第46卷 第13期
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作者简介：沈爱华（1972-），男，高级工程师，本科，主要从事轮胎工艺与设备开发，获得两项发明专利和十几项实用新型专利，已发表多篇论文。 收稿日期：2020-02-08
在由工业和信息化部、中国工程院联合指导，青岛市人民政府、中国机械工程学会共同主办的“2017世界互联网工业大会”上，国家橡胶与轮胎工程技术研究中心常务副主任、软控股份有限公司董事长袁仲雪发表主题为《橡胶产业互联网平台》演讲时强调说：“在质量问题当中，最令业界头疼的是轮胎质量的均一性问题，均一性是智能制造、无人制造、均一化制造目前还到不了的水平……，所以导致我们现在中国的轮胎制造能力虽然很强，但是大部分属于低端产品，缺乏高端的技术。” 事实上，制造完全均一的轮胎是不可能的，因为轮胎制造的每道工序都有它自身制造的公差。只有严格控制轮胎部件的精度和轮胎制造全过程，才能使影响均匀性不可避免的误差降至最小。
轮胎生产的特点是大量的手工操作，因此，偏离理想结构是不可避免的。帘布层的拼接、不均匀的织物和钢丝性能、部件组合时不均匀的拉伸、不均匀的硫化、带束层放置的偏中心以及其它制造公差等问题，都将导致轮胎的不均匀性。 轮胎缺乏均匀性将通过轮胎对车辆施加的力产生变化，轮胎每旋转一周都重复着其影响，由此而引起车辆的周期性振动，振动程度是取决于行驶速度的，并常常导致驾驶员及乘客感到烦恼。
1 轮胎的均匀性定义
1.1 何谓轮胎的均匀性
原意为“均匀”，可以引申为“均一”、“匀称”。具体指的是：给轮胎一定的充气压力，在一定负荷及
轮胎均匀性的影响原因及试验机介绍
沈爱华
(安徽佳通乘用子午线轮胎有限公司，安徽 合肥 230601)
摘要：主要介绍了轮胎均一性对车辆的影响、均匀性的定义、分类、均匀性的项目及意义。介绍了均
匀性检测方法、生产设备对均匀性的影响和主要测量项目对应的试验设备，同时也分析了轮胎不均匀性的产生原因。最后简单介绍了均匀性试验机的工作原理、各组成部分及功能，罗列了影响均匀性的因素、均匀性与车辆品质的对应关系。
关键词：轮胎；均匀性；试验机；数据采集中图分类号：TQ336.1
文章编号：1009-797X(2020)13-0012-10
文献标识码：B DOI:10.13520/jki.rpte.2020.13.003
转速下，检查轮胎尺寸、质量和力的不均匀。
轮胎的不均匀性（Non -Uniformity ）是指轮胎圆周方向和断面方向上各对称部位的几何形状和力学性能不一致的总称。轮胎主要是层叠橡胶、化学纤维及钢丝等各种材料制成，因此，难以避免的存在刚性、尺寸或重量的不平衡。我们将这些总称为轮胎的不均匀现象。 1.2 轮胎不均匀性的产生
制造完全均匀的轮胎理论上是可能的，但实际是不可能的，因为轮胎制造的每道工序都有它自身制造的公差。只有严格控制轮胎部件的精度和轮胎制造的全过程，才能使影响均匀性不可避免的误差降至最小。
轮胎生产的特点是大量的手工操作，偏离理想结构是不可避免的。帘布层的拼接、不均匀的织物和钢丝性能、部件组合时不均匀的拉伸、不均匀的硫化，带束层放置的偏心以及其他制造公差等问题，都将引起轮胎的不均匀性。
2 均匀性分类及各项目的意义
2.1 刚性的均一性
装入轮辋的轮胎在一定荷重下转动时，由此产生的反力随着轮胎圆周上位置的不同而变化，不断地向一定方向加力。
这是轮胎的刚性在圆周方向与断面方向有所不同
而致。这些刚性的变动总称为“UF”（这里的刚性指轮胎对力的反映）。
对一定的空气压、轮辋宽度下的轮胎，用钢制的圆鼓加入固定的荷重，加载后圆鼓与轮胎轴之间保持一定的距离，轮胎转动时对成型鼓产生的反力。测量这种反力的是UF 测定专用工具：UFM/C ，
如图1所示。径方向反力＝RF （Radial Force ）侧方向反力＝LF （Lateral Force ）周方向反力＝TF （Traction Force ）
图1 UFM/C
2.1.1 关于RFV
如图2所示，轮胎就像周上带着许多刚性不同的弹簧体和减震器的模型一样，如果各部分的刚性不均一的话，就会产生以下这些问题。
解释得单纯一些就是，如果用每隔半周就以强弹性和弱弹性的弹簧（换言之就是硬橡胶和软橡胶）构成的轮胎装入汽车行驶的话，恐怕就会产生类似于咣当咣当（跳跃颠簸状）的振动感。
这是由于硬质部分与软质部分方面，轮胎设置时的挠度（弹性指数）不同，所以轮胎随时会产生上下跳跃式的振动。如图3所示。
图2
弹簧体和减震器的模型
图3 不同弹性指数对应产生的上下跳跃式的振动模型演示
实际测定时，轮胎与转鼓的轴间距离受到一定荷重的推压，因此用上述轮胎的一半进行转动时，轴距固定，硬质部与软质部分互相挤压的力.反力肯定会发生变化。这个反力称之为“径向力”（Radial Force ）
，径向力在一周上的变化称为：RFV （ Radial Force Variation ）。径向力测定方法及测定原理如图4、图5所示。
2.1.1.1 RFV & HARMONICS （谐波）
轮胎-弹簧集合体如图6所示，RFV&HARUON ICS 关系如图7
所示。
图4 径向力测定方法
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RFV (x ) ∝ RRO (x ) K v (x )
制造工程要因 设计要因×× α
UF ＝轮胎周上的均衡性
RFV: 轮胎1旋转时纵方向的反力的变动
RR0(Radial Run Out ): 轮胎纵方向的长度变动 ( C/C Cord Periphery 偏差)
K v (Vertical Stiffness ): 轮胎纵方向的强性α :
比例商数
图7 RFV & HARMONICS 关系
“R1H” : 把RFV 波形分离成有周期的Sine 波形的时候,1旋转中 1周期 Sine 波形代表。
2.1.1.2 什么是 HARMONY ？
把RFV 、LFV 的震动波形，以整数倍频率成分分解每个次数分别叫做 HARMONY 。
把信号成分的固有震动波形以1频率处理后得到
的正弦波形中用第1次成分的正弦波形来表示与轮胎的真圆有关的旋转中发生的震动。
现在使用的均匀性机器所有的数据成分中 1~15次谐波数据的合成成分的波形来演算数据的，谐波数据如图8
所示。
图 8 谐波数据
2.1.1.3 HARMONIC 次数影响度及对应技术因素
表1为谐波次数影响因素及对应技术因素。表1 谐波次数影响因素及对应技术因素
项目
评价结果（影响因素）制造上的影响因素RFV
① 全体性的异常要因的
复合
①全工程的异常要因的复合
R1H
① 偏心
② 异常点的反复(重叠)①子口部偏心(BSR,PCI,U/F Rim 偏心)
② 各种鼓轴的偏心③ 模具真圆度不良
④ 各种B/D Gauge ⑤ JOINT 分散均一性
R2H
① 变形
② 偏心的反复(重叠)① 半制品 JOINT(分散)不良，特别 T/D
② C/C DRUM Segment 精度不良(大径)
③ 生胎变形(垂直Rack,Trolley )④ 其他M/C 精度不良
R4H
① 90˚距离来反复的2个点以上的微小偏差①C/C DRUM Segment 断差(大径)
②硫化机台精度不良
③硫化机台装胎精度不良
④硫化Pitch 偏差⑤JOINT 分散
R8H
① 45˚距离来反复的2个点以上的微小偏差①Sectional Mold 端差
②带束层贴合鼓 Segment 端差
2.1.2 关于LFV
轮胎在没有侧滑角也没有外倾角的情况下，在直线前进中发生的横方向的力称为横力（Lateral Force ）
。因为有PC （疑似外倾推力）成分和PS （疑似侧滑角）成分2
种类型，下面逐一说明。
图5
径向力测定原理
图 6 轮胎 = 弹簧集合体
2.1.2.1 PC 成分＝圆锥倾
有外倾角的轮胎在转动时，轮胎会向倾斜的方向滚动。这是横方向的力作用于前进行方向和直角方向的表现，称为外倾推力（C am b er T hr us t ），如图9所示
。
图 9 轮胎外倾推力表现示意
即使没有外倾角，有时也会发生与外倾角类似的横力。这种现象称之为：疑似外倾推力PC （Pseudo Camber ）
。轮胎像图10(a)所示，宛如圆锥体一般发生的力就是圆锥倾。无论是正向转动还是逆向转动，力的方向都不发生变化。
主要原因是图10(b)所示：带束层等部材与轮胎横方向发生偏移错位等多种原因造成。几乎都是“制造因素”
量产时部件、材料等不一致导致。
图10 圆锥倾定义及成因示意
这个成分，与实际的外倾现象相同，轮胎的表里相反时，力的方向也是相反的。因此如果是在同一水平的PC 成分轮胎的话，左右两轮上的横力以逆方向取得动平衡。但是，同一水平的PC 成分轮胎未必都会被安装在实车上，如+1 kg 和+10 kg ，这样，抵消后的力仍较大，因此对于圆锥倾（锥度）设置上限规格。通常OE 要求6 kg~-6 kg 。
圆锥倾设置上限规格原因示意图见图11
。
图11 圆锥倾设置上限规格原因示意
2.1.2.2 PS 成分＝疑似倾角
汽车在行驶时，转动方向盘时车子会向那个方向前行。这是横方向的力作用于转动方向表现。这个力被称为侧向力或者侧抗力（CF ）。
转动方向盘，是针对行驶方向，使轮胎产生侧滑角。但是，即使不产生这样的侧滑角，正巧发生了与侧滑角同时产生的横力。这就是所谓的疑似侧滑角PS （图12）。
图12 轮胎疑似侧滑角成因示意图
接触地面的胎面部位，如图13所示有伸缩现象，因此带束也会产生收缩力并且发生扭曲。带束层扭曲方向可以认为是外层带束层的粘贴方向。
由于带束层的扭曲如图14，导致接地面两端的接地压发生变化，产生横力，这就是疑似倾角。随着顺时针转动与逆时针转动时的力而发生变化。
主要是带束层的角度、宽度和粘贴方向成为可控要因。设计因素占多数，决定轮胎的制作标准的同时，决定着外倾角的度数以及方向。图15为带束层倾角方向示意图。
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由于这个特性，决定了在左侧通行与右侧通行中带束层的贴合方向发生变化，横力向着的那一侧向着鼓状的道路中央倾斜的轮胎一样。如图16
所示。
图16 带束层的贴合方向与横力关系
另外，利用这个特性，后面会讲到根据倾角度的多少，来对带束层贴合的正反等错误进行判定。轮胎随前进方向改变移动方向示意图见图17
。
图17 轮胎随前进方向而改变移动方向
2.2 尺寸的均一性2.2.1 纵振动
RRO （Radial Runout ）：在无负荷状态下，轮胎一周上的半径方向的尺寸变化。一般在胎面部位进行测定。以“尺寸变动量的峰点到峰点”来表示（mm ），一般而言，PC （Rcp ）尺寸的情况下：
通常要求小于1.5 mm 。 2.2.2 横振动
LRO （Lateral Runout ）
：无负荷状态下，轮胎一周上的幅方向的尺寸变化。一般轮胎花纹末端下方进行测定。以“尺寸变动量的峰点到峰点”来表示（mm ），一般而言，PC （Rcp ）尺寸的情况下：
通常要求小于1.2 mm 。实际上是以接触式或非接触式变位计进行测定。纵振动、模振动测量示意图见图18
。
图18 纵振动、横振动测量示意
2.2.3 什么是BPS ？
BPS 主要影响轮胎外观，感觉轮胎胎侧局部
鼓
图13 接地胎面伸缩现象
图14
带束层的扭曲产生横力
图15 带束层倾角方向示意
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