摘要：对影响子午线轮胎均匀性的原因进行分析，介绍美国阿克隆标准公司D70均匀性检测设备的技术性能和检测轮胎均匀性的项目。轮胎均匀性试验方法、标准，通过检测数据分析提高实际生产水平。
我们知道，轮胎用于支撑各种各样的车辆，从自行车到巨型的工程载重胎，一辆车的重量数以千斤计，在加速，转向和刹车时所产生的力度更是惊人，可见，轮胎不只提供正向或反向的牵引力，使车辆加速或停止。而且还有侧面或横向的牵引力，使车辆转向和易受控制；轮胎的均匀性不好，可产生噪音和震动，一条不合格的轮胎更会引致轮胎转向，使驾驶员需要用力控制方向盘以使车辆保持直线行使，胎壁上的气泡和凹陷会使轮胎有不完美的外观，这些缺陷都可用轮胎均匀性试验机检验和测量。
一. 均匀性原理简介
1.轮胎的度量系统
在了解轮胎的均匀性、力和力的变化之前，首先要了解轮胎的度量系统，图1所示是轮胎行业中使用的用于测量轮胎的坐标系统，以轮胎的中心为原点。
Z
轮胎中心 X
Y
Y
X
Z
图1 轮胎坐标测量系统
其中，垂直路面的轴称为“Z”轴或“径向轴“，这个轴是负荷力“FZ”，是施加在轮胎上的；平行于路面的轴，和车行进的方向一样，称为“X”轴或“切向轴”，这个轴是车轮的驱动力，“FX”是施加于传动轴上的；最后一个轴是“Y”轴或“横向轴”，“FY”是用于车辆转向时所施加的。
做一个小结，图2所示是典型的坐标轴和车辆施加于轮胎的力：负荷力或径向力―
“FZ”，向前/向后力或切向力―“FX”，转
向力或横向力―“FY”。
FZ
（负荷或径向力）
FX
（向前、向后或切向力）
FY
（转向力或横向力）
图2车辆施加于轮胎的力
当描述轮胎在路面的行驶情况时，有两个角度非常重要，一个是滑移角度，另一个是侧倾角度。
滑移角度是轮胎所指的方向——轮胎中心的平面和实际行驶轨迹之间的夹角。图3所示轮胎所指方向和实际轨迹之间的区域就是滑移角度。
所指轮胎方向
慢速滑移角度
（1º–5º）
滑移角度
轮胎实际轨迹
图3 滑移角度
在低速时的滑移角度，比高速时要小，通常在1º至5º之间，低速时轮胎仍然走直线。如果以5英里/小时（8公里/小时）速度行驶，转向10º，所产生力的滑移角度只有1º。在以50英里/小时（80公里/小时）速度行驶时，最大可达10º，滑移是产生横向力所必须的，没有滑移就不会有任何横向力，除非是由侧倾所产生的。
侧倾是指车轮的倾斜，向内侧或外侧，从前面的角度来看，度量的角度是指路面的垂直线和轮胎中心线之间的角度，如图3所示，侧倾是横向控制车辆的一个重要因素，它所产生的横向力引起车辆向前或向后移动，所以任一角度，侧倾和滑移都可产生横向力。
侧倾角度
实际垂直线
轮胎中心线
图3.侧倾
2.轮胎的均匀性测量
从以上分析，我们了解了轮胎坐标度量系统和它的功用，现在讨论轮胎均匀性试验机所测量的力的参数。
⑴.一个最主要的测量参数是径向力的变化，径向力用于描述负荷，或当车轴被固定于相对路面的一定高度时，实际负荷施加于轮胎上所产生的力，如图4所示
＋10V
（＋125磅）
－10V
（－125磅）
图4.径向力的变化
力的变化的产生是因为胎面花纹和胎侧部分的不连贯。如图5所示，当一条充气，加载和转动的轮胎的均衡状态达到后，径向力的变化呈周期性。
+10V
（+2500磅）
0V 第一方向 第二方向
（0磅）
图5径向力主轴的变换
⑵.另一个主要的测量参数是横向力的变化，在同样的测试条件下，如果我们施加同样的负荷于半径固定转动的轮胎，我们可以得到一个横向力和产生横向力的变化。如图6所示。
横向力
图6横向力的变化
一条轮胎在转动时才产生横向力，一旦轮胎开始转动，它就开始产生横向力，正如径向力，一旦充气，加载和转动的轮胎的均衡状态达到后，横向力的变化也呈周期性。
这个力的平均值的改变叫横向位移，变化叫横向力变化，两者都是轮胎均匀性试验机的测量对象。如图7所示
⑶.另一个参数是切向力，切向力的改变基本上速度的函数。在一个标准轮胎均匀性试验机测量出来的低速转动轮胎，切向力的改变基本为零，如果要测量切向力的变化，则必须采用可模拟高速公路情况的高速均匀性试验机。
+10V 横向力
（+125磅）
均衡
第一方向
—10V 第二方向
（—125磅）
主轴方向的改变
图7
在轮胎均匀性试验机上和横向力的变化都是以两个方向测量（顺时针方向和逆时针方向的转动），无论以哪一个方向转动，径向力都只会产生很小的差别。而横向偏移的变化在不同方向转动时会明显地显示出来，顺时针方向（第一方向）的正偏移会变成逆时针方向（第二方向）的负偏移。
⑷.圆锥度和帘布层转向力
圆锥度和帘布层转向力是轮胎均匀性参数中横向力的函数。圆锥度和转向拉力有直接关系，一条高圆锥度的轮胎会给车辆较大的自动转向力，不论是正向或是反向，圆锥度是指如果轮胎的形状象圆锥，那么它向哪一个方向转动都会产生一横向力。如图8所示。
逆时针旋转
顺时针旋转
图7
帘布层转向力和轮胎的组织材料有关，当加载负荷时，特别是在带束层子午线上轮胎会产生扭曲。这是帘线/橡胶合成材料所造成的真正扭曲，是材料的特性，而不是缺陷。当轮胎转动时，它尝试沿着轮胎的胎体中心线转动，尽管如此，因为帘布层转向力，它的转动方向可能会轻微偏离几何中心，而向着因合成材料造成的扭曲形成的方向，这个量通常很小，而不需要方向盘的校正，也不会引起车辆的偏转。
⑸.偏心度和外观也是轮胎需要监测的部分。偏心度是指圆周的改变或从轮胎的中心到胎面花纹距离的改变。当一条完美的轮胎转动时，从参考点、偏心度探头到胎面的距离保持不变，相应圆形应是一条直线。如图8所示。
偏心度探头
偏心度图示
0
圆的轮胎 0 度 360
图8
在轮胎成型时，可能会产生影响成品后胎侧外观的情况，如气泡和凹陷，虽然是外观问题，但可能严重导致轮胎无法出售。
二. 轮胎均匀性试验机
从目前国际轮胎企业所使用的轮胎均匀性试验机比例来看，以美国阿克隆标准公司生产的系列，大约占了90％，以我公司D70均匀性试验机为例，它的检测过程是：
第一步，将轮胎放入设定的测量状态，轮胎被充气到指定的充气压力，施加正确的负荷，位于正常的转向或滑移角度和侧倾（两者通常为零），以正确的速度转动（通常为60/分钟）。
第二步，通过机器的传感器来收集数据并将之变成电子信号。
第三步，分析所收集的数据并将轮胎分级，将这些数据与所定的参数比较，以确定是否达到标准。
检测参数包括：
1.径向力和径向第一谐波
2.横向力和横向第一谐波
3.圆锥度
三.结语
通过以上轮胎均匀性测量的分析，可见轮胎的质量是轮胎厂的主要考虑因素，不仅车辆的主人需要一个平稳的行驶条件，而且汽车厂对轮胎的要求更是十分严格。所以，轮胎的质量就是轮胎的均匀性，有了均匀性的检测，才能提高产品制造质量。
