R子午线轮胎的结构设计

沈阳化工大学本科毕业设计题目：295/80R22.5子午线轮胎的结构设计院系：材料科学与工程学院,专业：高分子材料与工程班级：1001班学生姓名：熊丁指导老师：赫秀娟教授设计提交日期：2014年06月19日设计答辩日期：2014年06月24日毕业设计任务书高分子材料与工程专业1001班学生：熊丁毕业设计（论文）题目：295/80R22.5子午线轮胎的结构设计毕业设计（论文）内容：1）负荷核算、胎体帘布层设计、带束层设计、一胎面花纹设计2）设计绘制外胎断面结构图、材料分布图、胶囊结构图3）书写结构设计说明书毕业设计（论文）专题部分：指导教师：签字年月日教研室主任：签字年月日院系负责人：签字年月日摘要本次毕业设计为295/80R22.5子午线轮胎的结构设计。设计断面膨胀率取1.03,外直径1042mm断面宽289mm胎圈着合直径570mm,胎圈着合宽度254mm断面水平轴位置（H1/H2）为1.10,行驶面宽度232mm胎面花纹采用的是不对称的4条纵向花纹，花纹深度15.0mm,花纹饱和度77.6%。轮桐的标准是15°深梢轮桐DC型轮桐。骨架材料选取的是钢丝帘线，其轮胎的最大负荷高于国家标准的最大负荷。胎体结构采用一层钢丝帘线，三层半缓冲层的结构设计。钢丝圈断面形状为150正六边形，以单钢丝圈加强胎体。胶囊的尺寸根据外胎内缘对应数值来设计。轮胎不配备内胎，空气直接充入轮胎的内腔。关键词：298/80R22.5;全钢载重子午线轮胎；无内胎轮胎；胎面花纹设计；结构设计AbstractThegraduationprojectis295/80R22.5radialtyrestructuredesign.Designsectionexpansiontakes1.03,outsidediameter1042mm,sectionwidth289mm,thediameterofthebeadwithatotal570mm,beadwidthat254mm,cross-sectionhorizontalaxisposition(H1/H2)of1.10,runningsurfacewidthof232mm.Asymmetricaltreadpatternisusedinthelongitudinaldirectionofthetread4,treaddepth15.0mm,thesaturationofpatternis77.6%.Thestandardofrimis15dropcenterrimDCtyperims.Skeletonsteelcordmaterialisselected,themaximumtireloaditsmaximumloadishigherthanthenationalstandard.Carcasslayerstructureusingasteelcordstructuredesign,threeandahalfofthebufferlayerSectionalshapeofthebeadof15hexagon,asinglebeadstrengtheningcarcass.Designedaccordingtothesizeofthecapsulecasinginneredgecorrespondingvalues.Tireswithinnertubes,airdirectlyintothetirecavityfilled.Keywords:298/80R22.5;All-steelRadialTruckTyre;TubelessTiresTreadPatternDesignStructuralDesign.第一章文献综述轮胎的功能及使用性能轮胎的基本功能轮胎的基本使用性能轮胎的结构组成与分类轮胎组成轮胎的分类轮胎的历史与发展中国轮胎的现状及前景子午线轮胎简介子午线轮胎性能特点子午线轮胎的发展第二章轮胎负荷能力的计算负荷计算基本公式Bm的计算计算W直设计依据国标第三章轮胎外缘尺寸设计外胎轮廓尺寸的确定轮胎断面宽B的确定轮胎外直径D的确定轮胎断面高H的确定轮胎水平轴位置的选取H1/H2行驶面宽b和行驶面高h的确定着合宽度C与着合直径d的确定外胎断面各连接弧半径确定及绘图方法胎冠部弧度曲线胎侧部弧度曲线胎圈弧度曲线胎肩轮廓曲线外胎轮廓绘图步骤第四章轮胎外胎花纹设计外胎花纹设计的基本要求花纹的类型胎冠部花纹设计花纹沟深度的确定花纹沟宽度的确定花纹排列角度及花纹沟断面形状花纹沟基部胶厚度花纹节距、周节数的确定胎肩及上胎侧花纹胎面其他尺寸胎面排气孔排气线胎肩防擦线定心分度线胎冠、胎侧磨耗标志花纹块宽度花纹饱和度的计算第五章轮胎胎体和缓冲层的设计胎面胶厚度的计算胎面厚度胎肩胶厚度胎侧胶厚度胎体的结构设计帘布层数帘线排列角度的确定胎体强度安全倍数的计算气密层确定轮胎缓冲层的设计带束层结构设计缓冲层强力安全倍数的计算轮胎胎圈设计钢丝圈形式及数量的确定钢丝圈的设计外胎内缘曲线设计5.5.2成品断面各部位弧度半径的设计第六章轮胎胶囊的设计1胶囊夹口直径设计胶囊的断面周长伸张L胶囊厚度胶囊高度胶囊排气梢设计致谢参考文献附录一附录二50第一章文献综述轮胎的功能及使用性能轮胎是汽车的重要部件之一，它直接与路面接触，和汽车悬架共同来缓和汽车行驶时所受到的冲击，保证汽车有良好的乘座舒适性和行驶平顺性；保证车轮和路面有良好的附着性，提高汽车的牵引性、制动性和通过性；承受着汽车的重量，轮胎在汽车上所起的重要作用越来越受到人们的重视。轮胎的基本功能随着车辆的高档化、高性能化、使用条件的多样化，轮胎需要的功能、性能也不断发展成多样化。为达到良好的牵引力和稳定性，还要根据不同的通途选择轮胎花纹。而且，轮胎被镶在轮车封上使用，需要与轮车村紧紧结合，因此这部分应具有坚固的结构。具体来说，轮胎作为汽车的一个重要的部件，其功能是：承受车辆自重及承载货物的负荷；和汽车悬架共同缓冲来自路面的冲击，并衰减由此产生的震动，以保证汽车有良好的行驶平稳性和乘坐舒适性；为传递驱动力和制动力，提供足够的附着力；为改变或保持汽车行驶方向提供足够的转向操纵与方向稳定性。轮胎的基本使用性能轮胎的使用性能包括承载负荷性、耐磨性能、缓冲性能、附着于牵引性能、行驶安全性能、节能与经济性、高速性等。轮胎的结构组成与分类轮胎作为结构较为复杂的橡胶制品，它是车辆的重要配件，为更好的了解和掌握它的设计及生产工作，必须首先了解其结构、组成及各部位材料的性能和作用，只有这样，才能更加好地完成它的设计任务。轮胎的组成轮胎一般又外胎、内胎、垫带组成，有些情况下如果是一条无内胎轮胎,那么就只有外胎。外胎是轮胎设计最为复杂、生产工艺最多的产品，外胎的组成包括胎面、胎体、胎圈三部分。如图1-1是轮胎与轮^装配断面图，图1-2所示为外胎各部位的组成。图1-1轮胎与轮辆装配断面图图1-2外胎各部位的组成轮胎的分类从不同角度可对轮胎进行不同的分类，通常分类包括按照骨架结构分类、按照用途及国际标准进行分类、按照不同车辆进行分类等。根据轮胎骨架材料的排布情况，轮胎可分为斜交轮胎、带束斜交轮胎、子午线轮胎。斜交结构轮胎是历史最悠久的一种结构，设计理论、生产工艺较为成熟，随着汽车及轮胎工业的发展，出现了子午线轮胎和带束斜交胎。轮胎按照国际标准一般分为轿车轮胎、载重轮胎、农业轮胎、工程轮胎、特种车辆轮胎、航空轮胎、摩托车胎和自行车胎。每一种轮胎都有相应的标准对其规范，确定各种类和规格的相应指标。不同用途的车辆使用的轮胎种类是不同的，P5轿车轮胎；LT一轻型载货汽车轮胎；TB-载货汽车及大客车胎；AG-农用车轮胎；OTR-工程车轮胎；ID一工业用车轮胎；AM飞机轮胎；MO摩托车轮胎。[1]他分类方法其1.2.3.4其他分类方法包括活胎面轮胎、低断面轮胎、宽断面轮胎、拱形轮胎、反弧轮胎、无内胎轮胎、安全轮胎。总的来说，当前随着汽车制造和交通运输部门对轮胎要求日益苛刻，安全舒适的耐用等问题日益突出。为此，轮胎结构趋势是三化一体。三化是子午线化、无内胎化、低断面化。一体是三化共同实施于一条轮胎上。[2]①下面将几个比较重要的阶段介绍如下。开始起步，组织科研胎的历史与发展轮1.3轮胎是汽车的主要部件之一，是汽车的腿。最早的轮胎是由木头制造的，这从我国古代的战车上和国外的绅士马车上都能看出。后来，哥伦布在1493-1496年第二次探索新大陆到达西印度群岛中的海地岛时，发现了当地小孩所玩的橡胶硬块。他把这个奇妙的东西带回了祖国，若干年以后，橡胶得到了广泛的应用，车轮也逐渐由木制变成了硬橡胶制造。但这时的橡胶轮胎却还是实心的，走起来还很不舒服，而且噪声也很大。1845年美国人发明了用橡胶和皮革制成的简易充气轮胎，并装在马车上，第一条充气轮胎诞生。1888年英国人邓录普制造了第一批充气轮胎，不久又制造出带有气门嘴的充气轮胎。1890年巴特莱先后解决了内胎、钢丝圈，使轮胎可箍紧在轮车同上。1892年，帘线的出现（骨架材料），这是轮胎发展史上重大的突破。轮胎使用帘线作为骨架材料的发明。1895年出现了汽车，由于汽车的出现，开辟了充气轮胎的使用范围。1895年制造出汽车用样品轮胎。1899年生产出小型汽车轮胎，但只能在好路面上行驶。1908年—1912年这个时期轮胎开始有了几个显着的变化：开始了轮胎花纹的历史。增加了轮胎断面宽，允许采用较低的气压，以获得较好的缓冲性能。1913年以后的十多年中，又发明了帘线、瓦斯炭黑和无机、有机等配合剂，并相继用于轮胎生产，轮胎制造工艺日趋完善，产量与日俱增，这一时期可称为轮胎工业发展的初期。后来，又出现了人造丝，新型轮胎骨架材料的出现，使轮胎的强度增加，负荷能力提高，使用寿命长。1938年，又研制了钢丝帘线并用于生产轮胎，称为“钢丝胎”。1942年，又发现了尼龙纤维帘线，由于高强力的帘线的出现，大大地推动了轮胎结构的重大改进。1913年，英国的格雷和斯洛伯发现了子午胎并申请了专利。1930年，米其林制造了第一个无内胎轮胎；1946年，米其林又发明了举世闻名的子午线轮胎。1948年，法国米西林首先生产制造出子午胎。[3][4]我国子午线轮胎开发研究的萌芽时期可追溯到1958年，当时天津橡胶工业研究所的科技人员以敢想敢干的精神开始了研究工作。直到1960年院、所（天津橡胶工业研究所与北京橡胶工业设计院）合并为化工部北京橡胶工业研究设计院之后，继续开展了全钢丝斜交载重胎和活胎面载重胎以及半钢丝载重子午线轮胎的研制工作。后来到了1964年，由中国橡胶工业总公司下达科研项目，以北京橡胶工业研究设计院为龙头在四个点同时开展不同品种子午线轮胎的研制：桦林橡胶厂搞活胎面载重子午胎；上海大中华轮胎厂搞全钢丝载重子午线轮胎；青岛橡胶二厂搞半钢丝载重子午线轮胎；北京橡胶工业研究设计院除自己研制子午线轮胎以外，还配合各厂开展工作。国轮胎的现状及前景中1.4中国轮胎生产已有70多年的历史。在195眸前,轮胎年产量不足3万条；到1980年，轮胎产量已达到1146万条，基本是斜交轮胎；2003年，全国轮胎产量约为1.6亿条，子午线轮胎产量为7600万条（其中全钢载重子午线轮胎1117万条），全国轮胎子午化率为47.5%。中国对子午线轮胎的研发始于20世纪60年代中期，形成规模的产业化生产始于90年代初期。随着中国汽车工业的快速发展和高速公路的迅速增加，1990-2000年，子午线轮胎产量年均增长率达40%2000-2003年，子午线轮胎产量的年均增长率仍保持在28%,其中钢载重子午线轮胎产量2002和2003年的增长率分别达到和超过60%轮胎的规格、品种基本能满足目前国内市场的需求和部分出口需求。中国轮胎出口逐年增加，目前约有总产量30%勺轮胎销往欧、美、澳、中东、东南亚等地区。子午线轮胎的发展大大带动了国内轮胎橡胶机械和原材料行业的发展。在中国，子午线轮胎已成为较完整、较先进的新兴产业。由于中国轮胎与其它橡胶制品生产的迅速增长，中国已成为世界第一耗胶大国。轮胎需求的预测，以2010年汽车总产量为1000万辆，其中轿车600万辆计，目前汽车保有量为2480万辆，据预测,2010年国内轮胎的需求量约为2.1亿条，以出口5000万条。据推测2015年轮胎总需求量预计为60681万-78489万条，其中子午线轮胎51716万-67982万条，子午化率约为85%-86%,今后5年内年均增长速率为12.95%-19.65%,子午线轮胎年均增长速率为12%-20%汽车轮胎总需求量为39628万-53432万条，子午化率达到91%-92%工程机械轮胎需求量为1053万条,其中子午线轮胎达423万条，子午化率40%,巨型工程机械轮胎3万条，全部为子午线轮胎，子午化率达100%农业轮胎需求量为5000万条，其中子午线轮胎为800万条，子午化率达16%;轮胎出口量为1.5亿-1.9亿条，其中子午线轮胎为13799万-17485万条，子午化率达92%।出口量宜控制在总生产量的25溢右。[5]②不断实践，缓慢前进]6[方向发展，子午线轮胎要提高生产技术水平，使子午线轮胎能够大规模生产，早日进入先进行列。种今后中国轮胎工业将向高技术、高质量、高效率、低能耗、多产品在摸索研制的基础上，逐步积累了经验，产品投人试用，获得初步效果。在20世纪70年代初，大中华、青岛、桦林各厂的子午线轮胎先后通过产品鉴定并转入小批量生产，也就陆续有一定数量的子午线轮胎投放到社会使用。这期间子午线轮胎生产工艺和装备水平还很差，原材料品种和质量也不能满足要求，产品设计仅是模仿国外的老产品结构，因此轮胎质量水平不够高，不够稳定。即使如此，子午线轮胎的优越性仍能明显地表现出来，并逐步得到了用户的认识和欢迎。但是各厂生产线的水平提高缓慢。午线轮胎简介子1.5子午线轮胎胎体的帘线排列不同于斜交轮胎，子午线轮胎的帘线不是相互交叉排列的，而是与外胎断面接近平行，像地球子午线排列，帘线角度小，一般为0°,胎体帘线之间没有维系交点，当轮胎在行驶过程中，冠部周围应力增大，会造成周向伸张，胎体成辐射状裂口。因此子午线轮胎的缓冲层采用接近周向排列的打交道帘线层，与胎体帘线角度成90°相交70°到78°,形成一条几乎不能伸张的刚性环形带，把整个轮胎固定，限制轮胎的周向变形，这个缓冲层承受整个轮胎60%到70%的内应力，成为子午线轮胎的主要受力部件，故称之为子午线轮胎的带束层。斜交胎的主要受力部件不在缓冲层上，其80%到90%的内应力均由胎体的帘布层承担。由此可见，子午线轮胎带束层设计很重要，必须具有良好的刚性，可采用多层大角度，高强度而且不易拉伸的纤维材料，如钢丝或者玻璃纤维等。[7]②明确方向，决心攻关午线轮胎性能特点子1.5.1子午线轮胎的结构特点决定了它在使用中比斜交轮胎具有如下使用特性：(1)节省燃料，滚动阻力小。节省燃料是子午线轮胎最主要的优点之一。汽车行驶中轮胎所消耗的功率要占汽车发动机的输出功率的30%-40%轮胎消耗的功率大小是受轮胎滚动阻力影响的。轮胎的滚动阻力90嘱由其结构和材料之间的摩擦(滞后损失)引起的。而5%-10嘱由轮胎与路面之间的摩擦引起的。子午线轮胎的滚动阻力比斜交轮胎小20%-35%因而在使用中消耗功率也小，可以节约汽油4%-10%一条子午线轮胎从新胎到报废，可比斜交胎节油210kg,六条轮胎(即六轮汽车)就能节约油料1.26t。(2)胎面耐磨，行驶里程高。子午线胎由于冠刚性大，周向变形小，胎面着地面积大，压强小，因而减少了胎面滑移；以及摩擦小，生热低等因素，使胎面耐磨耗，与斜交胎比较子午线胎可提高行驶里程20%-30%(3)生热低、适用于高速长时间行驶。由于子午线胎内摩擦小、行驶中产生的热量低，以及胎体帘布层数少、散热快，因而行驶温度可比斜交胎低30%-40%于是减少了轮胎破坏的可能性，为高速行驶创造了条件。其次，基于它的结构特点，子午线轮胎越是在较好路面、较高速度下行驶，节油效果越大，操纵稳定性越好。(4)抓着力大，通过性能好。与斜交轮胎比较子午线轮胎着地面积大，对地面的单位压力小。在硬路面和软路面上的抓着力纵向比斜交胎大10%-20%侧向约大50%通过性能大大提高。特别是在湿滑和冰雪路面上子午线轮胎防侧滑性能好。(5)缓冲性能好，减少汽车机件的损坏，乘座舒适。子午线胎胎体帘线呈零度排列。因而侧部刚性低，缓冲性能好，减少了汽车行驶时的震动而引起的机件损坏。据统计，装用子午胎的汽车弹簧钢板寿命比装斜交胎提高一倍左右。缓冲性能好，客车装用子午胎，乘坐舒适。(6)耐刺扎，修补费用少、行驶安全。子午线胎有坚固的钢丝带束层，以及对地面的单位压力小，在行驶中不易被刺穿、减少了修补时间和费用，增加行驶的安全性。(7)通过性能好。因为子午胎接地面积大，刚性强，抓着性能好，所以在泥泞路面、雪地打滑少，通过性能好。子午胎的主要缺点：(1)因为子午胎侧向刚性差，所以使用中侧向稳定性差，车速较快时方向有发飘感觉，胎侧变形大所受应力大。(2)胎侧、胎圈易裂口，低速噪声大；(3)成型复杂、部件多，精确性要求高，因而成型效率较低。1.5,2子午线轮胎的发展1892年，法国米其林公司发明了一种可以拆卸的充气橡胶轮胎，给轮胎修理带来了极大便利，促进了充气橡胶轮胎的推广。1908年，米其林公司研制出并装轮胎：有效解决了重型汽车的轮胎负荷问题。这些轮胎史上的标志性发明最终催生了子午线轮胎的出现。1946年，子午线轮胎由米其林公司发明，并取得专利。子午线轮胎克服了斜交轮胎滚动阻力大、使用寿命短和缓冲性能差的缺点。1951年米其林公司将子午线轮胎专利内容公布于世，从此子午线轮胎在全世界范围内开始推广开来。子午线轮胎由于性能优异在世界范围内得到了迅速发展。目前世界轮胎产量已达20亿条，其中子午线轮胎已占90叫上。网欧洲轮胎子午化率已达100%,且高性能子午线轮胎占相当大的比例，子午线轮胎已成为全球轮胎工业的标准。1970,1980,1990,2000和2010年世界轮胎子午化率分别达到15%,54%,75%,90%口95%（预计）网。由此可以看出，子午线轮胎已经成为轮胎工业的发展方向，而且这种发展趋势在不断加强，成为轮胎工业发展中一种不可逆转的潮流。[9]由国家科委组织专家们在全国进行了系统调查，召开会议进行论证。专家们根据掌握的大量科学实验和实际使用数据，得出了明确的结论，在中国也应该发展子午线轮胎。这个结论对进一步统一认识、明确子午线轮胎的发展方向，起了很好的作用。但由子汽车工业在那个时代主要生产载重汽车，轿车产量极少，所以对配用子午线轮胎的要求不高（因子午胎价格高于尼龙斜交胎）0直到上海大众、一汽、二汽引进轿车牛产线才认识到了配用子午线轮胎的必要性。再加上高速公路的修建迫使要采用子午线轮胎。为了要立足于国内发展，必须要提高子午线轮胎的质量和生产水平，国家将子午线轮胎列人了“六五”（1980--1985年）科技攻关项目，由北京橡胶工业研究设计院和上海大中华轮胎厂为主要攻关单位，组织了全国卜几个配合单位联合攻关。两个主要承担攻关项目单位分别完成了任务，达到了攻关指标，通过了鉴定验收，使国产子午线轮胎达到了一定水平，为今后推广使用国产化子午线轮胎的生产技术奠定了良好的基础。界主要轮胎生产国子午线轮胎的发展世1.5.2.2法国是最早生产子午线轮胎的国家，同时也是全部实现子午化最早的国家。1948年，米其林公司试制生产出世界第1条全钢子午线轮胎并推向法国市场。1952年米其林公司把所有研究力量和经费用于改进子午线轮胎的性能。从那时起，他们所建造的新轮胎厂都是按照子午线轮胎生产工艺而设计的。1965年,米其林公司生产出胎面具有不对称花纹的XAS系列轮胎，子午线轮胎也第1次用到越野车上，为了满足赛车日益提高的要求，米其林公司开始生产一系列赛车用子午线轮胎。1968年,新型VR系列轮胎能使车速达到240km/h,极限速度甚至超过300km/h,安全和舒适性同样十分出色。1976年,TRX系列轮胎的发明是子午线轮胎发展过程中的一座里程碑，由于其与轮车同新的配合形式增大了胎侧的变形区，性能大为改进。1980年，米其林公司发明摩托车用BIBTS系列轮胎。1981年米其林公司首次推出航空子午线轮胎。1985年，米其林公司推出M系列轿车子午线轮胎，并将其一直发展演进至今。20世纪90年代以来，米其林公司为满足轮胎工业日益提高的要求，相继推出了低滚动阻力、抗湿滑性好的绿色轮胎MX和MXV3A等产品。绿色轮胎比普通子午线轮胎滚动阻力降低22%-24%,从而轿车可节省燃料寸导5%,载重汽车可节省燃料638%。1993年，米其林公司开发的C3M一体化全自动轮胎生产系统使轮胎厂基建投资节省50%占地面积和操作人员减少50%^90%原材料消耗减少9%,目前已在法国、美国、瑞典、西班牙和巴西等工厂投产使用。2000年,米其林公司的Xone载重轮胎以单胎替代并装双胎，从而提高了车辆的承载能力并且可减少油耗。2003年，米其林公司在中国推出绿色环保轮胎EnergyMXV8,该轮胎能有效降低燃油消耗，从而减少车辆的尾气排放，对节能和环保具有重要意义。[10]近年来，米其林公司先后在轿车和载重轮胎市场上推出XICE冬季轮胎及EnergyXM1+,Latitude,XZY3和XDY金安全性能卓越的新产品。日本发展子午线轮胎的起步时间比较晚，到1966年才开始生产子午线轮胎，但发展速度相当快。1967年，日本子午线轮胎产量仅占其轮胎总产量的0.5%;1975年，轿车轮胎子午化率达到39%,载重轮胎为15%1980年，前者升至65%,后者为38%1990年分别为95崎口80%2000年实现了轮胎生产的完全子午化。[11]作为意大利最大的子午线轮胎生产企业，倍耐力公司是最早发明全织物纤维子午线轮胎的公司。倍耐力公司在1948年发明Cinturato子午线轮胎，并于1951年取得专利，随后又获得了几个有关全织物纤维子午线轮胎的专利。20世纪70年代，倍耐力公司率先为高性能轿车专门设计生产出低断面子午线轮胎。80年代初，作为环保运动的积极倡导者和响应者，倍耐力公司又推出减少油耗，节约能源的低滚动阻力子午线轮胎。P价口P7系列轮胎是倍耐力公司最值得骄傲的类子午线轮胎，第1代P7系列轮胎在70年代诞生，作为最早的低断面轮胎，它不仅开创了历史性的技术革命，而且还有起源于赛车运动的超高性能汽车轮胎之父的尊称P7系列轮胎包括80年代推出的超高性能轮胎P700ZF口90年代推出的专用于车辆改装的P700琨胎，到2001年又推出新型P7系列轮胎，使该系列产品不断得到完善，成为倍耐力公司超高性能轮胎的代表产品之一。比P7系列更注重舒适性的P6系列轮胎在1977年推出，是世界上第1款高性能超低断面子午线轮胎。在此基础上倍耐力公司发展出专门为豪华轿车配套的低断面子午线轮胎P600和目前销售业绩最好的P6000及P6000Powergy,这即是着名的倍耐力公司高性能系列轮胎。2007年，倍耐力公司在迪拜向全球市场推出PZeroTheHero轮胎，该款专为超级跑车开发的全新超高性能子午线轮胎代表了倍耐力公司最先进的技术研究成果，轮胎工业的革新为最挑剔车手在各方面提供了史无前例的卓越性能。美国子午线轮胎研究工作最早可以追溯到20世纪60年代初期，但由于经济原因，子午线轮胎生产在美国直到70年代才得到快速发展。1975年，美国轿车轮胎子午化率为66%,1978年为77%,199眸增至95%,1995年完成了轿车轮胎完全子午化；载重轮胎子午化水平也经历了类似的发展，1970为1%,1975年为9%,1985年为64%,1990年为95%,同样在1995年实现了载重轮胎完全子午化。目前，美国最大的两个子午线轮胎生产企业是固特异公司和固粕轮胎橡胶公司。按2006年全球销售额计算，固特异公司以175亿美元排名第3,固粕轮胎橡胶公司以21.55亿美元排名第8,在世界子午线轮胎生产中占据重要地位。除了上述子午线轮胎生产大国以外，一些新兴的发展中国家和地区借助于外国技术和资金支持，也在大力发展子午线轮胎，并且产量逐年增大。［12］以韩国锦湖轮胎公司为代表的一批新兴轮胎公司正在迅速崛起。国子午线轮胎的发展中1.5.2.2轮胎的子午化率和子午线轮胎技术可以反映一个国家的轮胎生产技术水平。近年来，我国汽车工业的快速发展有力推动了子午线轮胎的技术进步，目前我国子午线轮胎已发展成为一个较完整、较先进的工业产品体系。经过多年的努力，我国轮胎工业已发展成为一个较成熟的工业体系。20世纪90年代后期，随着外资企业的进人和引进技术的日趋成熟，我国子午线轮胎生产技术发展很快。2000-2004年，我国轮胎总产量年均增长率超过10%子午线轮胎产量年均增长率超过30%目前，我国汽车轮胎年总产量已超过2亿条，成为世界第二大轮胎生产国。我国子午线轮胎从20世纪60年代初开始研制以来，已有近40年的历史。与国外相比，我国起步并不晚，但进展缓慢，步履艰难。直到80年代后期，国家下决心大力支持子午线轮胎发展，并取得较大的进展，为我国加速发展予午线轮胎打下犷良好的基础。纵观我国子午线轮胎的发展经历，大体可概括为：60年代起步，70年代缓慢前进，80年代加快步伐，90年代以后迅速发展。［13］?左右。70%!前轮胎的子午化率已达，轮胎生产结构调整成效显着，由于我国子午线轮胎的快速发展，近年来第二章轮胎负荷能力的计算负荷计算基本公式轮胎的负荷能力，是轮胎质量的重要指标。其最大负荷能力与行驶速度、内压、充气断面宽、轮车固直径和宽度有关。常用负荷计算公式为海尔近似式，是一个在轮车村宽度为充气轮胎断面宽度之比等于62.5%的标准条件下得出的实验式。载重轮胎负荷计算基本公式及负荷系数K值的选取。负荷计算基本公式W=0.231K0.4250.98103(1.0210-2P)"585鼠39(Bm+D)区=BX(180°-arcsinW1/B/)/141.3°式中：W一轮胎计算负荷，kg;K—负荷系数，单胎K=1.14,双胎K=1.10;P—充气压力，kPa;Bm—WB/为62.5%的理想轮车同上的轮胎充气断面宽，cnxDr一轮车村名义直径，cmW1一设计轮车罔宽度，cmB/一充气断面宽，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150.231.单胎负荷应为双胎负荷的1.14倍，气压应相应增加70kPa。双胎并15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基本参数选取骨架材料：钢丝帘线K=1.10(双胎)轮车村规格：9.0英寸，轮车固宽度C=228.6mm轮车村名义直径：22.5英寸，轮车同类型为15°深槽轮车村(载重无内胎)标定直径：571.5mm轮胎使用速度等级MBm的计算&=ET(180°-arcsinW1/B/)/141.3°.其中Bx=298mm,W=228.6mrg则由=298(180°-arcsin228.6/298)/141.3°=274mm计算W值轮胎充气压力P=900kPa将以上各数据代入公式W=0.231K0.425(1.0210-2P)0.585B1.39(Bm+DR)得：W=0.2311.10.425(1.0210-2900)^58527.41.39(27.4+57.15)=0.2311.10.4253.6699.6584.55=3330kg>3250kg(相应规格对应的国家标准负荷值)符合要求。设计依据国标本次设计的轮胎为295/80R22.518P双胎使用设计，设计过程中数据选取参照GB/T2997-2008中相关规格的标准，见表2-1、2-2。表2-1胎行驶速度与负荷变化对应表

km/h胎负荷艾化率/%率/%40+25.0+15.050+20.0+12.060+15.0+10.070+12.5+7.080+10.0+4.090+7.5+2.0100+5.00110+2.50>12000注：表中的负荷变化是相对于轮胎规格、尺寸、气压与负荷表中规定的负荷能力增加的。表2-2295/80R22.5载重汽车公制子午线轮胎（80系列，15°轮辆）参数标准轮胎规格295/80R22.5层级18单胎双胎负荷指数9.01521499.0测量轮车用新胎设计尺寸mm最大使用尺寸mm静负荷半径mm负荷能力kg充气压力kPa最小双胎间距mm允许使用的轮辑！断面宽度298公路型外直径1044总宽度公路型外直径1062313487单胎双胎355032509003358.25气门嘴型号DR08第三章轮胎外缘尺寸设计外胎轮廓尺寸的确定所谓的轮胎的外轮廓设计，实质是对能够生产出相应技术指标要求的充气外轮廓尺寸的成品轮胎的模具内轮廓形状尺寸的确定过程，这里定义的轮胎尺寸，实际上是指硫化模具的内缘轮廓尺寸。轮胎外轮廓的主要尺寸组成及代号见图3-1。轮胎的外轮廓尺寸是外胎断面图的基本框架尺寸，包括断面宽（B）、外直径（D）、断面高（H）、下胎侧高（H）、等。上胎侧高（H））、着合直径（d）、着合宽度（C）、行驶面宽（b）、行驶面高（h）等。图3-1轮胎外轮廓主要尺寸轮胎断面宽B的确定轮胎断面宽是指胎体断面的最宽位置，位于水平轴上，对于常规轮胎来说是胎侧变形最大的位置。其值的确定直接影响技术指标要求的充气断面宽B，,是决定轮胎外形合格与否的重要参数。断面宽B值的确定公式：B=B/（B//B）式中：B一轮胎断面宽（模具内轮廓断面宽）B/一成品轮胎充气断面宽；B//B一成品轮胎相对硫化模具断面宽的膨胀率;B//B的确定一般来自以下的途径，第一，广泛来自多年的设计经验，找到其与其他设计参数的相关性，加以总结，得到相应的设计经验。它分别守轮胎的高宽比（H/B）、轮车同宽与断面宽比值WB、帘线性能和帘线胎冠角（B。、轮胎生产工艺条件等因素影响。全钢子午线轮胎充气后断面宽度变化比较复杂，影响因素较多，如断面高（H）/B和帘线伸张值越大，断面宽膨胀率（B'/B）越大；胎圈着合宽度（C）/B越大，B'/B越小。根据轮车固宽度每改变25.4mm轮胎断面宽度改变10mm规律，同时设计特点特点，本次设计选用的298/80R22.5钢丝子午线轮胎，H/BV1,B，/B值约为1.03。因此B=B//（B//B）=298/1.03=289mm轮胎外直径D的确定模型内缘直径D根据轮胎充气外直径D，和充气外直径变化率（D/D/）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，表示，求模型外直径D值。由于周向不易伸张的带束层箍紧胎体，全钢子午线轮胎充气后外直径膨胀率（D'/D）不大。D=D//（D/D/）式中：D一轮胎外直径；D/一成品轮胎充气外直径；。D/D/一成品外胎充气外径对模具尺寸的膨胀率。D/D，取1.002,因此：D=Dx/（D/Dx）=1044/1.002=1042mm<1062（国标最大使用尺寸）轮胎断面高H的确定在确定外直径D的基础上，断面高H为外直径与着合直径差的一半，即：H=1/2(D-d)

式中：H一轮胎断面高；D一轮胎外直径；d一轮胎着合直径。轮胎着合直径d=d标定一1.5=571.5-1.5=570mm代入数据得：H=1/2(D-d)=1/2(1042-570)=236mm轮胎水平轴位置的选取H1/H2水平轴位于轮胎断面最宽点位置，是一条水平的辅助线，位置通常用H1/H2表示。水平轴位置对轮胎的使用性能和使用寿命有很大的影响，水平轴位置偏向胎冠，即H/H2过大，将会造成胎肩及下胎侧补位应变增大，断面内骨架层间剪切应力增大，易造成肩空或肩裂等早期损坏；若水平轴偏向胎圈部位，即H1/H2过小，将会造成下胎侧和胎圈部位应变增大，断面内剪切力增大，易造成胎圈断裂或脱层。子午线轮胎断面最宽点半径的位置要比斜交轮胎的高，希望能使轮胎的变形落在水平轴以上，带束层端点一下的上胎侧高(H2)区域之内，并减小下胎侧高(H1)区域的应力和胎圈的应力。由于子午线轮胎胎体帘线呈径向排列，其钢丝圈承受力要比斜交轮胎的大，故断面最宽点半径要取得高一些来减轻所承受的力。一般选取H1>K,轿车子午线轮胎取值为图3-2外胎断面水平轴位置示意H一胎圈基部至水平轴的距离水平轴至胎冠中心的距离1.0〜1.2,载重子午线轮胎最高取值可达H一胎圈基部至水平轴的距离水平轴至胎冠中心的距离本次设计H/H2取值1.1,即H=124mm,H2=112mm行驶面宽b和行驶面高h的确定作为决定胎冠形状的主要参数，b、h的选取直接影响轮胎的耐磨性能、附着性能、牵引性能和滚动阻力等，运用公式：b=B(b/B)h=H(h/H)式中：b一胎冠行驶面宽；h一胎冠行驶面高；B、H—外胎断面宽、断面高。b和h是决定胎冠轮廓形状的主要参数，适当调整b和h,可以优化轮胎接地面形状和大小，均衡胎冠接地面压力，提高轮胎的牵引性能和耐磨性能。根据本次设计的规格，选取b/B=0.8,h/H=0.05。因止匕b=B(b/B)=289X0.8=231mmh=H(h/H)=236X0.05=12mmb值过大，即行驶面过宽时，胎肩增厚，生热量过高，散热困难，以致造成胎肩、胎冠脱层的早期损坏，影响轮胎的使用寿命。若b值过小，即行驶面过窄，胎面与路面接触面积小；平均单位压力增大，极易早期磨损。一般设计行驶面宽度b值，以不超过下胎侧弧度曲线和轮车同曲线交点的间距为准。b、h值确定应根据轮胎断面高，用h/H值控制其二者范围。h值过大即胎冠曲率过大，胎面与路面接触面积小，耐磨性能差；b值过小时，虽然耐磨性能和附着性能得以提高，但胎肩过厚，影响散热。着合宽度C与着合直径d的确定该尺寸位于胎圈部位，与轮^接触，因此，要求其与轮车固有良好的配合与接着，当然，还要考虑装胎的方便与否。目前一般有两种方法确定C值:一是传统的按标准轮车固宽度（Rm）确定C值,即C=Rm二是按照新的“预应力设计法”进行设计，即C-Rm=12.7〜50.8mm（0.5〜2.0英寸）。预应力设计法尤为适用于子午线轮胎的C值设计，特别是无内胎子午线轮胎。按照传统方法设计时，由于轮胎硫化后的收缩，两胎圈间距变窄，装配轮车封后充气时不能很好地紧贴轮车村边缘而导致漏气，但按预应力法设计时，情况就有明显的改善，轮胎两胎圈边缘可以紧贴轮车村,充气时轮胎很快就能达到标准气压。因此，按照预应力设计法，本次设计295/80R22.5花纹N轮胎的C值放大25.4mm,即C=254mm花纹O轮胎的C值为228.6mm）。着合宽度C=W+25.4=228.6+25.40=254mmd的取值应满足轮胎装卸方便和着合紧密的要求。胎圈与轮车村装配过盈量过大时，轮胎装卸困难，且影响胎圈安全性能；过盈量过小时，轮胎不能与轮车村紧密配合，造成无内胎轮胎漏气。根据轮胎及轮车村的使用情况，确定d比轮策J直径小1〜2mm,轮策j直径为571.5mm,d取570mm着合直径d=22.5X25.4-2.5=571.5-1.5=570mm对于无内胎轮胎，要求轮车同结合部有良好的气密性，因此，轮胎着合直径较轮^直径小2〜3mm并且胎趾部位的器械角度较轮车村相应部位大2。〜3°。各种轮车同与轮胎的配合图见图3-3o图3-3轮胎胎圈设计示意图（a）平底轮辆载重轮胎（b）5。斜底轮辆载重轮胎（c）深槽轮辆轿车轮胎

（d）深槽轮辆无内胎轿车轮胎（e）深槽轮辆无内胎载重轮胎外胎断面各连接弧半径确定及绘图方法轮胎外轮廓由多段弧线连接而成，作图和取值是有一定的规则和方法的，可分为胎冠部弧度曲线、胎侧弧度曲线、胎圈部弧度曲线胎冠部弧度曲线冠部曲线形状对轮胎的耐磨性能、附着性能、胎体生热、高速性能等有较大影响。设计时可分为一段弧设计，弧度半径为R,弧的圆心在轮胎断面图的中心线上。公式：R=b2/8h+h/2S=0.01745Rnaa=2arcsin{(b/2)/Rn}式中：a一行驶面弧度的夹角；0.01745一常数,即为九/180;R一胎冠弧度半径，mmS一行驶面弧长，mm带入数据得：R=b2/8h+h/2=2312/(8X12)+12/2=562mma=2arcsin{(b/2)/Rn}=2xarcsin{(231/2)/562}=23.72°S=0.01745Rna=0.01745X562X23.72=232mm本次设计采用一段弧设计，弧半径R圆心在断面中心上。胎侧部弧度曲线外轮廓胎侧部一般由上胎侧弧R、下胎侧弧R和下胎侧连接弧R组成，以水平轴为分界线，作图时圆心均在水平轴上，如图3-4,3-5所示。上胎侧弧度半径R和下胎侧弧度半径R的确定图3-4上胎侧半径R计算参考图3-5下胎侧弧度半径R计算参考图上胎侧弧：R={(H2-h)2+1/4(B-b)2-L2}/(B-b)式中：L一胎肩切线长度(L在轮胎断面中心轴的投影长度约为K的50衿将L=H2/2代入上式即可计算出值。代入数据得：R={(H2-h)2+1/4(B-b)2-L2}/(B-b)={(112-12)2+1/4(289-231)2-562}/(289-231)=133mm下胎侧弧：R2={1/4(B-W1-2a)2+(H-Hr)2}/(B-W1-2a)式中：HR一当a等于轮车同边缘宽A的2/3〜3/4时对应的轮车同上的高度,本次设计取8.8mm如图5-7所示；图3-615°深槽轮辆名义宽度9.75及其以下的轮廓(用于直径代号17.5,19.5,22.5,24.5)a一下胎侧弧度曲线与轮缘曲线交点至轮车同轮缘垂线间距离(2/3〜3/4),本设计取12.7mmA一轮车同轮缘宽度，本次设计相应标准为36mmW一轮车村宽度，mmB一轮胎断面宽度，mmHi一轮胎下端面高，mm表3-122.5X9.0015°深槽轮辆轮廓尺寸轮车用轮廓A3.5HminhminLminMmanPnin22.5X9.00228.530.010.028.010.036.0轮胎拆装时，轮辆槽底廓形的最小尺寸和槽底位置的极限尺寸代入数据得：R={1/4(B-W1-2a)2+(H-Hr)2}/(B-W1-2a)={1/4(289-228.6-2X12.7)2+(124-8.8)2}/(289-228.6-2XX12.7)=388mm下胎侧连接弧R是来连接下胎侧弧R和胎圈弧R之间的圆弧，该弧分别与R内切与R外切，其值一般为R的25335%有时R取值较小，以增加下胎侧向胎圈过渡处的厚度，起到加强胎圈的目的，所以本次设计取25%R,即R=97mm不同类型轮胎有差异，其值对轮胎的硫化质量和使用性能都有一定的影响。胎圈弧度曲线轮胎胎圈圆弧与轮车同边缘及底部保证有较好的吻合，胎踵弧度半径R比轮车村相应部位弧度半径大0.5〜1.0mm,本次设计取12mm胎圈弧度半径R比轮辎I轮缘相应部位小0.5〜1.0mm,本次设计取20mm其半径圆心点较轮辎I轮缘半径圆心点位置略低1〜1.5mm使轮胎紧贴于轮车同上。胎肩轮廓曲线胎冠与上胎侧之间需要胎肩曲线进行连接，该曲线的行驶根据不同的类型、使用条件可选不同的形式。如图3-7所示，降低生热载重胎通常选用胎肩反弧形式（a）;为提高胎侧及胎肩的挺性可采用阶梯型（b）;圆弧形胎肩通常被中、小型载重轮胎采用（c）;切线型胎肩（d）;是用直线与胎侧弧度半径Ri弧相切而成，是广泛应用的一种胎肩设计方法。考虑到轮胎适用车辆类型和行驶路面，本次设计采用切线型胎肩。(a)(b)(c)(d)(a)(b)(c)(d)图3-7常用胎肩轮廓设计示意图外胎轮廓绘图步骤①画出中心线和水平轴；②由断面宽B和上下高Hi、H确定外轮廓曲线的左侧点、右侧点、上端点及下端点；③根据b、h和C确定胎面宽及胎圈宽共四点；④绘出胎冠圆弧R,其中心在纵轴上；⑤绘出上胎侧圆弧R,其中心在水平轴上；⑥画出胎肩切线L;⑦画过渡弧R;⑧绘出下胎侧圆弧R;⑨绘出胎圈弧R、R并进行过渡连接；⑩绘出R第四章轮胎外胎花纹设计现代汽车轮胎车速不断提高，对轮胎也提出了更高的技术要求，十分重视轮胎花纹设计。近代轮胎工业的花纹设计围绕提高轮胎的牵引力、侧滑力、耐磨性、耐撕裂和排水性能以及减少轮胎行驶过程中的噪声，特别是提高轮胎在冰雪及潮湿道路上的使用性能将对汽车工业的发展有重大意义。胎面花纹对轮胎性能和使用寿命，特别是对无内胎轮胎的速度性能有较大影响，对汽车的操纵稳定性起决定性作用。本次设计轮胎主要用于长途客运汽车及公交汽车，胎面采用4条纵向花纹，花纹沟底设计为凸台结构，以有效保护花纹沟底，防止花纹块夹石子，花纹深度为15.0mm,花纹饱和度为77.6%胎肩及花纹沟边部设置密集钢片，以减少轮胎不规则磨损，提高耐偏磨性能。胎面花纹及其展开如图4-1和4-2所示。4-1胎面花纹示意4-2胎面花纹展开示意外胎花纹设计的基本要求轮胎与路面纵向和侧向均具有良好的接着性能。胎面耐磨而且滚动阻力小。③使用时生热小，散热快、自洁性能好，而且不裂口、不掉块。④花纹美观、低噪声，而且便于模具加工。⑤应使缓冲层、胎体帘布层以及胎面受压力分布均匀上述要求互相间存在不同程度的矛盾难以全部满足。胎面花纹设计必须根据轮胎类型结构和使用条件、主次要求、兼顾平衡来确定方案花纹的类型胎面花纹是按照轮胎的类型、结构特征、使用条件和要求而进行设计的。花纹的类型是按照不同的适用路况条件和饱和度确定的，花纹的饱和度是指胎冠行驶面中，花纹块的面积占行驶面总面积的百分比。一般把轮胎花纹归纳为普通花纹、混合花纹和越野花纹三种，见图4-3o图4-3轮胎胎面花纹（a）普通花纹；（b）混合花纹；（c）越野花纹（1）普通花纹亦称公路型花纹，适用于较好的水泥路面、柏油路面以及较好的泥土、碎石等硬基路面。载重胎普通花纹有横向（如烟斗花纹）和纵向（如锯齿形或波纹型花纹）或纵横组合型三种。横向花纹的主要缺点在于胶块较大而硬，散热性差，噪声大，防侧滑型较差，设计不当易造成肩空、肩裂等缺陷。当轮胎换位不及时时，肩部花纹块容易磨成高低不平的锯齿状。但这类花纹在车速较低、路面较差的条件下使用还是适宜的。纵向花纹的主要优点是滚动阻力小，侧滑性能好，噪声小，散热性能也好。起缺点是牵引力较差，由于花纹柔软移动性较大，在普通斜交胎上表现耐磨性不如横向花纹。载重胎普通花纹，其花纹块所占面积一般为行驶面的70%-80%,试验证明，以78溢右的耐磨性能比较良好。载重普通花纹形式见图4-4o图4-4载重轮胎普通花纹（a）普通花纹；（b）混合花纹；（c）越野花纹（2）越野花纹亦称高行驶性能花纹，适用于崎岖不平的山路、高低不平的矿山、建筑工地及松土路、潮湿易滑的泥泞、沼泽地区等，军用越野汽车及工程车上用的轮胎局采用这种花纹。（3）混合花纹它属于普通花纹与越野花纹之间的过渡性花纹，适用于城市与乡村之间的碎石、软土及山区等路面。该花纹一般在行驶面中具有不同方向或纵向分布的窄沟槽。混合花纹的抓着性能优于普通花纹，次于越野花纹，其主要确定是耐磨性能差，胎肩花纹磨损容易产生不均现象。化合花纹块所占面积一般为行驶面的60%-70%胎冠部花纹设计胎冠部花纹设计包括花纹沟深度、宽度，基部胶厚度，花纹的排列方向以及花纹沟底设计。花纹沟深度的确定花纹沟壁向沟底，采用倒圆角弧绘制，以减小因应力集中而引起的花纹沟底裂口。应用公式：L=S(磨耗深度/1000)子午线轮胎每行驶1000公里，胎面平均消耗量为0.15〜0.16mm,则L=(0.150.16)(100000/1000)=15〜16mm根据路面的情况本设计取15mm表4-1载重轮胎花纹深度子午线轮胎规格公路型花纹加深公路型花纹295/80R22.512.95(0.49)15.24(0.60)(注)影响花纹深度的因素:.轮胎的用途：高速行驶的汽车，h小些；.轮胎的规格：规格大些，h小些；.花纹的类型：越野花纹〉混合花纹〉普通花纹；.胎体的强度：胎体帘线强度大，h适当增加；.工作压力：内压低，曲挠度大，生热高，花纹沟浅；.保持h与花纹参数的比例关系花纹沟宽度的确定胎冠花纹沟宽直接影响轮胎与地面的抓着性和胎面的耐磨性。沟宽较宽，在相同的饱和度下，花纹块柔软度较好，与地面的抓着性较好，但会造成胎面侧磨性变差，并易发生掉块现象，因此，普通载重轮胎花纹沟不宜过宽，一般在7〜20mm之间，并且要求花纹块的宽度尽量大于花纹沟深度的2倍。花纹沟宽度在胎面分布尽量均匀，宽窄沟之间的宽度差应在25%^50%Z内。同时还要考虑胎面整体的饱和度一定要达到不同用途花纹的要求。表4-2载重轮胎胎面花纹参数取值al普通花纹混合花纹越野花纹花纹7^宽/花纹沟深0.5〜0.80.3〜3.00.5〜4.0花纹块宽/花纹沟深1.2〜3.01.5〜3.01.5〜3.0花纹块宽/花纹沟宽2.0〜5.02.0〜5.00.5〜4.0花纹排列角度及花纹沟断面形状为保证有足够打的牵引力和附着力，花纹沟在胎面上的排列角度，应根据相应轮胎的使用路宽条件等因素确定，一般在于胎冠中心线称30°〜60°之间，也可以为0°〜90°,但一般不要与胎体帘线的排列角度重合，应相差3°以上，避免应力集中在帘布层之间，早期脱层损坏。花纹断面形状，决定轮胎的牵引力、自洁性和花纹沟是否容易裂口损坏等。花纹沟断面形状影响开放，并且尽可能保证沟宽大于等于花纹沟的深度，若不能保证，可采取阶梯型设计，常见花纹断面形状如图4-5。花纹沟底断面半径，载重轮胎一般在3〜5mm横向花纹倾斜角度在15°〜20°,纵向花纹在8°〜10°。见图4-6。图4-6花纹沟底断面形图图4-6花纹沟底断面形(a)窄花纹沟；(b)宽花纹沟;(c)阶梯型花纹沟；(d)单边阶梯型花纹沟；花纹沟沟底半径计算可按公式：R=(b/2cosa-hsina)/(1-sina)其中：b——花纹沟宽度15mmh花纹沟深度9mma——花纹沟壁倾斜角度10°R=(15/2cos10°-9sin10°)/(1-sin10°)=4mm本次设计采用窄花纹沟。花纹沟基部胶厚度花纹沟线面与骨架材料之间有层一定厚度的胶料，该层胶料保护骨架免受机械等的损伤、缓冲车辆在牵引和制动时与路面间的剪切应力。其厚度的确定要考虑轮胎在实际使用过程中的使用条件，达到保护胎体骨架材料的目的，防止花纹沟底发生裂口等现象；缓冲和分散轮胎形式过程由胎面至骨架材料之间的剪切应力，提高轮胎的使用寿命。因此，该部位胶料的厚度只能满足以上要求，根据不同的使用情况，具体问题具体分析。经过长期的设计与实践工作，轮胎的设计人员总结出不同使用环境用途轮胎的基部胶厚度与花纹深度之间的关系，见表4-3o其厚度为花纹沟深度的25%-50%一般载重轮胎横向普通花纹不易裂口，基部厚度可选低值，纵向花纹基部胶厚度则不宜过薄。表4-3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普通花纹混合花纹越野花纹横向纵向块状条状窄向宽向基部胶厚度占20〜2530〜4025〜3030〜3530〜3540左右花纹沟深度/%同时，花纹基部胶不应过厚，以免造成胎体生热过高而早期破坏。根据不同的花纹类型，基部胶的厚度一般是花纹深度的20%-50%如纵向普通花纹，由于沟底易裂口，基部胶厚度较花纹深度较厚；而横向普通花纹，基部胶厚度较花纹深度较薄。花纹节距、周节数的确定花纹节距是指组成轮胎圆周整体花纹具有相同结构、形状分布的单元花纹在圆周方向的宽度，周节数是指这样的重复单元的个数。花纹节距、周节数要根据花纹类型、花纹形状及花纹饱和度等因素确定。花纹节距分为均等和不均等两种。一般低速载重轮胎多采用均等花纹，而速度较快的载重、轿车轮胎采用不均等的变节距花纹，这样可防止产生谐振噪声，一般花纹最大的节距与最小的节距数之差不宜小于20%-25%花纹节距越大，花纹等分数越少，花纹等分数又称为花纹周节数，应取偶数值，便于花纹平分。应用公式：tc=3.14D/n式中：D——外胎直径1042mmn——花纹周节数一般50〜64之间本设计取n取60,为不等距花纹，其中t」/tc=1.2则tc+tc'=3.141042/30=110mmtc'=60mm,tc=50mm胎肩及上胎侧花纹根据子午线轮胎结构材料的分布，在胎冠部位一般设有2〜4层钢丝帘线做带束层，其刚性很高，但到行驶面边缘的胎肩处恰好是带束层的端点，因而胎肩部位的刚性较低，当轮胎受到侧向力作用时，胎肩花纹容易产生移动，为提高胎肩部位对地面的支撑性能，减少花纹移动，以防止间磨和偏磨，一般采用增大肩部花纹的设计方法。另外，子午线结构轮胎胎肩与胎侧的链接部位采用切线过渡，以减薄胎肩胶的厚度，有利于散热。本次设计取胎肩花纹为长60mm宽20mm工86mm勺耐磨胶料条，胎肩花纹间距tci=3.14(D-2h)/n带入数据得tci=3.14X(1042-2X12)/60=53mm胎面其他尺寸外胎表面还包括排气孔、排气线、防擦线、定心分度线、花纹磨耗标志等。胎面排气孔排气孔布置在硫化模具的内部，作用在于硫化时排除外胎表面与模具内腔之间的空气，减少硫化后外胎表面、花纹沟部位的缺胶等质量问题。其孔径根据不同轮胎和规格大小而定，中等规格的载重轮胎的排气孔直径31mm大规格可适当增大，小规格可适当减小。考虑到本次设计轮胎规格大小，排气孔取直径31mm排气孔的位置一般选择在胎肩部位，圆周相应等分；花纹的拐角部位；下胎侧一定的高度(骨架反包高度)，圆周相应等分，如图4-7o图4-7花纹块上排气孔位置示意图4-8胎面排气孔(线)排放位置排气线排气线一般排列在胎侧，在合模硫化时使空气沿排气线流入排气孔排出模具，根据轮胎规格大小，其宽度在0.5〜3mm并且圆周相应等分排列，如图4-8。本次设计排气线取宽3mm圆周相应10等分。胎肩防擦线防擦线位于胎肩与上胎侧之间。作用在于保护该部位轮胎骨架不被擦伤。中型载重轮胎防擦线宽度为15〜20mm厚度为1m在右。防擦线两端应采用小弧度与胎侧轮廓线相切，用以加固防擦线胶条强度。本次设计防擦线取长为18mm宽1mm定心分度线下胎侧定心分度线通常由三角条组成，其作用是：①检查轮胎装于轮车同时胎圈着合的正确性；②防止泥水从胎侧流入到胎圈和轮^之间；③排除硫化时窝藏的空气，防止产生外观质量问题。设计尺寸为：最低一条定心分度线与轮车同着合处间距L=5〜15mm各条分度线均以半圆弧实际本设计取L=10mm弧半径为1mm.胎冠、胎侧磨耗标志磨耗标志在胎冠花纹沟底的突起，如花纹深度过浅，与该标志平齐，应更换轮胎，故该标记叫做磨耗标志。另外，为便于查找在胎侧也有相应的几号，指出在该部位对应的胎冠部为存在磨耗标志记号。沿轮胎圆周共设6个或8个间隔均匀的胶台作为磨耗标记。载重轮胎磨耗标记高度为2.4mm轿车轮胎胎面磨耗标记一般高1.6mm,长5〜12mm重型载重轮胎则为3.2mm,长度均为40mm右。花纹块宽度宽度的取值是根据轮胎类别和所采用花纹类型而定。本设计为子午线结构轮胎采用不对称花纹，花纹沟宽度为其深度的30%-80溢右，本设计取60%,则花纹宽度=1560%=9mm花纹块宽度本着结实，耐磨的原则设计，不宜小于花纹深度的2倍，及花纹块宽度tw大于等于2h,即2h=215=30mm本设计取tw=36mm花纹饱和度的计算纵向花纹的主要优点是滚动阻力小，防侧滑性能好，噪声小，散热性能也较好。载重轮胎普通花纹，其花纹所占面积一般为行驶面的70%-80%实验证明，以78%E纹饱和度耐磨性能比较良好。本次设计花纹饱和度为77.6%。花纹展开图的设计花纹展开图胎冠中心线直径D=1042mm胎肩部位直径D=D-2h=1042-212=1018mm胎侧补强胶上端部直径D2=D-2L=1042-256=930mm故tc+tc'=3.141042/30=110mmtc'=60mm,tc=50mmtc2=3.14D1/n=3.141018/60=53mmtc3=3.14D2/n=3.14930/60=48mm由胎冠弧长公式S=0.01745Rna计算得S=0.0174556223.72°=232mm第五章轮胎胎体和缓冲层的设计胎面胶厚度的计算外胎最外面与路面接触的橡胶层称为胎面（通常，把外胎、胎肩、胎侧、加强区部位最外层的橡胶称为胎面胶）。胎面用来防止胎体受机械损伤和早期磨损，向路面传递汽车牵引动力，增加外胎与路面的抓着力，以及吸收轮胎在运行时的震荡。胎面厚度为花纹深度和花纹沟底部胶厚度之和。其中:T基=30%h=0.415=6mm则胎面胶厚度Ta=T基+h=6+15=21mm胎肩为胎面厚度的1.3〜1.4倍，不超过1.5倍。考虑到轮胎重量等因素，本设计取1.35倍。则胎肩厚度为1.35Ta=1.3521=28.35mm厚度贴在胎体侧壁部位，用来防止胎体受机械损伤和其他外界作用（如水泥、水等）的橡胶覆盖层称为胎侧。胎侧与胎面的结构位置不同是承受较大的应力，不与地面接触，因而不受磨损，胎侧主要是在屈挠状态下工作，因此胎侧的厚度可以稍薄，但它能有效地多次承受屈挠应力，并有很好的耐光老化和耐臭氧老化的性能，胎侧上标有轮胎型号、商标等。子午线轮胎胎侧胶厚度，较斜交胎厚，本设计取3.0mm钢丝帘布层厚度为3mm气密层厚度为2mm即胎侧厚度为8mm数据见表5-1。胎体的结构设计充气轮胎胎体有承受内压负荷的骨架材料，对于子午线轮胎胎体帘布层承担内压负荷的35麻带束层承担65%本次设计选取的骨架材料材质为钢丝，钢丝直径为0.9mm规格参数见表5-1。表5-1胎体和缓冲层挂胶帘布厚度帘布种类/mm胎体挂胶脸部厚度/mm缓冲层帘布挂胶厚度/mm钢丝0.902.2〜2.52.0〜2.2钢丝1.202.7〜3.02.5〜2.65.2.1帘布层数本设计为全钢子午线载重轮胎，帘布层为一层钢丝直径为1.2mm的钢丝帘布层，厚度为3.0mm帘线排列角度的确定子午线轮胎胎体帘线角度原则上为0。，但实际上有的则是3。，5。，10。，15°,本设计取0°o胎体强度安全倍数的计算（1）胎体帘线伸张应力计算：根据薄膜网络理论，目前广泛应用“彼得尔曼”计算公式应用公式：N=0.1P（Rk2-r02）/2RkEkX1/cos2pk本设计规格胎体采用钢丝直径为1.20mm,胎体挂胶帘布厚度为3.0mm的钢丝帘布层作为轮胎胎体帘布层。其中N-单根帘线所受张力N/根P一轮胎内压kpa;Rk一胎里半径（胎冠部第一帘布层半径）Ro—零点半径（外胎断面水平轴至旋转轴间的距离）cmBk一胎冠帘线角度（一般45°〜56°）Ek一胎冠各层帘布线密度之和根/cm本次设计Bk取0°,三k取值为5〜8,取6,胎冠总厚