Mekanika Ban

Ban merupakan komponen yang penting bagi kendaraan. Semua gaya-gaya penggerak yang menimbulkan pergerakan kendaraan jalan raya dihasilkan oleh ban. Di dalam kendaraan, semua kontrol utama dan gaya-gaya yang berpengaruh pada kendaraan terletak pada ban, kecuali gaya aerodinamik yang dihasilkan oleh fluida lingkungan, dalam hal ini udara.

Dapat dikatakan bahwa kontrol terhadap gaya pada kendaraan yang menentukan apakah kendaraan tersebut akan berbelok, melakukan pengereman, dan mengalami percepatan dihasilkan oleh kontak antara ban dengan jalan yang luasnya tidak kurang daripada telapak tangan laki-laki dewasa. Pemahaman terhadap keterkaitan antara ban, kondisi operasi dari ban tersebut, dan gaya-gaya serta moment yang dihasilkan oleh ban tersebut merupakan suatu aspek yang penting terhadap karakteristik dinamik dari kendaraan secara keseluruhan. 

Ban memegang peranan penting bagi kendaraan, ada tiga fungsi dasar ban bagi kendaraan, yaitu:

1. Menahan beban pada arah vertikal, ketika mengalami gangguan dari kondisi jalan yang tidak rata. 
2. Menghasilkan gaya pada arah longitudinal ketika mengalami percepatan atau pengereman. 
3. Menghasilkan gaya pada arah lateral ketika menikung.

Ban yang digunakan pada kendaraan jalan raya, adalah ban pneumatik. Ban pneumatik dapat memenuhi ketiga fungsi di atas dengan efektif dan efisien, sehingga ban jenis ini lazim digunakan pada kendaraan jalan raya, dan juga cukup popular digunakan pada kendaraan off-road. Kajian terhadap ban pneumatik ini sangat penting dilakukan untuk dapat memahami unjuk kerja serta karakteristik lainnya dari kendaraan jalan raya.

Ban pneumatik merupakan struktur yang sangat fleksibel berbentuk toroid serta diisi dengan udara yang dimampatkan. Elemen ban yang paling penting adalah carcass. Carcass ini terbuat dari beberapa lapis kawat-kawat fleksibel dengan modulus elastisitas yang tinggi. Carcass ini terbungkus dalam sebuah matriks rubber dengan modulus elastisitas yang rendah. Kawat-kawat yang menyusun carcass tersebut terbuat dari komposisi alami, sintetis, ataupun metal, dan direkatkan di sekeliling beads yang terbuat dari kawat baja dengan tensile strengthyang tinggi. Beads tersebut berfungsi sebagai fondasi untuk carcass. Komposisi dari karet dipilih agar menghasilkan ban dengan properti yang spesifik. Karet yang digunakan sebagai pelapis dinding samping umumnya dibutuhkan dengan properti daya tahan yang tinggi terhadap fatigue dan scuffing, untuk hal ini styrene butadiene umum digunakan.

Terdapat dua tipe dasar dari ban pneumatik, ban tipe radial dan bias ply. Ban dengan tipe bias ply merupakan standar ban untuk industri otomotif di Amerika pada sebelum tahun 1960-an, dimana pada tahun tersebut keuntungan menggunakan dari ban tipe radial telah

diketahui kelebihannya, dan ban tipe ini di kembangkan di daratan Eropa. Selama lebih 9 dari beberapa dekade, ban tipe radial ini telah menggantikan ban tipe bias ply pada penggunaannya di kendaraan penumpang (passenger car), dan tipe radial menjadi standar penggunaan ban saat ini. 

Konstruksi dari ban tipe radial memiliki karakteristik dengan adanya parallel plies yang terletak melintangi ban dari satu bead ke bead lainnya pada besaran sudut 90°. Plies tersebutlah yang lebih dikenal dengan istilah carcass. Tipe konstruksi seperti ini membuat dinding samping sangat fleksibel dan nyaman dikendarai tetapi memberikan sedikit ketidakstabilan dalam arah gerak. Kestabilan arah ban tipe ini dihasilkan dengan adanya belt yang terbuat dari kawat baja yang terletak mengelilingi ban di antara carcass dan tread di bagian luar. Sudut dari kawat-kawat yang terletak di dalam belt normalnya berkisar antara 20°. 

Dalam melakukan gerak menikung, belts tersebut membantu menstabilkan tread, menjaganya agar tetap datar dengan jalan. Kebanyakan ban tipe radial untuk kendaraan penumpang memiliki dua lapisan carcass, dan satu atau dua belts baja, serta dua hingga enam lapis belts hasil fabrikasi. 10 Pada konstruksi ban tipe bias, carcass dibuat lebih dari dua lapis yang terbentang dari satu bead ke bead yang lainnya dengan kawat-kawat bersudut besar (35°-40°). 

Sudut yang besar tersebut menghasilkan kenyamanan dalam berendara, tetapi sudut yang kecil adalah yang paling baik jika ingin memperoleh kestabilan arah gerak. Meskipun carcass dari ban tipe ini secara lateral sangat kaku daripada tipe radial, dalam gerak menikung, ban tipe ini memungkinkan tread-nya mengalami roll, sehingga menyebabkan beban berlebih pada rangka luar. Konstruksi ban tipe ini pula menyebabkan lebih banyak distorsi pada contact patch ketika permukaan toroid terdeformasi menjadi rata, menyebabkan tread mengalami squirm pada area contact patch ketika ban berputar.