湖南涉外经济学院
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2015年月日
可靠性设计在汽车车轮方面的应用
（，湖南长沙）
摘要:在现代生活中，随着科技水平的不断提高，在机械设计方面特别是
可靠性设计越来越重视了。
同样，汽车是我们生活中必不可少的交通工具，所以对于汽车的可靠性设计是必须的，这是我们设计师的责任。
可靠性设计在汽车的各个零部件都存在，在本文中只讲汽车车轮方面的可靠性设计。
轮胎是汽车必不可少的一个零件，它承受着汽车上的重力，以及路面上的摩擦力包括横向力和纵向力，所以对于轮胎的设计要考虑各种因素，同样轮胎的材料要满足耐高温，耐摩擦，高强度的性能。
关键词：可靠性设计；车轮；材料；性能；汽车
在当代生活中，可靠性越来越发重视，自1952年可靠性的科学定义以来，在各大生产制造行业的设计生产都有很大的作用。
汽车是一数以万计的零件组成的，
是众多高科技技术的结晶，集合了许多理论的成果。
所谓汽车可靠性是指汽车在规定的使用条件下，在规定的里程内，完成规定功能的概率，也就是说汽车在正常驾驶和道路条件下，一定的时间或行驶里程内能够保证正常行驶的程度。
汽车可靠性的基本任务是在故障物理学研究的基础上，结合可靠性试验以及故障数据的分析，提供实际计算数学力学模型和方法及实践。
这样就可以在汽车的研发阶段，估算或预测汽车产品在规定工作条件下的工作能力状态或寿命，保证汽车产品具有所需的可靠性。
1．汽车轮胎分类
汽车轮胎一般分为有内胎轮胎和无内胎轮胎，现在大多用的是无内胎轮胎，为什么，汽车在高速的行驶中，有内胎的话会加快升温，这就不利于汽车的行驶寿命，这也是设计者们所考虑的问题。
无内胎轮胎不使用内胎，空气直接充入外胎内腔。
这样消除了内外胎之间的磨擦，并使热量直接从轮辋散出，比普通轮胎降温20%以上。
无内胎轮胎提高了行驶安全性，在穿孔较小时能够继续行驶，中途修理比有内胎轮胎容易，不需拆卸轮辋，因为有较好的柔软性，所以可改善轮胎的缓冲性能，提高轮胎的使用寿命。
消费者们永远都会选择好的而且省事的。
2轮胎组成
汽车轮胎一般由四部分组成：胎冠，胎壁，胎唇，胎肩。
胎面一般由胎体层钢丝带束层（覆盖）塑料层（保护）。
轮胎由外到内从胎面胶到钢丝带到胎唇钢丝和内面胶。
旁边是胎面胶，胎肩垫胶和胎体钢丝层。
在人们平常观念中汽车轮胎是用塑料做的，我们想一想如果用全塑料那可就要经常换轮胎了，这必须要加上钢丝层，要用上好的塑料，合理的排好层，这样轮胎才用的比较久。
为什么弄这么多层，搞这么多的不同材料包括金属材料和塑料材料，这是因为汽车要在路上行驶速度很快就会加快摩擦，还有路面不同对轮胎的磨损也不同，有的路面高低不平，相当粗糙，有时下雨天，路面湿润，或者天气炎热路面很烫，这都会对轮胎有影响，如果全是塑料那汽车行驶几十公里就要换胎了，这就不能满足我们的需求，如果全是金属那也不行，质量太重太耗油，也不经济。
所以塑料和金属均匀分布合理结合是可靠的，又经济又好
2.2轮胎塑料
汽车轮胎塑料用很多种，大部分都用氟橡胶，现在很多行业都用这种材料，
它是含氟原子的合成橡胶，氟橡胶具有耐高温，耐多种化学物质腐蚀的特性以及抗氧化性、耐油性、耐腐蚀性和耐大气老化性，所以现在汽车行业多用这种材料，来做O形圈，综合性能是在塑料行业里是相当好的。
所以在可靠性和安全性方面是很有保障的，轮胎上装上钢丝可具有良好的散热性，比用尼龙的要好。
2.3轮辋材料
铝合金轮毂因为汽车轮胎容易着地摩擦、制动等产生的高温爆胎，制动效能降低等现象屡见不鲜。
具调查研究铝合金的热传导系数比钢、铁等大三倍，加上铝合金轮毂因其结构的特征，极易将轮胎、车底盘所产生的热量排散在空气中。
即使在长途高速行驶或下坡路上连续刹车的情况下，亦能使汽车把保持适当的温度，不但能使轮胎及刹车鼓不易高温而老化，更能降低爆胎率。
偏摆跳动小、平衡好，使汽车平稳舒适使汽车的加速性有所提高，并相应减少了制动能量的需要，从而减少了油耗。
铝合金散热好、质量轻、涉水等不生锈，比较美观，但是铝合金轮毂要是撞上一个缺口，就要去换了，因为很难去修复还原，但是钢制的轮辋就不同了，可以修复，并且造价比铝制的要低，这也是一个很重要的因素。
2.4轮胎花纹
轮胎花纹对轮胎的性能影响很大。
轮胎花纹的主要作用就是增加胎面与路面间的摩擦力，以防止车轮打滑，这与鞋底花纹的作用如出一辙。
它提高了胎面接地弹性，在胎面和路面间切向力(如驱动力、制动力和横向力)的作用下，花纹块能产生较大的切向弹性变形。
切向力增加，切向变形随之增大，接触面的“磨擦作用”也就随之增强，进而抑制了胎面与路面打滑或打滑趋势。
有研究表明，产生胎面和路面间摩擦力的因素还包括有这两面间的粘着作用，分子引力作用以及路面小尺雨微凸体对胎面貌一新微切削作用等，但起主要作用的仍是花纹块的弹性变形。
花纹一般有横向和纵向花纹，纵向花纹主要作用是在下雨天排水有很强的排水能力，横向花纹就有很强的抓地能力，可以互相补不足，良好的花纹可以提高车的操控性能，增加对路面的路感，也有着减震的作用，像有的浅的花纹那就不行，可靠性和安全性能都不够，为了更加的适应市场，现在许多花纹多做的很漂亮，很美观，这是我们设计者要考虑的一个因素。
现在都可以用很多软件来虚拟的做实验，来测试轮胎的各方面的性能。
比如用ANSSYS来分析轮胎在路面摩擦力压力高速的情况下，看它的形变和状态和各个方向上的受力分析，及其假如汽车在突发情况下轮胎的各种状态，是否在合理的范围之内。
同样我们可以看车的纹路来检查车轮是否良好。
如果轮胎的纹路经过一定的时间摩擦纹路变浅或者超过一定的规定范围，轮胎就要换了，以防止出现安全事故。
如图所示是全新的轮胎纹路。
参考文献
房亚东陈桦现代设计方法与应用北京：机械工业出版，2013.
张洪信管殿柱有限元基础理论与ANSYS 11.0 北京：机械工业出版，2014。
