子午线轮胎结构设计222学习课件

1、 带束骨架层为子午线轮胎的主要受力部件，需具有一定的强度和刚度，带带束骨架层为子午线轮胎的主要受力部件，需具有一定的强度和刚度，带 束层的刚性决定于帘线的种类、角度，密度，通常采用钢丝帘线，而且帘线粗束层的刚性决定于帘线的种类、角度，密度，通常采用钢丝帘线，而且帘线粗 度较大，一般度较大，一般单丝粗度不低于单丝粗度不低于0.2mm, 在在0.20.38mm范围内，范围内，视轮胎规格和性视轮胎规格和性 能而定。能而定。 1、骨架层的选取 例如例如9.00R20轮胎的钢丝帘线为轮胎的钢丝帘线为3+90.22结构，帘线强度为结构，帘线强度为1127N/根，根， 而而10.00R20轮胎选用轮胎选用3

2、+9+150.22钢丝帘线，帘线强度为钢丝帘线，帘线强度为2471N/根，轿车子根，轿车子 午线轮胎带束层钢丝帘线结构多为午线轮胎带束层钢丝帘线结构多为14或或15，单丝直径为，单丝直径为0.210.25mm， 帘线直径帘线直径0.50.8mm，帘线强度为，帘线强度为294588N。 由此可见钢丝帘线规格不同，带束层强度亦不同，但无论采用何种结构由此可见钢丝帘线规格不同，带束层强度亦不同，但无论采用何种结构 帘线，国际上所用的钢丝帘线粗度都不低于帘线，国际上所用的钢丝帘线粗度都不低于0.22mm。 为提高带束层刚度，为提高带束层刚度，一般载重胎采用以下结构的钢丝帘线作带束层：一般载重胎采用以下

3、结构的钢丝帘线作带束层： 30.20+60.35；30.20+60.38；390.22；3+9+150.22；7 40.22 高速轿车子午胎除钢丝帘线之外；还采高速轿车子午胎除钢丝帘线之外；还采 用用12层尼龙帘线，以增加带束与胎面胶的附着层尼龙帘线，以增加带束与胎面胶的附着 力和箍紧力。力和箍紧力。 轿车胎常用的钢丝帘线规格有：轿车胎常用的钢丝帘线规格有： 140.23 150.23 2+70.20+10.15 140.25 150.25 2+70.23+10.1 140.28 2+20.28 2+20.25 带束层结构主要是指它的带束层结构主要是指它的帘线层数，帘线角度、帘线层数，帘线角度

4、、 密度和排列方式，带束层的厚度、宽度和长度，以及密度和排列方式，带束层的厚度、宽度和长度，以及 所采用的帘线结构与类型等。所采用的帘线结构与类型等。这些参数决定了带束层这些参数决定了带束层 的刚性，而其刚性直接影响子午线轮胎的使用性能，的刚性，而其刚性直接影响子午线轮胎的使用性能， 如耐磨性能、操纵稳定性、安全性和节油等。如耐磨性能、操纵稳定性、安全性和节油等。 带束层的结构设计形式很多，视轮胎类别和使用带束层的结构设计形式很多，视轮胎类别和使用 条件不同及所用的材料特性等而有差别，下面分条件不同及所用的材料特性等而有差别，下面分载重载重 子午线轮胎与轿车子午线轮胎的带束层设计子午线轮胎与轿

5、车子午线轮胎的带束层设计介绍如下。介绍如下。 2、带束层结构设计 (1)(1)、载重子午轮胎带束层设计、载重子午轮胎带束层设计 带束层的层数、角度、密度。 载重子午线轮胎的带束层一般由载重子午线轮胎的带束层一般由3 34 4层层钢丝钢丝 帘线所组成采用的结构形式常见的为帘线所组成采用的结构形式常见的为层叠式层叠式， 是根据轮胎规格和使用条件而定的，如大规格是根据轮胎规格和使用条件而定的，如大规格 轮胎或路面差、使用条件苛刻，则应选用轮胎或路面差、使用条件苛刻，则应选用4 4层，层， 反之，则以反之，则以3 3层为宜。层为宜。 载重子午线轮胎带束层的结构形式 A、四层结构 第第1 1层为过渡层，

6、帘线角度为层为过渡层，帘线角度为55556565。是最靠。是最靠 近胎体帘线层的，主要起着使由子午向排列的近胎体帘线层的，主要起着使由子午向排列的 胎体帘线角度过渡到接近周向排列的小角度带胎体帘线角度过渡到接近周向排列的小角度带 束层，可减小层间的剪切力，避免带束层与胎束层，可减小层间的剪切力，避免带束层与胎 体帘布层之间的脱层；体帘布层之间的脱层； 第第2 2、3 3层是带束层中主要承受应力者，称工作层，层是带束层中主要承受应力者，称工作层， 帘线角度为帘线角度为15152323。起着束缚胎体向外膨胀起着束缚胎体向外膨胀 的作用，其刚性可直接影响轮胎的耐磨性、操的作用，其刚性可直接影响轮胎的

7、耐磨性、操 纵性和节油等使用性能；纵性和节油等使用性能； 第第4 4层称保护层，一般采用高伸长帘线，角度与工作层相仿，层称保护层，一般采用高伸长帘线，角度与工作层相仿， 是起着保护工作层的作用，是起着保护工作层的作用，也起着防止胎面与带束层之间也起着防止胎面与带束层之间 产生脱空现象，提高轮胎的使用寿命和翻新率。产生脱空现象，提高轮胎的使用寿命和翻新率。 B、三层结构 国外载重子午线轮胎多数采用国外载重子午线轮胎多数采用3 3层结构的带束层，仅层结构的带束层，仅 把把A A的第的第4 4层取消层取消( (见图见图) )，它具有减轻轮胎质量和简化生产，它具有减轻轮胎质量和简化生产 工艺等优点。工

8、艺等优点。 C C、下三层半结构、下三层半结构 将第将第1 1层过渡层分为两个边部，中间部分被断开层过渡层分为两个边部，中间部分被断开( (见见 图图) )。这是法国米西林公司的子午线轮胎常用的带束层结构，。这是法国米西林公司的子午线轮胎常用的带束层结构， 优点是能降低胎冠中央部位的刚性，使轮胎接地印痕面积优点是能降低胎冠中央部位的刚性，使轮胎接地印痕面积 中的单位压力分布得较为均匀，从而提高胎面磨耗的均匀中的单位压力分布得较为均匀，从而提高胎面磨耗的均匀 性。性。 D、上三层半结构、上三层半结构 将第将第4层改为分布在两肩部窄条高伸长钢丝层改为分布在两肩部窄条高伸长钢丝 帘线，角度呈帘线，角

9、度呈0。排列排列(见图见图)。这种结构能提。这种结构能提 高轮胎肩部的刚性，可防止带束层端部产生变高轮胎肩部的刚性，可防止带束层端部产生变 形，保证在高速行驶时具有稳定的尺寸，大大形，保证在高速行驶时具有稳定的尺寸，大大 降低带束层端部所受的应力和生热，这是降低带束层端部所受的应力和生热，这是意大意大 利皮列里公司推出的全钢丝低断面无内胎载重利皮列里公司推出的全钢丝低断面无内胎载重 子午绥轮胎的带束层结构子午绥轮胎的带束层结构，据称，与一般束层，据称，与一般束层 子午线轮胎相比，节油子午线轮胎相比，节油5，行驶里程提高，行驶里程提高20。 且高速性能好，翻新率高。且高速性能好，翻新率高。 带束

10、层帘线角度的取值，既要考虑到带束层带束层帘线角度的取值，既要考虑到带束层 对胎体的箍紧系数，又要照顾到便于加工。据对胎体的箍紧系数，又要照顾到便于加工。据 报道报道带束层角度大于带束层角度大于2020，就不能使胎体获得，就不能使胎体获得 必要的箍紧效果。但角度太小，不仅使带束层必要的箍紧效果。但角度太小，不仅使带束层 的裁断和接头等工艺操作复杂化，的裁断和接头等工艺操作复杂化，而且对轮胎而且对轮胎 的使用性能不利，容易产生带束层脱层的危险。的使用性能不利，容易产生带束层脱层的危险。 对子午线轮胎耐磨性来说，对子午线轮胎耐磨性来说，带束层帘线的最宜带束层帘线的最宜 角度为角度为15152020。

11、但在很大程度上取决于帘线。但在很大程度上取决于帘线 的模量和胶料的粘附强度，且与轮胎规格有关。的模量和胶料的粘附强度，且与轮胎规格有关。 带束层带束层帘线密度帘线密度要根据帘线的直径及所要根据帘线的直径及所 受应力而定。一般而言，受应力而定。一般而言，第第1层密度层密度可稀一些，可稀一些， 主要是便与胎体具有良好的粘附强度，可选用主要是便与胎体具有良好的粘附强度，可选用 45根根/cm；第第2、3层密度层密度为为56根根/cm，主要，主要 是确保轮胎的受力强度是确保轮胎的受力强度(安全倍数安全倍数)和带束层间和带束层间 的粘合强度，所用胶料的含胶率为的粘合强度，所用胶料的含胶率为5060； 第

12、第4层密度层密度不宜太大，约为不宜太大，约为34根根cm，因为，因为 须与胎面胶具有良好的粘合性。须与胎面胶具有良好的粘合性。 带束层的宽度和长度 宽度：载重子午线轮胎的带束层宽度一般与胎面宽度载重子午线轮胎的带束层宽度一般与胎面宽度 相等。因太窄会降低胎面的刚性和稳定性，还会产生磨相等。因太窄会降低胎面的刚性和稳定性，还会产生磨 肩现象，过宽又会造成带束层脱层。据报导，肩现象，过宽又会造成带束层脱层。据报导，带束层宽带束层宽 度度(Bw)与行驶面宽度与行驶面宽度(b)之比为之比为1.05以下，对保持轮胎的以下，对保持轮胎的 耐久性有利；耐久性有利；但从防止胎肩异常磨损来看，但从防止胎肩异常磨

13、损来看，Bw/b在在0.9以以 上为宜。因此，综合兼顾上述两种性能，取值范围为上为宜。因此，综合兼顾上述两种性能，取值范围为 0.941.05。每层依次与下一层的。每层依次与下一层的差级为差级为1015mm，最，最 上面的保护层宽度为最宽带束层的上面的保护层宽度为最宽带束层的50以上。如果过渡以上。如果过渡 层为两个断开的窄层，其宽度约为最宽层的层为两个断开的窄层，其宽度约为最宽层的30。 长度：长度：带束层长度带束层长度(带束层直径带束层直径)对对箍紧系数箍紧系数有直接有直接 的影响，由于它受硫化模型和工艺操作要求的的影响，由于它受硫化模型和工艺操作要求的 限制，限制，只能根据胎坯直径到模型

14、胎面花纹沟底只能根据胎坯直径到模型胎面花纹沟底 深之间隙来取值深之间隙来取值。一般情况下，。一般情况下，带束层的膨胀带束层的膨胀 率在率在3以下为好，以下为好，1为最理想。为最理想。现举三种硫现举三种硫 化模型的带束层膨胀率取值：两半模型化模型的带束层膨胀率取值：两半模型3.55 ； I型活络模型活络模23；型或型或Pielli型活络模型活络模 11.5。 带束层的排列形式 带束层的排列形式对子午线轮胎的磨耗、带束层的排列形式对子午线轮胎的磨耗、 行驶性能和其本身脱层等都有很大影响。带束层行驶性能和其本身脱层等都有很大影响。带束层 的的排列形式多样，如梯形、等宽叠层式、交叉排排列形式多样，如梯

15、形、等宽叠层式、交叉排 列式、折叠式、包边式等；带束层的排列方向列式、折叠式、包边式等；带束层的排列方向， 如以四层结构为例有：如以四层结构为例有：左右左右左右左右()、右、右 左右左左右左()、右右左左、右右左左()、左左、左左 右右右右()、右右左右、右右左右()、及左左、及左左 右左右左()等等，都对轮胎的操纵稳定性有直，都对轮胎的操纵稳定性有直 接的影响。接的影响。 、带束层钢丝帘线结构。 钢丝帘线规格一般选择直径在钢丝帘线规格一般选择直径在0.220.38mm。 常用的帘线结构有：常用的帘线结构有： 过渡层：过渡层：390.221 0.15； 工作层：工作层：30.2060.38，

16、39150.2210.1， 740.2210.153； 保护层保护层(高伸长钢丝高伸长钢丝)：440.221HE， 370.22HE， 340.22HE。 带束层用胶料 (1)中间胶中间胶 放在胎体与第一带束层之间，也有放在胎面与放在胎体与第一带束层之间，也有放在胎面与 上带束层之间的。中间胶能提高粘附性能，增加带束上带束层之间的。中间胶能提高粘附性能，增加带束 层的刚性，减少层间剪切力。层的刚性，减少层间剪切力。 (2)肩垫胶 具有低定伸、高耐疲劳而柔软的肩垫胶，是置具有低定伸、高耐疲劳而柔软的肩垫胶，是置 于带束层末端之下，将胎体帘布层与带束墙头隔开，于带束层末端之下，将胎体帘布层与带束墙

17、头隔开， 使胎肩与胎侧的连接弧度较为平坦，转移或吸收胎肩使胎肩与胎侧的连接弧度较为平坦，转移或吸收胎肩 部的应力，防止连接区的早期损坏。部的应力，防止连接区的早期损坏。 (3)层间垫胶 由于载重于午线轮胎带束层层数较多，端部受力和变形均较大，尤由于载重于午线轮胎带束层层数较多，端部受力和变形均较大，尤 其是在工作层其是在工作层(2(23 3层层) )，因此在工作层之间放置垫胶。垫胶要求硬度高、模量，因此在工作层之间放置垫胶。垫胶要求硬度高、模量 高、变形小。高、变形小。 (4)封口胶 由于带束层钢丝端头是没有镀层的，且末固定。因此，端头应加贴由于带束层钢丝端头是没有镀层的，且末固定。因此，端头

18、应加贴 粘合性能好、高耐疲劳、强力高的封口胶。从一定意义上讲，封口胶决定着子粘合性能好、高耐疲劳、强力高的封口胶。从一定意义上讲，封口胶决定着子 午线轮胎成败的关键。午线轮胎成败的关键。 (2)(2)轿车子午线轮胎带束层设计轿车子午线轮胎带束层设计 带束层材料 作为轿车子午线轮胎带束层材料是比较多作为轿车子午线轮胎带束层材料是比较多 的，有人造丝、玻璃纤维、芳纶的，有人造丝、玻璃纤维、芳纶(B纤维纤维)、钢丝、钢丝 等，其中以用钢丝居多，芳纶则很有发展前途，等，其中以用钢丝居多，芳纶则很有发展前途， 因轻量化对轮胎是一项很重要的指标。现推广因轻量化对轮胎是一项很重要的指标。现推广 使用的钢丝帘

19、线结构有：使用的钢丝帘线结构有： 40.25，50.25，270.220.15，220.25/0.28 等等；发展的结构有；发展的结构有220.25/0.28，20.30HE， 30.30HE，270.22等。等。 带束层的层数、角度、密度 纤维带束层：纤维带束层：一般为一般为4 46 6层，角度为层，角度为13131818。层间。层间 交叉交叉 排列；排列； 钢丝带束层：钢丝带束层：一般为一般为2 2层，角度为层，角度为15152222。 帘线角度还与轮胎速度级别有关：帘线角度还与轮胎速度级别有关：S S级轮胎为级轮胎为2424，H H 级为级为2222，V V级为级为2020。 纤维带束层

20、密度纤维带束层密度一般为一般为8 81414根根/cm(/cm(据帘线的强度与据帘线的强度与 直径而定直径而定) )，钢丝带束层密度一般为，钢丝带束层密度一般为5 58 8根根cm(cm(亦据亦据 帘线的强度与直径而定帘线的强度与直径而定) )。帘线密度的选取应考虑其与。帘线密度的选取应考虑其与 胶料的粘合性能。胶料的粘合性能。 带束层的排列形式 A、普通叠层式：普通叠层式： 以两层钢丝带束层交叉排列的端部保持一以两层钢丝带束层交叉排列的端部保持一 定的差级。优点是操作简便；散热性好，也很定的差级。优点是操作简便；散热性好，也很 耐用。耐用。 B、钢丝纤维混合式：、钢丝纤维混合式： 为了提高轮

21、胎行驶稳定性，对高速轿车胎为了提高轮胎行驶稳定性，对高速轿车胎 采用采用两层钢丝带束层上再加两层钢丝带束层上再加12层尼龙帘布层尼龙帘布(称称 冠带层冠带层)，排列角度与胎冠中心线呈，排列角度与胎冠中心线呈0。尼龙。尼龙 层宽度稍大于或等于钢丝层。优点是能防止驻层宽度稍大于或等于钢丝层。优点是能防止驻 波的产生和脱层的危险，是目前高速轿车胎较波的产生和脱层的危险，是目前高速轿车胎较 常用的形式。常用的形式。 C C、折叠式、折叠式： 是多层纤维带束层常用的是多层纤维带束层常用的(见下图见下图a)，可增强，可增强 端边刚性，从而提高胎面磨耗均匀性与高速行驶端边刚性，从而提高胎面磨耗均匀性与高速行

22、驶 稳定性，也可防止端部脱层。两层钢丝带束层，稳定性，也可防止端部脱层。两层钢丝带束层， 一般下层向上折叠包住上层一般下层向上折叠包住上层(见图见图b)，反包部分，反包部分 宽度约为胎面宽的宽度约为胎面宽的14。 折叠式带束层的排列形式 折叠式反包带束层 D、包边式带束层： 帘线角度上层帘线角度上层2828，下层为，下层为3232，U U型包边帘线角度为型包边帘线角度为 1717 。这是米西林公司为克服折叠式易弯曲断裂而新设计的。这是米西林公司为克服折叠式易弯曲断裂而新设计的 ( (见图见图) )。 子午线轮胎若无带束层，其断面轮廓直径最大，宽子午线轮胎若无带束层，其断面轮廓直径最大，宽 度最

23、小度最小( (见图见图) )。因受带束层的箍紧作用，使断面轮廓形。因受带束层的箍紧作用，使断面轮廓形 状变化较大，因此假设有一箍紧系数状变化较大，因此假设有一箍紧系数(k)(k)对断面形状施加对断面形状施加 影响：影响： k(H0-H)/H 式中式中 H H0 0无带束层的充气轮胎断面高无带束层的充气轮胎断面高 H H有带束层的充气轮胎断面高有带束层的充气轮胎断面高 a b c d 带束层对胎体断面轮廓形式的影响 3、带束层的箍紧系数 随着箍紧系数的变化，胎体和带束层受力情况也会发生 变化 箍紧系数对胎体、带束层帘线应力和轮胎刚性的影响箍紧系数对胎体、带束层帘线应力和轮胎刚性的影响 T胎体帘线

24、应力；胎体帘线应力；T0带束层周向应力；带束层周向应力；T1带束层帘线应力；带束层帘线应力；径向刚性径向刚性 在相同条件下，增大子午线轮胎的在相同条件下，增大子午线轮胎的k k值，可值，可 导致胎体帘线张力减小，带束层帘线张力增大，导致胎体帘线张力减小，带束层帘线张力增大， 带束层承受的周向力增大及径向刚性减小。可带束层承受的周向力增大及径向刚性减小。可 见见k k值变化必然会影响轮胎的性能，故值变化必然会影响轮胎的性能，故k k值选取值选取 要恰当，一般而言，要恰当，一般而言，轿车胎为轿车胎为0.110.110.160.16；载；载 重轮胎为重轮胎为0.070.080.070.08。这是因为

25、轿车胎充气压。这是因为轿车胎充气压 较低，为了行驶安全，故较低，为了行驶安全，故k k值宜大；裁重胎值宜大；裁重胎k k值值 小，有利于应力的合理分布。活胎面的子午胎，小，有利于应力的合理分布。活胎面的子午胎， k k值宜大些。值宜大些。 4、带束层的刚性 带束层的刚性与轮胎的充气轮廓、断面宽、胎面带束层的刚性与轮胎的充气轮廓、断面宽、胎面 曲率、接地面积等都有密切的关系。带束层的伸张刚度曲率、接地面积等都有密切的关系。带束层的伸张刚度 (E(E B Bp p ) )和弯曲刚度和弯曲刚度(E(EI I) )的计算公式如下：的计算公式如下： 式中：E带束工作层帘线的强力，N根； i带束工作层帘线

26、密度，根/cm； 带束工作层帘线角度，() G胎面胶剪切模量，MPa， b带束工作层宽度，cm； n带束层工作层层数； h 弹性层厚度，cm。 () () Bp 3 I 4 4 Ea b 1th /a Ea b13 cth1/a /a /12 aE n i sin cE n i cos b G/h c/2 a a b b a = - 轾 =- 臌 =鬃 =鬃 = 影响带束层刚性的因素有帘线品种和结构影响带束层刚性的因素有帘线品种和结构 及角度、密度、宽度、层数、排列方式、箍紧系及角度、密度、宽度、层数、排列方式、箍紧系 数等。数等。 对对260-508260-508钢丝带束层的纤维子午线轮胎钢

27、丝带束层的纤维子午线轮胎 研制表明，带束层伸张刚度高于研制表明，带束层伸张刚度高于25.025.010102 2KNKN时，时， 对充气后轮胎外轮廓、外缘尺寸和接地面积没有对充气后轮胎外轮廓、外缘尺寸和接地面积没有 影响，但低于此值时，则断面增高且变窄、胎面影响，但低于此值时，则断面增高且变窄、胎面 曲率增大，因而接地面积也随之变化。曲率增大，因而接地面积也随之变化。 另外，带束层弯曲刚度对轮胎接地面的摩擦性能与另外，带束层弯曲刚度对轮胎接地面的摩擦性能与 花纹磨耗影响很大。从图中可看出小低于花纹磨耗影响很大。从图中可看出小低于404010102 2N Nm m2 2时时 的相对磨耗强度增加。

28、的相对磨耗强度增加。E EBpBp低于低于2020252510102 2kNkN、E EI I低于低于 404010102 2 N Nm m2 2时，轮胎的使用性能会随之恶化。时，轮胎的使用性能会随之恶化。 EI与胎面相对磨耗强度的关系 5、带束层帘线应力与安全系数计算 计算公式。计算公式。 22 bk0 F T0.1PRR 2 式中式中 Tb带束层内压总应力，带束层内压总应力，N； P轮胎内压，轮胎内压，KPa； Rk胎里半径，胎里半径，cm； R0零点半径，零点半径，cm。 F充气轮胎内轮廓截面积，充气轮胎内轮廓截面积，cm2 F F可按右图断面内轮廓图直接用求积仅或按下列公式求得可按右图

29、断面内轮廓图直接用求积仅或按下列公式求得 F=2(RmB+Faac) 式中式中 B内轮廓断面宽；内轮廓断面宽； Faac由图中表示。由图中表示。 载重子午线轮胎可用下式近似计载重子午线轮胎可用下式近似计 算算F:F: F/2= B(0.8Rk0.2Rm) bbbb b b inb T N 2 sin 带束层每根钢丝应力计算公式为：带束层每根钢丝应力计算公式为： 式中式中 : Nb带束层单根钢丝所受应力，带束层单根钢丝所受应力，N； bb带束层平均宽度，带束层平均宽度，cm； nb带束层层数；带束层层数； ib带束层帘线密度，根带束层帘线密度，根/cm； b 带束层角度，度。带束层角度，度。 式

30、中式中 St 带束层单根帘线扯断强力，带束层单根帘线扯断强力，N根根 Nb单根帘线所受强度，单根帘线所受强度，N/根根 K值的确定根据采用计算公式而定，如用值的确定根据采用计算公式而定，如用 美国公式，载重轮胎一般要求美国公式，载重轮胎一般要求6倍以上，轿车轮倍以上，轿车轮 胎则要胎则要10倍以上；如采用苏联公式，载重轮胎倍以上；如采用苏联公式，载重轮胎 为为1520倍。倍。 b t N S K 安全系数(及)计算： 应用举例应用举例 以以9.00R20轮胎为例，已知轮胎内压轮胎为例，已知轮胎内压P 686.5kPa,胎里半径胎里半径Rk48cm，零点半径，零点半径R038.3cm,F 实测为

31、实测为2212.95cm。 则带束层内压总应力为则带束层内压总应力为 带束层基本层平均宽度带束层基本层平均宽度b bb b为为14.8cm,n14.8cm,nb b为二层，基本层帘为二层，基本层帘 线角度为线角度为7070，基本层密度，基本层密度6565根根/cm/cm。 则带束层每根钢丝应力为则带束层每根钢丝应力为: : )(9 .18491 )3 .3848( 2 95.2212 5 .6861 . 0 22 N TB bbbb b b inb T N 2 sin 84.108 70sin5 . 628 .14 9 .18491 2 又知使用的钢丝强力为又知使用的钢丝强力为1765.2N，

32、则安全倍数，则安全倍数 为为: b t N S K 218.16 84.108 2 .1765 六、子午线轮胎胎体帘线的应力计算六、子午线轮胎胎体帘线的应力计算 子午线轮胎的胎体帘线呈子午线轮胎的胎体帘线呈90(径向径向)排列，故其承受由内压引起的应力比排列，故其承受由内压引起的应力比 斜交胎小一些，这是子午线轮胎胎体帘布层数减少的主要原因，可用计算来说斜交胎小一些，这是子午线轮胎胎体帘布层数减少的主要原因，可用计算来说 明。明。 子午线轮胎用纤维胎体、钢丝带束层结构，这是一种比子午线轮胎用纤维胎体、钢丝带束层结构，这是一种比 较理想的结构，它有许多优点。见表所示。较理想的结构，它有许多优点。

33、见表所示。 子午线轮胎用纤维胎体钢丝带束层结构性能子午线轮胎用纤维胎体钢丝带束层结构性能 项项 目目尼龙斜交胎尼龙斜交胎带束斜交胎带束斜交胎全纤维子午胎全纤维子午胎纤维胎体钢丝带纤维胎体钢丝带 束子午胎束子午胎 牵引性抓着性牵引性抓着性100120140180 舒适性舒适性100100110110 抗刺扎性抗刺扎性100120140150 高速性高速性100110125150 价格价格100110115130 耐磨性耐磨性100130145200 负荷能力负荷能力100110110120 节油性节油性100105115 耐久性耐久性100100130160 六、子午线轮胎胎体帘线的应力计算 1

34、、胎体骨架材料的选取 2 2、帘线应力的计算 3 3、安全系数的取值 1 1、胎体、胎体骨架材料的选取骨架材料的选取 用于子午线轿车胎胎体的骨架材料很多，有人造丝、聚酯、和尼龙。用于子午线轿车胎胎体的骨架材料很多，有人造丝、聚酯、和尼龙。胎体胎体 骨架材料的作用：骨架材料的作用：增加轮胎的强度；提高轮胎的刚性；承担负荷、限制轮胎的增加轮胎的强度；提高轮胎的刚性；承担负荷、限制轮胎的 变形。变形。 因此轮胎的性能和质量，在很大程度上为骨架材料所制约、是提高质量的因此轮胎的性能和质量，在很大程度上为骨架材料所制约、是提高质量的 重要保证之一。重要保证之一。 美国、日本子午线轮胎多用聚酯帘线，而西欧

35、国家主要用人造丝帘线。我国目美国、日本子午线轮胎多用聚酯帘线，而西欧国家主要用人造丝帘线。我国目 前前轿车子午胎胎体也聚酯帘线。轿车子午胎胎体也聚酯帘线。 人造丝干强度较高，湿强度较低，弹性模量较高，回弹率、伸长率较低，耐热人造丝干强度较高，湿强度较低，弹性模量较高，回弹率、伸长率较低，耐热 性好，但耐磨性较差，与橡胶粘合，耐酸碱较差。子午线轮胎常用人造丝规格、性性好，但耐磨性较差，与橡胶粘合，耐酸碱较差。子午线轮胎常用人造丝规格、性 能如下表所示。能如下表所示。 1840dtex/3人造丝性能 主要指标主要指标优等品优等品一等品一等品合格品合格品 绝干强度，绝干强度，N 44N定荷伸长率，定

36、荷伸长率，% 绝干裂伸长率，绝干裂伸长率，% 直径，直径，mm 初捻捻度，捻初捻捻度，捻/m 复捻捻度，捻复捻捻度，捻/m 经线捻向经线捻向 235.4 2.00.5 122 0.780.03 29020 29020 ZS 225.6 2.00.7 122 0.780.04 29020 29020 ZS 215.8 2.00.8 122 0.780.05 29020 29020 ZS A)尼龙帘线尼龙帘线: 尼龙帘线的主要特点是强度高，吸湿率低，故湿尼龙帘线的主要特点是强度高，吸湿率低，故湿 强度也很高，弹性好，耐曲挠性能比人造丝高强度也很高，弹性好，耐曲挠性能比人造丝高1010倍，倍， 耐磨

37、性优于其它纤维，但在高温下收缩率、伸长率大，耐磨性优于其它纤维，但在高温下收缩率、伸长率大， 和橡胶粘合差，所以在使用前必须进行浸胶和热伸张和橡胶粘合差，所以在使用前必须进行浸胶和热伸张 处理。处理。 B)聚酯纤维聚酯纤维: 聚酯纤维由二元酸和二元醇合成制得。其主要聚酯纤维由二元酸和二元醇合成制得。其主要 特点是强度高、回弹性和耐疲劳性能良好，初始模量特点是强度高、回弹性和耐疲劳性能良好，初始模量 高，尺寸稳定性好，但行驶过程中生热高，耐久性差，高，尺寸稳定性好，但行驶过程中生热高，耐久性差， 故限制了聚酯帘线的使用范围。故限制了聚酯帘线的使用范围。 C)芳纶帘线芳纶帘线: 这是一种新型的适用

38、于各种类型子午线轮胎用的这是一种新型的适用于各种类型子午线轮胎用的 胎体材料。其胎体材料。其主要特点主要特点是强度高，伸长率小，收缩率低，是强度高，伸长率小，收缩率低， 初始模量高，耐热性和热稳定性好，化学稳定性好，耐初始模量高，耐热性和热稳定性好，化学稳定性好，耐 辐射，但和橡胶粘合性能差。辐射，但和橡胶粘合性能差。 D)钢丝帘线钢丝帘线: 主要用于子午线轮胎的胎体及带束层，也可用于主要用于子午线轮胎的胎体及带束层，也可用于 普通结构工程轮胎的带束层。其普通结构工程轮胎的带束层。其主要特点主要特点是耐热性和导是耐热性和导 热性极好，强度高，且强度受温度影响极小热性极好，强度高，且强度受温度影

39、响极小( (当温度升当温度升 高到其它纤维熔化点时，钢丝还能保持原强度的高到其它纤维熔化点时，钢丝还能保持原强度的93%)93%)， 初始模量高，伸长率极小，有利于轮胎尺寸稳定性能。初始模量高，伸长率极小，有利于轮胎尺寸稳定性能。 其缺点是密度大其缺点是密度大; ; 与橡胶粘合及耐疲劳腐蚀，化学腐蚀与橡胶粘合及耐疲劳腐蚀，化学腐蚀 差。差。 为防止钢丝松散以及增加钢丝帘线同橡胶粘为防止钢丝松散以及增加钢丝帘线同橡胶粘 合，有时在帘线外层缠绕一根螺旋钢丝，这种合，有时在帘线外层缠绕一根螺旋钢丝，这种 结构钢丝用于胎体较好。轮胎的胎圈钢丝通常结构钢丝用于胎体较好。轮胎的胎圈钢丝通常 采用直径为采用

40、直径为1.0mm的粗钢丝，其的粗钢丝，其扯断强力扯断强力 17.6522.06MPa，表面镀黄铜或仅镀铜。，表面镀黄铜或仅镀铜。 中国的钢丝帘线是用轮胎帘线专用钢作材中国的钢丝帘线是用轮胎帘线专用钢作材 质制造的。规格如下表所列。质制造的。规格如下表所列。 国产轮胎钢丝帘线规格和性能 公称直径，公称直径，mm结结 构构捻捻 向向扯断强力，扯断强力，N100m 质量，质量，kg 0.45 0.60 0.65 0.90 0.90 0.90 1.05 1.20 1.20 1.20 1.35 1.40 1.55 14（0.22） 14（0.25） 15（0.25） 137(0.15) 173(0.15

41、) 3(0.15)+6(0.30) 73(0.15) 1+3+9+93(0.15) 1+3+57(0.15) 1+3+9+93(0.15) 77(0.15) 74(0.20) 74(0.20) S S S Z/S Z/S Z/S Z/S S/S/Z Z/Z/S Z/Z/S Z/Z/S Z/S S/Z 392.26 441.29 637.43 784.57 882.59 980.66 1176.79 1470.99 1569.06 1569.06 2157.46 2059.39 2451.66 0.12 0.155 0.192 0.27 0.295 0.375 0.410 0.57 0.535

42、0.54 0.60 0.61 0.86 注:S为左捻,Z为右捻. 总之，作为轮胎骨架材料必须具备强度，尺寸稳定总之，作为轮胎骨架材料必须具备强度，尺寸稳定 性和耐屈挠性能等基本性能。当前在普通斜交轮胎中，性和耐屈挠性能等基本性能。当前在普通斜交轮胎中， 尼龙是骨架材料的主要品种，而在子午线轮胎中，钢丝尼龙是骨架材料的主要品种，而在子午线轮胎中，钢丝 帘线是带束层和胎体帘线的主要品种，人造丝，聚酯和帘线是带束层和胎体帘线的主要品种，人造丝，聚酯和 玻璃纤维均占一定比例，芳纶有一定发展，是一种很有玻璃纤维均占一定比例，芳纶有一定发展，是一种很有 前途的轮胎骨架材料。无论哪一种骨架材料都各有其优前途

43、的轮胎骨架材料。无论哪一种骨架材料都各有其优 缺点，使用时应根据轮胎的规格和结构要求，选择合适缺点，使用时应根据轮胎的规格和结构要求，选择合适 的骨架材料，充分发挥其特点，以保证轮胎有最佳的行的骨架材料，充分发挥其特点，以保证轮胎有最佳的行 驶特性相经济效益。驶特性相经济效益。 芳纶是一种新型的帘线，由于它的强度高、伸芳纶是一种新型的帘线，由于它的强度高、伸 长率小（长率小（4%）、模量大、收缩率小，很适于制造子午）、模量大、收缩率小，很适于制造子午 线轿车胎，是一种很有发展前途的骨架材料。线轿车胎，是一种很有发展前途的骨架材料。 2、帘线应力的计算、帘线应力的计算 计算原理也是基于计算原理也

44、是基于薄膜网络理论薄膜网络理论，只在斜，只在斜 交轮胎帘线应力计算式中的帘线角度为交轮胎帘线应力计算式中的帘线角度为90。 任意点胎体帘线应力任意点胎体帘线应力(T)： TP（Rk2Rm2）/2Rni 胎体帘线最大应力（胎体帘线最大应力（Tmax）：）： TmaxP（ Rk2Rm2 ）/2Rknik 式中：式中： P 内压，内压，kPa； Rk胎里半径，胎里半径，cm； Rm零点半径，零点半径， cm； n胎体层数（不包括带束层）胎体层数（不包括带束层） i胎冠帘线密度，根胎冠帘线密度，根/cm 安全倍数K： 式中式中 S单根帘线强力，单根帘线强力，N； N单根帘线所受应力，单根帘线所受应力，

45、N； N S K 3、安全系数的取值 子午线轮胎胎体的安全系数可比斜交胎略低些，下面子午线轮胎胎体的安全系数可比斜交胎略低些，下面 列举不同类型的列举不同类型的K的取值。的取值。 载重轮胎： 良好路面良好路面 1012， 不良路面不良路面 1418， 长途运输长途运输 1618； 矿山、森林采伐矿山、森林采伐 1820。 轿车轮胎： 完善路面完善路面 1012 不良路面不良路面 1214 高级轿车高级轿车 1214。 七、子午线轮胎胎圈结构设计与钢丝圈应力 计算 子午线轮胎胎圈部除承受着子午线轮胎胎圈部除承受着充气压力、制动力矩、充气压力、制动力矩、 侧滑和离心力以及胎圈与轮轴配合上所造成的复

46、杂应力侧滑和离心力以及胎圈与轮轴配合上所造成的复杂应力 外外，还由于胎体帘线子午排列，胎体帘布层少，胎体柔，还由于胎体帘线子午排列，胎体帘布层少，胎体柔 软，致使轮胎在软，致使轮胎在行驶中一直处于反复曲挠状态之中行驶中一直处于反复曲挠状态之中。在。在 这样的应力状态下，胎侧下部，子口部分和钢丝圈受力这样的应力状态下，胎侧下部，子口部分和钢丝圈受力 很大，使得帘布包边部位的端点易产生脱离，由于胎侧很大，使得帘布包边部位的端点易产生脱离，由于胎侧 柔软，柔软， 在行驶时尤其是高速行驶时就会增加不稳定性，在行驶时尤其是高速行驶时就会增加不稳定性， 不利于车辆灵敏控制，因此胎圈部必须大大增强，同时，不

47、利于车辆灵敏控制，因此胎圈部必须大大增强，同时， 又要使增强的胎圈与柔软的胎侧之间有一个适宜的刚性又要使增强的胎圈与柔软的胎侧之间有一个适宜的刚性 过渡，以防胎圈断裂和出现其它类型的损坏，改善轮胎过渡，以防胎圈断裂和出现其它类型的损坏，改善轮胎 行驶性能。行驶性能。 1 1、子午线轮胎胎圈结构、子午线轮胎胎圈结构 因子午线轮胎胎圈强度要加强，故子午线轮因子午线轮胎胎圈强度要加强，故子午线轮 胎胎圈部结构比普通斜交轮胎复杂，各部件设计胎胎圈部结构比普通斜交轮胎复杂，各部件设计 也有所不同。胎圈结构如图所示。也有所不同。胎圈结构如图所示。 三角胶芯设计：三角胶芯设计： 在普通斜交轮胎中三角胶芯仅起

48、填充作用，往在普通斜交轮胎中三角胶芯仅起填充作用，往 往掺入一些低质胶及大量填料，含胶率很低。而往掺入一些低质胶及大量填料，含胶率很低。而子午线子午线 轮胎的三角胶芯则是加强胎圈强度的主要措施之一轮胎的三角胶芯则是加强胎圈强度的主要措施之一。因。因 此三角胶芯尺寸比斜交轮胎大，上端位置约在此三角胶芯尺寸比斜交轮胎大，上端位置约在下胎侧高下胎侧高 度的度的75%75%位置处位置处，大大超越轮辋高度。为了达到刚性的均，大大超越轮辋高度。为了达到刚性的均 匀过渡，采用软硬两种胶料复合结构。匀过渡，采用软硬两种胶料复合结构。硬胶芯硬度一般硬胶芯硬度一般 在在80(80(邵尔邵尔A)A)左右，软胶芯硬度

49、为左右，软胶芯硬度为70(70(邵尔邵尔A)A)左右，两者左右，两者 采取逐渐交错复合形式，下部的硬胶芯为三角形，上部采取逐渐交错复合形式，下部的硬胶芯为三角形，上部 的软胶芯为长菱形。的软胶芯为长菱形。 复合三角胶芯的尺复合三角胶芯的尺 寸，形状，硬度以及软硬寸，形状，硬度以及软硬 配合过渡方法对整体胎圈配合过渡方法对整体胎圈 质量影响很大，在设计时质量影响很大，在设计时 应根据具体情况而定。一应根据具体情况而定。一 般般轿车子午线轮胎可采用轿车子午线轮胎可采用 一个三角胶芯，硬度一个三角胶芯，硬度8080 90(90(邵尔邵尔A)A)左右。载重子左右。载重子 午线轮胎则采用复合三角午线轮胎

50、则采用复合三角 胶芯，胶芯，如图所示。如图所示。 钢圈包布：钢圈包布：为提高钢圈包布的刚性，一般采用钢丝、玻璃纤维或化为提高钢圈包布的刚性，一般采用钢丝、玻璃纤维或化 纤等低伸张的帘布。纤等低伸张的帘布。 护圈垫胶：护圈垫胶：在胎圈与轮辋接触部位，增贴耐磨胶料，称为护圈垫胶，在胎圈与轮辋接触部位，增贴耐磨胶料，称为护圈垫胶， 包覆胎圈外侧及底部，以保护胎圈免受轮辋磨损，一般胶垫厚度为包覆胎圈外侧及底部，以保护胎圈免受轮辋磨损，一般胶垫厚度为1.51.53mm3mm。 补强层：补强层： 采用补强层补强胎圈的刚性，补强层与普通采用补强层补强胎圈的刚性，补强层与普通 斜交轮胎的胎圈包布作用及结构相似

51、，也可称斜交轮胎的胎圈包布作用及结构相似，也可称 为补强包布。为补强包布。采用低伸张的钢丝，化纤或玻璃采用低伸张的钢丝，化纤或玻璃 帘布，覆胶硬度帘布，覆胶硬度757580(80(邵尔邵尔A)A)，帘线角度一，帘线角度一 般为般为70707575，也有的取，也有的取30304545，一般，一般 包贴在胎圈外侧，也有的内外各贴一层，其高包贴在胎圈外侧，也有的内外各贴一层，其高 度可超越轮辋边缘高度度可超越轮辋边缘高度; ; 上端向胎侧延伸至胎上端向胎侧延伸至胎 体帘布包边端点，呈差级排列，体帘布包边端点，呈差级排列，可提高胎侧刚可提高胎侧刚 性，减小变形，防止下胎侧脱层断裂。钢丝帘性，减小变形，

52、防止下胎侧脱层断裂。钢丝帘 布条补强胎圈结构如图布条补强胎圈结构如图5-155-15所示。所示。 2、胎圈结构设计 子午线轮胎胎圈结构子午线轮胎胎圈结构( (见图见图) )要比斜交胎复杂要比斜交胎复杂 得多。为了使其具有所需的刚性，除采用大而硬得多。为了使其具有所需的刚性，除采用大而硬 的三角胶芯外，还需有刚性较高的加强层。有的的三角胶芯外，还需有刚性较高的加强层。有的 是在胎圈外侧或内外侧贴加强层。加强层一般用是在胎圈外侧或内外侧贴加强层。加强层一般用 钢丝帘布、尼龙帘布，同时用不同形状的差级填钢丝帘布、尼龙帘布，同时用不同形状的差级填 充胶来作胎圈与胎侧之间的过渡。为防止胎圈磨充胶来作胎圈

53、与胎侧之间的过渡。为防止胎圈磨 损，其与轮辋接触部位增贴一层损，其与轮辋接触部位增贴一层子口护胶，子口护胶，也可也可 贻无纺布。以下介绍几种常见的胎圈结构。贻无纺布。以下介绍几种常见的胎圈结构。 1软三角胶，软三角胶， 2硬三角胶，硬三角胶， 3钢丝圈，钢丝圈， 4内包布，内包布， 5端部隔离胶条，端部隔离胶条， 6子口护胶，子口护胶， 7差级填充胶，差级填充胶， 8加强层加强层 子午线轮胎胎圈结构 (1)(1)钢丝加强层胎圈结构钢丝加强层胎圈结构 这种结构常用于钢丝载重轮胎。由于结构简单、这种结构常用于钢丝载重轮胎。由于结构简单、 施工方便，被广泛采用。加强层一般为一层施工方便，被广泛采用。

54、加强层一般为一层( (也有二也有二 层层) )，贴在胎圈外侧，贴在胎圈外侧( (见图见图a)a)，也有贴在内、外侧，也有贴在内、外侧，优优 点是产生端点脱层裂口的可能性小，与胎侧的刚性过点是产生端点脱层裂口的可能性小，与胎侧的刚性过 渡容易配合渡容易配合。加强层高度一般比轮辋轮缘高加强层高度一般比轮辋轮缘高10mm10mm以上，以上， 较适用于一次法成型较适用于一次法成型，贴在内、外侧，贴在内、外侧( (见图见图b)b)，胎圈材，胎圈材 料分布比较匀称，适用于一次或二次成型，进一步改料分布比较匀称，适用于一次或二次成型，进一步改 进方案（见图进方案（见图c c），其特点是加强层之间有填充胶条，

55、），其特点是加强层之间有填充胶条， 以防内摩擦，但施工操作较困难。以防内摩擦，但施工操作较困难。 不同型式的钢丝加强层胎圈结构不同型式的钢丝加强层胎圈结构 1 1胎体帘布层；胎体帘布层；2 2软三角胶；软三角胶；3 3硬三角胶；硬三角胶；4 4钢丝圈；钢丝圈； 5 5加强层；加强层；6 6子口护胶；子口护胶；7 7差级填充胶差级填充胶 （2）钢丝尼龙加强层胎圈结构 为了使下胎侧与胎侧中为了使下胎侧与胎侧中 区之间刚性过渡不致突变，区之间刚性过渡不致突变， 同时不使钢丝加强层上端进同时不使钢丝加强层上端进 入较高的下胎侧区而产生脱入较高的下胎侧区而产生脱 层，可采用此种结构层，可采用此种结构(

56、(见图见图) )。 它是让钢丝加强层的上端低它是让钢丝加强层的上端低 于胎体帘布层的反包高度，于胎体帘布层的反包高度， 而两层尼龙加强层延伸至下而两层尼龙加强层延伸至下 胎侧，达到刚性的逐步过渡。胎侧，达到刚性的逐步过渡。 钢丝钢丝尼龙加强层胎圈结构尼龙加强层胎圈结构 1 1一帘布层；一帘布层；2 2一尼龙加强层，一尼龙加强层， 3 3一钢丝加强层：一钢丝加强层：4 4钢丝圈；钢丝圈； 5 5子口护胶；子口护胶；6 6硬三角胶；硬三角胶； 7 7软三角胶；软三角胶；8 8端部包胶端部包胶 （3）纤维载重子午线轮胎胎圈结构 由多层帘布组成，由多层帘布组成， 附有小胎圈式的钢丝附有小胎圈式的钢丝

57、加强层加强层( (见图见图) )。为了。为了 防止胎体帘布层与钢防止胎体帘布层与钢 丝加强层之间产生脱丝加强层之间产生脱 层，增没一层附加胶层，增没一层附加胶 件；还设有外包布来件；还设有外包布来 防止子口损伤。防止子口损伤。 纤维载重子午胎胎圈结构 1帘布层包边；2钢丝加强层内侧胶件；3胶条： 4钢丝加强层；5钢丝圈；6三角胶：7外包布 (4)(4)无内胎钢丝载重子午线轮胎胎圈结构无内胎钢丝载重子午线轮胎胎圈结构 该结构见图该结构见图,其三角胶芯由两种硬度的胶料组成，其三角胶芯由两种硬度的胶料组成， 接近钢丝圈部位的三角胶芯接近钢丝圈部位的三角胶芯硬度为硬度为8595度度(邵尔邵尔A)， 可

58、提高轮胎的抗侧向应力性能；可提高轮胎的抗侧向应力性能；软三角芯胶硬度为软三角芯胶硬度为 5565度度，置放位置与前者同，但其上端延伸超过前，置放位置与前者同，但其上端延伸超过前 者，作用是为了将帘布层与硬胶芯隔开，可大大减少者，作用是为了将帘布层与硬胶芯隔开，可大大减少 胎圈的脱层。钢丝加强层的上端应比轮辋凸缘高出胎圈的脱层。钢丝加强层的上端应比轮辋凸缘高出 35mm；硬胶片上端比加强层约高出；硬胶片上端比加强层约高出15mm；三角硬胶；三角硬胶 芯上端超过加强层高度约芯上端超过加强层高度约20mm。 11R22.5无内胎钢丝载重胎胎圈断面 1帘布层；2钢丝图；3帘布包边; 4轮辋；5钢丝加强

59、层；6硬胶片； 7由软胶8和硬胶9组成的三角胶芯 1硬三角胶芯；2钢丝圈， 3钢丝圈内包布； 4钢丝圈外包布 轿车子午线轮胎胎圈结构 （5 5）轿车子午线轮胎胎圈结构）轿车子午线轮胎胎圈结构 轿车子午线轮胎一般为轿车子午线轮胎一般为1 12 2层纤维帘布层纤维帘布组成，钢丝圈被帘布层末端组成，钢丝圈被帘布层末端 外反包住，胎圈结构较简单。三角胶为一个硬胶芯，设有内包布将钢丝圈包住，外反包住，胎圈结构较简单。三角胶为一个硬胶芯，设有内包布将钢丝圈包住， 以防变形；还有外包布或子口护胶以防变形；还有外包布或子口护胶( (见上页见上页) )。 因子午线轮胎的胎圈应力大子斜交胎，所以因子午线轮胎的胎圈

60、应力大子斜交胎，所以 需增加钢丝根数或直径，还可用单根缠绕法改需增加钢丝根数或直径，还可用单根缠绕法改 变钢丝圈的断面形状，以保证胎图强度。常见变钢丝圈的断面形状，以保证胎图强度。常见 的钢丝圈断面形状有以下几种。的钢丝圈断面形状有以下几种。 3、钢丝圈断面形状 各种钢丝圈断面形状各种钢丝圈断面形状 (1)(1)圆形断面圆形断面 此种断面强度高、排列紧密，可减小胎此种断面强度高、排列紧密，可减小胎 圈的设计宽度，从而能与胎侧的过渡平稳，对圈的设计宽度，从而能与胎侧的过渡平稳，对 成型时转动钢丝圈也感方便。钢丝排列方式见成型时转动钢丝圈也感方便。钢丝排列方式见 图图a a，中间芯钢丝直径为，中间