子午线轮胎结构设计

1、会计学1子午线轮胎结构设计子午线轮胎结构设计设计任务设计任务轮胎设计前的准备工作轮胎设计前的准备工作确定技术要求确定技术要求确定外胎外轮廓曲线确定外胎外轮廓曲线设计外胎胎面花纹设计外胎胎面花纹确定外胎内轮廓曲线确定外胎内轮廓曲线优选方案优选方案绘制外绘制外胎总胎总 图图确定成型机头型确定成型机头型式、直径、肩部式、直径、肩部曲线、绘制材料曲线、绘制材料分布图分布图确定水胎（胶确定水胎（胶囊）断面尺寸囊）断面尺寸、绘制断面轮、绘制断面轮廓图廓图确定内胎确定内胎断面尺寸断面尺寸、绘制内、绘制内胎总图胎总图确定垫带确定垫带断面尺寸断面尺寸、绘制内、绘制内胎总图胎总图制定内胎施制定内胎施工标准表工标准

2、表制定垫带施制定垫带施工标准表工标准表制定水胎（胶囊制定水胎（胶囊）施工标准表）施工标准表制定外胎施制定外胎施工标准表工标准表提出外胎、内胎、垫带及水胎（胶提出外胎、内胎、垫带及水胎（胶囊）制造附属工具的技术要求囊）制造附属工具的技术要求提出结构设计文件提出结构设计文件轮轮胎胎结结构构设设计计程程序序图图20.585W0.231K0.425 (1.02 10P)-=创?1.393RB(DB)9.8 10-?创3 .141sin1801111BWBB11WB30.2310.4259.810WK20.5851.39(1.0210)()dRdPBDB dBBd637. 070. 06 .135sin

3、180111170. 0BWBBHBd70. 096. 0式中：式中： K K负荷系数负荷系数( (此值与轮胎的结构和高宽比有关，此值与轮胎的结构和高宽比有关， 5050系列、系列、6060系列和系列和7070系列的斜交轮胎和子午线轮胎系列的斜交轮胎和子午线轮胎K=1.655K=1.655， 7878系列斜交轮胎系列斜交轮胎K=1.70K=1.70， 7878系列子午线轮胎和系列子午线轮胎和8282系列套用系列套用=1.743=1.743）B Bd d扁平轮胎在理想轮辋上的断面宽度，扁平轮胎在理想轮辋上的断面宽度，cmcmd d圆形轮胎设计断面高与扁平轮胎最大断面高之差，圆形轮胎设计断面高与扁

4、平轮胎最大断面高之差，cmcmH H最大断面高最大断面高 ( (普通断面轮胎最大断面高普通断面轮胎最大断面高H = 1.01H = 1.01设计断面高，设计断面高， 扁平轮胎最大断面高扁平轮胎最大断面高H=l.O2H=l.O2设计断面高设计断面高) )，cmcm320.5851.390.2310.4259.810(1.0210)()RWKPBDB3 .141sin1801111BWBB 将已知数值代入上列公式中，首先求取将已知数值代入上列公式中，首先求取S值，再求值，再求WD双胎负双胎负荷，最后计算单胎负荷荷，最后计算单胎负荷WS。 117.78180sin ()25.9B25.9141.3-

5、=?oo)(047.2596. 09 .25cm= =20（KN） )(8 .2214. 120KNWS（增加气压（增加气压70KPa） 320.5851.390.2311.10.4259.810(1.0210588)25.047(50.825.047)DWD外直径；外直径；B断面宽；断面宽；H断面高；断面高；d胎圈着合真径；胎圈着合真径；c两胎圈间距离；两胎圈间距离；b行驶面弧度宽度；行驶面弧度宽度；h行驶面弧度高度；行驶面弧度高度；H1断面中心以下断断面中心以下断 面高；面高；H2断面中心线以上断面中心线以上 断面高；断面高；L胎肩切线长度胎肩切线长度图图2-1 2-1 外胎模型各部位尺寸

6、代号外胎模型各部位尺寸代号BB / BBBB/ 计算公式：计算公式： B胎模型断面宽，胎模型断面宽，mmmmB轮胎充气断面宽，轮胎充气断面宽，mmmm 断面膨胀率断面膨胀率BB / 断面膨胀率断面膨胀率 B B/B/B值可通过调查和试值可通过调查和试验数据分析确定。此值验数据分析确定。此值受模型断面高宽比受模型断面高宽比H/BH/B、轮辋宽与断面宽比值、轮辋宽与断面宽比值W W1 1/B/B、帘线性、帘线性能和帘线胎冠角度等因素影响，能和帘线胎冠角度等因素影响，一般有以一般有以下几种规律。下几种规律。 一般一般H/Bl的人造丝斜交轮胎，的人造丝斜交轮胎，D/Dl，约为，约为0.9900,999

7、；尼龙斜交轮胎则不同，其；尼龙斜交轮胎则不同，其H/B值无论是大于或小于值无论是大于或小于1，充气外直径均增大，一般约增加充气外直径均增大，一般约增加0.12.5%。 模型断面高模型断面高H根据轮胎外直径根据轮胎外直径D和着合直径和着合直径d计算求得。计算求得。DDDD/ )(21dDH轮胎规格轮胎规格骨架材料骨架材料轮辋宽度轮辋宽度（W1）mm模型断模型断面宽面宽(B)mm模型外模型外直径直径(D)mmW1/BH/BD/DB/B9.00-206731.1350.9981.1067.50-20R1271869500.6831.1850.9941.0979.00-20N

87951.1231.0041.1239.00-207001.1591.0041.1567.50-20R1401928910.7290.9951.0081.06318.4-30R40646015310.8830.8300.9991.02211-24N25430010960.8470.8031.0261.06723.5-25N49559016150.8390.8320.9971.02529.5-29N63576020080.8360.8401.0011.007表表2-12-1不同高宽比不同高宽比(H/B)(H/B)轮胎的膨胀率轮胎的膨胀率( (BB

9、 / ) 注：注：R为人造丝帘线，为人造丝帘线，N为尼龙帘线为尼龙帘线 轮胎类轮胎类型型b/Bh/H轮胎类型轮胎类型b/Bh/H轿车轮胎轿车轮胎0.750.950.0300.050越野花纹越野花纹0.850.950.0600.085载重轮胎载重轮胎工程轮胎工程轮胎0.850.950.0400.060普通花纹普通花纹0.750.800.0350.055拖拉机轮拖拉机轮胎胎0.900.980.0800.100混合花纹混合花纹0.800.850.0550.065表表2-2 不同类型轮胎不同类型轮胎b/B和和h/H取值范围取值范围 282hhbRn0.01745anLR )2(sin21nRb式中式中

10、 行驶面弧度的夹角；行驶面弧度的夹角； 0.017450.01745常数，即为常数，即为/180/180； RnRn胎冠弧度半径，胎冠弧度半径，mmmm L La a行驶面弧长，行驶面弧长，mmmm。正弧形胎冠断面形状见图正弧形胎冠断面形状见图2-22-2所示。所示。 282hhbRn 再用再用Rn通过弧度高通过弧度高h点与点与Rn的弧相切，形成中部的弧相切，形成中部平直两侧略弯的胎冠形状，如图平直两侧略弯的胎冠形状，如图2-2(b)所示。其行驶面所示。其行驶面弧度为：弧度为： aaaLLLnaRL01745. 0naRL01745. 0一般轮胎行驶面很少采用一般轮胎行驶面很少采用3 3个弧度

11、半径组成的设计方法。个弧度半径组成的设计方法。b.反弧形胎冠弧度反弧形胎冠弧度 胎冠中部凹下呈反弧状，见图胎冠中部凹下呈反弧状，见图2-32-3所示，此种行驶面弧所示，此种行驶面弧度高度高h h值很小，以致出现负值。值很小，以致出现负值。减轻车辆传动系统减轻车辆传动系统的负荷条件。的负荷条件。c.双行驶面胎冠双行驶面胎冠 采用两个相等半径的弧度相连，如图采用两个相等半径的弧度相连，如图2-42-4所示。所示。)(1212HHHH21HHHH1和和H2值可通过值可通过H1/H2值计算求得。值计算求得。计算式为：计算式为：bBLbBhHR22221)(41)(图图2-5 上胎侧弧度半径上胎侧弧度半

12、径R1计算示意图计算示意图 21LH2=式中：式中： L L胎肩切线长度胎肩切线长度(L(L在轮胎断面在轮胎断面中心轴的投影长度约为中心轴的投影长度约为H H2 2的的50%50%，见图，见图2-52-5所示所示) )，mmmm。将将 代入上式即可计算出代入上式即可计算出R R1 1 b下胎侧弧度半径的确定下胎侧弧度半径的确定 可用绘图可用绘图直接测出和计算求得直接测出和计算求得。绘图法在断面。绘图法在断面水平轴上取圆心点，以为下胎侧弧度半径，通过水水平轴上取圆心点，以为下胎侧弧度半径，通过水平轴上断面宽位置作弧，要求相交于平轴上断面宽位置作弧，要求相交于轮辋轮缘曲线轮辋轮缘曲线外侧的外侧的2

13、/32/31/41/4处处。计算法通过下式计算出值，见下。计算法通过下式计算出值，见下图所示。图所示。aWBHHaWBRR2)()2(41121212式中：式中： HR 轮辋轮缘高度，轮辋轮缘高度，mm； a下胎侧弧度曲线与轮缘曲线交点至轮下胎侧弧度曲线与轮缘曲线交点至轮 辋轮缘垂线间距离辋轮缘垂线间距离( ）,mm； A 轮辋轮缘宽度，轮辋轮缘宽度，mm； W1轮辋宽度，轮辋宽度，mm； B轮胎断面宽度，轮胎断面宽度，mm H1轮胎下断面高，轮胎下断面高，mm；32aA43图图27 胎肩断面轮廓图胎肩断面轮廓图(a)阶梯形胎肩，阶梯形胎肩，(b)反弧形胎肩，反弧形胎肩，(c)圆形胎肩圆形胎肩

14、轿车胎轿车胎载重胎图图2-82-8轮胎胎圈设计示意图轮胎胎圈设计示意图（a a）平底轮辋载重轮胎；）平底轮辋载重轮胎； (b)5(b)5斜底轮辋载重轮胎；斜底轮辋载重轮胎；(c)(c)深槽轮辋轿车轮胎；深槽轮辋轿车轮胎；(d)(d)深槽轮辋无内胎轿车轮胎；深槽轮辋无内胎轿车轮胎；(e)(e)深槽轮辋无内胎载重轮胎深槽轮辋无内胎载重轮胎 花纹饱和度的大小影响轮胎的使用性能。适宜花纹饱和度的大小影响轮胎的使用性能。适宜的花纹饱和度能提高轮胎的耐磨性，延长使用寿命的花纹饱和度能提高轮胎的耐磨性，延长使用寿命，减小滚动阻力，降低油耗。，减小滚动阻力，降低油耗。 %100)1 (%10021SSSSK式

15、中式中，S1花纹块面积；花纹块面积； S2花纹沟面积；花纹沟面积； S胎面行驶面面积；胎面行驶面面积； 普通花纹适宜在较好的水泥、柏油及泥土路面上普通花纹适宜在较好的水泥、柏油及泥土路面上行驶，按其花纹沟分布形式一般分为行驶，按其花纹沟分布形式一般分为横向花纹和纵横向花纹和纵向花纹。向花纹。 优点：优点：横向花纹有良好的耐磨和纵向防滑性能，尤其能减少横向花纹有良好的耐磨和纵向防滑性能，尤其能减少花纹沟夹石子和花纹沟基部裂口现象。横向花纹抓着力强、爬花纹沟夹石子和花纹沟基部裂口现象。横向花纹抓着力强、爬坡性能好，适用于一般路面。通常载重轮胎常选用横向花纹。坡性能好，适用于一般路面。通常载重轮胎常

16、选用横向花纹。 纵向花纹纵向花纹滚动阻力小、速度快，有良好的散热性能和防滑滚动阻力小、速度快，有良好的散热性能和防滑性能，不容易出现肩空，但纵向花纹容易夹入石子及沟底基部裂性能，不容易出现肩空，但纵向花纹容易夹入石子及沟底基部裂口，抗纵滑性能和耐磨性能也不如横向花纹。口，抗纵滑性能和耐磨性能也不如横向花纹。一般在水泥、柏油一般在水泥、柏油等路面上行驶的载重轮胎可选用纵向花纹。等路面上行驶的载重轮胎可选用纵向花纹。 越野花纹按其越野花纹按其花纹沟分布形式花纹沟分布形式不同，分为不同，分为有向和无向有向和无向两种两种，见图所示。，见图所示。无无 向向 越越 野野 花花 纹纹有有 向向 越越 野野

17、花花 纹纹1000磨耗量花纹沟深度花纹沟深度= =轮胎标准行驶里程轮胎标准行驶里程斜交轮胎斜交轮胎子午线轮胎子午线轮胎轮胎规轮胎规格标志格标志花纹设计深度花纹设计深度轮胎规轮胎规格标志格标志花纹设计深度花纹设计深度普通普通花纹花纹加深加深花纹花纹牵引牵引花纹花纹普通普通花纹花纹加深加深花纹花纹牵引牵引花纹花纹超深牵超深牵引花纹引花纹6 6000010100 016160 06 600R00R10100 014145 56 6505010105 516165 56 650R50R10105 515150 07 7000011110 017170 07 700R00R11110 015155 51

18、7170 07 7505011115 518180 07 750R50R11115 516160 018180 08 8252512120 015150 019190 08 825R25R12120 014140 016165 519190 09 9000012125 517170 020200 09 900R00R12125 514145 517170 020200 01010000013130 018185 520205 5101000R00R13130 015150 017175 520205 51111000013135 519195 521210 0111100R00R13135 5

19、15155 518180 021210 01212000014140 022220 0121200R00R14140 018185 522220 01313000014145 524240 0131300R00R14145 519190 024240 01414000015155 525255 5141400R00R15155 520200 025255 5161600R00R16160 020205 528285 5表表2-3 载重轮胎胎面花纹深度载重轮胎胎面花纹深度 注：表中所载是美国注：表中所载是美国TRA年鉴建议花纹深度范围。年鉴建议花纹深度范围。 轮胎规格标志轮胎规格标志普通花纹普通

20、花纹越野花纹越野花纹轮胎规格标志轮胎规格标志普通花纹普通花纹越野花纹越野花纹4.00-5.004.00-5.005.55.57.07.09.09.013.013.07.00-8.007.00-8.008.58.59.09.012.012.015.515.55.00-6.005.00-6.007.07.08.08.011.011.014.014.08.00-9.008.00-9.009.09.09.59.512.012.015.515.56.00-7.006.00-7.008.08.08.58.511.011.014.514.5表表2-4 轿车轮胎胎面花纹深度轿车轮胎胎面花纹深度 轿车轮胎花纹轿

21、车轮胎花纹深度一般深度一般较浅，约为较浅，约为7 71Omm1Omm，尤，尤其是高速轿车轮胎花纹不宜过深，以免因滚动阻力增其是高速轿车轮胎花纹不宜过深，以免因滚动阻力增加，胎体生热过高。加，胎体生热过高。轿车轮胎不同规格花纹深度范围轿车轮胎不同规格花纹深度范围见表见表2-42-4所列。所列。表表2-5 载重轮胎花纹基部胶厚度占花纹沟深度比例范围载重轮胎花纹基部胶厚度占花纹沟深度比例范围 花纹类型花纹类型普通花纹普通花纹混合花纹混合花纹越野花纹越野花纹横向横向纵向纵向块状块状条状条状窄向窄向宽向宽向基部胶厚度基部胶厚度占花纹沟深度，占花纹沟深度，%2025304025303035303540左右

22、左右花纹沟的断面形状见图花纹沟的断面形状见图211所示所示 纵向纵向花纹排列角度一般取花纹排列角度一般取3030( (与行驶面中心线所与行驶面中心线所夹角度夹角度) )越野越野花纹常取花纹常取4545、6060或或9090角排列。角排列。 胎肩胎肩部位的横向花纹沟宜采用部位的横向花纹沟宜采用向外放大向外放大的设计，的设计，利于排泥自洁。利于排泥自洁。sin1sincos2cos12hbtghtgbR式中式中 R R花纹沟底弧度半径，花纹沟底弧度半径，mmmm； B B花纹沟宽度，花纹沟宽度，mmmm； 花纹沟璧倾斜角度，度花纹沟璧倾斜角度，度; ; h h花纹沟深度，花纹沟深度，mmmm 纵向

23、普通花纹纵向普通花纹常用的常用的窄花纹沟窄花纹沟如图如图2-112-11所示，但所示，但为改善花纹沟夹石子及裂口现象，可设计为单边双层为改善花纹沟夹石子及裂口现象，可设计为单边双层如图如图2-11(d)2-11(d)和双边双层花纹沟如图和双边双层花纹沟如图2-11(c)2-11(c)所示。所示。 越野花纹越野花纹与普通花纹不同之处是与普通花纹不同之处是花纹沟宽度大花纹沟宽度大，其其两侧沟壁斜角度不同两侧沟壁斜角度不同，例如有向花纹先着地一侧为，例如有向花纹先着地一侧为前角，倾斜角度取前角，倾斜角度取15152020，后着地一侧为后角，后着地一侧为后角，取取25253030, ,前后角度约相差前

24、后角度约相差 1010, ,前角小可提高花前角小可提高花纹块对土壤的抓着力。后角大可增加花纹块基部的坚纹块对土壤的抓着力。后角大可增加花纹块基部的坚固性及花纹离地时的自洁性。固性及花纹离地时的自洁性。nDtc式中式中 D D外胎外直径，外胎外直径，mmmm； n n 花纹节数；花纹节数； t tc c花纹间距值，花纹间距值，mmmm。nhDtc)2( 花纹沟设计参数举例如表花纹沟设计参数举例如表2-72-7所列。国外轮胎胎面花纹设所列。国外轮胎胎面花纹设计参数见表计参数见表2-82-8所列所列 轮轮 胎胎 规规 格格9.00-209.00-2011.00-2011.00-20175R14215

25、R15花纹类型花纹类型条形条形烟斗烟斗条形条形烟斗烟斗条形条形条形条形花纹深度，花纹深度，m纹沟宽度，花纹沟宽度，mm1212，14，171514，18，2335，43，35，4花纹沟壁角度花纹沟壁角度14，2216，222218，20119，10沟底弧度半径，沟底弧度半径，mm2325311，15花纹节数花纹节数60486050花纹饱和度，花纹饱和度，%7179747858081表表2-6 花纹沟设计参数实例花纹沟设计参数实例 表表2-7国外轮胎胎面花纹设计叁数国外轮胎胎面花纹设计叁数项项 目目载载 重重 轮轮 胎胎轻轻 型型 载载 重重 轮轮 胎胎普通花纹普通花纹

26、混合花纹混合花纹越野花纹越野花纹普通花纹普通花纹越野花纹越野花纹花纹饱和度，花纹饱和度，%60805070406060804560花纹块宽花纹块宽/花纹沟深花纹沟深1.23.01.53.01.53.00.82.51.53.0花纹块宽花纹块宽/花纹沟宽花纹沟宽25250.54240.83花纹沟宽花纹沟宽/花纹沟深花纹沟深0.50.80.330.540.20.60.53花纹沟壁角度花纹沟壁角度0.560.5205300.56320花纹间距花纹间距/花纹块宽花纹块宽0.20.50.41.10.44.50.10.50.11.1防擦线防擦线防擦线防擦线胎面胎面磨耗标记磨耗标记 一般设在一般设在胎面主花纹

27、沟胎面主花纹沟底部底部。沿轮胎圆周共没。沿轮胎圆周共没6 6个或个或8 8个个间隔均匀的胶台作为磨耗标记。间隔均匀的胶台作为磨耗标记。 载重轮胎载重轮胎磨耗标记高度为磨耗标记高度为2.4mm2.4mm；轿车轮胎轿车轮胎胎面磨耗标记胎面磨耗标记一般一般高高1.6 mm1.6 mm，长，长5 512mm12mm；重型载重轮胎重型载重轮胎则为则为3.2mm3.2mm，长度均长度均为为40mm40mm左右，图左右，图2-142-14为胎面磨耗标记示意图。为胎面磨耗标记示意图。 花纹展开图花纹展开图胎面花纹展开图DBCEFGDBCEFG排气孔项目项目安全倍数（安全倍数（K K）项目项目安全倍数（安全倍数

28、（K K）载重轮胎载重轮胎轿车轮胎轿车轮胎 良好路面良好路面10101212 良好路面良好路面10101212 不良路面不良路面14141818 不良路面不良路面12121414长途汽车轮胎长途汽车轮胎16161818高速轿车轮胎高速轿车轮胎12121414矿山挖掘和矿山挖掘和森林采伐等轮胎森林采伐等轮胎18182020 表表2-8 轮胎安全倍数取值范围轮胎安全倍数取值范围 kkKKniRRRPN2202cos12)(1 . 0式中式中 N 单根帘线所受张力，单根帘线所受张力，N/根根 P内压，内压，kPa Rk胎里半径胎里半径(胎冠部第一帘布层半径胎冠部第一帘布层半径) R0零点半径零点半径

29、(外胎断面水平轴至旋转轴间的距离外胎断面水平轴至旋转轴间的距离)，cm； k胎冠帘线角度胎冠帘线角度(一般一般4856)，度；，度； 胎冠各层帘线密度之和，根胎冠各层帘线密度之和，根/cm。kniKKkCOSCOSRrii00032211kkkkiininnikkRrsinsin010式中式中 胎冠帘线密度，根胎冠帘线密度，根/cm/cm； 内帘布层的胎冠帘线密度，根内帘布层的胎冠帘线密度，根/cm/cm； 外帘布层的胎冠帘线密度，根外帘布层的胎冠帘线密度，根/cm/cm； 缓冲层的胎冠帘线密度，根缓冲层的胎冠帘线密度，根/cm/cm； 帘布层帘线原始密度，根帘布层帘线原始密度，根/cm/cm

30、； 帘布层数；帘布层数； 内帘布层数；内帘布层数； 外帘布层数；外帘布层数； 第一层半成品帘布筒半径第一层半成品帘布筒半径cmcm； 帘布裁断角度，度；帘布裁断角度，度； 帘线假定伸张值帘线假定伸张值( (尼龙帘线值一般取尼龙帘线值一般取1.1051.1051.035, 1.035, 人造丝帘线取人造丝帘线取1.031.031.045).1.045).ki1ki2ki3ki0in1n2n0r010c帘线安全倍数确定帘线安全倍数确定 轮胎在轮胎在充气状态下单根帘线所受张力的计算是以静态为基充气状态下单根帘线所受张力的计算是以静态为基准，不考虑轮胎实际使用中的动态因素准，不考虑轮胎实际使用中的动态

31、因素。为保证轮胎在动态条。为保证轮胎在动态条件下安全行驶，不发生爆破和损坏，必须选取合理的安全倍数件下安全行驶，不发生爆破和损坏，必须选取合理的安全倍数, ,如表如表2-92-9中所列。中所列。 NSK 式中式中 k帘线安全倍数；帘线安全倍数； S单根帘线强度单根帘线强度(尼龙帘线尼龙帘线930dtex/2为为137N/根，根，1400dtex/2为为215.6N/根，根，1870dtex/2为为269.5N/根，人造丝帘线根，人造丝帘线1840dtex/2为为147N/根根)，N/根。根。尼龙帘布规格尼龙帘布规格涤纶帘布性能涤纶帘布性能0K0r01i02i03iKR0R)/(6 . 892.

32、50309 .473010000011cmCOSCOSSCCOSRriiKKk根)/(36. 692.50cos30cos9 .47304 . 72cmik根)/(16. 592.50cos30cos9 .47300 . 63cmik根kni值计算：值计算： 解解32211kkkkiininnikni=68.6+26.36+3.4=71.121n2n92.50cos112.719 .472)25.379 .47(88. 51 . 0222 =19.69(根) 安全倍数为：安全倍数为： 95.1053.196 .215NSk计算结果符合要求。计算结果符合要求。kkKKniRRRPN2202cos12)(1 . 0单根帘线所受张力为：单根帘线所受张力为： 帘布种类帘布种类帘线规格帘线规格,dtex/2,dtex/2帘线直径帘线直径,mm,mm胎体帘布挂胶厚胎体帘布挂胶厚度度,mm,mm缓冲层帘布挂胶厚缓冲层帘布挂胶厚度度,mm,mm人造丝人造丝184018400.700.700.030.031.101.101.201.201.501.501.701.