1、轮胎结构设计,第三章结构设计,学习目的与要求,通过学习掌握斜交轮胎的结构设计程序，掌握技术设计内容：外胎外轮廓设计、胎面花纹设计、内轮廓设计； 掌握斜交轮胎的施工设计；了解内胎、垫带、水胎和胶囊设计。,第三章 结构设计,第一部分 轮胎结构设计程序 第一节、轮胎设计前的准备工作 第二节、轮胎技术要求的确定 第三节、外胎外轮廓设计 第四节、外胎胎面花纹设计 第五节、外胎内轮廓设计第二部分 施工设计 第一节、成型机头类型 第二节、成型机头直径的确定 第三节、成型机头肩部轮廓曲线设计 第四节、成型机头宽度计算 第五节、绘制外胎材料分布图 第六节、外胎施工标准表的制定 第七节、内胎、垫带的设计,轮胎结构
2、设计是指通过计算、选择、绘图等方法确定轮胎整体及各部件的结构和尺寸并拟定出施工标准及设计辅助工具的过程。轮胎结构设计直接影响轮胎质量及使用性能。结构设计有两种方法1、从轮胎外缘曲线开始，从外往内设计。 古典方法，历史悠久，经验丰富，但缺乏计算数据，只凭经验数据进行,2、根据内缘平衡形状曲线，从内往外设计 有数学模型作为计算依据，是当代科学的方法 轮胎结构设计现在广泛采用的传统设计方法，是以静态平衡轮廓理论为设计依据，用薄膜-网络理论为原理指导轮胎设计，轮胎在模型内的轮廓用几何作图法，从外缘轮廓向内进行设计。,第一部分 轮胎结构设计程序,轮胎结构设计分技术设计和施工设计两个阶段进行。第一阶段:技
3、术设计。 任务是收集为设计提供依据的技术资料；确定轮胎的技术性能；设计外胎外轮廓曲线和胎面花纹；设计内胎、垫带和水胎(或胶囊)断面曲线；绘制外胎,内胎和垫带设计总图。,第二阶段:施工设计。 任务是根据技术设计确定成型机头型式、直径及肩部轮廓；绘制外胎材料分布图；制定外胎、内胎及水胎(或胶囊)施工标准表；提出外胎，内胎及水胎制造附属工具的技术要求。 在完成设计后，提出技术设计和施工设计说明书。,设计任务,轮胎设计前的准备工作,确定技术要求,确定外胎外轮廓曲线,设计外胎胎面花纹,确定外胎内轮廓曲线,优选方案,绘制外胎总 图,确定成型机头型式、直径、肩部曲线、绘制材料分布图,确定水胎（胶囊）断面尺寸
4、、绘制断面轮廓图,确定内胎断面尺寸、绘制内胎总图,确定垫带断面尺寸、绘制内胎总图,制定内胎施工标准表,制定垫带施工标准表,制定水胎（胶囊）施工标准表,制定外胎施工标准表,提出外胎、内胎、垫带及水胎（胶囊）制造附属工具的技术要求,提出结构设计文件,轮胎结构设计程序图,第一节、轮胎设计前的准备工作,轮胎是车辆驱动机构的主要配件，设计时应依据车辆的技术性能及车辆的使用条件，适应车辆发展的需要，并应考虑轮胎结构的合理性、经济性及发展前景，收集有关技术资料，选用先进技术，全面分析进行设计。一般包括车辆的技术性能、行驶道路情况、国内外同规格或类似规格轮胎的结构与使用情况等。,1车辆的技术性能（1）车辆类别
5、、厂牌、型号、用途和外形尺寸。（2）车辆自重、载重量、整车重量在各轴上的分布 和车轴所需承担的牵引负荷。（3）车辆驱动形式、轴数、轴距、轮数和轮距。（4）轮辋类型、代号及轮辋断面曲线。（5）轮胎最大外缘尺寸及双轮间距离。 （6）车辆平均速度和最高速度。（7）最小离地间隙、最小转弯半径和最大爬坡度。（8）对轮胎的特殊要求。 （9）该车辆发展前景。,2.道路情况（1）路面性质，包括硬基路面(水泥、柏油和碎 石)、混合路面(石土或城乡间的水泥路)、 软基路面(雪、砂及土路)，还有特殊的作 业环境，如矿山、林场、水田、沼泽等（2）路面拱度、坡度和弯路。（3）使用地区的年平均气温和降雨量。,3、国内外同
6、规格或类似规格轮胎的结构和使用情况（1）技术参数，例如轮胎的层数、内压、负荷 及花纹形式等。（2）轮胎充气前后及使用过程中外缘尺寸的变 化。（3）室内试验数据。（4）实际使用中的性能及主要优缺点。（5）使用部门的要求。,第二节、轮胎技术要求的确定,1.轮胎类型 包括轮胎规格、结构、层级、胎面花纹、胎体骨架材料品种、规格和基本技术性能。2.轮辋的选择 应根据轮胎类型和规格，按国家标准(或部颁标准)及车辆技术状况和发展趋势选定。例如轿车采用深槽式轮辋和深槽式宽轮辋，轻型载重汽车采用半深槽式轮辋，中型和重型载重汽车一般采用平底式轮辋和平底式宽轮辋(即5斜底轮辋)。不同类型车辆有其相对应的轮辋类型、规
7、格及轮廓曲线。,3. 外胎充气外缘尺寸 包括充气外直径D和充气断面宽B，按国家标准(或部颁标准)所规定的尺寸执行。暂无国家标准(或部颁标准)的轮胎，可以按设计任务书所规定的充气轮胎外缘尺寸或参考国外轮胎轮辋标准所规定的尺寸进行设计。,4.负荷能力计算（1）标准负荷和理论负荷 轮胎的负荷能力是衡量轮胎质量重要指标之一，其最大负荷能力与速度、内压、充气断面宽、轮辋直径和宽度有关。 确定外胎充气外缘尺寸D和B后，必须通过计算，验算其负荷能力是否符合国家标准，再进行外缘轮廓设计及计算，因此验算轮胎负荷能力是进行轮胎结构设计的基础。,标准负荷：国家标准规定的负荷简称为标准负荷，是指在保证轮胎耐久性前提下
8、要求轮胎承受的负荷。理论负荷：通过计算得到的轮胎的负荷可称为理论负荷，它必须大于标准负荷，但也不能过大，以大25%为宜。轮胎负荷标准分为单胎负荷和双胎负荷两种。 一般具有双胎并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。轿车轮胎只计算单胎负荷。,理想轮辋：轮辋宽W与充气轮胎断面宽B1之比等于 62.5%的轮辋称之为理想轮辋。海尔公式：负荷能力的计算公式为海尔公式，是一个在轮辋与充气轮胎断面宽之比等于62.5%的标准条件下（理想轮辋）得出的实验式, 若比值超出此范围，必须换算为在标准理想轮辋的充气轮胎断面宽才能使用此公式。 斜交轮胎负荷计算基本公式及负荷系数K值的选取与斜交载重轮胎
9、和轿车轮胎负荷计算公式与负荷系数K的选取不相同。,载重轮胎负荷计算基本公式为:,式中：W负荷能力，kN K负荷系数 （K1.1（双胎），K1.14（单胎） P内压，kPa DR设计轮辋直径，cm W1轮辋名义宽度，cm B 为62.5%的理想轮辋上的轮胎充气断面宽,cm B1安装在设计轮辆上的新胎充气断面宽，cm 0.231-采用公制计算的换算系数，若用英制计算，此公式 不必乘0.231。 单胎负荷应为双胎负荷的1.14倍，气压应相应增加7OkPa。,轿车轮胎负荷计算基本公式为:,式中： K负荷系数(此值与轮胎的结构和高宽比有关， 50系列、60系列和70系列的斜交轮胎和子午线轮胎K=1.65
10、5， 78系列斜交轮胎K=1.70， 78系列子午线轮胎和82系列套用=1.743）Bd扁平轮胎在理想轮辋上的断面宽度，cmd圆形轮胎设计断面高与扁平轮胎最大断面高之差，cmH最大断面高 (普通断面轮胎最大断面高H = 1.01设计断面高， 扁平轮胎最大断面高H=l.O2设计断面高)，cm,(3)负荷能力计算实例以9.00-20载重轮胎负荷能力计算为例。已知条件：D=l018.5mm，B1=259mm, W1=177.8mm, P=588kPa，DR= 508mm，KD (双胎)= 1.l， KS (单胎)= 1.l4负荷计算公式为：,将已知数值代入上列公式中，首先求取S值，再求WD双胎负荷，
11、最后计算单胎负荷WS。,=,=20（KN）,（增加气压70KPa）,第三节、外胎外轮廓设计,1、外胎模型各部位尺寸代号及其它设计参数 代号(1)外胎模型各部位尺寸代号采用英文字母表示外胎模型各部尺寸(单位为毫米)代号，见图2-1所示。可按所在部位分为四类： 断面形状尺寸：D、B、H； 胎冠部尺寸：b、h、Rn、Rn； 胎侧部尺寸：H1、H2、R1、R2、R3、L； 胎圈部尺寸：c、d、R4、R5、g、。,D外直径；B断面宽；H断面高；d胎圈着合真径；c两胎圈间距离；b行驶面弧度宽度；h行驶面弧度高度；H1断面中心以下断 面高；H2断面中心线以上 断面高；L胎肩切线长度,图2-1 外胎模型各部位
12、尺寸代号,（2)其它设计参数代号 常用的代号为: D0代表内压为零时轮胎外直径， B0代表内压零时轮胎断面宽， D代表充气轮胎外直径， B代表充气轮胎断面宽， H代表充气轮胎断面高, f代表下沉量（f=H-H1)单位均为毫米。,2、各部位尺寸确定（1）断面外形尺寸断面宽B的确定 外胎模型断面宽根据充气断面宽和充气后断面宽膨胀率的变化确定。轮胎处于充气条件下使用，其充气断面宽必然大于 模型断面宽，断面宽增加程度用膨胀率 表示,计算公式：,B胎模型断面宽，mmB轮胎充气断面宽，mm 断面膨胀率,断面膨胀率 B/B值可通过调查和试验数据分析确定。此值受模型断面高宽比H/B、轮辋宽与断面宽比值W1/B
13、、帘线性能和帘线胎冠角度等因素影响，一般有以下几种规律。,a. H/B值越大则值越大。 H/B值是轮胎结构特征的主要叁数之一 H/B1时，外胎断面呈长椭圆形，充气后断面膨胀率增大，达到近乎圆形的平衡轮廓，此时轮胎外径收缩,可提高胎面耐磨和抗机械损伤性能，适合载重斜交轮胎的设计规律H/B1时，轮胎断面呈扁平状，充气后断面外径增大，断面膨胀率较小，此时胎面虽然处于伸张状态，但胎体平直，支撑性好，高速度、利于安全操纵，适合轿车轮胎的设计,轿车轮胎断面向扁平化发展，断面高宽比已成系列化，H/B值分别为0.95、0.88、0.82等。低于0.82的超低断面轮胎，大部分属子午结构，分别为78,70、65和
14、50系列(即H/B值为0.78,0.70，0.65，0.50) 一般斜交轮胎H/B1，值在0.91.17之间；H/Bl的纤维子午线轮胎，取值范围为1.031.04；H/B1的纤维子午线轮胎，值约为1.02。,外直径和断面高的确定 模型外直径D根据轮胎充气外直径D和充气外直径变化比值而定。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值表示，用下式求模型外直径D值。,一般H/Bl的人造丝斜交轮胎，D/Dl，约为0.9900,999；尼龙斜交轮胎则不同，其H/B值无论是大于或小于1，充气外直径均增大，一般约增加0.12.5%。 模型断面高H根据轮胎外直径D和着合直径d计算求得。,外胎的
15、与H/B、W1/B的关系见表2-1所列。,表2-1不同高宽比(H/B)轮胎的膨胀率(,),注：R为人造丝帘线，N为尼龙帘线,（2）胎冠部位尺寸的确定行驶面宽度b和弧度高h的确定 行驶面宽度b和弧度高h是决定胎冠形状的主要参数，设计不当直接影响轮胎的耐磨性能、牵引性能、附着性能及滚动阻力。 b值确定应根据轮胎断面宽，用b/B值控制其一定范围。 b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、胎冠脱层而早期损坏，影响轮胎的使用寿命,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与轮辋曲线交点的间距为
16、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。 一般要求轮胎b值在95%B以上，因此必须同时考虑h值，相互调整，达到最佳配合。,一般轮胎b/B值小则h/H值宜选小值；b/B值大则h/H可选大值，应视轮胎类型、胎面花纹、使用要求而定，不同类型轮胎的b/B，和b/H取值范围见表2-2所列。,表2-2 不同类型轮胎b/B和h/H取值范围,胎冠弧度半径 胎冠断面形状有正弧形、反孤形或双胎面形状。 a.正弧形 胎冠弧度可用13个正弧度进行设计，其弧度半径Rn根据行驶
17、面宽度b和弧度高h计算，计算公式为：,式中 行驶面弧度的夹角； 0.01745常数，即为/180； Rn胎冠弧度半径，mm La行驶面弧长，mm。正弧形胎冠断面形状见图2-2所示。,普通花纹的载重轮胎，弧度高较小，行驶面较窄，比较平直，宜采用一个弧度半径Rn或由Rn和Rn两个弧度设计的胎冠，如图2-2(a), Rn值一般为Rn的2540%。 混合花纹和越野花纹的载重轮胎，行驶面较宽，弧度高较大，有时也采用两个弧度设计胎冠，这样可制得中部平直、两侧肩部呈圆形的胎冠，利于减薄胎肩。另一种方法是设计两个弧度高h和h，其中hh ，用弧度高h求算Rn值，计算公式为：,再用Rn通过弧度高h点与Rn的弧相切
18、，形成中部平直两侧略弯的胎冠形状，如图2-2(b)所示。其行驶面弧度为：,一般轮胎行驶面很少采用3个弧度半径组成的设计方法。,反弧形胎冠的轮胎不但接地面积大，同时可提高胎面使用寿命，多用于高速轿车轮胎和飞机轮胎，由于轮胎高速行驶中，受内压和离心力作用，外直径增大，此时胎冠形状将由反弧形变成正弧形胎面:反弧形胎冠中部凹人量不宜过大，高速轿车轮胎约为0.130.25mm。,b.反弧形胎冠弧度 胎冠中部凹下呈反弧状，见图2-3所示，此种行驶面弧度高h值很小，以致出现负值。,一般宽断面轮胎可采用此种设计方法，双行驶面轮胎的径向和侧向刚性较大，侧向刚性增大利于改善车辆的操纵性和稳定性;双行驶面轮胎周向刚
19、性较小，则有利于减轻车辆传动系统的负荷条件。,c.双行驶面胎冠 采用两个相等半径的弧度相连，如图2-4所示。,（3）胎侧部位尺寸的确定 断面水平轴位置的确定 断面水平轴位于轮胎断面最宽处，是轮胎在负荷下法向变形最大的位置，用H1/H2值表示,一般H1/H2值在0.800.95，据材料分布图内轮廓曲线确定。 H1/H2取值过小即断面水平线位置偏低，接近下胎侧，使用过程中，应力、应变较集中，易造成胎侧子口折断； H1/H2值过大则断面水平轴位置较高，应力和应变集中于胎肩部位，容易造成肩空或肩裂。,H1和H2值可通过H1/H2值计算求得。计算式为：, 胎侧孤度半径R1、R2、R3的确定 胎侧弧度可用
20、1个或2个不同半径的弧度绘制，其弧度半径用计算方法求得，也可采用绘制法直接测量。 胎侧弧度分为上胎侧弧度和下胎侧弧度，以断断面水平轴为界线,一般上断面高，均大于下断面高，受W1/B比值的影响，轮胎侧部轮廓难以用一个弧度完成。W1/B值较大或值较小的轮胎，下胎侧弧度半经R2应大于上胎侧弧度半径R1，而R1和R2的圆心均设在断面水平轴上。,a.上胎侧弧度半径计算公式为:,图2-5 上胎侧弧度半径R1计算示意图,式中： L胎肩切线长度(L在轮胎断面中心轴的投影长度约为H2的50%，见图2-5所示)，mm。将 代入上式即可计算出R1,b下胎侧弧度半径的确定 可用绘图直接测出和计算求得。绘图法在断面水平
21、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，要求相交于轮辋轮缘曲线外侧的2/31/4处。计算法通过下式计算出值，见下图所示。,式中： HR 轮辋轮缘高度，mm； a下胎侧弧度曲线与轮缘曲线交点至轮 辋轮缘垂线间距离( ）,mm； A 轮辋轮缘宽度，mm； W1轮辋宽度，mm； B轮胎断面宽度，mm H1轮胎下断面高，mm；,c.下胎侧自由半径 R3 是用以连接上胎侧弧度半径R2和胎圈轮廓半径R4弧之间的自由半径，R3与R2 、 R4弧彼此相切，使下胎侧至胎圈部位形成均匀圆滑的曲线。一般R3约为R2的2540%，取1750mm，应视轮胎规格及胎侧轮廓曲线而定， R3值宜小，便于
22、增加下胎侧至胎圈过渡位置的厚度，加强胎圈强度。, 胎肩轮廓的确定 可根据轮胎类型、结构的不同，胎肩部有切线形，阶梯形、反弧形和圆形等设计方法，见图所示。,图27 胎肩断面轮廓图,(a)阶梯形胎肩，(b)反弧形胎肩，(c)圆形胎肩,a.切线形胎肩 是用直线与胎侧弧度半径R1弧相切而成，是广泛应用的一种胎肩设计方法。b.阶梯形胎肩 是在切线形胎肩绘制的基础上，将切线分为几个阶梯级，这种设计可增加胎肩部的支撑性能，是中型载重斜交轮胎常用的一种胎肩设计方法，见图2-7(a)所示。,c.反弧形胎肩 用反弧替代胎肩切线如图2-7(b)所示。反弧长度在断面中心轴上的投影长度等于H2的30%，是载重子午线轮胎
23、常用的一种胎肩设计方法。d.圆形胎肩 是在胎冠弧与胎肩切线交接处，用一小弧度相连成圆滑弧形，如图2-7(c)所示，高速轿车轮胎常用此法设计胎肩，连接弧半径约为1545mm，载重轮胎连接弧半径较小，约为58mm。,（4）胎圈部位尺寸的确定 胎圈必须与轮辋紧密配合，使轮胎牢固地安装在轮辋上，因此胎圈轮廓应根据轮辋轮缘和圈座尺寸进行设计，包括两胎之间距离、胎圈着合直径、胎圈轮廓各部位弧度半径等。两胎圈之间距离 又称胎圈着合宽度C，此宽度根据设计轮辋宽度W1而定，一般胎圈着合宽度等于设计轮辋宽度W1，有时C可略小于W1，利于改善轮胎的耐磨性能和增大胎侧刚性，但减少的数值不宜过大，以1525mm为宜。,
24、胎圈着合直经d 此值与轮胎和轮辋类型关系密切，不同类型轮胎所用轮辋不同，所对应的轮胎胎圈着合直径d的取值方法不相同。 A、装于平底式轮辋的载重轮胎 为便于装卸，胎圈着合直径d比轮辋直径应大0.51.5mm。B、装在5斜底轮辋上的载重轮胎 为使胎圈紧密着合，胎踵部位着合直径比轮辋相应部位直径应小12mm；而胎趾平直部位的着合直径比轮辋相应部位直径应大mm左右。,C、装于深槽式轮辋的有内胎轿车轮胎 胎圈着合直轻比轮辋相应部位直径应小01.5mm；而无内胎轿车轮胎，为提高轮胎的密封性能，胎圈直径比轮辋相应部位直轻应小23mm。D、装于15斜底深槽式轮辋的无内胎载重轮胎 胎圈直径比轮辋相应部位直径小2
25、4mm。E、装于全斜底式轮辋工程车辆用的无内胎轮胎 一般胎圈着合直径比轮辋相应部位直径应小36mm。,胎圈部位倾斜角度 轮胎胎圈从胎踵至胎趾，常设计成带有一定倾斜角度的着合面，便于与轮辋圈座紧密配合。 用于平底式轮辋的载重轮胎，胎圈部位角度为01； 用于5斜底式轮辋的轮胎，胎圈角度为5； 用于15斜底深槽式轮辋的无内胎载重轮胎，胎圈角度为1617。,无内胎轮胎，为保证轮胎良好的气密性，不但缩小胎圈着合直径，而且增大胎趾部位倾斜角度，与轮辋达到接合紧密的目的。 无内胎轿车轮胎，胎圈部位一般采用两个倾斜角度，胎踵处第一角度为10，距胎趾45mm处为第二角度，一般采用25,轿车胎,载重胎, 胎圈轮廊
26、曲线 胎圈轮廓根据轮辋轮缘曲线确定，由胎圈弧度半径R4和胎踵弧度半径R5组成，见图2-8所示。a.胎踵弧度半径R5比轮辋相应部位弧度半径大0.51.0mm。b.胎圈弧度半径R4比轮辋轮缘相应部位弧度半径小0.51.0mm，其半径圆心点较轮辋轮缘半径圆心点位置略低11.5mm，使轮胎紧贴于轮辋上。,图2-8轮胎胎圈设计示意图（a）平底轮辋载重轮胎； (b)5斜底轮辋载重轮胎；(c)深槽轮辋轿车轮胎；(d)深槽轮辋无内胎轿车轮胎；(e)深槽轮辋无内胎载重轮胎,3外轮廓曲线绘制步骤 （1）画出中心线 （2）由断面宽B和上下高H1、H2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和
27、c确定胎面宽及胎圈宽共四点。 （4）绘出胎冠圆弧Rn，其中心在纵轴上。 （5）绘出上胎侧圆弧R1，其中心在水平轴上。 （6）画出胎肩切线L。 （7）画过渡弧Rn （8）绘出下胎侧圆弧R2。 （9）绘出胎圈弧R5、R4并进行过渡连接。 （10）绘出R3,第四节、外胎胎面花纹设计,1.胎面花纹的作用 胎面花纹直接影响轮胎的使用性能和寿命。 胎面花纹起着防滑、装饰、散热作用。它能传递车辆牵引力、制动力及转向力，并使轮胎与路面有良好的接着性能，从而保证车辆安全行驶。 试验证明在干燥路面上行驶，轮胎胎面的花纹影响不大，其摩擦系数值均为0.60.8左右，也有高达1.0的。 但在潮湿路面上则明显不同，按不同
28、花纹形式其排列顺序为：横向花纹 曲折花纹 纵向花纹无花纹，摩擦系数由0.3降至0，可见胎面花纹的重要作用。,2.胎面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。使用时生热小，散热快、自洁性能好，而且不裂口、不掉块。花纹美观、低噪音，而且便于模具加工。 上述要求因相互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。,3花纹饱和度的计算花纹饱和度：花纹块面积占轮胎行驶面面积的百分比叫花纹饱和度。其计算公式为：,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，减小
29、滚动阻力，降低油耗。,式中，S1花纹块面积； S2花纹沟面积； S胎面行驶面面积；,4胎面花纹设计内容 包括花纹类型选取，花纹沟深度、宽度和花纹块面积计算，花纹角度、花纹沟底槽及花纹周节设计。 花纹类型分为普通花纹、混合花纹和越野花纹三类。普通花纹 特点：花纹沟窄小，花纹胶块大，花纹饱和度7080%，经验证明以78%左右的胎面花纹耐磨性能最佳。,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横向花纹和纵向花纹。,横向花纹 花纹沟排列方向垂直或接进垂直于行驶面圆周方向，如烟斗花纹、羊角花纹见图所示。,优点：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
30、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。,不足：此种花纹胶块较大而且又是横向排列，因而散热性能和防滑性能较差，特别是加深花纹时，若设计不当，极易产生肩空，肩裂和胎面磨耗不均等缺陷。 但一般可采取增加胎面花纹等分数或改进肩部花纹设计，增强胎肩支撑性等方法加以改进。,b.纵向花纹的花纹沟近似条状。 平行于轮胎行驶面圆周中心线。如波浪形、曲折形和弓形等花纹，见图所示。,纵向花纹滚动阻力小、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、柏油等路面上行驶的载重轮
31、胎可选用纵向花纹。,c.轿车轮胎花纹所选用的纵向花纹 与载重轮胎普通花纹不同之处，是花纹沟较多而窄小，多设计而不规则排列的变节距花纹，利于在高速行驶中降低噪音，提高防滑性能。,轿车轮胎的纵向花纹采用割细槽的方法，既可增大花纹的柔软性和散热性，同时利于排水和与路面接着。这种割槽式细缝花纹又称为刀槽花纹，一般刀槽宽度为0.40.6mm，刀槽深度为58mm,刀槽形状有波浪形或斜线形等。,越野花纹 花纹特点：花纹饱和度4050%, 是花纹沟宽度大，花纹沟较深，其有优越的抓着性能，可提高车辆的通过性能和牵引性能。越野花纹由于花纹沟宽大、行驶中滚动阻力大;胎面胶块磨耗不均匀，行驶噪音大,不宜在良好路面上使
32、用。 越野花纹适用于无路面或条件差的路面。适用于军用越野车、工程车和吉普车的轮胎上,作用坏境较差的山路、矿山,建筑工地及松土、雪泥等使用越野花纹。,无向越野花纹如马牙花纹，横向分布于行驶面上，无规定方向;有向越野花纹如人字形花纹，有方向性分布，因此其防侧滑性能和自洁性能优于无向越野花纹，只是因使用时有方向性，给轮胎保养换位带来不便。,越野花纹按其花纹沟分布形式不同，分为有向和无向两种，见图所示。,无 向 越 野 花 纹,有 向 越 野 花 纹,混合花纹又称通用花纹,混合花纹是介于普通花纹和越野花纹之间的一种过渡型花纹。花纹特点:中部为纵向普通花纹，肩部为横向宽沟槽，类似越野花纹，其花纹饱和度6
33、070%。混合花纹对路面抓着性能优于普通花纹，但不及越野花纹，不足：耐磨性能不如普通花纹，尤为明显是胎肩部花纹容易产生磨耗不均匀或掉块的弊病。 混合花纹适用于城乡运输的轻型载重轮胎。混合花纹结合纵向花纹和横向花纹的特点，适用于多种路面。,（2）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。花纹沟深度确定 依据：花纹沟深度根据轮胎类型和规格，花纹类型，胎体强度，车辆的行驶速度以及要求达到的行驶里程，综合起来考虑确定。,通常胎体强度高的轮胎，以胎面磨耗程度衡量轮胎的使用寿命，试验测得，轮胎每行驶1000km，胎面磨耗量约为0.140.l5mm,通过经验公式，用轮
34、胎标准行驶里程和轮胎千公里磨耗量计算花纹沟深度，计算公式为:,花纹沟深度=轮胎标准行驶里程,因此增加花纹沟深度，可提高轮胎的行驶里程，近年来花纹沟已趋向加深方向发展。 但应注意花纹沟深度增加后带来的弊病，正如加深花纹会增大花纹胶块的柔软性，随之增大胶块移动性和滚动阻力，生热牲能也提高，从而导致胎面磨耗不均匀、耐磨性能降低及花纹沟底裂口，反而使轮胎使用寿命降低，耗胶量增加。 因此确定花纹沟深度不能单从行驶里程方面考虑，应控制在一个合理的范围内。,载重轮胎普通花纹深度一般为1115mm，加深花纹为152Omm。规格大、胎体强度高的轮胎花纹深度可加深；越野花纹比同规格的普通轮胎略深1530%。 为提
35、高轮胎的牵引性能，国外采用超深沟大型胶块花纹，如9.00-20以上规格轮胎，花纹深度可高达25mm。裁重轮胎根据规格、结构及花纹类型的不同有不同的花纹沟深度范围；见表2-3所列。,表2-3 载重轮胎胎面花纹深度,注：表中所载是美国TRA年鉴建议花纹深度范围。,表2-4 轿车轮胎胎面花纹深度,轿车轮胎花纹深度一般较浅，约为71Omm，尤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。轿车轮胎不同规格花纹深度范围见表2-4所列。,拖拉机驱动轮胎和工程机械轮胎的花纹深度比较大拖拉机驱动轮胎 花纹深度约为254Omm,又如水田拖拉机轮胎由于在水田环境中作业,要求具有良好的浮力和牵引力，
36、以及自洁性能要好，其花纹饱和度只有1520%，花纹沟深度比一般拖拉机轮胎增加一倍左右，中国南方水田的泥脚深度约为15025Omm，花纹沟深度一般为7090mm。,工程机械轮胎 花纹深度应随规格增大而加深，12.0016.00的工程轮胎 普通花纹深度为2228.5mm； 加深花纹为33.551mm； 超加深花纹为5971mm；24.0036.00工程轮胎 普通花纹深度为3855mm； 加深花纹为5782mm； 超加深花纹为951l7mm。,花纹沟宽度的确定 依据：花纹沟宽度和花纹块宽度应根据轮胎类型、规格及花纹形状，结合花纹饱和度等因素考虑，合理设计花纹沟宽度，有利于提高胎面的耐磨性能和抓着性能
37、。 花纹沟宽度增大，相对会使花纹胶块减小，增大胎面的柔软性，从而增大其与路面的抓着力与散热性能，改善沟底裂口及夹石子现象，但相反会使胎面掉块或不耐磨。,花纹沟宽度不宜过宽而且要求分布均匀 载重轮胎普通花纹沟宽度约为916mm,花纹块宽度不得小于花纹沟宽度的2倍，分布大小不宜差异太大； 轿车轮胎花纹沟多而窄，花纹沟宽度一般为35mm； 越野花纹沟较宽，通常花纹沟宽度等于或大于其花纹沟深度，甚至高达4倍。,花纹沟基部胶厚度的确定 花纹沟基部厚度与花纹沟深度有关 花纹沟深度花纹沟基部厚度胎冠部厚度 花纹沟基部厚度应根据轮胎类型、花纹形状确定 花纹沟基部厚度厚度约为花纹沟深度（2550）%， 一般载重
38、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。不同花纹类型载重轮胎花纹沟基部胶厚度占花纹深度的比例如表2-5所列。,表2-5 载重轮胎花纹基部胶厚度占花纹沟深度比例范围,花纹排列角度及花纹沟断面形状设计 花纹沟在行驶路面上的排列角度应避免与胎冠帘线角度重合，一般胎冠角度为4850，花纹排列角度与之相差至少3以上，以免花纹块底部胎体帘线因受应力作用而折断或爆破，尤其越野花纹类型更甚。 花纹排列角度通常为斜角排列, 但切忌设计带有锐角的花纹胶块，以免造成胶块崩花和掉块，影响轮胎使用寿命。,花纹沟的断面形状见图211所示,纵向花纹排列角度一般取30(与行驶面中心线所夹角度
39、)越野花纹常取45、60或90角排列。 胎肩部位的横向花纹沟宜采用向外放大的设计，利于排泥自洁。,花纹沟断面设计原则： 1、花纹沟具有良好自洁性，不易夹石子和基部不裂口。 2、花纹沟底部应采用小圆孤与沟壁相切，形成向上开放的U形沟槽 花纹沟壁倾斜角度, 横向花纹为1520,纵向花纹为812，沟底圆弧半径R不宜过小，以免呈V状造成沟底裂口,R约为13mm，亦可用下式计算，参考图2-12 根据花纹沟宽度,深度和沟壁倾斜角度求取R值。,式中 R花纹沟底弧度半径，mm； B花纹沟宽度，mm； 花纹沟璧倾斜角度，度; h花纹沟深度，mm,纵向普通花纹常用的窄花纹沟如图2-11所示，但为改善花纹沟夹石子及
40、裂口现象，可设计为单边双层如图2-11(d)和双边双层花纹沟如图2-11(c)所示。 越野花纹与普通花纹不同之处是花纹沟宽度大，其两侧沟壁斜角度不同，例如有向花纹先着地一侧为前角，倾斜角度取1520，后着地一侧为后角，取2530,前后角度约相差 10,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固性及花纹离地时的自洁性。,花纹间距的确定 花纹间距根据花纹类型、花纹形状及花纹饱和度等因素确定。 花纹间距分为均等和不均等两种。载重轮胎采用均等花纹，轿车轮胎多采用不均等的变节距花纹，可防止谐振噪音的产生，一般花纹最大的间距与最小间距之差不宜小于2025%。花纹间距越大，花纹等分数越少
41、，花纹等分数又称为花纹节数，应取偶数值，便于花纹平分。花纹间距计算公式为：,式中 D外胎外直径，mm； n 花纹节数； tc花纹间距值，mm。,（3）胎肩部花纹设计 胎肩部位花纹应配合胎面花纹进行设计，一般要求具有一定的支撑性能及良好的散热性能,载重轮胎宜设计间断的花纹块，轿车轮胎则设计连续性花纹。 胎肩部位花纹通常呈辐射状排列，花纹沟深度为一深一浅间隔排列。 胎肩部位花纹间距，可用下式计算，即将外胎外直径减去两倍的行驶面弧度高h代入下式而得,花纹沟设计参数举例如表2-7所列。国外轮胎胎面花纹设计参数见表2-8所列,表2-6 花纹沟设计参数实例,表2-7国外轮胎胎面花纹设计叁数,（4）其它方面
42、设计 胎面排气孔和排气线，上胎侧防擦线，下胎侧防水线及胎面磨耗标记等。上胎侧防擦线 一般设在胎肩切线下端，中型载重轮胎防擦线宽度为152Omm，厚度为1mm左右。 轿车轮胎防擦线宽度为1020mm,厚度为0.5mm左右，也可在水平轴附近设防擦线，用以保护胎侧免受机械损伤，但不宜设在水平轴位置处，以免胎体变形，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。,防擦线,防擦线,下胎侧防水线 设于胎圈部位靠近轮辋边缘处,根据轮胎规格大小,可设13条防水线，其宽度为25mm，厚度为0.51.5mm、用以防止泥水进入胎圈与轮辋之间，起保护作用。,排气孔和排气线 一般设在胎面及胎侧部位，用
43、以排除硫化过程中模腔内的空气，使胎胚胶料充分流动，保证轮胎花纹清晰而不缺胶。排气孔直径为0.61.8mm，其数量和位置应根据花纹形状和轮胎规格确定，一般在胎肩、胎侧、下胎侧防水线、上胎侧防擦线和花纹块斜角端部等位置处设计排气孔，数量不宜过多，以保证不缺胶为准，在防擦线和防水线上一般可按816等分钻孔。排气孔及排气线位置见图2-13所示。,胎面磨耗标记 一般设在胎面主花纹沟底部。沿轮胎圆周共没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1.6 mm，长512mm；重型载重轮胎则为3.2mm，长度均为40mm左右，图2-14为胎面磨耗标记示意图。,
