1、斜交载重汽车轮胎的结构设计,徐州徐轮橡胶有限公司 裴晓辉 2013年10月,第一节 载重轮胎设计基础知识,按轮胎大小分类：载重汽车轮胎、轻型载重汽车轮胎（LT）、 微型载重汽车轮胎（ULT）5.00-12及以下一、规格名称举例（斜交轮胎）,9.00 20 14PR 141/139 G 9.00 R 20 14PR 141/139 J 11.00 - 20 14PR 144/139 G 8 R 22.5 10PR 124/122 G 8 - 14.5 MH 10PR 114 F 速度符号 负荷指数（单胎/双胎） 层级 “MH”房屋汽车标志 轮辋名义直径（in） 结构代号“”为斜交结构代号； “R
2、”为子午胎结构代号 轮胎名义断面宽度,二、术语定义,斜交轮胎：胎体帘布层、缓冲层各相邻层帘线交叉，且与胎冠中心线呈小于90角排列的充气轮胎。负荷能力：负荷能力是指轮胎在相应充气压力和速度下所允许的最大负荷。负荷指数：轮胎负荷能力的数字代号，它表明在规定的使用条件下，轮胎按速度符号表示的最高速度行驶时（速度在210km/h以上的轿车和摩托车除外），所能承受的最大负荷。速度符号：最高行驶速度的特定字母代号。它表明在规定的使用条件下，轮胎承受负荷指数相对应的负荷能力时（速度在210km/h以上的轿车和摩托车除外）所能达到的最高行驶速度；耐久性能：通过在规定的负荷和一定速度下的运行距离来评价轮胎的持久
3、性能；高速性能：按照轮胎速度符号，评价轮胎高速行驶性能；强度性能：通过检测轮胎胎冠部位的破坏能，评价轮胎结构性能。,新胎：即没有使用过也没有翻新过的轮胎。胀大尺寸：经使用后外缘尺寸增大了的轮胎。翻新轮胎：应用新胎面以延长使用寿命的轮胎。新胎尺寸：安装于测量轮辋上的无负荷轮胎，在规定的充气压力下，在标准室温至少停放24h，然后将充气压力调至原值时的轮胎尺寸。设计尺寸：轮胎设计用的新胎（基本）尺寸。轮胎最大使用尺寸：轮胎在使用中的永久胀大尺寸，不包括因负荷和侧向力及离心力作用而产生的变形。该尺寸是提供车辆制造者设计轮胎间隙时用的。静负荷半径为公路型花纹轮胎单胎负荷下的静半径，双胎静负荷半径为单胎静
4、负荷半径+1mm。最小双胎间距：双胎并装时，两轮胎中心平面间的最小距离。,轮 辋理论轮辋：轮辋名义宽度与轮胎名义断面宽度具有规定比值的轮辋。测量轮辋：为了确定轮胎基本尺寸而给各规格轮胎规定的轮辋，也是能与轮胎获得最佳配合，充分发挥轮胎性能的轮辋。允许使用轮辋：测量轮辋以外，允许与轮胎配合使用的任何轮辋。轮辋名义直径：是仅供参考用的一种表示轮辋直径代号的数字。轮辋标定直径：轮辋胎圈座水平线与轮缘内侧线交点处的直径。,新胎最大尺寸、最小尺寸新胎最大、最小断面宽度新胎最大断面宽度=新胎设计断面宽度1斜交轮胎 1=1.06子午线轮胎 1=1.04新胎最小断面宽度=新胎设计断面宽度2斜交轮胎 2=0.9
5、7子午线轮胎 2=0.96新胎最大、最小外直径新胎最大外直径=2新胎设计断面高度b + 轮辋名义直径斜交轮胎 b =1.06子午线轮胎 b =1.03新胎最小外直径=2新胎设计断面高度0.97 + 轮辋名义直径,载重汽车轮胎在不同速度下的负荷变化应符合下表的规定。,三、采用标准,1.载重汽车轮胎 GB 9744-20072.载重汽车轮胎规格、尺寸、气压与负荷 GB/T 2977-20083.高速性能 GB/T 4501-2008 载重汽车轮胎性能室内试验方法4.耐久性能 GB/T 4501-2008 载重汽车轮胎性能室内试验方法5.强度性能 GB/T 4501-2008 载重汽车轮胎性能室内试
6、验方法6.滚动阻力要求 EC661/2009法规及EC117法规 GB/T 29042-2012 汽车轮胎滚动阻力限值 GB/T 29042-2012 汽车轮胎滚动阻力试验方法7.湿路面抓着性要求8.轮胎通过噪声,第二节 载重汽车轮胎结构设计特点,一、资料的搜集,1. 车辆的技术性能 车辆的类型和用途； 车辆的自重、载重量、整车重量在各轴上的分布以及车轴所需承担的牵引负荷； 车轴数量，驱动车轴数量以及每个轴上车轮的数量； 轮辋类型、代号和双轮中心距； 双胎间距为断面宽的1.2倍 车辆的平均速度及最高速度； 车辆上轮胎最大允许外缘尺寸（包括外直径和断面宽）； 对内胎和垫带的特殊要求； 今后这种车
7、辆的发展前景。2路况 车辆行驶的道路是水泥、柏油、碎石路和土路还是矿山、森林、沙漠和冰雪路面，还有自然条件等。 了解国内外其他厂同规格或类似规格轮胎的结构参数和使用情况。,二、载重汽车轮胎性能,1.轮胎的负荷能力 轮胎的负荷能力取决于轮胎充气内压及内腔容积，因此，设计一定尺寸的轮胎是通过选择断面形状和充气压力而实现的。增大轮胎内腔容积，空气容量增加，负荷能力增大。增大轮胎断面最宽点半径，特别是增大轮胎内轮廓断面宽度，可增加内腔容积，提高负荷能力（断面最宽点半径和内轮廓断面宽，可用轮胎断面宽和轮胎直径间接地表示出来）；轮胎内腔容积又与轮辋宽度有关，轮辋越宽，内腔容积增大，负荷能力增大，适当提高充
8、气压力，轮胎负荷能力随之增大。,负荷计算,装于平底型上的载重汽车轮胎的计算公式,式中W轮胎载荷，kgf； K负荷系数 1.1 P充气压力，kPa； DR轮辋名义直径，mm； S轮胎在62.5%轮辋上充 气断面宽度； S1设计轮胎断面宽度/mm W1设计轮辋宽度/mm,单胎负荷为双胎负荷的1.14倍并相应增加气压10Psi,装于5深槽、半深槽轮辋上的轻型载重汽车轮胎和ST轮胎的负荷计算,式中 Sd=S-0.637 d ，in d=0.96S0.70-H， in,式中 H-轮胎设计断面高， in K-负荷系数， K=1.197（单胎）；,双胎负荷=单胎负荷0.88,装于宽轮辋和15深式轮辋14.5
9、和17.5以上的轮胎负荷计算,式中 K 负荷系数 K=1.285（8、9-14.5 LT单胎）； K=1.30（8-17.5 LT单胎） K=1.25 （宽基轮胎）,双胎负荷=单胎负荷0.88,装于5深式或半深式轮辋上78系列轻型载重汽车轮胎和装于5深式轮辋上的宽基轮胎的负荷计算,（78系列）（宽基）,2. 轮胎的高速性能,轮胎生热：轮胎长时间行驶时，由于承受反复的变形，产生大量的热。轮胎内部温度与轮胎的负荷和速度的乘积成正比。从轮胎结构来看，轮胎内部温度与其轮胎外壳的厚度平方成正比，因此，高速行驶的轮胎希望轮胎外壳厚度尽量薄些。轮胎的驻波：当汽车的行驶速度达到某一数值时，轮胎胎冠表面呈现波浪
10、变形，波浪变形振动频率增大，称之为轮胎的驻波。发生驻波时，轮胎的温度在短时间内很快上升，最后可能造成轮胎的损伤。开始产生驻波的速度称之为临界速度Vcr，提高轮胎行驶速度的关键在于提高轮胎驻波形成的临界速度。轮胎的液面效应：汽车以高速行驶在具有较厚水膜的路面上时，由于水的动压作用，轮胎在水面上打滑，使汽车丧失操纵性、制动性和驱动能力，这种现象称为液面效应。液面效应产生的临界速度取决于水深、轮胎花纹沟槽深度和轮胎气压。,3轮胎的耐久性能,轮胎的耐久性能是轮胎的主要性能之一。轮胎的寿命取决于轮胎及车辆的构造、所受负荷、气压、路面状况、行驶条件、外界温度等。影响轮胎磨耗的主要因素是：轮胎的形状和结构、
11、轮胎的负荷和气压、汽车的行驶速度、前轮定位的调整、制动次数，特别是紧急制动次数的多少，以及弯道、坡道情况、气温高低等。,4轮胎对路面的力学特性,轮胎对路面的力学特性是指轮胎的缓冲性能、牵引性能、制动性能和通过性能。这些性能受轮胎与路面间相互作用的直接影响。 根据轮胎受力分析多方案优选轮廓参数，实现在轮胎反复变形而产生的弯曲及剪切应力情况下增大胎体刚度、减小各部位刚度差的目的； 优化胎冠弧度设计，合理确定肩部弧高，使胎面接地压力差趋于平坦；花纹深度向国际标准公路型靠拢；减小各部位定伸梯度，缩小轮胎周向剪切变形，降低轮胎整体生热的目的，以保证轮胎的各项性能。,第三节 载重汽车轮胎轮廓设计,在完成资
12、料收集工作的基础上，对新产品的设计应根据国家标准和使用方提出的技术要求作为设计的依据。对于产品质量改进设计，则应在充分收集原产品试制使用资料的基础上，按国家标准进行设计。,一、轮辋,轮辋是轮胎固着的基础。轮胎结构随轮辋的发展而得到改进。轮辋按断面形状的不同可分为7种：深槽轮辋 深槽宽轮辋 半深槽轮辋 平底轮辋 平底宽轮辋 全斜底轮辋 对开式轮辋 轮辋的规格用轮辋的断面宽度W和名义直径Dr和轮缘形状E、F、G、H、S、T、V、W、J、K、I、L等表示。如轮辋为6.00T20平底轮辋（6.00表示宽度6寸，轮辋代号T，公称轮辋直径为20寸）。 轮辋断面宽度W与轮胎断面宽B的比值是轮胎设计的主要参数
13、之一。为了获得一个保证轮胎最佳性能的比值，一般C/B值以0.70.75时的综合性能最好。,二、外胎充气外缘尺寸,D-外直径；B-断面宽；d-胎圈着合直径；C-胎圈着合宽度；b-行驶面宽度；h-行驶面弧高；H-断面高；H1-胎趾至断面中心线高度；H2-断面中心线至胎冠的高度,已列入国家标准的轮胎规格，其充气外缘尺寸必须严格按标准所规定的尺寸执行（包括充气外直径D和充气断面宽B）。暂未列入国家标准的规格，则可按设计任务书中规定的尺寸或参照国外轮胎按轮辋标准中规定的尺寸进行设计。 如何确定上述值,三、外胎外轮廓设计,1 断面形状尺寸设计 断面形状尺寸包括断面宽B、外直径D和断面高H。1.1 膨胀率的
14、取值 轮胎在充气压力下工作，轮胎的充气轮廓大于模型轮廓。增大的程度用膨胀率表示。D/D表示外径膨胀率，B/B表示断面宽膨胀率。膨胀率的大小随高宽比、轮辋宽度、胎冠角度及骨架材料的变化而变化。因此，在进行外胎模型外轮廓设计时，必须多做同类型轮胎的测试工作。 一般取值H/B1的斜交胎B/B=1.091.17；D/D=0.9901.005H/B1的斜交胎B/B=1.001.07；D/D=1.0011.005,外轮廓曲线是在合理的材料分布图后得出的,1.2 断面宽B的设计 根据设计轮胎充气断面宽B和断面宽膨胀率B/B确定。,载重轮胎尼龙胎体为1.081.15，该值选取得正确与否极为重要。如选值过大，断
15、面宽B势必过小，制造出的轮胎充气后断面宽达不到所要求的标准。反之选值小，则会造成断面宽B过大，而充气后断面过大，超出标准。 对于汽车后轮双胎并用的情况，还应考虑双胎中心距离（要求2530mm）。 断面高、胎冠宽等值是以断面宽为基础设计的，只有B/B选值正确，断面宽设计正确，才有条件将这两项尺寸设计正确。可见断面宽膨胀率B/B选值，关系到设计全过程，因此对该值应慎重选取。,1.3 外直径D设计 外直径D设计方法和断面宽B设计方法相同，根据设计轮胎充气外直径D和外直径变化率D/D。,外直径变化率D/D一般小于1，即充气后外直径呈现收缩。胎面处于收缩状态，可提高耐磨和耐机械损伤性能。尼龙胎体为0.9
16、900.999。 遏制外直径胀大,1.4 断面高H的设计 断面高H根据外直径D和着合直径d确定。,求出断面高H之后，结合断面宽B，权衡H/B值是否能够保证断面宽膨胀率B/B值，达到设计标准。如认为适宜，即可肯定D值、H值。否则调整D值，必要时调整B值，使之达到适宜程度。 H/B值是技术实际中主要参数之一，决定着轮胎断面形状、断面宽膨胀率、外直径变化率及其使用性能，因此用作衡量D值、H值的标准。 H/B值范围：载重胎普通花纹为1.101.20，越野花纹1.151.25。 遏制外直径胀大,2 胎圈外缘曲线设计 胎圈外缘曲线设计，包括胎圈着合宽度C、着合直径d和曲线弧度设计三部分内容。2.1 胎圈着
17、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，其值根据轮辋宽度确定。轮胎适用一种轮辋的，两者采用相同的数值；轮胎适用两种轮辋的，以窄轮辋为准，或者兼顾。切忌按宽轮辋取值，以免在窄轮辋上使用时，造成胎圈应力集中，早期损坏。在以窄轮辋为准的情况下需适当调整参数。当轮胎装于非设计轮辋宽度上时，轮辋宽度每增减1吋，则充气轮胎断面宽度相应增减0.4吋。 载重轮胎目前正向低断面、宽轮辋方向发展，装于宽轮辋的轮胎具有良好的耐磨性能、行驶稳定性和乘坐舒适性等。,2.2 胎圈着合直径d与曲线的设计 根据轮辋类型和直径设计。原则应满足轮胎装卸方便和着合紧密两点要求。否则，确定小了轮胎装卸困难，确定大了着
18、合不紧密，使用时易磨损胎圈。不同类型的轮辋，胎圈着合直径d也不相同。,注：d0轮辋直径, d着合直径, R4、R5为相对应的轮辋尺寸,装于深槽、半深槽轮辋的轮胎胎圈轮廓 装于平底轮辋的轮胎胎圈轮廓,装于平底宽轮辋的轮胎胎圈轮廓 载重无内胎轮胎胎圈轮廓,3 胎冠外缘曲线设计 胎冠外缘曲线设计包括胎冠宽b、弧度高h和弧度半径设计。是根据轮胎类型、用途、路面、天候和花纹种类等情况设计。3.1 胎冠宽b与弧度高h的设计,（1）一个弧度半径Rn的设计 适于在胎冠较窄，弧度高较小的情况下使用。弧度半径Rn用下述公式计算，其圆心位于断面对称轴上。,花纹根据胎冠弧长设计，因此要计算胎冠弧长。胎冠取一个弧度半径
19、，弧长S的设计方法为： S=0.01745Rn 式中，0.01745为常数， 为胎冠弧度之夹角。,（2）两个弧度半径Rn 、Rn的设计 胎冠弧度由两个弧度构成。可提高胎面耐磨性能和分散胎肩应力的良好效果。第一个弧度半径Rn计算方法和一个弧度半径Rn的计算方法相同，但其中h必须改用h；冠部平坦,h小于h，具体数值应根据使用要求、花纹类型和实际经验确定。第二个弧度半径Rn为第一个弧度半径Rn的20%25%，即Rn=（20%25%）Rn,3.2 断面水平轴位置设计 断面水平轴又称断面中心线，位于断面最宽点，是负荷下法向形变最大部位。断面水平轴位置用H1和H2之比，即H1/H2来表示。H1为胎圈底部到
20、水平轴的垂直距离，H2为水平轴到胎冠顶点的垂直距离。,H1/H2取值范围为0.800.95。轮胎在使用中特别是从充气前到充气后，直至负荷下，如何保证断面水平轴不发生位移是很重要的。假如水平轴在使用中向胎圈方向移动时，必造成下胎侧应力集中，或者发生早期脱层而爆破，或者造成帘线折断，胎圈磨损而爆破。假如水平轴在使用中向胎肩方向移动时，必将造成胎肩应力集中，而造成肩空、肩裂损坏。而水平轴位置正确与否，关键在H1/H2值的选取，因此H1/H2值是技术设计中主要参数之一。,正确的选定H1/H2值，需视断面内缘曲线形状和材料分布具体情况而定。因为材料分布不同，将直接影响断面内缘曲线形状为圆形或纵椭圆形。要
21、求水平轴上部长度F1和下部长度F2关系为F1F2，如图所示。F1、F2范围内胎侧厚度基本相等，才能保证从坚硬的胎圈和胎肩向柔软胎侧均匀过渡，才能保证最大曲挠度位于水平轴上。 此外F1、F2应尽可能大些，以求胎侧部位有较大曲挠范围。因此H1/H2值应在绘制材料分布图时进一步分析确定。,4 胎侧外缘曲线设计 胎侧外缘曲线由上胎侧弧度半径R1、下胎侧弧度半径R2、连接弧度半径R3所绘制的曲线和胎肩切线L所组成，分述于下。,4.1 胎肩切线L的设计其形状有以下几种。（1）切线形 为传统形式。（2）阶梯形 胎肩靠近胎侧部位支撑能力高，胎肩屈挠应力低，耐久性好，（3）反弧形 又称凹陷形。利于散热，节省胶料
22、；但支撑性低，适用于超低压轮胎。,切线型 阶梯型 反弧型,胎肩支撑部位大小，用其切线长度L表示，其值用绘图法确定。挖空胎肩切线长短，关系到胎肩支撑能力，胎侧形变及其应力分布。,4.2 上胎侧弧度半径R1的设计 上胎侧弧度半径R1，应用绘图和计算相结合的办法确定，可用下式计算。,4.3 下胎侧弧度半径R2的设计 轮辋较窄 R2采用绘图法和计算法确定。计算法如图所示。在确定R2之前，首先要确定下胎侧弧度曲线与轮辋边缘曲线的相交点。该相交点与轮辋边缘曲线起点的距离a，约等于轮辋边缘宽度A的2/33/4，即a=（2/33/4）A。然后应用下述公式计算。Hc为a点到d的距离。,4.4 连接弧度半径R3的
23、设计 下胎侧R2弧度半径曲线，胎圈R4弧度半径曲线，用连接弧度半径R3曲线相连。R3的取值范围为1750mm，视轮胎规格选定。 R3合理选值甚为重要。选值过小。模型相应部位过于凹陷，窝藏的空气硫化时不宜排出，易产生缺胶、明疤等外观质量毛病。选值过大，曲线比较平直，与轮缘着合不紧，轮胎运转时将会产生摆动，磨损子口。4.5 防擦线、防水线、排气孔、排气线、磨耗标志的设计 （1）护擦线：载重胎的护擦线一般在切线下，其宽度为30mm左右，厚度为1mm。 （2）防水线：在靠近轮辋边缘处开设，根据规格大小，通常开设35条，每条宽度34mm，条间距56mm。条与条之间通常按圆周1224等分相连，连接条宽度一
24、般为4mm（多用R2弧形条）防水线高度一般为1mm。,（3）排气孔和排气线：胎冠部位排气孔通常开设在花纹拐点处和胎肩部位。胎侧通常开设在护擦线和防水线连沟内。最好在高于最上一条防水线1520mm处加开排气口，因为该部位容易出现缺胶质量问题。排气孔的直径视规格大小而定，可在12mm之间选择。由于硫化方式的不同，机硫化与罐硫化排气孔和排气线的设置也不同。 （机硫化胶囊伸张最先贴住子口，罐硫化则是水胎先贴近冠部逐步胎侧）防水线下方胎踵到胎趾间必要时也要开设排气孔和排气线，无内胎产品要注意排气线间断错开，以防漏气。胎侧排气线的设置要考虑对商标字体排布的影响，排气线要避开字体，且不宜过多。,（4）磨耗标
25、志的设计： 为了保证行驶安全以及保护胎体完好以提高轮胎的翻新率，在花纹沟底部设置磨耗标志。当胎面花纹磨损到露出磨耗标志时就表示轮胎应卸下翻新。 在轮胎纵向或横向花纹沟里至少有4个间隔均匀的胎面磨耗标志周向环绕轮胎，并在轮胎两侧胎肩对应部位设计模刻磨耗标志。标记用符号或为字母代号TWI。微型和轻型载重汽车轮胎胎面磨耗标志的高度不小于1.6mm, 载重汽车轮胎胎面磨耗标志的高度不小于2.0mm。,断面A-A,断面B-B,块状和条形/块状花纹轮胎胎面磨耗标记,备注：X/TW0.5,内轮廓曲线是在合理的材料分布图后得出的,四、外胎内轮廓的设计,1 各部位厚度的设计（1）胎面厚度设计 胎面胶厚度为花纹深
26、度和花纹沟底部胶厚度之和。基部胶厚度根据花纹类型和花纹深度确定。不同类型花纹基部胶厚占花纹深度的比例如表所示。用于宽轮辋上的轮胎，胎冠受力较轻，裂口因素减少，基部胶可适当减薄胎肩胶厚度，肩部厚度本着胎肩内缘曲线圆滑，无凹陷现象确定。一般为胎面胶厚度的1.31.4倍，最大不超过1.5倍。,（2）胎侧胶厚度 根据轮胎类型、规格和用途决定。中型载重轮胎3.03.5mm。巨大型载重轮胎、工程轮胎和在苛刻条件下使用的其他类型轮胎，由于胎侧胶易受损伤，增至3.55mm。胎侧胶宽度延伸到轮辋边缘高度之内，以保护胎圈，避免被轮辋边缘磨损。,2 胎体结构设计胎体结构设计，包括帘布层数、帘布挂胶厚度、隔离胶、油皮
27、胶和缓冲层结构设计。（1）帘布层数设计 帘布层数根据轮胎类型、规格、负荷、气压、帘线强度和胎体强度安全倍数确定。（2）帘布挂胶厚度的确定 帘布挂胶厚度应根据帘线种类和粗度、轮胎规格以及胶料种类来确定，要求帘线间塞满胶并且两面都要有0.20.3mm的覆盖胶层。随着挂胶帘布厚度与帘线粗度比值的增大，帘布层间剪切应力减小，但过度加大帘布挂胶厚度，将使胎体过厚，帘布层间剪切应力增大。 经验计算公式: (1.31.7)d d帘线直径,胎体帘线安全倍数的计算a、帘线拉伸应力计算,N单根帘线伸张应力，kg/根；P轮胎充气压力，kg/cm2； 胎面半径，cm； 零点半径（断面水平轴至轮轴中心距离），cm； 胎
28、冠帘线角度； 胎冠各层（包括缓冲层）帘线密度和，根/cm。,内层外层缓冲层帘布层数；内层外层缓冲层胎冠帘线密度。,各层帘线原始密度，根/cm；第一层帘布筒半径，cm；帘布裁断角度。,b、帘线强度安全系数计算,K帘线强度安全系数；N帘线强度，kg/根,载重轮胎安全系数范围如下： 812,对普通结构的轮胎来说，胎冠帘线角度是决定一切使用性能的因素。载重轮胎多取5054。,（3） 隔离胶设计 剪切应力沿帘线分布是大小不等的，以胎冠处为最大，向胎圈逐渐减小，因此，胎冠部分帘布层间胶层应最厚。由于工艺限制，帘布挂胶时实现不了，因而采取另贴隔离胶的方法，予以补救。贴隔离胶的目的是增大对剪切应力的缓冲作用，
29、改进帘布层之间粘合性能和滞后性能，降低生热，避免脱层损坏。 剪切应力以胎冠处为最大，因此隔离胶应加贴在这个部位上。其层数和厚度视轮胎规格和使用条件而定。应用的隔离胶层数较多时内层较薄，外层较厚。以14层轮胎为例，8-10层间隔离胶厚度为0.4mm，10-12层间为0.6mm，12-13层间为0.8mm。,（4） 油皮胶设计油皮胶贴于第一层帘布下面，作用是保护第一层帘线在定型硫化时不错乱，保护内胎不受帘布层粗糙表面磨损。油皮胶厚度，小规格轮胎为0.40.6mm，中规格轮胎为0.60.8mm，大规格轮胎为0.81.0mm。,（5） 缓冲层结构设计中小型载重轮胎各为2层，巨大型载重轮胎的使用条件比较
30、苛刻，为防止尖锐物体损伤胎体，改善胎面耐磨性能，需要提高缓冲层的坚韧性，可采取34层帘布，缓冲层宽度本着避开胎肩应力集中区的原则确定，应力集中区在胎肩切线部位，据胎肩端点1/22/3的范围内，这就有了宽度设计选取的问题，主要有以下结构。,窄缓冲层 宽缓冲层 一窄一宽缓冲层,3 钢丝圈直径及钢丝圈排列方式的确定 钢丝圈直径的确定：在确定钢丝圈直径之前，首先要确定成型的包圈方式，以确定胎圈底部的材料厚度。在这里要注意所说的材料厚度是指经压缩后的成品材料厚度。 钢丝圈直径的计算： Ds=d+2tK0 式中：Ds胎圈着合直径； t 压缩前钢丝圈底部材料的总厚度： K0压缩系数（一般采用0.94左右）。
31、,钢丝圈安全倍数的确定： 要确定钢丝圈的排列数，首先要根据胎圈强度确定所需钢丝根数。钢丝圈所受应力计算：式中：T钢丝圈所受的负荷，kg； P轮胎充气压力，kg/cm2； Rk胎里半径，cm； r0零点半径，cm； K胎冠帘线角度； c钢丝圈中心直径处帘线角度。 c按下式求之式中：rc钢丝圈中心直径，cm。,钢丝安全倍数的计算： K=n S1/T式中：n钢丝根数； S1单根钢丝强力/（N根-1）（kgf/根）使用该公式计算，胎圈安全倍数应不小于56倍。,钢丝圈排列方式的确定： 根据所计算得到的钢丝圈所需钢丝根数，确定钢丝圈的排列方式。排列时要考虑保证有效的子口宽度，还要兼顾到子口向胎侧过渡的平顺
32、性，同时要注意钢丝圈排列（斜交轮胎方形钢丝圈）尽量采用扁平式，如96（9根6排）比78效果好。这样能有效利用钢丝的强度。,4 外胎半成品各部材料厚度的计算 需要计算的部位为：胎冠中部、胎侧水平轴位置和胎圈横向部位和胎圈底部。,表1 冠部各部件厚度,表2 侧部各部件厚度,表3 胎圈各部件厚度,“n”为钢丝圈个数。,表4 胎圈底部各部件厚度,以上目的：确定Dk、Sh、W 绘制合理的成品材料分布图,第四节 载重汽车轮成型机头的设计,一、成型机头直径及鼓肩曲线的确定,成型机头的型式很多，有鼓式，半鼓式，芯轮式和半芯轮式等四种。鼓式机头 鼓式成型机头形状像圆桶，无肩部曲线，与外胎胎圈内轮毂完全不一样。成
33、型时，将钢丝圈和三角胶条平放在成型机头上，位置不准确。在外胎定型、硫化等工艺过程中，胎圈由原来的扁平形状翻转到成品外胎胎圈形状，钢丝圈和三角胶位移大，胎圈各部位材料变形大，有时影响成品的外观质量。此类机头已很少采用。半鼓式成型机头 半鼓式成型机头肩部曲线形状与成品外胎胎圈内轮廓曲线形状有一定差异，因此在外胎成型、定型、硫化等工艺过程中，胎圈有转动，钢丝圈位移较大，胎圈各部位材料也有相应变形，如果工艺控制不好，将影响产品质量，但该类机头的突出优点是：在该类机头上成型时，胎圈部位材料容易包紧压实，帘线角度、密度变化较小，帘布筒反包褶子少，因此，比较适合单钢丝圈的中小型轮胎的成型，应用广泛。,半芯轮
34、式成型机头 该型式机头的肩部曲线形状接近于成品外胎胎圈内轮廓曲线形状，所以在外胎成型、定型和硫化等工艺过程中，外胎胎圈变形小，钢丝圈位移小，胎圈各部位材料变形较小，易于保证成品外胎质量，应用广泛。主要用于帘布层数多，两个或两个以上钢丝圈的大中型轮胎成型。 其中最常用的为半鼓式和半芯轮式。这两种成型机头的主要区别是鼓肩的形状不同。,半鼓式,半芯轮式,（1）半鼓式成型机头鼓肩高度一般为925 mm。 （2）半芯轮式成型机头有；全自动折叠、缩鼓肩折叠、卸鼓肩折叠等几种。当机头直径（Dc）与钢丝圈直径（Dg）之比小于1.30时，成型机头才能全折叠。因此，在不影响外胎胎体强度的前提下，机头直径应尽可能取
35、小值，以便有利于成型机械化，降低劳动强度，提高生产效率，减少原材料的消耗。,二、成型机头直径的确定,注：d0第一帘布筒直径。,（3）成型机头直径的经验确定 成型机头直径也有根据外胎着合直径（d）加上经验数（英寸）来确定的。小规格轮胎：半鼓式成型机头 Dc=d+（3/4”1.25”）中小规格轮胎：半芯轮式成型机头 Dc=d+（2”2.5”）中大规格轮胎：半芯轮式成型机头 Dc=d+（3”4”）,（4）成型机头折叠形式的确定 机头直径（Dc）与钢丝圈直径（Dg）之比，是确定成型机头折叠型式的重要依据，一般称作“折叠比”，为了提高成型机械化程度，提高成型效率，应充分注意该比值。,机头折叠型式与折叠比
36、（Dc/Dg）,成型机头肩部曲线的确定成型机头肩部曲线的形状取决于成型机头的类型和外胎胎圈的结构。在设计鼓肩曲线时，应按以下原则：鼓肩曲线应与成品外胎胎圈内轮廓曲线相似；尽可能减少鼓肩的深度Xj ；一则便于成型操作和取卸轮胎，提高劳动生产率，减轻劳动强度；二则便于压实布层，减少钢丝圈扭转及胎圈脱空，提高胎坯质量。鼓肩曲线展开长度PB与成型好的胎圈最外层帘布的展开长度PH的差值要小，PH值稍大于PB值，一般不大于20mm。帘布层数多，取值稍大。,成型机头表示方法根据轮胎成型机头行业标准，成型机头分为折叠式成型机头和涨鼓式成型机头，斜交轮胎大多用折叠式成型机头折叠式机头型号由产品代号、规格参数、设
37、计代号三部分组成，三者之间用短横线隔开。型号举例说明： C T DL740500-X外径为740mm，内口公称直径为500mm，卸鼓肩结构的半芯轮式成型机头C-类别代号 表示成型机械（成）T-组别代号 表示机头（头）D-品种代号 表示折叠式机头（叠）L-辅助代号 表示半芯轮式（轮）G -辅助代号 表示半鼓式（鼓）规格参数：用机头外径内口公称直径表示。（内口直径：钢圈着合处，鼓肩瓦块的内直径）设计代号：X表示卸鼓肩结构（卸）；S表示缩鼓肩结构（缩）,成型机头宽度的计算 假定伸张值的取值：过小，伸张不足，打弯脱层；过大，钢丝圈移位等。 机、罐取值不同：机，1.0151.03；罐，1.031.05；
38、聚酯，1.021.04。,L胎冠中心至钢丝圈底部帘线长度；,胎里每等份帘线长度mm,等份段处帘线角度；,机头曲线部分帘线长度/mm,机头曲线部位每等份帘线长度；,机头肩部宽度。,帘线假定伸张值的选取帘线假定伸张值（1）是帘线在定型、硫化工序中所发生的平均伸张值，实际上它是帘线伸张值和帘线动值两项的复合结果。它与帘线的种类、工艺条件、加工设备（浸胶，压延时的张力）、轮胎规格（轮胎外直径与着合直径之比）、总伸张的大小、胎体帘布层数等有关。一般在考虑选取帘线假定伸张值时，主要考虑帘线的种类和工艺条件。硫化机和硫化罐帘线假定伸张值取值不同： 硫化机一般取值1.0151.03 罐硫化罐为1.031.05
39、 聚酯帘布为1.021.04,帘线假定伸张值1是轮胎生产工艺过程中的一个极其重要的选取参数。此值选取是否合理，对轮胎质量有很大的影响。1取值过小，帘线伸张不足，易造成帘线弯曲，轮胎在使用中易发生胀大，引起胎体脱层；1取值过大，硫化时帘线伸张过大，轻者会造成帘线排列不整齐，或帘线上抽，胎圈移位，钢丝圈底部余胶过多等质量缺陷；重者会造成胎圈变形，钢丝圈拉断。即使钢丝圈在硫化出模时未被拉断，在实际使用中也会发生子口帘线折断，或胎圈爆破等严重质量问题。所以，如何正确的选取1值是轮胎施工设计中极为重要而复杂的工作。1虽然被称做假定伸张值，但决不是设计人员随意“假定”的，它是一个客观存在的数值，而且有一个
40、最佳值，不同工艺条件，1的最佳值也不同。,完整的材料分布图,第五节 外胎施工标准的制定,一、胎体帘布层长度的确定,长度：外胎胎体成型有两种方法，即套筒法和层贴法。用套筒法成型，需预先将两层或两层以上的帘布成筒，第一帘布对机头的伸张为5%15%。在确定长度时，可将不同至胎里相应各层相同的伸张值，或者在确定第一帘布筒长度之后，用递增法确定长度，无隔离胶的帘布层增35mm，有隔离胶的帘布层增58mm。宽度：从材料分布图上测量，即从成型机头宽度Bs中减去2倍鼓肩宽度再加2倍从鼓肩起点至帘布及端点的宽度。由于布筒对成型机头有伸张，布层缩窄，因此，在以上计算宽度的基础上应再加1020mm。 Bs-2Sw+
41、2A+E,二、缓冲层帘布长度和宽度的确定,长度：缓冲层的长度可用与胎体帘布长度确定的方法，与胎体帘布里相应各层相同的伸张值确定，也可以在胎体最后一层帘布的基础上加10mm，第二层再加10mm。宽度：缓冲层半成品到成品的变化过程中，宽度变化基本不受1影响。因此，缓冲层布层宽度可按下式计算： 半成品缓冲层帘布宽度=成品缓冲层帘布宽度 缓冲胶片的长度与所在的帘布长度相同，下层缓冲胶下层帘布宽515mm,上层胶片必须盖住两层帘布间差级。,三、隔离胶的长度,隔离胶的长度与所在帘布层相同，其宽度大于下缓冲胶片，但一般不超过断面水平轴，各层隔离胶以一定的差级排列。,四、油皮胶（或密封胶）,长度与所在帘布的长
42、度相同，宽度一般与胎圈包布（或密封胶）搭接1015mm。 油皮胶的厚度一般为0.51.5mm，密封层的厚度一般为1.52.0mm。,五、胎面胶形状的确定,实心胎面胶体积的计算 实心胎面胶体积 可以在CAD软件中通过形成面域得到截面积，通过回转的方法求出体积。花纹沟体积的计算： 花纹沟胶体积 可以通过在CAD软件中通过形成面域得到截面积 ，乘以经验系数后，通过回转的方法求出体积,也可以通过建立花纹的三维模型直接求出体积。,成品胎面体积=2 -2,半成品胎面胶形状的确定 一般半成品胎面胶冠部的宽度小于行驶面的宽度，为保证硫化时胶料不倒流，不同的胎面花纹、胎面胶的断面形状亦有所不同。普通花纹半成品胎
43、面胶的冠部宽度约为行驶面宽度的85%90%。越野花纹较普通花纹越小，为85%左右。如果轮胎高宽比小于1，普通花纹半成品胎面胶的宽度应与行驶面宽度近似。 肩部的厚度，普通花纹稍大，越野花纹中部和肩部相似。 半成品胎面的总宽度为成型机头宽度减去两倍鼓肩的宽度再加2PH减割边宽度，胎面胶边部的厚度一般为0.51.5mm。 胎面胶的长度根据胎面成型方法而定，如果用套筒法成型，其伸张值一般为8%15%。 半成品胎面胶的体积先求出半成品断面形状的面积然后乘以成型长度就可以求得，计算所得的体积应大于成品胎面胶的体积（因成型时要割边）。,第六节 花纹设计,一、胎面花纹的作用,轮胎胎面花纹的基本作用是：传递引力
44、和制动力，提高轮胎对地面的抓着力，尤其是随着车速的不断提高，要求花纹具有优异的抗侧滑性能，低滚动阻力，操纵安全性，低噪声，防滑性能等。,二、胎面花纹的性能要求,1.较好的耐磨性能，并且磨耗均匀；2.一定的防滑性能和附着性能，尤其在湿地面上的防滑性能和制动性能；3.轮胎使用中胎面花纹生热低，散热快；4.胎面花纹耐崩花掉块，花纹沟底部要耐屈挠龟裂；5.滚动阻力小（即合理选取花纹沟、块比），节能（节油）；6.操纵稳定性好，汽车行驶安全可靠；7.汽车行驶时噪声小，震动小；8.自洁性好，便于排水，在泥雪路上抓着性好；9.有助于降低缓冲层和帘布层的应力，缓和轮胎使用中的肩空、肩裂；10.外观商品性（以满足轮胎的技术性能要求为前提）。,
