子午线轮胎结构设计

第三章结构设计+ 通过学习掌握斜交轮胎的结构设计程序，掌握技术设计内容：外胎外轮廓设计、胎面花纹设计、内轮廓设计；+ 掌握斜交轮胎的施工设计；了解内胎、垫带、水胎和胶囊设计。第一部分 轮胎结构设计程序第一节、 轮胎设计前的准备工作第二节、 轮胎技术要求的确定第三节、 外胎外轮廓设计第四节、 外胎胎面花纹设计第五节、 外胎内轮廓设计第二部分 施工设计第一节、 成型机头类型第二节、 成型机头直径的确定第三节、 成型机头肩部轮廓曲线设计第四节、 成型机头宽度计算第五节、 绘制外胎材料分布图第六节、 外胎施工标准表的制定第七节、内胎、垫带的设计轮胎结构设计 是指通过计算、选择、绘图等方法确定轮胎整体及各部件的结构和尺寸并拟定出施工标准及设计辅助工具的过程。 轮胎结构设计直接影响轮胎质量及使用性能。结构设计有两种方法1、 从轮胎外缘曲线开始，从外往内设计。古典方法，历史悠久，经验丰富，但缺乏计算数据，只凭经验数据进行 2、 根据内缘平衡形状曲线，从内往外设计 有数学模型作为计算依据，是当代科学的方法 轮胎结构设计 现在广泛采用的传统设计方法，是以 静态平衡轮廓理论为设计依据，用薄膜 -网络理论为原理指导轮胎设计， 轮胎在模型内的轮廓用几何作图法，从外缘轮廓向内进行设计。轮胎结构设计分 技术设计和施工设计两个阶段 进行 。第一阶段 :技术设计 。任务是收集为设计提供依据的技术资料；确定轮胎的技术性能；设计外胎外轮廓曲线和胎面花纹；设计内胎、垫带和水胎 (或胶囊 )断面曲线；绘制外胎 ,内胎和垫带设计总图。第二阶段 :施工设计 。任务是根据技术设计确定成型机头型式、直径及肩部轮廓；绘制外胎材料分布图；制定外胎、内胎及水胎 (或胶囊 )施工标准表；提出外胎，内胎及水胎制造附属工具的技术要求。在完成设计后， 提出技术设计和施工设计说明书 。设计 任 务轮 胎 设计 前的准 备 工作确定技 术 要求确定外胎外 轮 廓曲 线设计 外胎胎面花 纹确定外胎内 轮 廓曲 线优选 方案绘 制外胎总 图确定成型机 头 型式、直径、肩部曲 线 、 绘 制材料分布 图确定水胎（胶囊）断面尺寸、 绘 制断面 轮廓 图确定内胎断面尺寸、 绘 制内胎 总图确定 垫带断面尺寸、 绘 制内胎 总图制定内胎施工 标 准表制定 垫带 施工 标 准表制定水胎（胶囊）施工 标 准表制定外胎施工 标 准表提出外胎、内胎、 垫带 及水胎（胶囊）制造附属工具的技 术 要求提出 结 构 设计 文件轮胎结构设计程序图轮胎是车辆驱动机构的主要配件，设计时应依据车辆的技术性能及车辆的使用条件，适应车辆发展的需要，并应考虑轮胎结构的合理性、经济性及发展前景，收集有关技术资料，选用先进技术，全面分析进行设计。一般包括车辆的技术性能、行驶道路情况、国内外同规格或类似规格轮胎的结构与使用情况等。1车辆的技术性能（ 1）车辆类别、厂牌、型号、用途和外形尺寸。（ 2）车辆自重、载重量、整车重量在各轴上的分布和车轴所需承担的牵引负荷。（ 3）车辆驱动形式、轴数、轴距、轮数和轮距。（ 4）轮辋类型、代号及轮辋断面曲线。（ 5）轮胎最大外缘尺寸及双轮间距离。 （ 6）车辆平均速度和最高速度。（ 7）最小离地间隙、最小转弯半径和最大爬坡度。（ 8）对轮胎的特殊要求。 （ 9）该车辆发展前景。2.道路情况（ 1）路面性质，包括硬基路面 (水泥、柏油和碎石 )、混合路面 (石土或城乡间的水泥路 )、 软基路面 (雪、砂及土路 )，还有特殊的作业环境，如矿山、林场、水田、沼泽等（ 2）路面拱度、坡度和弯路。（ 3）使用地区的年平均气温和降雨量。3、国内外同规格或类似规格轮胎的结构和使用情况（ 1）技术参数，例如轮胎的层数、内压、负荷及花纹形式等。（ 2）轮胎充气前后及使用过程中外缘尺寸的变化。（ 3）室内试验数据。（ 4）实际使用中的性能及主要优缺点。（ 5）使用部门的要求。1.轮胎类型包括轮胎规格、结构、层级、胎面花纹、胎体骨架材料品种、规格和基本技术性能。2.轮辋的选择应根据轮胎类型和规格，按国家标准 (或部颁标准)及车辆技术状况和发展趋势选定。 例如轿车采用深槽式轮辋和深槽式宽轮辋，轻型载重汽车采用半深槽式轮辋，中型和重型载重汽车一般采用平底式轮辋和平底式宽轮辋 (即 5 斜底轮辋 )。不同类型车辆有其相对应的轮辋类型、规格及轮廓曲线。3. 外胎充气外缘尺寸包括 充气外直径 D和充气断面宽 B， 按国家标准 (或部颁标准 )所规定的尺寸执行。暂无国家标准 (或部颁标准 )的轮胎，可以按设计任务书所规定的充气轮胎外缘尺寸或参考国外轮胎轮辋标准所规定的尺寸进行设计。4.负荷能力计算（ 1）标准负荷和理论负荷轮胎的负荷能力是衡量轮胎质量重要指标之一，其 最大负荷能力与速度、内压、充气断面宽、轮辋直径和宽度有关 。确定 外胎充气外缘尺寸 D和 B后，必须通过计算，验算其负荷能力是否符合国家标准，再进行外缘轮廓设计及计算，因此 验算轮胎负荷能力是进行轮胎结构设计的基础。标准负荷： 国家标准规定的负荷简称为标准负荷，是指在保证轮胎耐久性前提下要求轮胎承受的负荷。理论负荷： 通过计算得到的轮胎的负荷可称为理论负荷，它必须大于标准负荷，但也不能过大，以大 25%为宜。轮胎负荷标准分为 单胎负荷和双胎负荷 两种。一般具有双胎并装的载重汽车应计算双胎负荷，双胎负荷能力较单胎负荷能力小。轿车轮胎只计算单胎负荷。理想轮辋 ： 轮辋宽 W与充气轮胎断面宽 B1之比等于 62.5%的轮辋称之为理想轮辋。海尔公式 ： 负荷能力的计算公式为海尔公式，是一个在 轮辋与充气轮胎断面宽之比等于 62.5%的标准条件下 （ 理想轮辋 ） 得出的实验式 , 若比值超出此范围，必须换算为在标准理想轮辋的充气轮胎断面宽才能使用此公式。斜交轮胎负荷计算基本公式及负荷系数 K值的选取与斜交载重轮胎和轿车轮胎负荷计算公式与负荷系数 K的选取不相同。 载重轮胎负荷计算基本公式为 : 式中： W负荷能力， kNK负荷系数 （ K 1.1（双胎）， K 1.14（单胎）P内压， kPaDR设计轮辋直径， cmW1轮辋名义宽度， cmB 为 62.5%的理想轮辋上的轮胎充气断面宽 ,cmB1安装在设计轮辆上的新胎充气断面宽， cm0.231-采用公制计算的换算系数，若用英制计算，此公式 不必乘 0.231。单胎负荷应为双胎负荷的 1.14倍，气压应相应增加 7OkPa。轿车轮胎负荷计算基本公式为 :式中： K负荷系数 (此值与轮胎的结构和高宽比有关，50系列、 60系列和 70系列的斜交轮胎和子午线轮胎 K=1.655，78系列斜交轮胎 K=1.70，78系列子午线轮胎和 82系列套用 =1.743）Bd扁平轮胎在理想轮辋上的断面宽度， cmd圆形轮胎设计断面高与扁平轮胎最大断面高之差， cmH最大断面高(普通断面轮胎最大断面高 H = 1.01 设计断面高，扁平轮胎最大断面高 H=l.O2 设计断面高 )， cm(3)负荷能力计算实例以 9.00-20载重轮胎负荷能力计算为例。已知条件： D=l018.5mm， B1=259mm, W1=177.8mm,P=588kPa， DR= 508mm， KD (双胎 )= 1.l，KS (单胎 )= 1.l4负荷计算公式为：将已知数值代入上列公式中，首先求取 S值，再求 W D双胎负荷，最后计算单胎负荷 W S。 =20（ KN） （增加气压 70KPa） 1、外胎模型各部位尺寸代号及其它设计参数 代号(1)外胎模型各部位尺寸代号采用英文字母表示外胎模型各部尺寸 (单位为毫米 )代号 ，见图 2-1所示。可按所在部位分为四类：断面形状尺寸： D、 B、 H；胎冠部尺寸： b、 h、 Rn、 Rn“；胎侧部尺寸： H1、 H2、 R1、 R2、 R3、 L；胎圈部尺寸： c、 d、 R4、 R5、 g、 。D 外直径；B 断面宽；H 断面高；d 胎圈着合真径； c 两胎圈间距离； b行驶面弧度宽度； h行驶面弧度高度； H1 断面中心以下断 面高；H2 断面中心线以上断面高；L 胎肩切线长度图 2-1 外胎模型各部位尺寸代号（ 2)其它设计参数代号 常用的代号为 :D0代表内压为零时轮胎外直径，B0代表内压零时轮胎断面宽，D代表充气轮胎外直径，B代表充气轮胎断面宽，H代表充气轮胎断面高 ,f代表下沉量（ f=H-H1)单位均为毫米。2、各部位尺寸确定（ 1） 断面外形尺寸断面宽 B的确定 外胎 模型断面宽 根据 充气断面宽和充气后断面宽膨胀率 的变化确定。轮胎处于充气条件下使用，其充气断面宽必然大于 模型断面宽，断面宽增加程度用膨胀率 表示计算公式：B胎模型断面宽， mmB轮胎充气断面宽， mm断面膨胀率断面膨胀率 B /B值可通过调查和试验数据分析确定。此值 受模型断面高宽比H/B、轮辋宽与断面宽比值 W1/B、帘线性能和帘线胎冠角度等因素影响， 一般有以下几种规律。a. H/B值越大则值越大。H/B值是轮胎结构特征的主要叁数之一 H/B 1时 ，外胎断面呈长椭圆形，充气后断面膨胀率增大， 达到近乎圆形的平衡轮廓，此时轮胎外径收缩 ,可提高胎面耐磨和抗机械损伤性能， 适合载重斜交轮胎的设计规律H/B 1时 ，轮胎断面呈扁平状，充气后断面外径增大， 断面膨胀率较小，此时胎面虽然处于伸张状态，但胎体平直，支撑性好，高速度、利于安全操纵，适合轿车轮胎的设计轿车轮胎断面向扁平化发展，断面高宽比已成系列化， H/B值分别为 0.9