科海泛舟：汽車輪胎的奧秘

科海泛舟：汽車輪胎的奧秘汽車輪胎任勞任怨，無聲無息地滾動(dòng)著，一千米又一千米，直到幾萬千米之后衰老“死去”。而汽車的主人幾乎不去注意它，除非要充氣或棄舊換新。其實(shí)，輪胎的作用不能低估。汽車的“腿”由于輪胎的生產(chǎn)要求高于其他汽車零部件，所以，當(dāng)今世界上能制造汽車輪胎的國(guó)家并不多。首先，比汽車上其他零部件都多條紋的輪胎要能承受汽車啟動(dòng)和剎車時(shí)產(chǎn)生的巨大力量，以及汽車的自重。每轉(zhuǎn)動(dòng)一圈，輪胎的凸面就得受到一次“沖擊”。汽車輪胎最理想的轉(zhuǎn)動(dòng)節(jié)奏是每千米500次。一個(gè)輪胎行駛5萬千米所受到的“沖擊”高達(dá)2500萬次，但它還不會(huì)脆裂，因?yàn)樗哂懈吣土?。其次，離心力對(duì)汽車輪胎而言是一個(gè)“惡魔”。速度越快，拉扯力就越大。假定時(shí)速達(dá)到240千米，那么，汽車輪胎每克橡膠所承受的離心力可達(dá)到千克力。最早的輪胎汽車輪胎問世的時(shí)候，僅僅是一個(gè)充足了氣的橡皮管，它是愛爾蘭獸醫(yī)鄧洛普發(fā)明的。他在一個(gè)光光的橡皮管外面包裹上一層麻布，充氣后再把它嵌進(jìn)一個(gè)木輪轂中。什么拉力問題，什么行駛性能要求，這個(gè)輪胎鼻祖都沒有想到過。所以，最早的汽車輪胎上沒有任何條紋，沒有多少承受力和耐力。那時(shí)的汽車輪胎要經(jīng)常修補(bǔ)和調(diào)換，比加油還要頻繁。1895年，米舍林兄弟開著汽車對(duì)這種充氣輪胎進(jìn)行了長(zhǎng)距離測(cè)試，其艱難程度非現(xiàn)在的人所能：在巴黎——波爾多——巴黎全程1122千米的試驗(yàn)途中，兄弟倆共遇到事故50次，換輪胎22只。但是他們終于到達(dá)了終點(diǎn)。盡管這對(duì)樂于試驗(yàn)的兄弟在這場(chǎng)兼有賽車性質(zhì)的測(cè)試中名列最后，但他們的行動(dòng)奠定了如今世界上最大的汽車輪胎公司——康采因的基礎(chǔ)?！搬斝喬ァ焙髞?，有人發(fā)明了帶有特殊的釘子的汽車輪胎，以延長(zhǎng)輪胎的使用壽命。但是，這種輪胎裹了一層“鐵甲”之后，重量大大增加，致使汽車馬達(dá)的馬力無法承擔(dān)汽車的自重。汽車拐彎時(shí)的離心力更是個(gè)災(zāi)難。至于剎車時(shí)的制動(dòng)力，那是根本無法承受的。于是，在走了一段彎路之后，汽車輪胎重又回到了原來的起跑線上?？上驳氖?，1923年正式問世的硫化技術(shù)給汽車輪胎開辟了新的前景?，F(xiàn)在，我們當(dāng)然可以隨意生產(chǎn)出需要的合成橡膠，可以做出各種各樣的汽車輪胎條紋。條紋的功能迄今為止，制造符合各種不同用途和要求的汽車輪胎所用的橡膠配方一直是各汽車輪胎制造廠的技術(shù)機(jī)密。汽車輪胎表面橫豎斜直、縱橫交叉的凹槽像條條“運(yùn)河”，有排水的功能，能避免路面積水時(shí)輪胎打滑。汽車輪胎假如無此“排水系統(tǒng)”，遇到雨天或路面積水，輪胎與路面之間會(huì)形成一個(gè)“水楔子”。隨著行車速度的增加，這個(gè)“水楔子”也會(huì)越來越“厚”，從而造成極其危險(xiǎn)的打滑現(xiàn)象。如果這時(shí)踩剎車，汽車就會(huì)打轉(zhuǎn)，危險(xiǎn)也會(huì)隨時(shí)降臨。為了防止出現(xiàn)打滑、失控的現(xiàn)象，設(shè)計(jì)人員在輪胎表面設(shè)計(jì)了許多凹槽，而且方向、寬窄都不一樣。從理論上講，汽車輪胎凹槽越多，其排水性能越強(qiáng)，而汽車輪胎表面的凸面越大，其承受力和耐力也越大?，F(xiàn)在世界上新設(shè)計(jì)的汽車輪胎有一個(gè)越來越明顯的傾向——寬度越來越大，過去的“窄輪胎”上的凹槽既少又細(xì)，與凸面之比為3：7，現(xiàn)在的“寬輪胎”的凸面只占到不足60%。不對(duì)稱凹槽汽車工程師們向現(xiàn)代服裝設(shè)計(jì)師借鑒了不對(duì)稱的技術(shù)設(shè)計(jì)策略，使得汽車輪胎內(nèi)外側(cè)的凹槽變?yōu)椴粚?duì)稱。新穎凹槽能把輪胎接觸到的水引向汽車內(nèi)側(cè)，然后再斜著流至車后，因?yàn)樵O(shè)計(jì)人員設(shè)計(jì)的凹槽的分布不同：車胎外側(cè)凹槽少于內(nèi)側(cè)，而外側(cè)的凸槽明顯多于內(nèi)側(cè)。這種設(shè)計(jì)特別有利于汽車拐彎，使汽車的抗離心力加大，輪胎對(duì)路面吸附力增強(qiáng)，使汽車顯得更穩(wěn)。當(dāng)然，這種輪胎及其輪轂左右不能混用，否則其效用完全違背設(shè)計(jì)者的初衷。對(duì)于帶箭頭型凹槽的輪胎來說，其“定位性”更是不容置疑。這樣的帶有方向性的條紋能加強(qiáng)汽車前進(jìn)的推力?！翱煽剌喬ァ痹诓轮i活動(dòng)中，有一個(gè)經(jīng)常問的問題：汽車輪胎為什么是黑的?回答很簡(jiǎn)單：因?yàn)檩喬ブ泻刑己?。其?shí)，世界上最早的輪胎卻是乳白色的，就像天然橡膠的顏色一樣。那時(shí)，生產(chǎn)輪胎的廠家還根本不知道把碳黑摻在橡膠中會(huì)有如此大的作用，竟能增強(qiáng)輪胎的耐磨性能和防滑性能?，F(xiàn)在生產(chǎn)的輪胎又不姓“黑”了。這完全取決于一個(gè)全新的、令人難以置信的生產(chǎn)工藝：在生產(chǎn)汽車輪胎的橡膠原料中摻進(jìn)一定量的沙子，減少碳黑的比例。當(dāng)然，這是由電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)控制的特殊的生產(chǎn)工藝，沙子實(shí)際上是基本的原材料硅?；瘜W(xué)家們把硅摻進(jìn)了橡膠中，于是就可以制造出“隨心所欲”的汽車輪胎來。這種汽車輪胎適合于不同需要，低溫軟而高溫硬。在有水的情況下，軟性輪胎能排除輪胎與路面之間的積水至最少的狀態(tài)，使輪胎與路面達(dá)到最好的嚙合。路面干燥時(shí)，硬性輪胎更為理想，在行駛過程中，硬性輪胎中的橡膠分子根據(jù)不同的行駛速度進(jìn)行不同頻率的快速振蕩，振動(dòng)頻率在時(shí)速達(dá)120千米時(shí)與時(shí)速240千米時(shí)有很大的不同。車速改變了，橡膠分子的振動(dòng)頻率亦隨之改變。硅在橡膠中的作用就是控制橡膠分子的振動(dòng)頻率，調(diào)節(jié)車胎由軟變硬，或者由硬變軟。這種“可控輪胎”解決了許