂,使轮胎具有弹性好、滚动阻力小、耗油低、生热低、耐磨、耐穿刺、承载能力大、乘坐舒适等性能。 一般而言高性能取向的轮胎都是采用抓地力(摩擦力)较大的橡胶配方,硬度较低而抗磨程度较低,也就是说更容易产生路噪、滚动阻力大耐用性以及燃油经济性。 经过这一次科学研探,我发现原来轮胎选择还有这么多讲究,轮胎的半径、宽度、轮胎上花纹的深浅以及制作材质等因素都和阻力有着很大的关系。 在日常的生活中,汽车给我们带来了极大的便利,但根据车型、行驶环境和操作习惯来选择合适的轮胎,对于安全行驶和低碳生活都是至关重要的。
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汽车的滚动阻力与路面状况、行驶车速、轮胎机构以及传动系统、润滑油料等都有关系。
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汽车滚动阻力,
与汽车和货物的总压力有关。
与接触面的粗糙程度有关。
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与接触面的粗糙程度有关。
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