弹性单元组合式轮胎：设计、研制与应用的创新探索

弹性单元组合式轮胎：设计、研制与应用的创新探索一、引言1.1研究背景与意义1.1.1传统轮胎面临的挑战在当今的工程建设与交通运输领域，传统轮胎虽广泛应用，但随着行业发展，其固有缺陷愈发凸显。从生产制造角度，以采矿业、水利、路桥等工程建设所需的工程轮胎为例，近年来，随着载重吨位的不断提高，工程轮胎规格日趋大型化，巨型工程轮胎的外径已达到4米以上。而传统轮胎的制作需经过各胶布件的制备、胎胚的成型及硫化等流程，这就需要相配套的大型轮胎成型机和轮胎硫化机来对其生产加工，所需设备投资巨大，技术难度高，使得工程轮胎的造价昂贵。比如，购置一台大型轮胎成型机可能需要数百万甚至上千万元，且对操作工人的技术水平和经验要求严格，进一步增加了生产成本。从实际使用工况来看，工程轮胎长期在矿山、建筑工地等路况条件恶劣的地方不间断作业，载重量大。在矿山中，道路崎岖不平，布满尖锐的岩石和凸起，轮胎行驶时，胎面与这些尖锐物频繁摩擦、挤压，导致胎面极易磨损。据统计，在矿山作业环境下，传统工程轮胎的胎面磨损速度比在普通道路上快3-5倍。同时，胎体不耐刺扎、切割，一旦被尖锐岩石或金属物刺扎，极易导致轮胎早期因刺扎、切割而报废。在建筑工地，轮胎还需承受泥泞、积水等复杂路面条件以及建筑材料的重压，这不仅加剧了轮胎的磨损，还降低了其行驶安全性能及使用寿命，频繁更换轮胎也增加了运营成本和时间成本。此外，在一些特殊场景，如军事装备的野外作业、农业机械在农田的劳作等，传统轮胎也面临着适应性不足的问题。军事装备可能需要在沙漠、山地、丛林等多种极端地形快速行驶，传统轮胎的抓地力、耐磨性和抗穿刺性难以同时满足这些复杂需求；农业机械在农田中作业时，土壤的松软、潮湿以及农作物根茎等异物，也容易对传统轮胎造成损坏，影响作业效率。1.1.2弹性单元组合式轮胎的优势与应用前景弹性单元组合式轮胎作为一种创新型轮胎，展现出多方面优势，在众多领域具有广阔的应用前景。在生产制造方面，弹性单元组合式轮胎采用独特的设计理念，其制作过程不再依赖大型轮胎成型机和整胎定型硫化机等设备。以某专利设计的弹性单元组合式轮胎为例，它主要由轮辋、橡胶空气弹簧、金属壳体、胎面胶组成，只需制备出橡胶空气弹簧、金属壳体等核心部件，金属壳体表面的挂胶与胎面的硫化在小型的平板硫化机上即可完成。这对于生产大型工程轮胎来说，可大幅节约设备投资，降低技术难度。据估算，采用这种方式生产大型工程轮胎，设备投资可减少50%-70%，技术操作难度降低，使得更多企业能够涉足大型轮胎的生产制造。在使用性能上，其优势显著。当弹性单元中的空气弹簧囊体发生刺破时，只需对单个弹性单元进行快捷更换，避免了整个轮胎的报废，解决了传统轮胎因刺扎、切割而早期报废的问题，可延长轮胎的使用寿命，降低使用成本。而且，由于轮胎整体是由一定数量的弹性单元组合起来的，每个弹性单元相当于一个空气储囊，当一个弹性单元发生破裂时，其相邻两个弹性单元会因为张力作用自动承担负载，缓解破裂单元与地面接触时发生的胎体下陷，从而极大地提高了轮胎的安全性能，有效避免了传统充气轮胎行驶时因胎体刺破而发生爆胎对驾驶人员人身安全造成的严重威胁。在承载能力方面，弹性单元组合式轮胎具有可调节性。通过调整弹性单元的数量、结构或者内部介质的压力等方式，可以适应不同的载重需求。例如，在运输重型货物时，可以增加弹性单元的数量或者提高内部介质的压力，从而提高轮胎的承载能力；而在空载或者轻载情况下，可以适当减少弹性单元的数量或者降低内部介质的压力，以减少能耗和轮胎的磨损。基于这些优势，弹性单元组合式轮胎在采矿业、水利、路桥等工程领域有着巨大的应用潜力。在采矿业中，可适应矿山恶劣路况，减少轮胎更换次数，提高作业效率；在水利工程建设中，能应对泥泞、潮湿等复杂施工环境；在路桥建设中，可满足工程车辆频繁重载运输的需求。此外，在军事装备领域，其高安全性和适应性可提升装备的机动性和作战能力；在农业机械领域，也能更好地适应农田作业环境，减少轮胎损坏，助力农业生产。1.2国内外研究现状1.2.1国外研究进展国外在弹性单元组合式轮胎及相关技术的研究起步较早，取得了一系列具有创新性和实用性的成果，并在多个领域实现了应用。在技术研究方面，欧美、日本等发达国家在弹性车轮技术研究处于领先地位。早在1950年，美国的Herschfeld就发明了第一个橡胶弹性车轮，为后续弹性轮胎技术的发展奠定了基础。在弹性车轮的结构设计上，不断优化创新。例如，德国的一些研究机构和企业研发出多种类型的弹性车轮，其中压缩型弹性车轮如德国BVV公司生产的Bochum54，通过对橡胶元件的设计优化，使其轴向弹性比径向弹性大很多，在轻轨交通中得到应用，有效降低了轨道冲击和曲线噪声。此外，在材料研究方面，国外不断探索新型高分子弹性材料应用于弹性单元。如采用聚亚胺酯等新材料制作弹性单元，通过注料孔进入轮箍和轮心形成的椭圆形空腔内，改善弹性车轮的性能，提高其减振降噪效果和耐用性。在应用领域，弹性车轮在轨道机车车辆上广泛应用，尤其是在轻轨车、低地板有轨电车、城间列车、地铁车辆等。在城市轨道交通系统中，弹性车轮能有效降低车辆运行时产生的曲线尖叫和轨道冲击噪声，提升乘客的乘坐舒适性，同时减少对沿线居民的噪声污染。例如，欧洲多个城市的轻轨系统大量采用弹性车轮，使得线路周边的噪声污染明显降低，提升了城市环境质量。在特种车辆领域，弹性单元组合式轮胎也展现出独特优势。一些国外的军事装备研发机构将弹性单元组合式轮胎应用于部分特种作战车辆，利用其高安全性和适应复杂地形的能力，提升车辆在野外极端环境下的机动性和可靠性，满足军事作战的特殊需求。1.2.2国内研究现状国内在弹性单元组合式轮胎领域的研究虽然起步相对较晚，但近年来发展迅速，在理论研究、专利技术和实际应用等方面都取得了一定成果。在理论研究方面，国内众多科研院校和企业积极投入，对弹性单元组合式轮胎的力学性能、结构优化、材料选择等方面进行深入探索。通过建立数学模型和仿真分析，研究轮胎在不同工况下的力学响应，为轮胎的设计和改进提供理论依据。如一些高校的研究团队利用有限元分析软件，对弹性单元组合式轮胎的橡胶空气弹簧、金属壳体等关键部件进行力学分析，研究其在承载、行驶过程中的应力分布和变形情况，优化部件的结构参数，提高轮胎的整体性能。专利技术方面，国内已涌现出一批具有自主知识产权的弹性单元组合式轮胎专利。例如，青岛科技大学和北京华夏英蓝科技发展有限公司联合申请的专利“一种弹性单元组合式轮胎”（专利号：CN102114755A），该轮胎主要由轮辋、橡胶空气弹簧、金属壳体、胎面胶组成，轮辋圆周设有带有螺孔的凸台用于固定橡胶空气弹簧，金属壳体通过橡胶空气弹簧上端板凸台与之固定连接，相邻金属壳体末端采用铰链连接。这种设计使得轮胎制作过程无需大型轮胎成型机和整胎定型硫化机，大大节约设备投资并降低技术难度，而且当弹性单元中的空气弹簧囊体刺破时，可快捷更换单个单元，延长轮胎使用寿命，提高安全性。在实际应用上，弹性车轮在国内轨道交通领域逐步得到应用。自1969年四方车辆研究所为北京地铁研制了我国第一个弹性车轮以来，国内对弹性车轮在轨道交通车辆上的应用研究不断深入。目前，部分城市的轻轨和地铁车辆开始采用弹性车轮，以降低运行噪声和提高乘坐舒适性。在工程车辆领域，虽然弹性单元组合式轮胎尚未大规模应用，但一些企业和研究机构正在进行相关的应用测试和技术改进。例如，在一些矿山和建筑工地，对弹性单元组合式轮胎进行实地测试，验证其在恶劣工况下的可靠性和耐久性，为未来的大规模推广应用积累经验。1.3研究目标与内容1.3.1研究目标本研究旨在成功研制出一种创新的弹性单元组合式轮胎，有效克服传统轮胎在生产和使用过程中的诸多弊端，实现轮胎性能的显著提升、成本的有效控制以及应用范围的拓展，具体目标如下：提升轮胎综合性能：大幅提高轮胎的耐磨性、抗穿刺性和承载能力。通过优化弹性单元的结构设计和材料选择，使轮胎在承受高负荷和恶劣路况时，胎面磨损速率降低30%以上，抗穿刺能力提高50%，确保轮胎在复杂工况下的可靠性和稳定性。同时，增强轮胎的减振降噪性能，将车辆行驶过程中的振动幅度降低20%，噪声降低5-8dB(A)，显著提升驾乘舒适性。降低生产与使用成本：在生产方面，通过采用新型的组合式设计和制造工艺，摒弃对大型轮胎成型机和整胎定型硫化机等昂贵设备的依赖，使生产设备投资成本降低50%以上，生产技术难度显著降低，从而降低轮胎的制造成本。在使用过程中，当弹性单元出现损坏时，能够实现快速便捷的更换，单个弹性单元的更换时间控制在30分钟以内，有效延长轮胎的整体使用寿命，相比传统轮胎，使用寿命延长至少1.5倍，降低使用成本40%以上。拓展轮胎应用领域：通过对弹性单元组合式轮胎性能的优化，使其能够广泛应用于工程建设、军事装备、农业机械等多个领域。针对工程建设领域，满足不同工程车辆在矿山、建筑工地等恶劣路况下的高强度作业需求；在军事装备领域，提升装备在野外复杂地形的机动性和适应性；在农业机械领域，适应农田的松软、潮湿等特殊作业环境，提高作业效率。1.3.2研究内容为实现上述研究目标，本研究将围绕弹性单元组合式轮胎的结构设计、材料选择、制造工艺、性能测试与优化等方面展开深入研究，具体内容如下：结构设计研究：运用先进的计算机辅助设计（CAD）和有限元分析（FEA）技术，对弹性单元组合式轮胎的整体结构进行创新设计。深入研究弹性单元的数量、形状、排列方式以及连接方式对轮胎性能的影响规律，通过模拟分析和优化设计，确定最佳的结构参数组合，使轮胎在保证强度和稳定性的前提下，具备良好的弹性和缓冲性能。例如，研究不同弹性单元数量下轮胎的承载分布情况，通过有限元模拟找出使轮胎承载均匀、应力集中最小的弹性单元数量；分析不同形状弹性单元（如圆形、椭圆形、多边形等）对轮胎减振效果的影响，确定最优的弹性单元形状。同时，设计可靠的连接方式，确保弹性单元之间以及弹性单元与轮辋之间的连接牢固，在轮胎运行过程中不发生松动或脱落。材料选择与研发：根据弹性单元组合式轮胎的性能需求，对橡胶空气弹簧、金属壳体、胎面胶等关键部件的材料进行筛选和研发。对于橡胶空气弹簧，选用具有高弹性、高强度、耐疲劳和耐老化性能的橡胶材料，如天然橡胶与合成橡胶的复合材料，并通过添加特殊的增强剂和助剂，提高其综合性能。对于金属壳体，选择高强度、轻量化的金属材料，如铝合金或高强度合金钢，在保证结构强度的同时减轻轮胎的整体重量。对于胎面胶，研发具有高耐磨性、抗穿刺性和良好抓地力的橡胶配方，通过优化配方中的橡胶品种、填料种类和用量等，提高胎面胶的性能。此外，探索新型材料在轮胎中的应用可能性，如智能材料、纳米材料等，为轮胎性能的提升提供新的途径。制造工艺研究：研究适合弹性单元组合式轮胎的制造工艺，开发新型的制造技术和方法，确保轮胎的制造精度和质量。针对橡胶空气弹簧的制造，研究先进的橡胶成型工艺，如注射成型、模压成型等，保证橡胶空气弹簧的形状精度和性能一致性。对于金属壳体的制造，采用先进的数控加工技术和表面处理工艺，提高金属壳体的尺寸精度和表面质量，增强其耐腐蚀性和耐磨性。在轮胎的组装过程中，制定科学合理的组装工艺和流程，确保各部件的安装位置准确，连接紧密。同时，研究制造过程中的质量控制方法，建立完善的质量检测体系，对原材料、半成品和成品进行严格的质量检测，确保轮胎产品符合相关标准和要求。性能测试与优化：建立全面的性能测试体系，对研制的弹性单元组合式轮胎进行多方面的性能测试。包括静态性能测试，如承载能力测试、刚度测试等；动态性能测试，如滚动阻力测试、制动性能测试、操控稳定性测试等；以及耐久性测试，如模拟实际工况下的疲劳测试、磨损测试等。通过性能测试，获取轮胎在不同工况下的性能数据，运用数据分析和优化算法，对轮胎的结构设计、材料选择和制造工艺进行优化，进一步提高轮胎的性能。例如，根据滚动阻力测试数据，调整轮胎的花纹设计和材料配方，降低滚动阻力；根据磨损测试结果，优化胎面胶的配方和结构，提高轮胎的耐磨性。同时，将测试结果与预期目标进行对比分析，及时发现问题并进行改进，确保轮胎的性能达到或超过研究目标。1.4研究方法与技术路线1.4.1研究方法本研究将综合运用多种研究方法，确保对弹性单元组合式轮胎的研制进行全面、深入且科学的探究，具体方法如下：理论分析：运用材料力学、弹性力学、结构动力学等相关理论，对弹性单元组合式轮胎的力学性能进行深入分析。例如，通过材料力学理论，计算轮胎在不同载荷下各部件的应力、应变情况，为结构设计提供理论依据；基于弹性力学原理，研究弹性单元的弹性变形规律，优化其弹性性能；借助结构动力学理论，分析轮胎在行驶过程中的振动特性，采取有效措施降低振动和噪声。同时，对轮胎的承载能力、刚度、疲劳寿命等性能进行理论推导和计算，建立数学模型，预测轮胎在不同工况下的性能表现，为实验研究和数值模拟提供理论指导。实验研究：进行一系列实验来验证理论分析结果和优化轮胎性能。开展材料性能实验，对橡胶空气弹簧、金属壳体、胎面胶等关键部件的材料进行性能测试，如橡胶的拉伸强度、撕裂强度、疲劳性能测试，金属的硬度、强度、韧性测试等，筛选出性能优良的材料，并确定材料的各项性能参数。进行轮胎结构实验，制作不同结构参数的轮胎模型，对其进行静态和动态性能测试。静态性能测试包括承载能力测试、刚度测试等，动态性能测试涵盖滚动阻力测试、制动性能测试、操控稳定性测试等，获取轮胎在不同工况下的性能数据，为结构优化提供依据。此外，进行耐久性实验，模拟轮胎在实际使用中的恶劣工况，如长时间的重载行驶、复杂路况行驶等，测试轮胎的耐磨性能、抗穿刺性能和疲劳寿命，评估轮胎的可靠性和耐久性。数值模拟：利用先进的计算机辅助工程（CAE）软件，如ANSYS、ABAQUS等，对弹性单元组合式轮胎进行数值模拟分析。建立轮胎的三维模型，模拟轮胎在不同工况下的力学响应，包括受力分析、变形分析、应力应变分布分析等。通过数值模拟，可以直观地了解轮胎的性能变化规律，预测轮胎在实际使用中的表现，快速评估不同设计方案的优劣，从而减少实验次数，降低研发成本，提高研发效率。例如，在结构设计阶段，通过数值模拟分析不同弹性单元数量、形状、排列方式以及连接方式对轮胎性能的影响，确定最佳的结构参数组合；在材料选择阶段，模拟不同材料在不同工况下的性能表现，为材料筛选提供参考。1.4.2技术路线本研究的技术路线将围绕弹性单元组合式轮胎的研制目标，从方案设计、部件研制、组装调试到性能测试，形成一个系统、科学的研发流程，具体如下：方案设计：深入调研国内外弹性单元组合式轮胎的研究现状和应用情况，广泛收集相关资料和数据，分析传统轮胎存在的问题以及现有弹性单元组合式轮胎的优缺点。基于调研结果，结合本研究的目标和需求，运用创新思维和设计理念，提出多种弹性单元组合式轮胎的设计方案。运用计算机辅助设计（CAD）软件，对各设计方案进行详细的结构设计，绘制二维和三维图纸，明确各部件的形状、尺寸、连接方式等参数。利用有限元分析（FEA）软件，对设计方案进行数值模拟分析，评估各方案的力学性能、减振降噪性能、承载能力等，筛选出性能较优的方案进行优化设计。通过多轮的模拟分析和优化，确定最终的设计方案。部件研制：根据最终的设计方案，制定详细的部件研制计划。采购符合要求的原材料，如橡胶空气弹簧用的橡胶材料、金属壳体用的金属材料、胎面胶用的橡胶及添加剂等，并对原材料进行严格的质量检测，确保其性能符合设计要求。采用先进的制造工艺和设备，分别研制橡胶空气弹簧、金属壳体、胎面胶等关键部件。例如，对于橡胶空气弹簧，采用注射成型或模压成型工艺，确保其形状精度和性能一致性；对于金属壳体，运用数控加工技术进行精密加工，保证其尺寸精度和表面质量；对于胎面胶，通过混炼、硫化等工艺制备，并进行花纹设计和加工。对研制出的部件进行逐一的性能测试和质量检测，如橡胶空气弹簧的气密性测试、弹性性能测试，金属壳体的强度测试、硬度测试，胎面胶的耐磨性能测试、抗穿刺性能测试等，确保部件质量符合设计标准。组装调试：在部件研制完成并检测合格后，按照设计要求和组装工艺，将橡胶空气弹簧、金属壳体、胎面胶等部件组装成完整的弹性单元组合式轮胎。在组装过程中，严格控制各部件的安装位置和连接精度，确保轮胎的整体结构牢固、稳定。组装完成后，对轮胎进行初步的调试，检查轮胎的外观是否符合要求，各部件之间的连接是否紧密，转动是否灵活等。对调试后的轮胎进行动平衡测试，调整轮胎的质量分布，使其在高速旋转时保持平衡，减少振动和噪声。性能测试：建立全面的性能测试体系，对组装调试后的弹性单元组合式轮胎进行多方面的性能测试。包括静态性能测试，如承载能力测试、刚度测试等，以评估轮胎在静态载荷下的性能；动态性能测试，如滚动阻力测试、制动性能测试、操控稳定性测试等，检验轮胎在动态行驶过程中的性能表现；耐久性测试，如模拟实际工况下的疲劳测试、磨损测试等，考核轮胎的长期可靠性和耐久性。根据性能测试结果，对轮胎的性能进行评估和分析，找出存在的问题和不足之处。运用数据分析和优化算法，对轮胎的结构设计、材料选择和制造工艺进行针对性的优化，进一步提高轮胎的性能。将优化后的轮胎再次进行性能测试，验证优化效果，直至轮胎的性能达到或超过预期目标。二、弹性单元组合式轮胎的设计原理2.1整体结构设计2.1.1基本组成部分弹性单元组合式轮胎主要由轮辋、橡胶空气弹簧、金属壳体、胎面胶等关键部件组成，各部件相互配合，共同实现轮胎的各项功能。轮辋作为轮胎的基础支撑部件，起到连接轮胎与车辆轮毂的关键作用。其圆周设有一定数量且带有螺孔的凸台，这些凸台是安装橡胶空气弹簧的重要基础。通过轮辋凸台，橡胶空气弹簧能够稳固地固定于轮辋之上，确保在轮胎运行过程中，橡胶空气弹簧不会发生位移或脱落，从而保证轮胎整体结构的稳定性。轮辋的材质通常选用高强度的金属材料，如合金钢等，以承受轮胎在行驶过程中所受到的各种力，包括车辆的载重、路面的冲击力以及轮胎自身的旋转离心力等。同时，轮辋的结构设计需考虑与车辆轮毂的适配性，确保安装的精准度和牢固性，以保障车辆行驶的安全性。橡胶空气弹簧是弹性单元组合式轮胎的核心弹性部件，它利用空气的可压缩性实现弹性作用。橡胶空气弹簧一般由夹有帘线的橡胶气囊和封闭在其中的压缩空气构成。气囊的内层采用气密性良好的橡胶材料制成，以确保内部压缩空气不会泄漏，维持弹簧的正常工作压力；外层则使用耐油橡胶，增强弹簧在复杂环境下的耐用性，防止因油污等物质侵蚀而损坏。当轮胎受到外力作用时，橡胶空气弹簧内部的压缩空气被压缩，弹簧高度降低，内腔容积减小，弹簧刚度增加，承载能力随之增强；当外力减小，弹簧高度升高，内腔容积增大，弹簧刚度减小，承载能力降低。这种特性使得轮胎能够根据路面状况和车辆载荷的变化，自动调整自身的弹性和承载能力，提供良好的缓冲和减振效果。此外，橡胶空气弹簧的工作原理还决定了其具有较好的动态性能，能够有效吸收路面的高频振动，提升车辆行驶的舒适性。金属壳体在轮胎中起到支撑和保护的双重作用。它通过橡胶空气弹簧上端板凸台与橡胶空气弹簧固定连接装配，具有轮胎所要求的横向截面形状和纵向截面形状。金属壳体的主要作用是为胎面胶提供坚实的骨架支撑，确保胎面胶在承受车辆行驶过程中的各种力时，不会发生变形或损坏。同时，金属壳体还能够保护橡胶空气弹簧免受外界尖锐物体的直接刺扎和碰撞，延长橡胶空气弹簧的使用寿命。金属壳体的材料一般选用高强度的金属，如铝合金或高强度合金钢。铝合金具有质量轻、强度较高的特点，能够在减轻轮胎整体重量的同时，保证足够的结构强度；高强度合金钢则具有更高的强度和耐磨性，适用于对轮胎强度要求极高的工况。在实际应用中，可根据轮胎的使用场景和性能需求，选择合适的金属材料制造金属壳体。胎面胶位于轮胎的最外层，直接与路面接触，其性能对轮胎的行驶性能和使用寿命起着至关重要的作用。胎面胶形成轮胎的花纹，不同的花纹设计能够满足轮胎在不同路况下的使用需求。例如，在干燥路面行驶的轮胎，花纹通常设计为具有良好的排水性能和抓地力，以防止车辆在高速行驶时因积水而出现打滑现象；在越野路面行驶的轮胎，花纹则更加粗大、复杂，以增加轮胎与地面的摩擦力和附着力，提高车辆的通过性。胎面胶的外表面是圆弧面，其曲率半径即为轮胎的半径，圆弧的长度由组合单元个数确定。胎面胶需要具备高耐磨性、抗穿刺性和良好的抓地力等性能。为了满足这些性能要求，胎面胶通常采用特殊的橡胶配方，并添加各种增强剂和助剂，如炭黑、白炭黑等，以提高橡胶的强度、硬度和耐磨性。同时，通过优化胎面胶的硫化工艺，改善其物理性能，进一步提升轮胎的整体性能。2.1.2组合方式与连接结构弹性单元组合式轮胎的弹性单元采用独特的组合方式，由一个或一组橡胶空气弹簧、金属壳体及壳体表面覆盖的胎面胶组成一个弹性单元，一定数量的弹性单元通过铰接构成一条完整的轮胎。这种组合方式使得轮胎在具备良好弹性和缓冲性能的同时，还具有可拆卸性，当单个弹性单元出现故障时，能够方便快捷地进行更换，降低了轮胎的维护成本，延长了轮胎的使用寿命。相邻金属壳体之间的连接结构是保证轮胎整体性能的关键因素之一。通常采用销轴的铰链连接方式，相邻两金属壳体及胎面胶在末端相互插入，并通过销轴进行铰接。这种连接方式具有较高的灵活性和可靠性，能够在保证金属壳体之间连接牢固的同时，允许相邻金属壳体之间有一定的相对转动，以适应轮胎在行驶过程中的各种变形。在车辆行驶过程中，轮胎会受到来自路面的各种力的作用，包括垂直力、侧向力和驱动力等，这些力会使轮胎发生弯曲、扭转等变形。销轴的铰链连接结构能够有效地分散这些力，避免应力集中在连接部位，从而提高轮胎的结构强度和耐久性。此外，为了进一步提高连接结构的可靠性，在销轴与金属壳体的连接处，通常会采用密封和润滑措施，防止灰尘、水分等杂质进入连接部位，影响连接的灵活性和可靠性，同时减少销轴与金属壳体之间的磨损，延长连接结构的使用寿命。在一些对轮胎性能要求更高的应用场景中，还可以对连接结构进行优化设计，如增加连接部位的强度和刚度，采用特殊的连接材料等，以满足轮胎在复杂工况下的使用需求。2.2弹性单元的工作原理2.2.1空气弹簧的工作机制空气弹簧作为弹性单元组合式轮胎的关键弹性元件，其工作机制基于气体的可压缩性原理。空气弹簧主要由夹有帘线的橡胶气囊和封闭在其中的压缩空气构成。当轮胎在行驶过程中受到路面的冲击和车辆自身的振动载荷时，空气弹簧会发生相应的变形，从而实现减振和承载的功能。从气体状态变化的角度来看，根据气体热力学定律，气体压强P和体积V之间存在关系PV^n=C（其中n为指数，C为常数）。在空气弹簧的工作过程中，指数n的取值取决于弹簧的变形速度。当弹簧变形速度较慢时，可近似看作等温过程，此时n=1；当弹簧变形速度较快时，为绝热过程，n=1.4。当空气弹簧受到振动载荷作用时，随着载荷量的增加，弹簧的高度会降低，内腔容积减小。根据上述气体状态方程，在绝热过程（通常轮胎行驶过程中弹簧变形速度较快，多为绝热过程）下，气体压强会增大，弹簧刚度增加。同时，由于内腔容积的减小，压缩空气柱的有效承载面积加大，使得空气弹簧的承载能力随之增加。例如，当车辆行驶在崎岖不平的路面上，轮胎受到较大的冲击时，空气弹簧迅速被压缩，内部气体压强增大，弹簧能够承受更大的冲击力，从而保护车辆的底盘和其他部件免受过大的振动和损伤。相反，当振动载荷量减小时，弹簧高度升高，内腔容积增大，气体压强减小，弹簧刚度减小，内腔空气柱的有效承载面积减小，承载能力也随之减小。这样，在轮胎行驶的有效行程内，空气弹簧的高度、内腔容积、承载能力能够随着振动载荷的递增与减小发生平稳的柔性传递，实现对振幅与震动载荷的高效控制。此外，通过增减充气量的方法，还可以调整弹簧的刚度和承载力的大小，满足不同工况下轮胎的性能需求。一些高级的空气弹簧系统还可以附设辅助气室，通过控制辅助气室与主气室之间的气体流通，实现对空气弹簧性能的自动调节，进一步提升轮胎的适应性和稳定性。2.2.2弹性单元对轮胎性能的影响弹性单元在弹性单元组合式轮胎中起着核心作用，对轮胎的减振性能、承载能力和行驶安全性等关键性能产生着重要影响。在减振性能方面，弹性单元中的空气弹簧利用气体的可压缩性，能够有效地吸收和缓冲路面传来的振动和冲击。与传统轮胎相比，空气弹簧的弹性特性更加理想，其刚度可以随着载荷的变化而自动调整。在车辆行驶过程中，当遇到小的颠簸时，空气弹簧能够以较低的刚度进行变形，吸收振动能量，使车辆行驶更加平稳；而当遇到较大的冲击时，空气弹簧刚度迅速增加，限制过度变形，保护车辆部件。通过对某弹性单元组合式轮胎的振动测试发现，在相同路况下，其振动加速度峰值相比传统轮胎降低了20%-30%，有效提升了驾乘的舒适性。此外，空气弹簧还具有良好的高频隔振性能，能够有效减少轮胎在高速行驶时产生的高频振动和噪声，进一步提升车辆的行驶舒适性。在承载能力方面，弹性单元组合式轮胎通过多个弹性单元的协同工作，提高了轮胎的整体承载能力。每个弹性单元中的空气弹簧能够根据自身所承受的载荷自动调整刚度和承载能力，使得轮胎在承受不同重量的货物时，能够均匀地分配载荷，避免局部过载。而且，通过调整空气弹簧的内压，可以改变弹性单元的承载能力，从而使轮胎适应不同的载重需求。例如，在重载运输时，适当提高空气弹簧的内压，可增强轮胎的承载能力；在空载或轻载时，降低内压，减少轮胎的磨损和能耗。实验数据表明，在相同规格下，弹性单元组合式轮胎的承载能力相比传统轮胎提高了15%-20%，能够满足更重货物的运输需求。在行驶安全性方面，弹性单元组合式轮胎的设计显著提高了轮胎的安全性能。当单个弹性单元中的空气弹簧囊体发生刺破时，相邻的弹性单元会因为张力作用自动承担负载，缓解破裂单元与地面接触时发生的胎体下陷，避免轮胎突然失压导致的车辆失控。这一特性有效降低了轮胎爆胎的风险，提高了车辆在行驶过程中的安全性。此外，弹性单元组合式轮胎的良好减振性能和承载能力，也有助于保持轮胎与地面的良好接触，提高轮胎的抓地力，从而在制动和转向时，能够更好地保障车辆的操控稳定性，减少事故的发生概率。2.3关键参数设计2.3.1橡胶空气弹簧的参数确定橡胶空气弹簧作为弹性单元组合式轮胎的核心部件，其参数设计对轮胎的整体性能起着决定性作用。主要参数包括刚度、行程和承载能力等，这些参数的合理确定需要综合考虑多方面因素。刚度是橡胶空气弹簧的重要参数之一，它直接影响轮胎的减振性能和操控稳定性。橡胶空气弹簧的刚度计算可依据气体状态方程PV^n=C（其中P为气体压强，V为气体体积，n为指数，C为常数）。在实际应用中，n的取值取决于弹簧的变形速度，变形速度慢时近似为等温过程，n=1；变形速度快时为绝热过程，n=1.4。刚度K可通过公式K=\frac{dF}{dZ}计算，其中F为弹簧所受的力，Z为弹簧的变形量。通过调整弹簧的内压P、有效面积A等参数，可以改变弹簧的刚度。增加内压可使刚度增大，增大有效面积也能在一定程度上提高刚度。在设计时，需根据轮胎的使用场景和性能需求，精确计算和调整刚度参数。对于在崎岖山路行驶的轮胎，为了更好地吸收冲击，需要适当降低弹簧刚度；而对于高速行驶的轮胎，为保证操控稳定性，则需要提高弹簧刚度。行程是橡胶空气弹簧另一个关键参数，它决定了轮胎在不同路况下的适应能力。行程的确定需要考虑轮胎在行驶过程中可能遇到的最大变形情况，包括车辆的载重、路面的不平度以及行驶速度等因素。一般来说，轮胎在行驶时会受到路面的垂直冲击和振动，橡胶空气弹簧需要有足够的行程来缓冲这些冲击力，避免弹簧过度压缩或拉伸导致损坏。同时，行程也不能过大，否则会影响轮胎的稳定性和操控性。在实际设计中，通常会通过实验和模拟分析来确定合理的行程范围。例如，对轮胎进行不同路况的模拟行驶实验，测量弹簧在各种工况下的变形量，以此为依据确定行程参数。还可以利用有限元分析软件，建立橡胶空气弹簧的模型，模拟其在不同载荷下的变形情况，优化行程设计。承载能力是衡量橡胶空气弹簧性能的重要指标，它直接关系到轮胎的使用范围和安全性。橡胶空气弹簧的承载能力F可由公式F=P\timesA计算，其中P为弹簧内压，A为有效承载面积。为了满足不同的载重需求，可通过调整内压和有效承载面积来改变承载能力。在重载情况下，提高内压可增加承载能力；在轻载时，适当降低内压，以减少轮胎的磨损和能耗。此外，橡胶空气弹簧的材料特性和结构设计也会对承载能力产生影响。选择高强度、高弹性的橡胶材料，优化弹簧的结构，如增加帘线层数、改进气囊形状等，都可以提高橡胶空气弹簧的承载能力。在实际应用中，需要根据车辆的载重要求和轮胎的工作条件，准确计算和确定橡胶空气弹簧的承载能力，确保轮胎在各种工况下都能安全可靠地运行。2.3.2金属壳体的结构参数优化金属壳体作为弹性单元组合式轮胎的重要组成部分，其结构参数对轮胎的性能有着显著影响。主要结构参数包括形状、厚度和强度等，通过对这些参数的优化，可以提高轮胎的整体性能。金属壳体的形状设计需要综合考虑轮胎的使用性能和制造工艺。从使用性能角度，合理的形状能够使轮胎更好地分散应力，提高承载能力和行驶稳定性。例如，采用流线型的形状设计，可以减少轮胎在行驶过程中的空气阻力，降低能耗；同时，优化形状还可以改善轮胎的接地性能，提高抓地力，增强车辆的操控稳定性。在制造工艺方面，形状的设计应便于加工和组装，降低生产成本。对于金属壳体的横向截面形状和纵向截面形状，需根据轮胎的规格和使用场景进行精确设计。在工程轮胎中，由于需要承受较大的载荷，金属壳体的截面形状通常设计得较为厚实和坚固，以保证足够的强度和刚度；而在一些对轻量化要求较高的轮胎中，可能会采用更复杂的形状设计，在保证强度的前提下减轻重量。通过有限元分析软件对不同形状的金属壳体进行模拟分析，研究其在不同载荷下的应力分布和变形情况，从而确定最优的形状设计方案。厚度是金属壳体的关键结构参数之一，它直接影响着金属壳体的强度和重量。增加厚度可以提高金属壳体的强度和刚度，使其能够更好地承受轮胎在行驶过程中所受到的各种力，如压力、拉力、剪切力等。在实际应用中，并非厚度越大越好。过大的厚度会增加轮胎的重量，导致滚动阻力增大，能耗增加，同时也会提高生产成本。因此，需要在保证强度和刚度的前提下，合理确定金属壳体的厚度。在确定厚度时，需要考虑轮胎的使用工况、承载要求以及材料的性能等因素。对于在恶劣路况下行驶的轮胎，由于受到的冲击力较大，需要适当增加金属壳体的厚度；而对于在平坦路面行驶的轮胎，在满足强度要求的情况下，可以适当减小厚度。可以通过理论计算和实验验证相结合的方法，确定金属壳体的最佳厚度。首先，根据材料力学原理，计算在不同载荷下金属壳体所需的最小厚度；然后，通过实验测试不同厚度金属壳体的性能，如强度、刚度、疲劳寿命等，综合考虑各种因素，确定最优的厚度值。强度是金属壳体结构参数优化的核心目标之一，它关系到轮胎的安全性和可靠性。金属壳体的强度与材料的选择、结构设计以及制造工艺等密切相关。在材料选择方面，应选用高强度、高韧性的金属材料，如铝合金、高强度合金钢等。铝合金具有重量轻、强度较高的特点，能够在减轻轮胎重量的同时，保证一定的强度；高强度合金钢则具有更高的强度和耐磨性，适用于对强度要求极高的工况。在结构设计方面，通过优化形状、合理布置加强筋等方式，可以提高金属壳体的强度。例如，在金属壳体的关键受力部位设置加强筋，能够有效地分散应力，提高结构的承载能力。制造工艺也会对金属壳体的强度产生重要影响。采用先进的制造工艺，如数控加工、精密铸造等，可以提高金属壳体的尺寸精度和表面质量，减少内部缺陷，从而提高强度。在实际生产中，需要对金属壳体进行严格的强度测试，确保其满足设计要求。通过拉伸试验、压缩试验、冲击试验等方法，检测金属壳体的强度性能，对不合格的产品进行改进和优化。三、弹性单元组合式轮胎的材料选择3.1橡胶材料的选择与性能分析3.1.1常用橡胶材料的特性橡胶材料在轮胎制造中起着关键作用，不同类型的橡胶材料具有各自独特的性能特点，了解这些特性对于弹性单元组合式轮胎的材料选择至关重要。天然橡胶（NR）是从橡胶树中提取的高分子材料，主要成分为顺式-1,4-聚异戊二烯（>90%）。其分子链结构规整，结晶度较高，赋予了天然橡胶诸多优良性能。它具有极高的弹性，拉伸强度和断裂伸长率表现出色，这使得它适用于承受较大外力的产品，如轮胎。在载重轮胎和航空轮胎中，天然橡胶凭借其高弹性和抗撕裂性，能够有效应对车辆行驶过程中的各种复杂应力，保障轮胎的可靠性。天然橡胶还具有优越的耐动态疲劳性能，特别适用于高动态变形环境，如汽车的减震器，能在长时间的振动和冲击下保持良好的性能。在高频振动条件下，天然橡胶的低生热性可减少热积聚，提高产品的耐久性。不过，天然橡胶也存在一些缺点，其耐油、耐化学腐蚀性较差，不适用于油品或强酸碱环境。同时，它的耐热性和耐老化性一般，在紫外线、臭氧作用下易发生降解。丁苯橡胶（SBR）是苯乙烯与丁二烯的共聚物，可通过热塑或乳液聚合法制备。分子链中无规分布的苯乙烯结构使其具有一定刚性。丁苯橡胶的耐磨性优于天然橡胶，适用于高摩擦环境，如轮胎胎面，能够有效延长轮胎的使用寿命。其耐老化性能良好，通过添加抗氧化剂，可大幅提升耐臭氧性。在加工性能方面，丁苯橡胶表现优异，适合与天然橡胶共混，既能降低成本，又能综合两者的性能优势。然而，丁苯橡胶的弹性略低于天然橡胶，恢复性能稍逊一筹。并且，它的耐油性较差，不适用于与油品接触的环境。顺丁橡胶（BR）由1,3-丁二烯聚合而成，具有较高的顺式结构（>95%），这赋予了它优异的耐磨性和低生热性。顺丁橡胶的耐磨性极佳，是轮胎胎面及运动鞋大底的主要材料，在轮胎行驶过程中，能有效抵抗路面的摩擦，减少磨损。其高弹性和低生热特性，不仅可降低轮胎的滚动阻力，提高燃油经济性，还能减少轮胎因发热而导致的老化和损坏。顺丁橡胶的耐低温性也很好，适合在寒冷环境中使用。不过，它的撕裂强度较低，抗切割性不足，在受到尖锐物体的冲击时，容易出现撕裂现象。而且，顺丁橡胶的抗湿滑性差，导致雨天轮胎的抓地力较差，影响车辆行驶的安全性。氯丁橡胶（CR）由氯丁二烯聚合而成，分子链中含有极性氯原子，使其具备良好的耐候性、阻燃性和耐油性。在户外环境中，氯丁橡胶的耐臭氧、耐老化和耐化学品腐蚀性能使其能够长时间稳定使用，如用于输送带、密封件、电缆护套等。其阻燃性佳，可用于制作防火材料，在一些对防火要求较高的场合发挥重要作用。同时，氯丁橡胶具有较好的耐油性，适用于接触矿物油的环境。然而，氯丁橡胶的耐寒性较差，在低温下会变硬，易脆裂，限制了其在寒冷地区的应用。此外，它的密度较大（约1.23g/cm³），在一些对轻量化设计有要求的产品中，可能不太适用。丁腈橡胶（NBR）由丁二烯和丙烯腈共聚而成，具有较高的极性，这使得它具备优异的耐油性，可在矿物油、燃料油环境下长期使用。在汽车油封、密封圈、O形圈以及油管、燃油系统软管等部件中，丁腈橡胶被广泛应用，有效防止油品的泄漏。它还具有良好的耐磨损、抗撕裂性能，能够在恶劣的工作环境中保持结构的完整性。丁腈橡胶的耐高温性能较好，可达120℃。不过，它的耐臭氧性较差，需要添加防老剂来提高其耐老化性能。而且，丁腈橡胶的低温柔韧性不足，在冬季低温环境下容易变硬，影响其密封性能和柔韧性。三元乙丙橡胶（EPDM）是非极性饱和橡胶，由乙烯、丙烯和少量第三单体（如DCPD）组成，具有卓越的耐候性和耐老化性。它的耐臭氧、耐候性能极佳，可在户外长期使用而不易老化，常用于汽车密封条、门窗密封件等。三元乙丙橡胶的耐热性良好，可在长期150℃的环境下使用。其极低的密度（约0.86g/cm³），使其在轻量化应用中具有优势。但是，三元乙丙橡胶不耐油、不耐燃油，在接触油品的环境中无法使用。并且，它的自粘性较差，在加工和使用过程中，需要采取特殊的处理方法来提高其粘结性能。硅橡胶（S）是一类由有机硅化合物（硅氧烷基团）聚合而成的橡胶材料，具有出色的耐高低温性能和电绝缘性能。硅橡胶能够在-60℃到+230℃的温度范围内长时间使用，在一些对温度要求苛刻的环境中，如电子电气行业的密封件、电缆护套等，发挥着重要作用。它的电绝缘性能良好，能有效防止电流泄漏，保障电气设备的安全运行。硅橡胶无毒、无味，具有优异的生物相容性，常用于医疗器械和食品行业，如导管、硅胶垫、手术器械以及厨房用品、烘焙模具、婴儿用品等。然而，硅橡胶的耐磨性较差，在高磨损环境下使用寿命较短。同时，它的耐油性差，不适合用于接触油类、燃料等环境。此外，硅橡胶的生产成本较高，限制了其更广泛的应用。丁基橡胶（IIR）由异丁烯和少量的共聚单体（如异戊二烯）聚合而成，其特性主要由非极性饱和结构决定。丁基橡胶具有出色的气密性，是所有橡胶中气体渗透性最差的，非常适合用于需要保持气体压力的产品，如轮胎内胎、气囊等。它的耐热老化性能优于大多数橡胶，在高温下的使用寿命较长。丁基橡胶还具有良好的耐臭氧性和耐化学性。但是，它的耐磨性差，不适合高磨损应用。而且，丁基橡胶的低温韧性差，在低温条件下容易变脆，影响其使用性能。3.1.2适用于弹性单元组合式轮胎的橡胶材料弹性单元组合式轮胎的工作条件复杂，需要承受车辆的载重、路面的冲击、摩擦以及各种环境因素的影响，因此对橡胶材料的性能要求较高。综合考虑轮胎的使用需求，天然橡胶、丁苯橡胶和顺丁橡胶是较为适合的橡胶材料，它们在耐磨性、耐老化性、耐油性等方面的性能特点，能够较好地满足弹性单元组合式轮胎的工作要求。耐磨性是轮胎橡胶材料的重要性能指标之一。在轮胎行驶过程中，胎面与路面不断摩擦，容易导致磨损，影响轮胎的使用寿命。天然橡胶虽然具有高弹性和抗撕裂性，但耐磨性相对丁苯橡胶和顺丁橡胶略逊一筹。丁苯橡胶的耐磨性较好，其分子结构中的苯乙烯单元赋予了它较高的硬度和耐磨性，能够在高摩擦环境下保持较好的性能。顺丁橡胶则具有极佳的耐磨性，其高顺式结构使其分子链间的相互作用较强，能够有效抵抗路面的摩擦，减少磨损。在弹性单元组合式轮胎的胎面胶中，通常会将丁苯橡胶和顺丁橡胶与天然橡胶并用，以综合它们的性能优势，提高轮胎的耐磨性。通过调整三种橡胶的比例，可以根据不同的使用场景和需求，优化轮胎的耐磨性能。在经常行驶在粗糙路面或重载条件下的轮胎中，可以适当增加顺丁橡胶的比例，以提高耐磨性；而在对舒适性要求较高的轮胎中，则可以适当增加天然橡胶的比例，以提升弹性和缓冲性能。耐老化性也是轮胎橡胶材料需要考虑的关键性能。轮胎在使用过程中，会受到紫外线、臭氧、氧气等环境因素的影响，导致橡胶老化，性能下降。天然橡胶的耐老化性一般，在紫外线和臭氧的作用下，容易发生降解，导致橡胶变硬、变脆，失去弹性。丁苯橡胶通过添加抗氧化剂，具有较好的耐老化性能，能够有效抵抗氧化和臭氧的侵蚀，延长轮胎的使用寿命。顺丁橡胶的耐老化性能也较好，在动态负荷下发热少，减少了因热老化而导致的性能下降。为了进一步提高弹性单元组合式轮胎的耐老化性能，可以在橡胶配方中添加适量的防老剂。防老剂能够抑制橡胶分子的氧化反应，延缓老化过程。常用的防老剂有胺类防老剂、酚类防老剂等，它们能够捕捉自由基，阻止氧化链反应的进行，从而提高橡胶的耐老化性能。还可以采用一些物理防护措施，如在轮胎表面涂覆防护涂层，减少紫外线和臭氧对橡胶的直接作用。耐油性对于轮胎在一些特殊工作环境下的性能至关重要。在工业领域，轮胎可能会接触到各种油品，如润滑油、燃油等，如果橡胶材料的耐油性差，会导致橡胶溶胀、软化，降低轮胎的性能和使用寿命。天然橡胶不耐油，在矿物油或汽油中易膨胀和溶解。丁苯橡胶的耐油性也较差，不适用于接触油品的环境。顺丁橡胶同样不耐油。因此，在弹性单元组合式轮胎的设计中，如果轮胎需要在可能接触油品的环境下工作，通常会在橡胶材料中添加一些耐油助剂，或者采用丁腈橡胶等耐油性能较好的橡胶与其他橡胶进行共混。丁腈橡胶具有优异的耐油性，通过与天然橡胶、丁苯橡胶或顺丁橡胶共混，可以在一定程度上提高轮胎的耐油性能。在共混过程中，需要注意控制共混比例和加工工艺，以确保共混橡胶的综合性能满足轮胎的使用要求。除了上述性能外，橡胶材料的弹性、强度、加工性能等也是影响弹性单元组合式轮胎性能的重要因素。天然橡胶具有良好的弹性和加工性能，易于混炼、硫化，与多种填料相容性好，能够为轮胎提供良好的缓冲和减振性能。丁苯橡胶的加工性能优异，适合与天然橡胶共混，提高生产效率和降低成本。顺丁橡胶的弹性较高，能够有效降低轮胎的滚动阻力，提高燃油经济性。在实际的橡胶材料选择和配方设计中，需要综合考虑各种性能因素，通过实验和模拟分析，确定最佳的橡胶材料组合和配方，以满足弹性单元组合式轮胎在不同工作条件下的性能需求。3.2金属材料的选择与性能分析3.2.1金属壳体的材料要求弹性单元组合式轮胎的金属壳体在轮胎结构中扮演着至关重要的角色，对其材料的性能要求涵盖多个关键方面，包括强度、韧性和耐腐蚀性等，这些性能直接影响着轮胎的整体性能和使用寿命。强度是金属壳体材料的关键性能指标之一。在轮胎的实际使用过程中，金属壳体需要承受来自多个方面的力。车辆行驶时，轮胎与路面接触，金属壳体要承受因路面不平而产生的冲击力，这些冲击力可能在瞬间达到较大的值，对金属壳体形成强烈的冲击作用。车辆加速、减速和转向时，金属壳体还会受到因轮胎变形而产生的拉伸、压缩和剪切力。如果金属壳体材料的强度不足，在这些力的长期作用下，很容易发生变形、断裂等损坏情况，从而影响轮胎的正常使用，甚至危及行车安全。因此，为了确保金属壳体能够承受这些复杂的外力作用，要求其材料具有较高的强度，能够在各种工况下保持结构的完整性和稳定性。一般来说，对于承受重载的工程轮胎金属壳体，其材料的屈服强度应达到一定的数值标准，以保证在高负荷条件下不发生塑性变形。韧性是金属壳体材料不可或缺的性能。韧性表示材料在断裂前吸收能量和进行塑性变形的能力。在轮胎行驶过程中，金属壳体不可避免地会受到各种冲击和振动，如遇到路面上的凸起、凹陷或障碍物时，会产生强烈的冲击。具有良好韧性的材料能够有效地吸收这些冲击能量，通过自身的塑性变形来缓冲冲击，避免因冲击而导致的脆性断裂。相反，如果材料韧性不足，在受到冲击时，容易发生突然的断裂，使轮胎失去正常的工作能力，引发严重的安全事故。在选择金属壳体材料时，需要充分考虑其韧性指标，确保材料在承受冲击时能够保持良好的性能，保障轮胎的可靠性和安全性。可以通过选择合适的合金成分、优化材料的热处理工艺等方法来提高材料的韧性。耐腐蚀性是金属壳体材料在实际应用中必须具备的重要性能。轮胎在使用过程中，会面临各种复杂的环境条件，其中湿度、酸碱度和化学物质等因素对金属壳体的腐蚀影响较大。在潮湿的环境中，金属容易与空气中的氧气和水分发生化学反应，形成氧化物，导致金属表面生锈、腐蚀。如果轮胎行驶在含有酸碱物质的路面上，如某些工业区域的道路或经过化学处理的路面，金属壳体可能会受到酸碱的侵蚀，使材料的性能逐渐下降。长期的腐蚀会削弱金属壳体的强度和结构稳定性，缩短轮胎的使用寿命。为了提高金属壳体的耐腐蚀性，可以选择具有良好耐腐蚀性能的金属材料，如不锈钢、铝合金等，或者对金属壳体进行表面处理，如电镀、喷涂防腐涂层等，以增强其抵抗腐蚀的能力。3.2.2常用金属材料在轮胎中的应用在弹性单元组合式轮胎的金属壳体制造中，铝合金和钢材是两种常用的金属材料，它们各自具有独特的性能特点，在轮胎应用中发挥着重要作用。铝合金材料在轮胎金属壳体中的应用越来越广泛，这得益于其诸多优良性能。铝合金具有密度小的显著特点，其密度通常约为钢材的三分之一左右，这使得采用铝合金制造的金属壳体能够有效减轻轮胎的整体重量。对于车辆而言，轮胎重量的减轻有助于降低车辆的能耗，提高燃油经济性。在汽车行驶过程中，较轻的轮胎转动惯量小，加速和减速时所需的能量更少，从而减少了燃油的消耗。铝合金还具有良好的耐腐蚀性。铝合金表面能够形成一层致密的氧化铝保护膜，这层保护膜能够阻止氧气和水分等对金属的进一步侵蚀，大大提高了金属壳体在潮湿和腐蚀性环境中的使用寿命。在沿海地区或经常行驶在潮湿路面的车辆轮胎中，铝合金金属壳体的耐腐蚀性优势更为明显。铝合金的加工性能良好，易于进行铸造、锻造、机械加工等工艺操作，能够满足不同形状和尺寸的金属壳体制造需求。通过铸造工艺，可以制造出形状复杂、精度较高的金属壳体，提高生产效率和产品质量。然而，铝合金材料也存在一些局限性，其强度相对钢材较低。在一些对轮胎承载能力要求极高的工况下，如大型工程车辆的重载运输，单纯使用铝合金材料可能无法满足强度要求。此时，可能需要对铝合金进行强化处理，如添加合金元素、进行热处理等，以提高其强度性能。钢材也是轮胎金属壳体常用的材料之一，尤其是高强度合金钢在一些特殊应用场景中具有不可替代的作用。钢材具有较高的强度和硬度，能够承受较大的载荷和冲击力。在工程轮胎中，由于需要频繁承载重物并应对恶劣的路况，钢材制成的金属壳体能够提供足够的强度保障，确保轮胎在高负荷下的结构稳定性。例如，在矿山开采作业中，工程车辆的轮胎需要承受巨大的矿石重量和崎岖路面的冲击，高强度合金钢金属壳体能够有效抵抗这些外力，保证轮胎的正常运行。钢材的韧性也较好，在受到冲击时不易发生脆性断裂，能够吸收大量的能量，提高轮胎的安全性能。然而，钢材的密度较大，这导致轮胎的整体重量增加，增加了车辆的能耗和运行成本。钢材的耐腐蚀性相对较差，在潮湿和腐蚀性环境中容易生锈腐蚀，需要采取额外的防护措施，如涂装防锈漆、进行镀锌处理等，以延长其使用寿命。在实际应用中，需要根据轮胎的具体使用场景和性能要求，综合考虑铝合金和钢材的优缺点，选择合适的金属材料来制造金属壳体。在对重量和耐腐蚀性要求较高，而对强度要求相对较低的情况下，铝合金可能是更合适的选择；而在对强度和韧性要求极高，对重量和耐腐蚀性要求相对较低的重载工况下，钢材则更能发挥其优势。3.3其他材料的选择与应用3.3.1胎面胶的材料选择胎面胶作为轮胎直接与路面接触的部分，其性能对轮胎的行驶性能和使用寿命起着决定性作用。根据实际使用需求，胎面胶需要具备高耐磨性、良好的抗滑性和抓地力等关键性能，因此在材料选择上需综合考虑多种因素。耐磨性是胎面胶材料的重要性能指标之一。在轮胎行驶过程中，胎面与路面持续摩擦，容易导致磨损，影响轮胎的使用寿命。天然橡胶虽具有高弹性和抗撕裂性，但耐磨性相对丁苯橡胶和顺丁橡胶略逊一筹。丁苯橡胶因其分子结构中的苯乙烯单元，赋予了它较高的硬度和耐磨性，能够在高摩擦环境下保持较好的性能。顺丁橡胶则具有极佳的耐磨性，其高顺式结构使其分子链间的相互作用较强，能够有效抵抗路面的摩擦，减少磨损。在弹性单元组合式轮胎的胎面胶中，通常会将丁苯橡胶和顺丁橡胶与天然橡胶并用，以综合它们的性能优势，提高轮胎的耐磨性。通过调整三种橡胶的比例，可以根据不同的使用场景和需求，优化轮胎的耐磨性能。在经常行驶在粗糙路面或重载条件下的轮胎中，可以适当增加顺丁橡胶的比例，以提高耐磨性；而在对舒适性要求较高的轮胎中，则可以适当增加天然橡胶的比例，以提升弹性和缓冲性能。抗滑性对于轮胎在各种路况下的行驶安全至关重要。在湿滑路面上，轮胎容易因摩擦力不足而发生打滑现象，危及行车安全。为了提高胎面胶的抗滑性，除了优化花纹设计外，材料的选择也至关重要。一些特殊的橡胶配方和添加剂可以改善胎面胶的抗滑性能。在橡胶中添加白炭黑等填料，可以提高胎面胶的亲水性，增强在湿滑路面上的抓地力。白炭黑具有高度的亲水性，可以有效地将橡胶与水分子结合，从而提高轮胎的湿地抓地力。研究表明，添加适量白炭黑的胎面胶，在湿滑路面上的制动距离可缩短10%-15%。一些新型的橡胶材料也在不断研发中，以进一步提高抗滑性能。如某些具有特殊分子结构的橡胶，能够在湿滑路面上形成更紧密的接触，增加摩擦力，提升抗滑效果。抓地力是影响轮胎操控性能的关键因素。在车辆加速、减速和转弯时，需要轮胎具备良好的抓地力，以确保车辆的稳定性和操控性。胎面胶的抓地力与材料的硬度、弹性以及与路面的接触面积等因素密切相关。一般来说，较软的胎面胶可以提供更好的抓地力，但耐磨性会相对降低；而较硬的胎面胶虽然耐磨性较好，但抓地力可能会受到一定影响。在选择胎面胶材料时，需要在抓地力和耐磨性之间找到平衡。可以通过调整橡胶配方和添加适当的助剂来实现这一目标。添加增塑剂可以降低胎面胶的硬度，提高抓地力；而添加补强剂则可以提高胎面胶的耐磨性。不同的路况对抓地力的要求也有所不同。在越野路面上，需要轮胎具备更强的抓地力，因此可能会选择更软、花纹更深的胎面胶；而在高速公路上行驶的轮胎，则更注重抓地力的稳定性和耐久性。3.3.2连接部件的材料选择弹性单元组合式轮胎的连接部件，如连接螺栓、销轴等，在保证轮胎整体结构的稳定性和可靠性方面起着关键作用。因此，连接部件的材料选择需遵循严格的原则，以确保其在各种工况下都能正常工作。连接部件材料的强度和韧性是首要考虑因素。在轮胎运行过程中，连接部件需要承受来自各个方向的力，包括拉力、压力、剪切力等。如果材料强度不足，在这些力的作用下，连接部件可能会发生变形、断裂等情况，导致轮胎结构松散，影响行驶安全。因此，连接部件应选用高强度的材料，如合金钢等。合金钢具有较高的屈服强度和抗拉强度，能够承受较大的外力而不发生塑性变形。连接部件还需要具备良好的韧性，以防止在受到冲击时发生脆性断裂。韧性好的材料能够吸收冲击能量，通过自身的塑性变形来缓冲冲击，保证连接部件的完整性。可以通过选择合适的合金成分、优化材料的热处理工艺等方法来提高材料的韧性。耐腐蚀性也是连接部件材料必须具备的重要性能。轮胎在使用过程中，会面临各种复杂的环境条件，其中湿度、酸碱度和化学物质等因素对连接部件的腐蚀影响较大。在潮湿的环境中，金属连接部件容易与空气中的氧气和水分发生化学反应，形成氧化物，导致金属表面生锈、腐蚀。如果轮胎行驶在含有酸碱物质的路面上，连接部件可能会受到酸碱的侵蚀，使材料的性能逐渐下降。长期的腐蚀会削弱连接部件的强度和结构稳定性，缩短轮胎的使用寿命。为了提高连接部件的耐腐蚀性，可以选择具有良好耐腐蚀性能的金属材料，如不锈钢等，或者对连接部件进行表面处理，如电镀、热镀锌等，以增强其抵抗腐蚀的能力。在实际应用中，连接螺栓常用的材料有碳钢和合金钢。碳钢具有一定的强度和硬度，价格相对较低，适用于一些对强度要求不是特别高的普通轮胎连接部位。对于一些高性能轮胎或在恶劣工况下使用的轮胎，通常会选用合金钢作为连接螺栓材料。合金钢中添加了铬、镍、钼等合金元素，使其具有更高的强度、韧性和耐腐蚀性。40Cr合金钢是一种常用的连接螺栓材料，它具有良好的综合机械性能，经过适当的热处理后，能够满足轮胎连接部件对强度和韧性的要求。销轴作为弹性单元组合式轮胎中相邻金属壳体之间的连接部件，其材料选择也非常关键。销轴常用的材料有45钢和40Cr钢。45钢是一种中碳钢，具有较高的强度和较好的综合机械性能，经过调质处理后，其硬度和韧性能够满足一般销轴的使用要求。40Cr钢则是一种合金结构钢，相比45钢，它具有更高的强度、耐磨性和淬透性。在对销轴性能要求较高的情况下，如大型工程轮胎的连接销轴，通常会选用40Cr钢。通过合适的热处理工艺，如淬火和回火，可以进一步提高40Cr钢销轴的硬度和韧性，确保其在轮胎运行过程中能够可靠地工作。四、弹性单元组合式轮胎的研制过程4.1核心部件的制备工艺4.1.1橡胶空气弹簧的制备橡胶空气弹簧的制备是弹性单元组合式轮胎研制的关键环节之一，其成型工艺对弹簧的性能和质量有着至关重要的影响。目前，常见的橡胶空气弹簧成型工艺主要有硫化成型和注射成型。硫化成型是一种传统且应用广泛的橡胶加工工艺，它通过将橡胶与硫化剂等添加剂混合后，在一定温度和压力下进行硫化反应，使橡胶分子发生交联，从而获得所需的形状和性能。在橡胶空气弹簧的硫化成型过程中，首先需要准备好橡胶原材料和各种助剂，根据设计要求进行配方调配。将混炼好的橡胶材料放入特定的模具中，模具通常由上下模组成，其形状与橡胶空气弹簧的外形相匹配。将装有橡胶材料的模具放入硫化机中，在高温（一般为150-200℃）和高压（一般为10-20MPa）的条件下进行硫化反应。在硫化过程中，橡胶分子逐渐交联，形成三维网状结构，使橡胶获得良好的弹性、强度和稳定性。硫化时间根据橡胶材料的配方、模具的大小和厚度等因素而定，一般在几分钟到几十分钟之间。硫化完成后，取出模具，冷却后即可得到成型的橡胶空气弹簧。硫化成型工艺具有设备简单、成本较低、适用范围广等优点，能够生产各种形状和尺寸的橡胶空气弹簧。该工艺也存在一些缺点，如生产效率较低、产品精度相对较低、模具磨损较快等。在生产过程中，橡胶材料在模具中的流动和填充情况难以精确控制，可能导致产品的壁厚不均匀，影响产品的性能一致性。注射成型是一种较为先进的橡胶成型工艺，它利用注射机将加热塑化的橡胶材料高速注入模具型腔中，经过保压、冷却后成型。在橡胶空气弹簧的注射成型中，首先将橡胶原材料和助剂在密炼机中进行充分混炼，制成具有良好流动性的橡胶胶料。将胶料加入到注射机的料筒中，通过螺杆的旋转推动，使胶料在料筒中受热塑化。塑化后的胶料在注射机的柱塞或螺杆的推动下，以高压高速的方式注入到闭合的模具型腔中。在注入过程中，胶料迅速填充模具型腔，形成橡胶空气弹簧的形状。注入完成后，保持一定的压力（保压）一段时间，使胶料在模具中充分压实，避免出现缩痕和空洞等缺陷。随后，通过模具的冷却系统对模具进行冷却，使橡胶空气弹簧逐渐固化定型。冷却完成后，打开模具，取出成型的橡胶空气弹簧。注射成型工艺具有生产效率高、产品精度高、质量稳定等优点，能够实现自动化生产，适合大规模生产橡胶空气弹簧。该工艺对设备和模具的要求较高，投资成本较大。注射机的价格相对较高，模具的制造精度和质量要求也很严格，增加了生产成本。注射成型工艺对橡胶材料的流动性要求较高，一些流动性较差的橡胶材料可能不适合采用注射成型工艺。除了上述两种主要的成型工艺外，还有一些其他的成型工艺也在橡胶空气弹簧的制备中得到应用，如缠绕成型、模压成型等。缠绕成型是将橡胶胶条按照一定的规律缠绕在芯模上，然后进行硫化处理，形成橡胶空气弹簧。这种工艺适用于制作大型、薄壁的橡胶空气弹簧，能够提高产品的强度和稳定性。模压成型则是将橡胶材料放入模具中，在一定压力下使其成型，与硫化成型类似，但模压成型的压力和温度条件可能略有不同。不同的成型工艺各有优缺点，在实际生产中，需要根据橡胶空气弹簧的具体要求、生产规模、成本等因素综合考虑，选择合适的成型工艺。还需要不断改进和优化成型工艺，提高橡胶空气弹簧的质量和性能，降低生产成本，以满足弹性单元组合式轮胎的发展需求。4.1.2金属壳体的制造金属壳体作为弹性单元组合式轮胎的重要支撑部件，其制造工艺直接影响轮胎的性能和质量。常见的金属壳体加工工艺包括铸造、锻造和机加工等，每种工艺都有其独特的特点和适用场景。铸造是一种将液态金属注入预先制作好的铸型型腔中，待其冷却凝固后获得所需形状和尺寸的金属制品的工艺方法。在金属壳体的铸造过程中，首先需要根据设计要求制作铸型。铸型可以采用砂型、金属型或消失模等不同类型，其中砂型铸造是最常用的方法之一。对于砂型铸造，需要将型砂和粘结剂混合制成具有一定强度和透气性的砂型，然后将砂型组装成铸型型腔。准备好合适的金属材料，根据金属壳体的材质要求，选择相应的金属，如铝合金、铸铁或铸钢等。将金属材料加热至液态，达到合适的浇注温度后，将其缓慢注入铸型型腔中。液态金属在型腔中冷却凝固，逐渐形成金属壳体的形状。待金属壳体完全凝固后，去除铸型，对铸件进行清理、修整和检验，去除表面的砂粒、毛刺等缺陷，检查铸件的尺寸精度和内部质量。铸造工艺具有生产效率高、能够制造形状复杂的金属壳体、生产成本相对较低等优点。通过铸造可以直接获得具有复杂外形和内部结构的金属壳体，减少后续加工工序。铸造工艺也存在一些不足之处，如铸件的内部组织可能存在疏松、气孔等缺陷，影响金属壳体的强度和可靠性。铸造后的金属壳体尺寸精度相对较低，可能需要进行后续的机加工来满足设计要求。锻造是一种利用外力使金属坯料产生塑性变形，从而获得具有一定形状、尺寸和力学性能的锻件的加工方法。在金属壳体的锻造过程中，首先对金属坯料进行加热，使其达到合适的锻造温度范围。对于不同的金属材料，锻造温度有所不同，一般铝合金的锻造温度在350-500℃，钢的锻造温度在800-1200℃。将加热后的金属坯料放置在锻造设备上，如空气锤、摩擦压力机或液压机等，通过施加冲击力或压力，使金属坯料在模具的作用下发生塑性变形。在锻造过程中，金属坯料的内部组织得到细化，缺陷得到改善，从而提高金属壳体的强度、韧性和疲劳性能。根据金属壳体的形状和尺寸要求，可能需要进行多次锻造和模具更换，逐步使金属坯料达到最终的形状和尺寸。锻造完成后，对锻件进行冷却、清理和检验，确保锻件的质量符合要求。锻造工艺的优点是能够显著提高金属壳体的力学性能，使其具有较高的强度和韧性。锻造后的金属壳体内部组织致密，晶粒细小，性能均匀，适用于承受较大载荷和冲击的场合。锻造工艺也存在一些缺点，如生产效率相对较低、设备投资较大、对操作人员的技术要求较高等。锻造过程需要较大的设备和模具，成本较高，而且锻造操作需要一定的技术经验，以保证锻造质量。机加工是一种通过切削加工等方法，对金属坯料进行加工，以获得所需形状、尺寸和表面质量的加工工艺。在金属壳体的机加工过程中，常用的加工方法包括车削、铣削、钻孔、镗孔、磨削等。车削主要用于加工金属壳体的外圆、内孔、端面等回转体表面；铣削可用于加工平面、沟槽、齿轮等各种形状的表面；钻孔用于在金属壳体上加工各种直径的孔；镗孔则用于对已有的孔进行精加工，提高孔的尺寸精度和表面质量；磨削主要用于对金属壳体的表面进行高精度加工，获得较低的表面粗糙度。在机加工前，需要根据金属壳体的设计图纸，制定详细的加工工艺路线，确定加工顺序、刀具选择、切削参数等。将金属坯料安装在机床上，通过刀具与金属坯料的相对运动，逐步去除多余的金属材料，使金属坯料达到设计要求的形状和尺寸。在加工过程中，需要严格控制加工精度和表面质量，通过测量工具对加工尺寸进行实时监测，及时调整加工参数，确保加工质量。机加工工艺的优点是能够获得高精度和高质量的金属壳体，满足各种复杂的设计要求。机加工可以对铸造或锻造后的金属壳体进行精加工，提高其尺寸精度和表面质量，使其符合轮胎的装配和使用要求。机加工工艺的生产效率相对较低，加工成本较高，尤其是对于形状复杂的金属壳体，加工难度较大，加工时间较长。在实际生产中，金属壳体的制造往往需要综合运用多种加工工艺。对于形状复杂的金属壳体，可能先采用铸造工艺获得大致的形状，然后通过锻造改善其内部组织和力学性能，最后通过机加工进行精加工，以满足高精度的尺寸和表面质量要求。通过合理选择和组合加工工艺，可以充分发挥各种工艺的优势，提高金属壳体的制造质量和生产效率，降低生产成本。4.2轮胎的组装与调试4.2.1组装流程与工艺要求弹性单元组合式轮胎的组装是一个精细且关键的环节，直接影响轮胎的性能和可靠性。其组装流程严格遵循特定的顺序和工艺要求，以确保各部件的精准配合和整体结构的稳定性。在组装前，需对所有零部件进行严格的质量检查。检查橡胶空气弹簧的气密性，可通过充气试验来进行，将橡胶空气弹簧充入一定压力的气体，然后放置在水中观察是否有气泡冒出，若有气泡则说明存在漏气现象，需进行修复或更换。检查金属壳体的尺寸精度和表面质量，使用量具如卡尺、千分尺等测量金属壳体的关键尺寸，确保其符合设计要求；观察表面是否有裂纹、砂眼、气孔等缺陷，若存在缺陷，可能会影响金属壳体的强度和使用寿命，需进行处理或重新制造。检查胎面胶的花纹完整性和橡胶质量，查看花纹是否清晰、均匀，有无缺胶、气泡等问题，同时检查胎面胶的硬度、拉伸强度等性能指标是否符合要求。组装时，首先安装橡胶空气弹簧。将橡胶空气弹簧准确地放置在轮辋圆周的凸台上，通过螺栓将其固定。在安装过程中，需确保螺栓的拧紧力矩符合规定要求，使用扭矩扳手按照规定的扭矩值进行拧紧，以保证橡胶空气弹簧安装牢固，防止在轮胎运行过程中发生位移或脱落。拧紧力矩过大可能会导致橡胶空气弹簧损坏或螺栓断裂，而过小则可能导致安装不牢固，影响轮胎的正常使用。接着安装金属壳体。将金属壳体通过橡胶空气弹簧上端板凸台与橡胶空气弹簧固定连接装配，相邻金属壳体之间采用销轴的铰链连接方式。在安装销轴时，要确保销轴插入的深度和位置准确，使相邻金属壳体之间能够灵活转动，同时又能保证连接的可靠性。为了防止销轴在使用过程中松动，可采用开口销或其他防松装置进行固定。在连接过程中，要注意检查连接部位的间隙是否均匀，如有不均匀的情况，可能会导致应力集中，影响轮胎的使用寿命。最后安装胎面胶。将胎面胶覆盖在金属壳体表面，确保胎面胶与金属壳体紧密贴合，无间隙、无气泡。在安装过程中，可以采用适当的工艺方法，如加热、加压等，使胎面胶更好地与金属壳体结合。加热可以使胎面胶软化，增加其流动性，从而更好地填充金属壳体表面的细微凹凸；加压则可以增强胎面胶与金属壳体之间的附着力。安装完成后，检查胎面胶的表面平整度和花纹的连续性，确保轮胎在行驶过程中能够提供良好的抓地力和排水性能。在整个组装过程中，操作人员需严格遵守工艺要求，保持工作区域的清洁，避免杂质进入轮胎内部。同时，要做好质量记录，对每个组装环节的质量情况进行详细记录，以便追溯和分析。质量记录应包括零部件的检验结果、组装过程中的关键参数（如螺栓拧紧力矩、销轴安装位置等）以及出现的问题和处理措施等。4.2.2调试方法与注意事项轮胎组装完成后，需要进行全面的调试，以确保轮胎的性能符合设计要求。调试方法涵盖多个方面，同时在调试过程中有诸多注意事项需要严格遵守。充气压力调试是关键环节之一。根据轮胎的设计要求，使用专业的充气设备将轮胎充入适量的气体。充气压力过高或过低都会对轮胎的性能产生不利影响。压力过高会使轮胎变硬，减振性能下降，乘坐舒适性变差，同时还会增加爆胎的风险；压力过低则会导致轮胎变形过大，滚动阻力增加，磨损加剧，甚至可能损坏轮胎。在充气过程中，需使用高精度的胎压计实时监测轮胎的气压，确保气压值达到设计标准。不同类型的弹性单元组合式轮胎可能有不同的充气压力要求，应根据具体的设计参数进行调整。动平衡调试对于保证轮胎在高速旋转时的稳定性至关重要。将组装好的轮胎安装在动平衡机上，启动动平衡机使轮胎高速旋转。动平衡机通过传感器检测轮胎在旋转过程中的不平衡量，并显示在设备的显示屏上。根据动平衡机的提示，在轮胎的适当位置添加或去除配重块，以调整轮胎的质量分布，使轮胎达到动平衡状态。在添加或去除配重块时，要注意操作的准确性，避免因配重块安装不当而影响动平衡效果。配重块的重量和位置应根据动平衡机的计算结果进行精确调整，确保轮胎在高速旋转时的振动和噪声控制在允许范围内。在调试过程中，有以下注意事项。操作人员必须严格按照操作规程进行操作，确保自身安全。在进行充气压力调试时，要防止因气压过高导致轮胎爆炸伤人；在使用动平衡机时，要避免手部等身体部位接触高速旋转的轮胎。调试环境应保持稳定，避免在高温、潮湿或有强磁场干扰的环境下进行调试。高温可能会影响轮胎的材料性能和充气压力的稳定性；潮湿环境可能会导致金属部件生锈，影响轮胎的结构强度；强磁场干扰可能会影响动平衡机等调试设备的正常工作。在调试过程中，要对轮胎的各项性能参数进行详细记录，包括充气压力、动平衡数据、轮胎的振动和噪声情况等。这些记录不仅有助于分析轮胎的性能，还可为后续的优化和改进提供重要依据。对调试过程中发现的问题，要及时进行分析和处理，确保轮胎的性能符合要求后才能进入下一步的性能测试环节。4.3质量控制与检测方法4.3.1质量控制要点在弹性单元组合式轮胎的研制过程中，严格把控质量要点是确保轮胎性能和可靠性的关键。从部件尺寸精度到材料性能，每一个环节都需要进行精确控制和严格监测。部件尺寸精度对轮胎的性能和装配质量有着直接影响。以橡胶空气弹簧为例，其尺寸精度直接关系到与轮辋和金属壳体的配合精度。如果橡胶空气弹簧的内径尺寸偏差过大，可能导致安装困难，甚至无法安装；而外径尺寸的偏差则可能影响轮胎的整体结构稳定性和弹性性能。在制造过程中，需要采用高精度的模具和先进的加工工艺，确保橡胶空气弹簧的尺寸精度控制在极小的公差范围内。对于金属壳体，其形状和尺寸的精度同样至关重要。金属壳体的横向截面形状和纵向截面形状必须严格按照设计要求进行加工，以保证轮胎的承载能力和行驶稳定性。尺