子午线轮胎结构设计

1、子午线轮胎结构设计一、 子午线轮胎和斜交轮胎的结构特点二、 全钢载重子午胎的基本结构三、 子午线轮胎结构的优越性四、 子午线轮胎和斜交轮胎结构的力学特性五、 子午线轮胎带束层的基本力学性能六、 子午线轮胎结构设计的五个基本原则七、 子午线轮胎的结构设计方法一、子午线轮胎和斜交轮胎的结构特点1、轮胎的结构分类：轮胎按结构分为斜交轮胎和子午线轮胎，这种分类方法，是依照轮胎的胎体骨架材料在轮胎中排列的方式和角度所形象定义的。斜交结构轮胎的胎体是由多层帘布组成，布层中的帘线按照一定的角度从一个胎圈到另一个胎圈排列，相邻布层的帘线是交叉排列的，在胎体帘布层和胎面之间为缓冲层；子午线轮胎胎体帘线不是互相交

2、叉排列的，而是各层间的帘线相互平行，从一个胎圈向另一个胎圈与轮胎的周向呈90度辐射排列，如同地球的子午线的走向，故形象的称作子午线轮胎。在轮胎胎面和胎体之间是带束层，它是由多层钢丝帘布组成，帘布中的帘线与轮胎周向的夹角较小。子午胎与斜交胎的根本区别：（1）胎体帘线按子午线方向排列，与胎冠中心线呈°；（2）有帘线排列几乎接近圆周方向的带束层箍紧胎体。 子午线轮胎在国外和台湾等地称之为“辐射轮胎（RADIAL TYRE）”，意思是胎体帘布像轮辋的辐条一样向四周辐射，这一名称更贴近子午线轮胎的内在结构。 根据轮胎骨架材料的材质不同，子午线轮胎又分为三种类型，即全钢丝、半钢丝和全纤维。它们具

3、有不同的使用性能：全钢丝子午线轮胎主要用在载重货车、大型公共汽车、工程机械车上；半钢丝子午线轮胎主要用在轿车、轻卡车上，也有用在载重车上的；全纤维子午线轮胎只用在时速较低、负荷不大的轿车或拖拉机上。2、轮胎的构成轮胎是由不同纤维和不同性能的胶料组成的复合体。如图21所示，轮胎一般由七个部分组成： （1）胎冠胶是轮胎与地面接触的部位，这种胶料必须耐磨性好，有一定的弹性，耐氧光和热老化，与地面有很好的抓着力。 （2）胎侧胶的胶料要求耐曲挠性能和耐氧、光老化性能好，能很好地保护轮胎胎体。 （3胎体的主要作用是承受一定的内压从而使其具有一定的负荷能力，并使轮胎具有一定的外缘尺寸和一定的几何形状。对于斜

4、交胎来说，8090的负荷需要胎体来承受，因此要求胎体具有较高的强度。对于子午线轮胎来说，主要的负荷是由带束层承受，因此对胎体的强度要求相对较低。 （4）胎圈是由包胶的钢丝圈、钢丝圈包布和胎圈三角胶芯组成。它的作用是使轮胎能固定在轮辋上，因此钢丝必须有一定强力来承受轮胎行驶中的气压和离心力，在设计上须有一定的安全系数。斜交胎每一侧通常是由一个到三个钢丝圈所组成，而对于子午胎而言，则只有一个钢丝圈。 （5）缓冲层（带束层）位于胎冠胶和胎体帘布层之间。对于斜交胎来说，它的主要作用是用以吸收外部传来的冲击和震动，保证胎冠胶和帘布层之间具有良好的粘合。缓冲层通常由两层帘线密度较小的帘布层构成。而带束层在

5、子午胎中所起的作用与斜交胎中的缓冲层截然不同，它要承受6075的轮胎负荷。因此它成为轮胎的主要承载部件。通常子午胎的带束层是由24层的钢丝帘布组成。其所用的钢丝帘线的刚性也较高。 （6）油皮胶或气密层胶，有内胎轮胎在内层加贴油皮胶主要是减少轮胎胎体帘线受到内胎的摩擦。全钢子午胎需有一层耐透气性好的胶料组成的气密层，其作用一是保护胎体钢丝帘线，避免胎体帘线受到水的侵蚀和氧化。二是避免夹坏内胎。对无内胎轮胎是为了更好地保证轮胎的内压。 （7）胎圈钢丝包布，它裁成一定角和一定宽度，作用是提高胎圈的强度和刚性，保护胎圈的帘线不受轮辋的摩擦。 二、全钢载重子午胎的基本结构1、全钢子午线载重轮胎的定义：

6、轮胎两胎圈间的钢丝帘线与胎面中心线成90º排列，胎体上由一条相邻的小角度高强力的钢丝帘布相互交叉，基本上不能伸张的环状带束层箍紧的空气轮胎，并装配在载重车使用的轮胎。 . 全钢子午线胎分有内胎和无内胎两种形式。有内胎全钢子午线胎除外胎以外，还需配有内胎和垫带，而无内胎轮胎不需要配装内胎和垫带而直接和轮辋装配。两者外胎除子口区域和内衬层结构有所不同外，其他区域基本相同。2、全钢子午线轮胎断面及各部位名称（1）有内胎全钢子午线轮胎（2） 无内胎全钢子午线轮胎目前国内大多数全钢载重子午胎采用意大利倍耐力公司的专利技术，在两个胎肩部位各加两层与胎体帘布呈90°的钢丝带，称之为0&#

7、176;带束层。其作用就是不使轮胎在高速行驶时在肩部形成较大的离心力而导致轮胎肩部变形，从而起到保护轮胎、降低生热的作用。0°带束层结构的特性：0°带束层结构最大的特点是该带束层在各种速度下都使轮胎保持其最佳轮廓。为了对0°带束层结构的形式以及功能有一较好的了解，首先应与子午胎中所使用的标准结构（见图3）做一比较。大家知道，当轮胎在运动时，由于各种原因（其中之一就是由于扁压力和离心力而造成的侧向压力与交替变形），其带束层边缘上出现的应力就达到很高的程度。这些力势必导致带束层变形（见图4）从而使橡胶胶料受到连续的交替应力。这些应力吸收动能，又把动能转化成热能，然后这

8、种热能又向外散发。应力与热的组合作用，不仅意味着燃料消耗的浪费，而且还加速了橡胶-钢丝粘合材料的损坏，这种损坏达到严重程度时（气压不足而加剧）导致部件间的分离，继而损坏胎面与胎体的结合，最终导致轮胎爆破。另外，这些应力在接触区域内产生滑动，从而导致燃料耗费的进一步增加而且轮胎寿命降低，对于轮胎的抓着力也有副作用。0°带束层与普通结构的子午胎截然不同之处在于它有两条特殊的高伸长钢丝帘布，帘布中帘线按轮胎的滚动方向排列，即0°（见图5）。0°带束层中两条钢丝帘布带阻止了轮胎行驶时带束层由于离心力、负荷及充气压力造成的变形。这些变形由构成0°带束层的特殊高伸长

9、钢丝帘布带所承受。橡胶材料就不会再像一般的带束层那样受到交替发生的压力的影响（图6）。这样，轮胎的原轮廓基本保持恒定不变。因此0°带束层结构轮胎较普通结构的轮胎有如下优点： -较低的燃料消耗（即节油）。 -轮胎内生热与疲劳较小，从而增加了轮胎的安全性与里程以及交好的翻新率。 -在所有行驶条件下，特别是高速行驶下的最佳接触面积形状，保证了安全驾驶与制动，因而延长了轮胎的使用寿命，提高了轮胎的磨耗性能。-带束层对所有胎面部件的稳定作用加大，从而防止了胎面在接触区域内的滑动，这种滑动是轮胎不均匀磨耗的主要原因之一（特别是块状花纹胎面）。3、目前国内常见的全钢子午线轮胎胎面花纹 由于现代汽车

10、的时速的不断提高，这不断对轮胎提出了更高的技术要求，也对轮胎的胎面花纹提出更高的要求，胎面花纹设计的如何密切关系到轮胎的使用质量。 子午线轮胎的胎面花纹设计要围绕着提高轮胎的牵引力、侧滑力、将低滚动阻力、提高耐磨性、耐撕裂和排水性能以及减少轮胎行驶过程中的噪音，特别是提高轮胎在潮湿和冰雪路上的使用性能而进行。下面介绍的目前国内常见的全钢子午线轮胎的胎面花纹 ：（1）公路型，用于中型重型卡车驾驶轴。这种类型有良好的湿路面抓着性及优良的牵引性，行驶里程很高，适用于连续的高速度、长距离运输。（2）公路型，适用于在各种气候条件下柏油路上行驶的最新一代中型重型卡车驾驶轴，里程高，牵引力大，具有高速连续运

11、输的优点。（3）公路越野型。用于驱动轴，使用于任何种类的公路越野路面，甚至条件苛刻的越野路面。在条件苛刻程度低的公路越野路面上可装在驱动轮上，即使长时间在不特殊牵引力的柏油路面上也可装在驱动轮上。（4）越野性 用于驱动轴。适用于中等苛刻条件下的公路越野路面，具有优良的牵引性和耐撕裂性。4、全钢子午线轮胎识别-胎侧标志介绍子午线轮胎与斜交轮胎的区别是结构上的不同。但是这些内部结构的变化对成品胎来说外表是看不见的。那么怎样来识别呢？只要细看轮胎胎侧上标志即可。（1）全钢子午线轮胎的种类标志；轮胎生产公司在胎侧上标有“全钢丝子午线轮胎”，对应英文标识为ALL STEEL RADIAL TYRE”。（

12、2）子午线轮胎标志：在轮胎的规格标志中加有“R”字样，表示子午线轮胎。“R”是英文“RADIAL TYRE”的第一个大写字母。（3）不同品种、规格全钢子午线轮胎： 例如：9.00R20 900：轮胎名义断面宽（英寸） R：子午结构标志20：轮钢名义直径（英寸） 285/70R24.5 285：轮胎名义断面宽（毫米） 70：轮胎扁平率（轮胎断面高H/B轮胎断面宽约等于0.7） R：子午线结构标志225：轮钢名义直径（英寸）（4）速度级符号：代表轮胎的最高行驶速度，以英文字母表示。如：标有“M”字样，表示该种轮胎最高行驶速度为每小时130公里。表1：轮胎速度标志符号速 度 标 志实际速度，km/h

13、速 度 标 志实际速度，km/hA15J100A210K110A315L120A420M130A525N140A630P150A735O160A840R170B50S180C60T190D65U200E70H210F80V210-240G90Z>240 全钢子午线轮胎的速度级别根据其花纹形式和规格层级不同而不同，一般在F-M级。 （5）层级（PR）：表示轮胎在规定使用条件下所能承受的最大允许负荷的特定强度指标。层级并不代表实际的帘线层数，只代表近似于棉帘线所承受的强度。例如：9.00R20-16PR其实际胎体钢丝帘线只有层，它近似于同规格16层棉帘线斜交胎的强度。（6）负荷能力：轮胎负荷

14、能力，是在规定的使用条件允许轮胎承载的最大负荷，即轮胎在一定的行驶速度和相应充气压力时的最大载重量。常见的表示方法有：、“负荷指数”表示：这是目前国际上子午线轮胎普遍采用的表示方法，以阿拉伯数字表示。例如9.00R20 14PR,在轮胎胎侧上标为140/137，表示单胎负荷指数为140，当于载重量为 2500kg；双胎负荷指数为137，相当于载重的2300kg。负荷指数的每个数字相对应的载重量要查荷指数和载重量对应表。 、以“实际数字”表示：这种表示方法是把轮胎的实际载重量在轮胎胎侧上直接表示出来，比较直观，不用查表. 例如：9.00R20 14PR 负荷能力为： 单胎最大负荷为2575kg

15、气压为810kPa 双胎最大负荷为2255kg 气压为740kPa表2轮胎负荷指数与载荷量对应表：负荷指数载荷量，kg负荷指数载荷量，kg13019001432725131195014428001322000145290013320601463000134212014730751352180148315013622401493250137230015033501382360151345013924301523550140250015336501412575154375014226501553875（7）充气压力：气压是轮胎的生命。气压不可过高；也不可缺气行驶。所以轮胎胎侧上均明确标有轮胎的最佳

16、充气压力。如：气压840kPa。 （8）扁平率标志；扁平率代表轮胎断面高（H）和断面宽(B)的比值，叫名义高宽比（H/B）。例如285/75R24.5 中的75，表示这种轮胎的断面高与断面宽的名义比例H/B=0.75（9）轮胎断面宽：断面宽目前有两种表示法，一种是英制，用英寸表示；另一种是公制，用毫米表示。例如：11R22.5中的“11”单位是英寸；285/75R24.5中的“285”单位为毫米。（10）花纹编号：各轮胎生产厂家都要把本厂轮胎花纹设计编号标在胎侧上。（11）轮胎生产厂商标：商标是轮胎生产厂的商品标志。如“黄海”、“玲珑等是轮胎生产公司的注册商标。（12）“有内胎”、“无内胎”标

17、志：有内胎子午线轮胎用英语标明“TUBE TYRE”，简称“TT”；无内胎子午线轮胎用英语标明“TUBELESS ”，简称”TL”（13）轮胎生产编号：目前。国内各轮胎生产厂家普遍采用将轮胎生产编号打在铝片上，硫化时将铝片放在下扇模型，硫化后则在轮胎胎侧上印有数字编号。例如：编号；10210006中各位数字含义依次为“1”表示2001年，“02”表示第2周，第个“1”表示生产班次， “0006”表示轮胎生产顺序号.(14)市场许可证标志：轮胎厂标有的“ECE”或“DOT”字样，这是市场许可证标志。“ECE”是欧洲经济委员会轮胎质量标准、凡是轮胎上有此标志者，表示该种轮胎已通过欧洲经济委员会鉴定

18、，轮胎的各种技术性能指标已经达到欧洲经济委员会所规定的轮胎质量标准，可以进入欧洲市场；“DOT”是美国交通运输部的轮胎质量标准。同样，凡标有这种标志的轮胎，表示该种轮胎己经符合美国交通运输部所规定的轮胎质量标准，可以进入美国轮胎市场。(15)胎冠磨耗标志：在轮胎胎冠下面胎肩处标有数个 “TWI”符号，这是胎冠磨耗标志，它表示胎面磨损到此标志处必须停止使用，进行胎冠翻新，否则花纹会失去排水防滑作用，甚至导致轮胎报废。(16)可再刻花纹标志：轮胎标有“REGROOVABLE”字样，表明轮胎花纹基部胶厚度留有一定的余量，花纹剩余深度低于胎冠磨耗标志时，它允许进行花纹再刻。三、子午线轮胎结构的优越性

19、子午线轮胎的优越性来自于轮胎结构上的两个变化： 1.有一个帘线排列方向几乎与圆周方向几乎相同的“刚性”带束层；2.有一个帘线按子午线方向（径向）排列的“柔性”胎体。 子午线轮胎胎冠刚性大的主要原因有三条： 1.带束层帘线虽然也是写斜交交叉排列的，但同胎冠中心线成很小的角度，几乎是周向排列的，故它的“剪切”效应很小，变形也就小。帘线层的伸长和压缩变形自然也很小。 2.带束层帘线和胎体帘线形成了许多三角形。而这种三角形的构造使得带束层变形很小。 3.带束层帘线使用了具有伸长小、刚性大、强度高的钢丝帘线。 子午线轮胎有“柔性”胎侧的主要原因有二条： 1. 胎体帘线按子午线一个方向排列，不象斜交轮胎胎

20、体有多层交叉排列； 2. 子午线轮胎胎体层数少，全钢子午线轮胎胎体只有一层，胎体薄。 子午线轮胎“刚性”胎冠和“柔性”胎侧在整体上相辅相成作用的结果，使子午线轮胎在内压、负荷和外力作用下的变形与斜交轮胎相比，具有以下六个主要变形特性： 1. 轮胎侧向变形大。即在轮胎断面方向上的变形大。 2. 轮胎法向变形大。即轮胎垂直于地面方向的变形大，胎体下沉量大。 3. 胎冠周向变形小。即轮胎胎冠圆周方向上的变形小，也称之为纵向变形小。 4. 胎冠周期滚动变形小。即轮胎在地面每滚动一周所产生的胎冠周期变形小。 5. 高速运行旋转下的轮胎变形小。轮胎在高速旋转时，离心力急剧增大，子午线轮胎的带束层限制了轮胎

21、的周向伸长，在高速旋转下的径向伸张和横向收缩变形都小。而斜交轮胎是断面高变大，断面宽度变窄。 6. 轮胎材料剪切变形小 a 子午线轮胎的胎体帘线是子午线方向（径向）排列，胎冠带束层接近周向排列。轮胎胎侧和胎冠的主要受力方向同两线的排列方向以及帘线的受力变形相同或基本相同，故“ 剪切”效应小，材料的剪切变形小，材料内部摩擦就小。 b 子午线轮胎胎体帘线层数少，全钢子午线轮胎只有一层，因此，剪切变形极小，参与变形的材料量也少。 以上子午线轮胎主要的六个变形特性，就决定了子午线轮胎具有优越的使用性能。 具体来说，子午线轮胎的有9大优点：1 子午线轮胎耐磨性好子午线轮胎的带束层刚性高，角度小使每根帘线

22、的长度比胎面的接地长度长，使轮胎滚动时移动小。当汽车转弯时扭转方向盘的角度小，可减少轮胎侧滑，从试验结果看子午线轮胎在负荷下的周长比斜交轮胎长。欧洲对滚动周长的标准（Kolling Circvmference）采取的常数不同，子午线轮胎的常数是305，斜交轮胎是299， CR一滚动周长，F一常数，D一轮胎外直径。轮胎滚动时移动性越大，其滚动周长越小。移动性越大，耐磨性越差。斜交轮胎滚动胎面接地时就发生蠕动，使胎面容易磨损，子午线轮胎却没有或很少有这种移动，因此其耐磨性能比斜交轮胎提高60120。 2子午线轮胎的滚动阻力小、节油子午线轮胎的滚动阻力比斜交轮胎低20左右，一般可节省汽油6左右，同时

23、子午线轮胎的胎体柔软，帘线排列一般都是90°，在行驶中帘线之间没有剪切应力，尤其是全钢子午胎只有一层胎体，因此胎体的滞后损失很小。另外胎面对地面的蠕动小也降低了滚动阻力，从子午线轮胎的力学性来看，就有利于减少滚动阻力。 3子午线轮胎的牵引力和刹车性能好子午线轮胎的牵引能力比斜交轮胎提高10至 20，这主要是由子午线轮胎结构所引起的，但与胎面配方，胎面花纹及路面情况也有关。子午线轮胎的接地形状与接地面的压力较均匀，另外子午线轮胎带束层纵向刚性高，接地时胎面不歪扭，导致牵引能力在转弯和刹车性能较好。 4子午线轮胎的转弯能力大 子午线轮胎的侧向力或横向力比斜交轮胎高，主要是子午线轮胎的带束

24、层角度比斜交轮胎小得多。它的角度在12°24°，而斜交轮胎是36°42°。侧向力与带束层选用材料也有关，采用钢丝帘线可提高70， 子午线轮胎的转向能力大，所以方向盘很敏感，达到同样转弯的目的，子午线轮胎方向盘转角要比斜交轮胎小，这对汽车的操纵稳定性有好处。 5子午线轮胎噪声小 采用子午线轮胎的汽车可降低噪声，这是由于子午线轮胎胎面对地面的移动性和对地面的剪切力小，胎侧比较柔软，使噪声减小，但胎面的花纹形状对噪声也有一定的影响。以10.00R20和10.00-20规格的轮胎相比较，纵向花纹前者为69dB，后者为7173dB，横向花纹前者为72dB，后者为7

25、5-78dB。6子午线轮胎的舒适性好由于子午线轮胎胎体和斜交轮胎胎体的不同，它们的径向弹性（Radial Spring Rate）也不同，如 1000-20规格轮胎的径向弹性，子午线轮胎为 753kN/cm，斜交轮胎为 921kNcm，说明子午线轮胎的径向弹性力比斜交轮胎低。7子午线轮胎升热小子午线轮胎升热较小，这个性能对轮胎的质量有很大好处。升热低，胶料的疲劳损失小，主要胎体帘线之间无剪切应力，另外由于子午线轮胎的变形（主要胎面与地面的侧移动性能）滞后损失小，升热也小，这对高速行驶的轮胎有很大的影响，升热低可以提高轮胎的高速行驶性能。8子午线轮胎的高速性能好子午线轮胎的高速性能好，主要由于胎

26、侧很柔软，胎冠变形很小，使胎面与地面的剪切应力减小，附着力却很大，特别是采用了低扁平比使侧向力提高，操纵稳定性好使速度提高。同规格中不同时速，主要是带束层设计不同，时速高时则带束层的强度就要大，角度要小。9子午线轮胎耐机械损伤性好子午线轮胎由多层钢丝带来层组成，胎冠的刚度较大，可减少被铁钉、尖石的刺穿。由于子午线轮胎有这些优点，汽车使用子午线轮胎后，安全性、操纵稳定性和高速性能有所保障，牵引及刹车性能好，既节省汽油，行驶里程又高。子午线轮胎具有斜交轮胎不可比拟的优越性，以及它给生产企业和社会带来的巨大的经济效益。要充分发挥子午线轮胎的优越性，必须做到生产出好的子午线轮胎，使用保管好子午线轮胎。

27、这是发挥子午线轮胎优越性的相辅相成的三个方面。怎样能生产出质量高度均匀一致的子午线轮胎是轮胎制造公司目前和今后一个时期的一个重要任务。 子午线轮胎是一种高精度的产品，它的主要体现在： (1) 轮胎各部件尺寸和部件的定位是非常准确的。 (2) 轮胎材料的重量分布和材料的质量是非常均匀的。 (3) 轮胎的材料与材料之间，部件与部件之间的粘合是非常可靠的。 子午线轮胎生产只有做到了以上三点，才能保证实现子午线轮胎的质量高度均匀的一致性。 四、子午线轮胎和斜交轮胎结构的力学特性 子午线轮胎与斜交轮胎的结构有很大的差异。 斜交轮胎的特点是胎体帘线按一定的角度交叉排列，因此斜交胎的力学特性主要考虑其胎体。

28、斜交胎的质量性能，如滚动阻力、侧向力、安全强度等都随胎体强度的变化而变化，也就是说与胎体帘线的强度、胎体帘布层的帘线密度、角度和胎体帘布层数有关。由此可见，斜交轮胎的设计基础主要是胎体的设计和计算。斜交轮胎的缓冲层只起缓冲作用，在较差的路面行驶时，它可以起到一定的保护胎体的作用，但对承受载荷的作用却是微乎其微，因此在计算胎体强力时并不考虑缓冲层的帘线强度。在一些微型车轮胎和轿车轮胎也可以不使用缓冲层。 子午线轮胎的胎体帘线不是交叉排列的，而是各层间平行地由一个胎圈到另一个胎圈与轮胎周向呈90度排列，因此胎体是比较柔软的。对子午线轮胎而言，其胎体主要是保护轮胎的内压空气不泄漏及保持一定的断面宽度

29、。子午线轮胎的主要受力部件是带束层，带束层有足够的刚性，以免在内压的作用下轮胎冠部过分伸张，从而保证轮胎有足够的强度并与路面有良好的接触以使其行驶稳定。因此子午胎的质量性能主要取决于带束层，其设计关键也在于带束层的设计和计算。 斜交轮胎的设计，一般规格越大，胎体层数越多，强度也越大。而子午线轮胎，规格越大，胎体的强度不一定越大，但带束层的强度是规格越大，气压越大，强度也越大。这就说明子午线轮胎的性能和斜交轮胎是不同的，因而关于轮胎的设计原则也是不同的。 综上所述，斜交胎的设计所主要考虑的是胎体，而子午胎的设计所考虑的则是带束层，这就是两种结构轮胎在力学上的差别。五、子午线轮胎带束层的基本力学性

30、能子午线轮胎的基本力学主要靠子午线轮胎的带束层。若无带束层，轮胎充气后，外直径变化很大，装在汽车上就无法操纵。子午线轮胎的胎体帘线排列是90°左右，因此子午线轮胎的胎体横方向比带束层更坚硬，胎体是保护轮胎胎侧，使其变形小，由于胎体横向坚硬，因此对轮胎的柔软性、牵引力、刹车力起一定的作用。子午线轮胎胎体从胎肩到胎圈帘线所受的应力是较均匀的，而胎冠受的应力是由胎体和带束层分担的。胎体受的张力是根据带束层对胎体的箍紧系数（Restriction Factor Fr）而定，见图 22。其中：SH一无带束层时充气子午线轮胎的断面高； SHC一有带束层时充气子午线轮胎的断面高。 图2表明箍紧系数

31、（Fr）越大，胎体帘线所受的张力越小，相反带束层受的张力越大。而箍紧系数（Fr）子午线轮胎的外缘尺寸，有一定影响，如箍紧系数越大，子午线轮胎的断面宽越大，直径越小。所以子午线轮胎的胎体虽然有一定的作用，但主要的力学作用在带束层，因此带束层的设计关系到子午线轮胎的质量性能。影响子午线轮胎带束层基本力学性能的有六项因素：（a） 带束层的设计；（b）帘线的材料；（c）帘线的结构；（d）帘布的密度；（e）帘布的角度；（f）帘布宽度。 1带束层的设计对子午线转向性能的影响 带束层的排列和方向对子午线轮胎的质量性能有一定的作用，特别是带束层排列方向对子午线轮胎角度效应（plysteer）的性能有关，关键在

32、最后一层的排列方向是右或左，右是正值适合于右边行驶，左是负值适合于左边行驶。如美国的角度效应要求为右或正，即要求右的侧向力大于左才能成为正的角度效应，汽车行驶靠右边，这样汽车转弯时的安全性能就比较好。在同一汽车上同时装用两种负值和正值角度效应的轮胎是不允许的，这种装法不管是前后轴不同或左右不同，都会影响汽车操纵性能。在低速时感觉不到，但是超过时速80公里前轮就发生摆动。考虑轮胎规格和行驶速度。一般大规格的三或四层，小规格二或三层。2带束层的帘线材料 带束层帘线性能要求伸张小，强度高，全钢子午胎带束层是采用钢丝，同规格轮胎带束层采用钢丝，侧向力比斜交轮胎可提高75。 3帘线结构 子午线轮胎的质量

33、性能与带束层的帘线结构也有一定的关系，带束层帘线不要求高的屈挠性能。子午线轮胎的带束层所用钢丝帘线结构是比较复杂的，如带束层是由两层钢丝帘布组成，这可比较简单的采用一种钢丝帘线结构；如带束层是三层或四层，那就比较复杂了，在技术设计上就要采用两种或三种钢丝帘线。带束层的帘线要求刚度较大，因此单丝的粗度必须在0203 8mm，单钢丝粗度的选择也要根据轮胎的规格和层级而定。但带束层的钢丝帘线结构并非是强度越高，轮胎的质量性能也越好，因此，在设计带束层选择钢丝帘线的结构时要综合的考虑子午胎的质量性能和经济效益。 4带束层的帘线密度 带束层的帘线密度的选择取决于带束层所需的强度，根据帘线结构和强度来选择

34、密度，帘线越密，带束层的剪切应力越大，过稀带束层的刚度减小，会影响到轮胎的耐磨耗性能。如两种同规格子午线轮胎的胎体帘线结构和层数相似，带束层的帘线结构和角度也基本相似，而带束层帘布的密度分别为25根和226根，试验结果带束层较密的子午线轮胎耐磨耗比稀的高28，这就说明了带束层的帘线密度影响子午线轮胎的耐磨性。但仅帘线密度一项还不能确定子午线轮胎的质量性能的好坏，故设计带束层要综合地考虑。 5帘布角度 对载重子午胎来说，带束层的角度不仅要考虑减小带束层帘线所承受的张力，同时也要考虑带束层的层间剪切脱层。一般载重子午胎的带束层第一层为过渡层角度选取较大值，目的是为了缓和、吸收胎体和带束层之间的剪切

35、。所以国外载重子午胎第一层带束层的角度一般去60°左右，第二、三层带束层为工作层，是主要的受力部件，角度较小，一般在1518°，第四层为保护层，为了缓和胎面和带束层之间的应力、应力过渡（尤其是遇到石子冲击时）。第四层带束层一般选用高伸长钢丝帘线，其帘线角度和工作层一样或比工作层大12°。 6带束层宽度 带束层宽度的选择不但影响子午线轮胎的质量，也影响汽车的性能。带束层过窄易引起子午线轮胎胎肩早期磨损和降低汽车的外倾系数。过宽会引起子午线轮胎胎肩早期脱层和提高汽车的外倾系数，所以选择带束层的宽度必须与子午线轮胎设计的胎面行驶面合理配合。带束层宽度和胎面行驶面宽的比值

36、对转弯系数和滚动阻力系数有很大影响。轮胎行驶面宽又与轮胎断面宽设计有关，因此选择带束层宽度必须结合整个子午线轮胎的设计。在带束层的设计上，以上的六项因素必须配合好，这样才能实现子午线轮胎最佳的质量性能。在胎体决定后，研究子午线轮胎的质量性能主要是研究带束层的设计，另外，除了考虑子午线轮胎综合质量性能外，还要考虑经济上的合理性。六、子午线轮胎结构设计的五个基本原则子午线轮胎的结构设计的关键是带束层。上面已经讲过关于带束层的六项因素：（a）带束层的排列；（b）带束层帘线的材料；（c）帘线本身的结构；（d）帘线层的密度；（e）帘线的角度；（f）帘线层的宽度。除了这六项因素以外要考虑五个基本原则，这关

37、系到轮胎的转弯力和滚动阻力等主要性能。这五项原则是：（1） 子午线轮胎的胎面弧；（2） 面弧宽与断面宽之比；（3） 扁平比；（4） 带来层宽与胎面弧宽之比；（5） 带来层的角度。 胎面弧对滚动阻力影响不大，但是如带束层宽度Bc与胎面行驶面宽度B之比从96降低到87，则轮胎的滚动阻力就会增加8；如高于 9 6则增加不大，如图2-7所示。因此，从降低滚动阻力来说， BcB的最佳值为9 6左右。另外，弧宽和断面宽之比越大，则转弯系数越大；而转弯系数大，则回正力矩就小，因此，这两个性能是互相矛盾的。回正力矩对汽车操纵性能有较大的影响，如图2-8所示。 提高子午线轮胎转弯系数还与带束层宽度与胎面宽度之比

38、有关，两者影响转弯系数为15。当BcB降低到96以下时，就会降低转弯系数；高于此值时，转弯系数就增加不大，如图29所示。子午线轮胎转弯系数还与带束层的角度有关，角度越大转弯系数越小，从14°角度到22°角度时转弯系数的影响不大；而从22°至30°变化时，转弯系数的变化较大，如图2-l0子午线轮胎的转弯系数影响汽车的操纵性，转弯系数太低则汽车就无法操作。采用的角度在12°至22°的范围内比较好。但是，必须与六项因素和五项原则结合起来。因为转弯系数越大，回正力矩越小，外倾系数（Camber Coefficient）也越小。由于子午线轮胎有

39、转弯系数大，回正力矩和外倾系数小的特点，因此要适当调整汽车悬挂系统，以适合子午线轮胎的力学特性，使汽车获得最佳的质量性能，例如操纵性能、滚动阻力等。七、子午线轮胎的结构设计方法轮胎结构设计方法不外乎有两种：一种是从外轮廓到内轮廓的设计，这是轮胎行业的传统设计方法，另一种是从内轮廓到外轮廓的设计。从外轮廓到内轮廓的设计是一种经验和传统的设计方法，它比较适应产品在市场上的特点和需求。从内轮廓到外轮廓的设计，是设计方法的升华，克服了经验设计缺少理论指导的不足，具有其科学性并能适应时代发展的需要。但它必须在大量实验的基础上，形成比较完善的理论，这一课题是世界轮胎行业一直不断研究的内容。1、全钢载重子午

40、线轮胎设计依据无论是全钢载重子午线轮胎还是其他类型的子午线轮胎，其设计依据及方法是相同的。1.1结构设计程序技术设计：包括收集设计依据的技术资料，确定轮胎技术性能要求，设计轮胎的外轮廓曲线、胎面花纹设计及绘制设计总图，作为硫化模型加工依据。施工设计：根据技术设计，完成施工图及施工表的设计，提出相关工器具的技术要求，设计说明书的编制。1.2技术资料的收集1）车辆的技术性能：车辆类别、厂牌、型号、用途、外型尺寸；车辆自重量、载重量、满载总重量；车辆驱动形式、轴数轴距、轮数轮距轴负荷分配、空车及满载前轴和后桥负荷数；平均速度、最高速度；最小离地间隙、最小转弯半径、最小爬坡度；轮辋类型、代号、曲线；轮

41、胎最小外缘尺寸，对轮胎的特殊要求。2）车辆使用条件：主要是公路性质，包括快速公路，市区公路、郊区公路、干线公路、支线公路特殊地面等。3）同规格轮胎资料：收集的目的是考虑国外同规格不同厂牌轮胎互换使用；并汲取成熟的经验，作为设计参考。2、技术设计在设计依据确定后，根据收集的技术资料和该产品执行的最新标准规定，确定技术性能要求，作为设计标准。技术性能内容包括：轮胎类型（轮胎规格、帘布层、胎面花纹）、基本参数（最大负荷、相应气压、适用轮辋类型、允许使用轮辋类型）、主要尺寸（轮胎充气外直径和断面宽、轮胎负荷下静半径和断面宽等）、内胎气门嘴形式和行驶里程等。其中轮胎最大负荷与充气压力、充气断面宽和轮辋直

42、径等因素有关，因此首先要进行负荷计算，以确保设计达到轮胎的质量和性能要求。（1）子午线轮胎负荷能力的计算负荷能力的计算有几个公式，但应用较多的为TRA推荐方法，它比较明确的将轿车胎、载重胎、斜交胎和子午胎的计算方法区别开来，与实际使用的轮胎情况吻合较好。 根据美国TRA工程设计手册，公制载重汽车轮胎负荷能力计算公式为： W负荷(kg) K 负荷系数 P 气压(kPa) DR轮辋直径(mm) Sd=H【2-0.78A-(0.05/A)-0.7(A-0.55)2】 H新胎断面高度 A=名义高宽比 （2）外轮廓断面形状设计（a） 外直径D和断面宽B子午线轮胎由于采用起箍紧作用的钢丝帘线作带束层，胎体

43、帘线采用伸张较小的钢丝帘线，所以充气外直径和断面宽变化较小。 一般D/D=1.01.05 B/B=0.991.10对于有0°带束层的全钢载重胎，外直径一般增加02mm，断面宽增加3.5%。（b）胎圈着合直径的确定胎圈着合直径的确定，原则上应满足轮胎装卸方便和着合紧密，一般平底宽轮辋着合直径比相应部分直径小1.02.0mm。 （c）外胎断面高H当外胎的外直径和轮辋的着合直径确定以后，外胎断面高H轻而易举得到，H=(D-d)/2（d）断面水平轴位置的确定断面水平轴所在部位是轮胎断面最宽点的位置，是负荷下法向变形最大部位，该设计为保证在标准轮辋下使用变形仍发生在最宽点，取H1/H2=0.8

44、1.10。一般而言，有内胎的全钢载重胎由于使用中速度较慢，负荷较大，胎圈部位受力较大，设计时断面水平轴远离胎圈部位，减小胎圈部位变形，H1/H2一般取等于或大于1，相反无内胎载重胎的速度较高，胎冠部位是主要受力区，因此，H1/H2取小于1，使断面水平轴远离胎冠部位。一般情况下，在宽轮辋设计中，装在窄轮辋上，会造成胎圈应力集中而早期损坏，所以，适当增加H1/H2的值。对于深花纹轮胎，由于花纹深度使H2增加，应适当减小H1/H2值。（e）胎圈着合宽度C的设计轮胎两胎踵间的距离，称为胎圈着合宽度C。近年来由于轮胎进一步扁平化，从轮胎的应力分布和工艺需要，现在的子午胎普遍采用加宽轮辋设计。即在标准轮辋

45、宽度的基础上加大其宽度做为设计轮辋宽度，一般：轿车子午胎加宽2"；轻卡子午胎加宽1"；全钢载重胎加宽0.5"设计轮辋每加宽0.5"，设计断面宽增加约5mm（f）行驶面宽b和弧度高h的设计子午线轮胎接地印痕长轴较短，为了不减少接地面积，应随着高宽比的减小而适当增加行驶面宽度b，减小弧度高h，可以改进轮胎的制动性能和耐磨性能，同时带束层刚性大时，也应采用较小的h，以增加接地面积。一般取b/B=0.700.9，h/H=0.020.04行驶面宽度一般不超过下胎侧弧度和轮辋曲线交点之间的距离。 高速轮胎行驶面宽度应比常速轮胎窄，通常取断面宽的6570%，以改善肩部

46、应力状况和减小滚动损失。（3）外轮廓弧度计算（a）胎冠弧度 （b）上胎侧弧半径R4 L：胎肩切线长度，在轮胎断面中心轴上的投影长度约为H2的50%。（c）下胎侧弧半径R5 （d）胎圈曲线弧度设计 胎圈曲线弧度设计，根据轮辋边缘曲线设计，设计上要求两者较好的吻合，一般胎踵半径R7小于轮辋半径0.51.0mm。 胎踵半径R8大于轮辋相应部位半径，一般来讲，对不同的轮辋不同的着合倾斜角取不同的半径。下胎侧与胎圈之间的过渡轮廓R6比斜胶胎大，全钢载重胎一般取值为5060mm。3、花纹设计胎面花纹的设计原则：与路面纵向和侧向有良好的接着性能；耐磨、滚动阻力小；生热小，散热快，自洁性能好，不裂口，不掉块；

47、美观、低噪音，便于磨具加工。（1）胎冠弧长的计算花纹根据胎冠弧长设计，因此要计算胎冠弧长。胎冠由两个弧度半径组成的，弧长S的计算方法： S=S1+2S2 式中：S1-胎冠第一个弧度半径Rn对应之弧长； S2-胎冠第二个弧度半径Rn对应之弧长； S=0.01745Rn 式中：Rn-胎冠弧度半径；-胎冠弧度夹角。轮胎胎面花纹设计对轮胎的性能及寿命有较大的影响，对汽车操纵稳定性起着关键作用，随着高等级公路的出现，汽车行使速度的提高，对花纹设计要求越来越严格，节距的计算：（2）胎面饱和度计算 轮胎胎面花纹一般分为普通花纹、混合花纹和越野花纹三种。 公路花纹：花纹块面积占行驶面总面积的70%80%； 混

48、合花纹：花纹块面积占行驶面总面积的60%70%； 越野花纹：花纹块面积占行驶面总面积的40%50%。4、施工设计在轮胎的轮廓确定的条件下，将各部件合理的分布，是材料分布的关键，这部分主要是部件材料的选择及强度计算。胎体骨架材料发展到目前为止，归纳起来有四种：普通钢丝；高伸长钢丝：主要用于带束层的顶层，缓冲轮胎受到的冲击，保护带束层不受到损伤；开放式钢丝：这种轮胎捻度较松，帘线缝隙大，因此压延和硫化时胶料易渗透到钢丝帘线缝隙，从而使胶料与钢丝帘线的粘合性有所提高；紧密型钢丝。 钢丝帘线结构要根据其使用部位来选择，胎体用的钢丝帘线和带束层用的钢丝帘线是不同的，胎体帘线要求柔软、刚度要低，这样可提高汽车行驶的舒适性，因此单丝粗度一般在015022mm，为了提高子午线轮胎的质量及经济效益，必须选好胎体钢丝结构，可按不同规格轮胎胎体帘线所需强度来选择钢丝帘线结构。（1）胎体帘线拉伸应力及安全倍数的计算 根据原材料发展方向，目前国内外全钢丝子午胎胎体材料均为1层钢丝帘布。 帘线拉伸应力计算