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徐州工业职业技术学院9.00-20-PR14轮胎结构设计卓小彬（徐州工业职业技术学院，2211400） 摘要: 轮胎是供车辆、农业机械、工程机械行驶和飞机起落等用的圆环形弹性制品。它是车辆的主要配件，固定在汽车轮辋上形成整体，起支承车辆重量，传递车辆牵引力、转向力和制动力的作用，并使车辆行驶时吸收因路面不平产生的震动和外来冲击力，使得乘坐舒适。斜交轮胎因其转向性制动性好，生产工艺较成熟易于生产、效率高。能提高使用性能和经济效益，斜交轮胎趋于轻量化减层方向变化， 有的国家斜轮胎的内外帘布层采用密度相同的帘布，个别情祝也有用奇数层的外胎。缓冲层有的采用钢丝帘布或用含玻璃纤维的胶料结构，从而增强胎面刚性及稳定性，提高轮胎抗机械损伤的能力和降低抬面的磨损。设计重点考虑8.25-16-12轮胎在不同环境下使用的性能要求，确定骨架层材料的品种，采用传统设计方法，以静态平衡轮廓理论为依据，用薄膜网络理论为原理指导轮胎设计，轮胎在模型用几何作图法采用由外向内的设计方法，依次为外轮廓设计、花纹设计、内轮廓设计、以及圈设计，采用CAD图方式绘制轮胎设计总图。关键词：8.25-16-12 静态平衡 模型 CAD8.25-16-12 tire structure design wangmeng(Xuzhou Industrial Vocational & Technical College, 2211400)Abstract :Tires for vehicles, farm machinery, engineering machinery, such as traffic and aircraft landing with a round of the circular flexible products. It is the main vehicle accessories, car fixed in the rim formed as a whole, from bearing the weight of vehicles, vehicle traction transmission, steering and braking forces role and as a result of traffic when the road surface to absorb shock and injustice resulting from external shocks, make Comfortable ride. Because of tire to brake good, easy-to-production process more mature production, and high efficiency. Can be used to improve the performance and cost-effective bias tires tend to reduce the light level changes in the direction of some countrys internal and external oblique ply tires using the same density of the cord, the situation of individual wish also useful for odd-tire. Some of the buffer layer using steel cord or glass fiber with the rubber structure, thus increasing the rigidity and stability of the tread to enhance anti-tire mechanical damage and the ability to reduce the wear and tear of the desk. 8.25-16-12 focus on the design tires in a different environment, the use of performance requirements, determine the skeleton of the species material, the use of traditional design methods, in order to balance the static outline of the theory, films - the guiding principle of network theory to tire design, tire Geometry model used in the mapping Youwaixiangnei using the design method, followed by external profile design, pattern design, with contour design, as well as the ring design, use of CAD mapping manner drawing the total tire design plans. Key words : 8.25-16-12 static equilibrium model CAD目 录摘要 1目录2 第一章 概论4 1.1 斜交轮胎的结构 4 1.1.1 结构特点4 1.1.2 性能特点 4 1.2 轮胎的组成及各部件作用5 1.2.1 轮胎的组成形式 5 1.2 外胎的组成及作用 6 1.2.3 内 胎 7 1.2.4垫 带 7 第二章 斜交轮胎结构设计 2.1 轮胎结构设计7 2.1.1 技术设计 7 2.1.2 施工设计 8 2.2 技术设计8 2.2.轮胎技术要求的确定8 2.2.3 外胎外轮廓设计 9 2.2.4 外胎胎面花纹没计13 2.2.5 外胎内轮廓设计15 第三章 结论参考文献17致谢18第一章 概 论 轮胎是供车辆、农业机械、工程机械行驶和飞机起落等用的圆环形弹性制品。它是车辆的主要配件，固定在汽车轮辋上形成整体，起支承车辆重量，传递车辆牵引力、转向力和制动力的作用，并使车辆行驶时吸收因路面不平产生的震动和外来冲击力，使得乘坐舒适。轮胎是橡胶工业中的主要制品，是一种不可缺少的战略物资。在橡胶工业中，轮胎的产量最大，耗胶量约占总耗胶量的60-65%。轮胎工业已形成一个原材科生产、产品制造、成品测试、科学研究、，工厂设计、设备加工等庞大的独立体系。1.1 斜交轮的胎结构1.1.1 结构特点 斜交轮胎的胎体相邻的帘布层胎冠角度相同,相互交叉排列,帘布层数一般为偶数，这样能使胎体帘布层负荷均匀分布。斜交轮胎冠帘线角度通常取4855。帘线密度从内至外由密变稀。帘布层数较多，外层帘布层数较少，通常只有两层，帘线密度较内帘布层稀，附胶量较多，粘着强度较高。缓冲层介于外帘布层与胎面胶之间，其结构由胶片或两层以上挂胶帘布组成，布层的上、下或中间加贴缓冲胶片。缓冲层帘布比外帘布层的密度稀疏，挂胶厚度较厚，帘线角度等于或稍大于帘布层帘线角度，相邻布层相互交叉排列，其宽度一般稍大或稍窄于胎冠宽度，通常裁重轮胎的缓冲层采用挂胶帘布与胶片组合的结构，轿车轮胎也可采用缓冲胶片作缓冲层 。1.1.2 性能特点 斜交轮胎因帘线排列方向与受力变形方向不一致而产生内磨擦，这种结构总体上是不合理的。存在着材料层数多、滚动阻力大、缓冲性能低、耐磨性及牵引性差等缺点。但其转向性制动性好，生产工艺较成熟易于生产、效率高。为了提高使用性能和经济效益，斜交轮胎趋于轻量化减层方向变化， 有的国家斜交轮胎的内外帘布层采用密度相同的帘布，个别情祝也有用奇数层的外胎。缓冲层有的采用钢丝帘布或用含玻璃纤维的胶料结构，从而增强胎面刚性及稳定性，提高轮胎抗机械损伤的能力和降低抬面的磨损。斜交轮胎由于结构上的不合理，影响了发展，今后只保留在低速度、越野、巨型轮胎上。逐步将被新型子午线轮胎所取代。 1.2 轮胎的组成及各部件作用1.2.1 轮胎的组成形式 轮胎一般由内胎外胎和垫带三部件组成,如图1-1所示；有些轮胎只有内 胎和外胎没有垫带；无内胎轮胎则只有外胎没有内胎和垫带。（1）有内胎的轮胎有内胎的轮胎是由外胎、内胎和垫带组成。外胎是一个弹性胶布囊，它能使内胎免受机械损坏，使充气内胎保持规定的尺寸，承受汽车的牵引力和制动力，并保证轮胎与路面的抓着力。内胎是一个环形橡胶筒，置于外胎内，其中充入压缩空气。在内胎和轮辋之间有一条垫带(在深式轮辋上使用的轮胎则不用垫带)，垫带是具有一定断面形状的环形胶带，保护内胎不受磨损。有内胎轮胎的主要缺点是行驶温度高，不适应高速行驶，不能充分保证行驶的安全性，使用时内胎在轮胎中处于伸张状态，略受穿刺便形成小孔，而使轮胎迅速降压。 （2）无内胎轮胎不使用内胎，空气直接充入外胎内腔。轮胎的密封性是由外胎紧密着合在专门结构的轮辋上而达到的。为了防止空气透过胎壁扩散，轮胎的内表面衬贴有专门的密封层，这样在穿刺时空气只能从穿孔跑出。但是，穿孔受轮胎材料的弹性作用而被压缩，空气只能从轮胎中徐徐漏出，所以轮胎中的内压是逐渐下降的。如果刺入无内胎轮胎的物体(钉子等)保留在轮胎内，物体就会被厚厚的胶层包紧，实际上轮胎中的空气在长时间内不会跑出。无内胎轮胎的优越性不仅是提高行驶安全性，这种轮胎穿孔较小时能够继续行驶，中途修理比有内胎轮胎容易，不需拆卸轮辋，所以在某些情况下可以不用备胎。无内胎轮胎有较好的柔软性，可改善轮胎的缓冲性能，在高速行驶下生热小和工作温度低，可提高轮胎的使用寿命。1.2.2外胎的组成及作用外胎由胎面、胎体和胎圈三个大部件组成。胎面包括胎面胶和胎侧胶,胎体包括帘布层和缓冲层，外胎各部件组成如图1-2所示。（1）胎面胎面是指外胎与地面接触部位，是覆盖于胎体的胶层，传递车辆的牵引力和制动力、保护骨架层。因此要求胎面具有优异的耐磨性能、耐切割性能,较高的强度,并需具有一定形状和一定的花纹作保证。胎面分为胎冠、胎肩、胎侧三个部位。胎冠是轮胎的行驶面，承受冲击与磨损、产生抓着力、保护帘布层免受损伤。因而要求具有一定的弹性和强度、抗刺穿性、耐磨耐撕裂性、耐老化性及有花纹。胎肩是胎冠和胎侧的过渡部分，对胎面起一定的支撑作用。胎侧是贴在胎体帘布层两侧的胶层。保护胎体侧部帘布层免受机械损伤和大气侵蚀。胎侧常在屈挠下工作,共厚度宜薄, 便于屈挠变形.由于胎面、胎肩、胎侧作用各异, 宜采用不同的胶料制备。（2）胎体 胎体由缓冲层和帘布层组成。缓冲层位于胎面胶和胎体帘布层之间，由挂胶帘布或胶片制成。由于轮胎在行驶过程中,该部位所受应力最大、最集中温度也最高;极易脱层损坏，因此要求援冲层具有较高强度、弹性和较好的粘着性能，吸收并缓冲外来的冲击和振动。缓冲层可采用尼龙帘线、人造丝帘线或钢丝帘线制成。子午胎中的缓冲层又称为带束层或紧箍层。帘布层是胎体的骨架层，使外胎具有必要的弹性和强度，承受轮胎的载荷和行驶中的反复变形，承受由于路面不平引起的强烈振动和冲击。帘布层一般由外层帘布层和内层帘布层组成，外层帘布层由挂胶帘布和隔离胶组成（有时也可不用隔离胶）。内层帘布层由挂胶帘布和油皮胶组成。帘布层使胎体强度增高，并可固定外胎的外缘尺寸规格。 (3)胎圈 胎圈是外胎与轮辋紧密固定的部位,要求具有高强度和刚性,承受外胎与轮辋间的相互作用力, 防止车辆行驶过程中外胎脱出。胎圈包括帘布层,钢圈及胎圈包布三个重要部分.钢圈是主体,由钢丝圈,三角胶条(又称填充胶条)及钢圈包布组成.钢丝圈采用钢丝编织带由数根覆胶钢丝绕成圈,在钢丝圈外围加贴用半硬质胶制成的三角胶条,起填充空隙作用,亦可采用两种不同硬度的胶料复合制成.钢圈包布把钢丝圈和三角胶条包复成钢圈整体.胎圈包布又称为子口包布,位于胎圈外部,保护帘布层,并与轮辋直接接触,要求具有较好的耐磨性能,胎圈结构见图1-3所示。1. 2. 3 内胎内胎是装有气门嘴的密封环形胶筒，位于外胎与轮辋之间，用以充入内压空气，使轮胎获得弹性并承受载荷。要求气密性高、抗裂口增长性好及高弹性和较好的耐疲劳性等。1.2.4 垫带 垫带是具有一定断面形状的无接头环形胶带，置于轮辋与内胎接触部位；用以保护内胎不受轮辋及胎圈的磨损。垫带底部有一圆孔可使气门嘴通过,与外胎、内胎组成一套轮胎。垫带只用于多件式平底轮辋的载重轮胎上，轿车轮胎所用的深槽式轮辋和超低压轮胎所用的特殊结构轮辋均为整体件，轮辋与轮胎着合紧密，不必使用垫带第二章 斜胶轮胎设计2.1 轮胎结构设计程序轮胎结构设计分技术设计和施工设计两个阶段进行。2.1.1 技术设计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。2.1.2 施工设计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。2.2 技术设计2.2.1 轮胎技术性能确定A. 轮胎类型轮胎规格：9.0020PR14轮胎结构：斜胶轮胎 .胎面花纹：普通横向花纹骨架材料品种：尼龙胎体 规格和基本技术性能如下表2-1：帘布品种挂胶线径(0.02mm)帘线密度(根/100m)帘线强度(kg/根)1260D/21.00V1 10020.5V2 741680D/21.05V1 88 26V2 741890D/21.17V1 8830.5V2 74840D/21.35V1 126 14V2 96V3 60B. 轮辋选择.断面形状：平底式标准轮辋：6.50H. 类型：I型下图为型平底轮辋断面图及基本参数：轮辋宽度：A=1651.5mm轮辋高度：G=341.2mm 轮缘宽度：B18mm 轮缘弧度：R2=18mm圈座弧度：R36.5mm轮辋直径：=405.60.4mmC. 外胎充气外缘尺寸的确定轮胎充气外直径：D=855mm轮胎充气断面宽：B=235mmD. 标准气压和标准负荷如下表所示：层级负荷/ kPa 气压/kgSDSD12530530153013502.2.2 外胎外轮廓设计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2-2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、； 胎侧部尺寸：、L； 胎圈部尺寸：c、d、g、。左图2-2为外胎模型各部位尺寸代号 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； 2各部位尺寸确定（1）断面外形尺寸a) 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，B=B/ 式中 B外胎模型断面宽 B外胎充气断面宽 B/B断面膨胀率。(一般斜胶胎H/B1,B/B值在1.091.17之间；H/B1,B/B取1.12，则B=B/=293/ 1.12=231.3mmb) 外直径D和断面高H的确定 模型外直径D根据轮胎充气外直径D和充气外直径变化比值而定。轮胎是在充气条件下使用，其充气后外直径伸张或收缩，用D/D值表示，用下式求模型外直径D值。一般情况下，D/D在1.0011.025之间 取D/D=1.02 则D=855/1.02=998.0mm模型断面高H根据轮胎外直径D和着合直径d计算求得。=1/2（838.2-406.6） =245mm验证：H/B=215.8/204.31成立，故所得数据可用（2）胎冠部位尺寸的确定 行驶面宽度和弧度高的确定a、b值确定应根据轮胎断面宽，用b/B值控制其一定范围。一般载重轮胎普通花纹的b/B值在0.750.80范围之间。取b/B=0.76，则： b=Bb/B =231.30.76 =175.8mm b、h值确定应根据轮胎断面高，用h/H值控制其一定范围。一般载重轮胎普通花纹的h/H值在0.0350.055范围之间。取h/H=0.04，则： h=Hh/H =2450.036 =8.8mm胎冠弧度半径 a.正弧形胎冠弧度可用13个正弧度进行设计，其弧度半径Rn根据行驶面宽度b和弧度高h计算，计算公式为： =175.8/88.8+8.8/2 =443.4mm 由得=2(sin-1175.8/2443.4)=11.4 则La=0.01745443.411.4=88.2mm式中 行驶面弧度的夹角； 0.01745常数，即为/180；Rn胎冠弧度半径，mmLa行驶面弧长，mm。（3）胎侧部位尺寸 断面水平轴位置、的确定 断面水平轴位于轮胎断面最宽处，是轮胎在负荷下，法向变形最大的位置，用值表示,一般值在0.800.95， 和值可通过值计算求得。计算式为： 取=0.9 则=245/(1+0.8)=136.1mm =245-136.1=108.9mm 胎侧孤度半径、的确定 a. 上胎侧弧度半径计算公式为: =114.1/2=57mm 将代入中得:=236.3mmb下胎侧弧度半径的确定 可通过下式计算出值， 式中 G 轮辋轮缘高度，mm；下胎侧弧度曲线与轮缘曲线交点至轮辋轮缘垂线间距离(）,mm； 轮辋轮缘宽度，mm；轮胎断面宽度，mm轮胎下断面高，mm即=2/318=12mm 则=386.7mma.下胎侧自由半轻 是用以连接下胎侧弧度半径和胎圈轮廓半径 弧之间的自由半径，与、弧彼此相切。一般约为的2540%，取1750mm，取=40mm（4）胎圈部位尺寸的确定 两胎圈之间距离 又称胎圈着合宽度C，一般胎圈着合宽度等于设计轮辋宽度A，有时C可略小于A，则C=A-15=178mm 胎圈着合直经d， 装于平底式轮辋的载重轮胎,为便于装卸，胎圈着合直径d比轮辋直径应大0.51.5mm。则d=515mm 胎圈轮廊曲线 a.胎锺弧度半径R5比轮辋相应部位弧度半径大0.51.Omm。则 R5= =5mmb.胎圈弧度半径R4比轮辋轮缘相应部位弧度半径小0.51.Omm， 则R4=R2辋-（ 0.51.O）=18-0.8=17.2mm2.2.3. 外胎胎面花纹设计 胎面花纹直接影响轮胎的使用性能和寿命。胎面花纹起着防滑、装饰、散热作用。它能传递车辆牵引力、制动力及转向力，并使轮胎与路面有良好的接着性能，从而保证车辆安全行驶。 花纹饱和度的计算花纹块面积占轮胎行驶面面积的百分比叫花纹饱和度。其计算公式为：式中，S1花纹块面积； S2花纹沟面积； S胎面行驶面面积； 胎面花纹设计内容 花纹类型 ：普通花纹 分布形式：横向花纹沟深度的确定 普通轮胎花纹深度一般为1012mm，取10mm 花纹沟宽度的确定 一般载重轮胎普通花纹沟宽度约为916mm,花纹块宽度不得小于花纹沟宽度的2倍，分布大小不宜差异太大,则花纹沟宽取17.5mm. 花纹沟基部胶厚度的确定 不同花纹类型载重轮胎花纹沟基部胶厚度占花纹深度的比例，一般花纹沟基部胶厚度占普通花纹深度的20%25% 则100.22=22mm 花纹排列角度 纵向花纹排列角度一般取60 花纹沟的断面形状如右图2-3所花纹沟断面设计原则是花纹沟具有良好自洁性，不易夹石子和基部不裂口。花纹沟壁倾斜角度 ,横向花纹为1520，取18，沟底圆弧半径 R约为13mm，取2mm。 花纹间距的确定 花纹间距计算公式为： =3.14998.0/50=62.7mm式中 D外胎外直径，mm； n 花纹节数；（一般为4060，且为偶数） 花纹间距值，mm。胎肩部花纹间距设计 胎肩部位花纹间距可用以下公式计算： =3.14（998-28.8）/50 =61.6mm(3) 其它设计内容上胎侧防擦线一般设在胎肩切线下端，轻型载重轮胎防擦线宽度为1228mm，厚度为1mm左右。取宽度为12mm，厚度为1mm，1条。下胎侧防水线设于胎圈部位靠近轮辋边缘处,根据轮胎规格大小,可设13条防水线，厚度为0.51.5mm。取宽度为10mm,厚度为1mm,两条。排气孔和排气线，一般设在胎面及胎侧部位，排气孔直径为0.61.8mm，取1.8mm,一般在胎肩、胎侧、下胎侧防水线、上胎侧防擦线和花纹块斜角端部等位置处设计排气孔 ，数量不宜过多，以保证不缺胶为准，在防擦线和防水线上一 般可按816等分钻孔。取12等分。胎面磨耗标记，一般设在胎面主花纹沟底部。沿轮胎圆周共没6个或8个间隔均匀的胶台作为磨耗标记。取6等分。载重轮胎磨耗标记高度为2.4mm2.2.4外胎内轮廓设计各种胶片的设计 用于胎体的胶层有油皮胶、隔离胶以及缓冲层上的缓冲胶片。 隔离胶通常贴合在受剪切应力最大的胎冠部外层帘布上。隔离胶厚度一般为0.40.6mm，层数为13 ，取厚0.5mm，2层。 油皮胶 位于第一层帘布之下，用以保护帘布层。油皮胶厚度约为0.61.Omm，取厚度1.0mm,层数为一层。 缓冲胶 缓冲层位于胎面胶下缓冲层上。一般厚度为0.51.5mm，层数为12层，取厚度为1.0mm,层数一层。胎面胶和胎侧胶厚度 胎冠胶厚度等于花纹沟深加基部胶厚度，则为10+2.2=12.2mm胎肩胶厚度一般为胎冠胶厚度的1.31.4倍，以不超过1.5倍为宜，则12.21.4=17.08mm 胎侧胶厚度 载重轮胎一般为3.04.0，取3.0mm胎各部位特征点半成品帘布厚度确定冠部最高点厚度 =缓冲胶片厚度+帘布厚度+缓冲层厚度+隔离胶厚度+油皮胶厚度 =1.0+1.06+1.352+0.52+1.0+1.0=12.7 mm 胎肩点帘布层厚=帘布厚度+油皮胶厚度 =1.06+1.0=7.0 mm 胎侧点帘布层厚=帘布厚度+油皮胶厚度 =1.06+1.0=7.0 mm 胎圈点帘布层厚度=（钢丝宽度+钢丝包布厚度2内层帘布厚度2）2+外层帘布厚度+胎圈包布厚度2 =（1.36+0.72+1.022）2+21.0+21.0 =30.4mm （4）各特征部位点成品厚度 胎冠部位厚度=胎冠胶厚+胎冠部成品帘布厚 =12.2+12.770% =20.39mm 胎肩部位厚度=胎肩胶厚+胎肩部成品帘布厚 =17.08+7.070% =21.98mm 胎侧部位厚度=胎侧胶厚+胎侧部成品帘布厚 =3.0+7.080% =8.6mm 胎圈宽度=胎圈厚度+胎圈点成品帘布厚度 =0+30.490% =27.36mm（5）绘制内轮廓曲线必须与外胎断面材料分布结合调整，绘制断面材料分布图时，既要考虑各部件结构、层数和厚度，并应合理设计布层之间的差级分布，使各部位厚度均匀过渡，保证内轮廓的合理性。第三章 结论1) 手工绘制轮胎结构设计总图2) CAD绘制轮胎结构设计总图3) 设计说明书4) 原始数据记录本 参考文献：1 Noor A K, Tanner A. 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