輪胎的設(shè)計(jì)與制造

1、技術(shù)設(shè)計(jì)技術(shù)設(shè)計(jì)的目的要求設(shè)計(jì)出使用性能好的輪胎輪廓和花紋。技術(shù)設(shè)計(jì)的好壞直接影響輪胎的使用性能。技術(shù)設(shè)計(jì)內(nèi)容包括：確定輪胎類型、規(guī)格、選用基本材料、外胎充氣用外緣尺寸、進(jìn)行硫化模型中外胎外輪廓設(shè)計(jì)（為硫化模型設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)）及內(nèi)輪廓設(shè)計(jì)（為水胎、內(nèi)胎設(shè)計(jì)提供數(shù)據(jù)）、花紋設(shè)計(jì)（供硫化模型設(shè)計(jì)用）；繪制（硫化模型中）外胎材料分布圖（供施工設(shè)計(jì)用）、最后提出技術(shù)設(shè)計(jì)說(shuō)明書。施工設(shè)計(jì)施工設(shè)計(jì)的目的是使上述的技術(shù)設(shè)計(jì)能付之施工。施工設(shè)計(jì)的內(nèi)容包括：根據(jù)技術(shù)設(shè)計(jì)進(jìn)行外胎成型機(jī)頭輪廓設(shè)計(jì)、繪制在成型機(jī)頭上外胎半成品材料分布圖、計(jì)算出外胎施工表、設(shè)計(jì)胎面壓出樣板輪廓；提出材料和半制品的施工方法和要求，最后提出

2、施工設(shè)計(jì)說(shuō)明書。汽車外胎設(shè)計(jì)第一章 技術(shù)設(shè)計(jì)第一節(jié) 設(shè)計(jì)前的準(zhǔn)備設(shè)計(jì)前首先要從社會(huì)調(diào)查入手，搜集如下原始資料：、 車輛的類型與情況搜集所設(shè)計(jì)的車輛情況目的是要解決設(shè)計(jì)的主要技術(shù)要求，根據(jù)這些要求來(lái)確定所設(shè)計(jì)的輪胎類型與規(guī)格，及進(jìn)行設(shè)計(jì)參數(shù)的選取和花紋設(shè)計(jì)。了解車輛情況包括：自重、載重、車軸數(shù)、整車的重量在各軸上的分配、軸上的輪胎數(shù)量、汽車允許輪胎的最大外緣尺寸等。、 輪輞情況了解輪輞情況的目的是作為輪胎胎圈曲線設(shè)計(jì)的依據(jù)，使所設(shè)計(jì)的輪胎能緊固于輪輞上。了解輪輞的情況包括：輪輞的類型、輪輞的規(guī)格與代號(hào)、輪輞的斷面曲線等。見(jiàn)橡膠手冊(cè)177185。、 雙輪距輪胎充氣后在負(fù)荷下的斷面寬不能超過(guò)雙輪距，

3、否側(cè)裝雙胎的兩胎胎側(cè)會(huì)互相磨擦。一般兩胎間的間隙要求在2530mm。、 車速其它使用條件如路面情況高速車與底速車的設(shè)計(jì)參數(shù)是有區(qū)別的。高帶車要求速度高、安全、行駛平穩(wěn)。底速車一般為載重用，要求載重量大、速度也要快。了解路面情況和使用條件（耐熱、耐寒等）是給花紋設(shè)計(jì)提供依據(jù)用。、 單胎負(fù)荷要求了解單胎負(fù)荷是供確定輪胎規(guī)格及簾布層層數(shù)之用。、 國(guó)內(nèi)外其它廠、牌同規(guī)格輪胎的結(jié)構(gòu)及使用情況。 層數(shù)、內(nèi)壓、負(fù)荷及層級(jí)等方面情況。 充氣前、后以及負(fù)荷下的輪胎和曲線變化情況。 輪胎物理機(jī)械性能試驗(yàn)及機(jī)床試驗(yàn)情況。 實(shí)際使用中的性能和優(yōu)缺點(diǎn)情況。 使用單位的建議和要求。第二節(jié)確定技術(shù)要求在完成原始資料搜集工作

4、的基礎(chǔ)上，對(duì)新產(chǎn)品設(shè)計(jì)應(yīng)與使用方確定技術(shù)要求，以作為設(shè)計(jì)依據(jù)。設(shè)計(jì)后可進(jìn)行試產(chǎn)，試驗(yàn)后經(jīng)試驗(yàn)和使用鑒定后再確定為暫行技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)主要領(lǐng)導(dǎo)部門批準(zhǔn)后進(jìn)行生產(chǎn)。對(duì)于改進(jìn)產(chǎn)品設(shè)計(jì)亦應(yīng)在充分收集資料的基礎(chǔ)上，根據(jù)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或新定產(chǎn)品技術(shù)要求進(jìn)行設(shè)計(jì)。技術(shù)要求包括：、 輪胎類型、規(guī)格、簾布層數(shù)、胎面花紋。、 基本系數(shù)、最大負(fù)荷（kg）、相應(yīng)氣壓（kgcm）標(biāo)準(zhǔn)輪輞或適用輪輞。、 主要尺寸：充氣后外直徑D及斷面寬B；負(fù)荷下靜止半徑和斷面寬；內(nèi)胎雙層最小厚度；墊帶中部最小厚度及邊緣最大厚度。、 內(nèi)胎氣門嘴型式或尺寸標(biāo)準(zhǔn)。、 要求行駛里程或使用壽命。第二節(jié) 設(shè)計(jì)步驟與方法一、 確定骨架材料：人造絲、尼尨、鋼絲。

5、二、 確定輪胎類型：根據(jù)車輛的類型及使用條件而定。三、 確定輪胎的規(guī)格：根據(jù)要求的單胎最大負(fù)荷量、充氣壓力、輪輞標(biāo)準(zhǔn)、汽車予留給輪胎的空隙、雙胎距、道路條件等而定。所選取的輪胎規(guī)格 其允許最大負(fù)荷量應(yīng)大于車輛制造廠所規(guī)定的單胎最大負(fù)荷量，一般大510%，這樣當(dāng)車輛稍超載時(shí)，輪胎不致于超負(fù)荷使用，以保證輪胎的行駛壽命。四、 確定設(shè)計(jì)時(shí)所用輪輞型號(hào)、規(guī)格。五、 確定充氣后外緣尺寸：包括充氣后外直徑D及充氣后斷面寬B，各種規(guī)格的輪胎充氣后外緣尺寸一般都有國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)，故設(shè)計(jì)的輪胎其充氣后外緣尺寸應(yīng)在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)允許公差范圍內(nèi)，并參考國(guó)內(nèi)、外同類型、同規(guī)格輪胎的尺寸。六、 輪胎負(fù)荷能力的計(jì)算：選定輪胎規(guī)格及確

6、定輪胎充氣后外緣尺寸之后，必需驗(yàn)對(duì)其負(fù)荷能力，應(yīng)用海爾公式進(jìn)行驗(yàn)算，算出的負(fù)荷能力應(yīng)大致符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，而要大于車輛制造廠規(guī)定的單胎負(fù)荷量，一般大510%。海爾公式： Q = 0.231AKP0.585 BM1.39（BM+d）式中：Q 輪胎實(shí)際負(fù)荷能力 kg A 速度系數(shù) 見(jiàn)表2-1-1 K 輪胎類型系數(shù) 見(jiàn)表2-1-2 P 輪胎充氣壓力 kg/cm2 d 輪輞直徑 cm BM 在理想輪輞上充氣輪胎斷面寬 cm 其計(jì)算可才用下式：（角度比例法） （公式推導(dǎo)見(jiàn)附錄） （1）表2-1-1行駛路面與車速非公路行駛胎正常路面各種車速16km/小時(shí)良好公路最大車速16km/小時(shí)最大車速1640km/

7、小時(shí)A1.451.401.351.301.251.201.001.701.202.00備注斷面寬平板拖車用靜負(fù)荷用胎6.0014.0016.0021.0024.0032.006.0014.0016.0021.00采礦與伐木用24.0030.00采礦與伐木用表2-1-2輪胎類型低壓乘用胎低壓載重胎農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)胎寬輪輞拖拉機(jī)胎K0.4250.4650.4760.392（農(nóng)業(yè)機(jī)械胎）拖拉機(jī)胎0.2250.255備注棉線胎體人造絲胎體尼龍?zhí)ンw限于24吋直徑輪輞限于24吋直徑輪輞BM為輪輞寬與斷面寬之比為80%的輪輞上測(cè)定規(guī)格：在確定輪胎程負(fù)荷下的靜半徑時(shí)，應(yīng)根據(jù)各種輪胎的壓縮系數(shù)適當(dāng)考慮，一般載重胎的壓

8、縮系數(shù)為1013%，轎車胎為1416%，農(nóng)業(yè)拖拉機(jī)和工程機(jī)械胎可達(dá)20%左右，同種輪胎在不同使用條件下可用不同的壓縮系數(shù)，走在好路面上行駛時(shí)，則采用較低的氣壓，高載輪胎中的第二層級(jí)輪胎的壓縮系數(shù)同第一級(jí)輪胎（一級(jí)胎）一樣，內(nèi)壓比第一層級(jí)高20%，第二層比第一層高510%，同時(shí)，內(nèi)壓也比第一層級(jí)輪胎高30%左右，在確定輪胎負(fù)荷及斷面寬時(shí)，應(yīng)保證雙輪間距在20mm以上。 （2） （3） 當(dāng)使用輪輞寬對(duì)充氣輪胎斷面寬之比（C/B）接近0.625時(shí)，用（1）式；當(dāng)C/B接近0.7時(shí)，用（2）式；當(dāng)C/B接近0.85進(jìn)，用（3）式。 輪輞類型、規(guī)格、代號(hào)確定后，輪輞寬度C便可查手冊(cè)得出。 BM 也可用下

9、式計(jì)算：（尺寸比例法） 式中：B、C同上，當(dāng)確定輪輞寬度時(shí)應(yīng)根據(jù)充氣輪胎斷面度來(lái)選定：一般比值為：C/B（載重）普通輪輞0.60.66、寬輪輞0.7 C/B（轎車）普通輪輞0.85、寬輪輞0.7 K1 為充氣輪胎斷面寬變化系數(shù)，北京橡膠院根據(jù)實(shí)測(cè)及國(guó)外資料統(tǒng)計(jì)，認(rèn)為載重尼龍?zhí)1 選取0.400是比較適宜的。 B1、B2 分別為寬輪輞，窄輪輞上充氣輪胎斷面寬；C1、C2 分別為寬輪輞寬、窄輪輞寬。 無(wú)論用角度比例法或是尺寸比例法算出的BM的數(shù)據(jù)是非常接近的。 另外北京橡膠院鄭正乍付總工程師自1973年以來(lái)以美國(guó)TRA公式為基礎(chǔ)，對(duì)輪胎負(fù)荷計(jì)算公式進(jìn)行了一系列的研究，在橡膠工業(yè)1978年3期上發(fā)

10、表了他的負(fù)荷計(jì)算公式，計(jì)算方法簡(jiǎn)單，計(jì)算結(jié)果接近美國(guó)公式。從海爾公式說(shuō)明了如下幾個(gè)問(wèn)題：、 內(nèi)壓與負(fù)荷的關(guān)系從公式可知，輪胎的負(fù)荷能力隨其充氣壓力增大而增大，因此，不同的內(nèi)壓有其相應(yīng)的負(fù)荷能力。如表所示。表9.00-20尼龍?zhí)サ臍鈮汉拓?fù)荷標(biāo)準(zhǔn)層級(jí)1012氣壓kgcm4.254.55.05.255.66.0負(fù)荷kg167017601830191019802050空心輪胎的負(fù)荷由內(nèi)壓來(lái)承受，而內(nèi)壓是由胎體簾線承受。因此，為提高負(fù)荷能力，不能無(wú)限制地增加壓力，否則簾線受力大，胎體安全倍數(shù)下降。因此各種規(guī)格的輪胎，在技術(shù)條件中都要規(guī)定其使用內(nèi)壓標(biāo)準(zhǔn)和負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)。以保證輪胎既有較高的負(fù)荷能力，而又有良好的

11、使用性能及較長(zhǎng)的使用壽命。、 內(nèi)壓負(fù)荷與變形的關(guān)系輪胎在超負(fù)荷與內(nèi)壓不足的情況下都會(huì)導(dǎo)致輪胎變形增大，即下沉量增大。這樣，由此而產(chǎn)生的各部件應(yīng)力也增大，會(huì)出現(xiàn)肩空、肩裂。負(fù)荷下的下沉量，計(jì)算其下沉率，數(shù)據(jù)填在上表中，并對(duì)該胎進(jìn)行水壓爆破試驗(yàn)，計(jì)算輪胎實(shí)際安全倍數(shù)，數(shù)據(jù)填在上表中。最后才根據(jù)該類型的輪胎所規(guī)定的下沉率范圍和胎體安全倍數(shù)來(lái)確定所設(shè)計(jì)的輪胎的使用負(fù)荷標(biāo)準(zhǔn)和內(nèi)壓標(biāo)準(zhǔn)。、 輪輞寬、輪胎斷面寬與負(fù)荷的關(guān)系在設(shè)計(jì)時(shí)如果輪輞型號(hào)、規(guī)格已為車輛設(shè)計(jì)時(shí)所決定，則輪輞寬度就已確定下來(lái)了，不存在選用輪輞的問(wèn)題。否則，應(yīng)盡可能選用較寬的輪輞，因?yàn)檩嗇y增寬，輪胎充氣斷面寬增大，上面充氣輪胎斷面寬變化系數(shù)的

12、值說(shuō)明了輪輞寬度增加1毫米，充氣輪胎斷面寬增大K1 毫米（K1為正值）。輪胎充氣后斷面寬增大，則輪胎的負(fù)荷能力就隨之提高，如圖2-1-1所示。且輪輞增寬，車輛行駛平穩(wěn)，臨界速度可提高，在保持原來(lái)負(fù)荷能力前提下，還可適當(dāng)降低內(nèi)壓，改善緩沖性能。因而，目前無(wú)論是載重胎還是乘用胎都向?qū)捿嗇y方向發(fā)展。七、 硫化模型中外胎的橫斷面外輪廓設(shè)計(jì)（一） 斷面寬B與斷面高H外直徑D的確定首先確定H/B值，然后根據(jù)B/B值的變化范圍，并參考相同或接近于所設(shè)計(jì)的外胎（規(guī)格和H/B值都相同或較接近）的外緣尺寸變化實(shí)測(cè)結(jié)果，最后才確定B/B值，通過(guò)下式算出B、H、D值： 式中 B 充氣外胎斷面寬，其它符號(hào)同上將計(jì)算出的

13、B用接近所設(shè)計(jì)的外胎（規(guī)格H/B均相同或接近）進(jìn)行實(shí)際測(cè)量來(lái)校正。B確定后計(jì)算H及D：式中：d 輪輞直徑， 其它符號(hào)意義同上。為加工方便，B、H和D計(jì)算結(jié)果必需取整數(shù)（以mm表示），然后再反過(guò)來(lái)核算所取的設(shè)計(jì)參數(shù)H/B、B/B。H/B取值范圍如下：載重胎：普通花紋 1.10 1.20 越野花紋 1.15 1.25轎車胎：普通花紋 0.96 1.14 越野花紋 1.08 1.20日本轎車胎：普通結(jié)構(gòu) 0.92 0.97 0.85 0.90 0.80 0.93 0.78、0.70、0.60 子午胎結(jié)構(gòu) 0.70 0.78B/B取值范圍如下： 載重胎 1.08 1.15 轎車胎 1.06 1.12上

14、述的設(shè)計(jì)順序是先計(jì)算斷面寬B，然后計(jì)算斷面高H和外直徑D。也可先計(jì)算外直徑D，然后計(jì)算斷面高H和斷面寬B。方法如下：計(jì)算模型外胎外直徑D： 式中D 充氣外胎外直徑； D/D 充氣外胎外直徑與模型外直徑之比。其取值范圍如下： 載重胎 0.990 0.999 轎車胎 0.985 0.999 載重胎B比充氣胎小815%，D大0.11.0%； 轎車胎B比充氣胎小612%，D大0.11.5% 計(jì)算斷面高H： 式中符號(hào)意義同上。 圖2-1-2 外胎斷面示意圖計(jì)算斷面寬B： 關(guān)于H/B、B/B、D/D三個(gè)設(shè)計(jì)參數(shù)：、 H/B值H/B值對(duì)輪胎形狀，變形情況，使用性能的影響 H/B值是輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中具有代表性的參數(shù)，它決定了輪胎的形狀及輪胎充氣前后外輪廓基本尺寸變化情況（見(jiàn)第二章第一節(jié)），因而H/B值直接影響著輪胎的使用性能，從而其它結(jié)構(gòu)參數(shù)的先擇必需考慮H/B值的影響。H/B值大，輪胎斷面外形較直，即胎側(cè)曲率較小，胎側(cè)屈撓范圍大，能分散肩部和子口部的應(yīng)力，從而可改善那兩個(gè)部位的質(zhì)量毛病。過(guò)去使用的窄輪輞，C/B值較小，在負(fù)荷作用肩部和子口部受應(yīng)力較大，加上過(guò)去多使用棉簾線作骨架材料，其疲勞性能較差，因而常發(fā)生子口折斷毛病。為解決這個(gè)問(wèn)題，一方面在輪輞寬度C沒(méi)有改變的條件下減少斷面寬B以增大C/B值，使屈撓應(yīng)力上移，有效地減少子口部位應(yīng)力，另一方面增大H/B，以增大胎側(cè)曲撓范圍，避免應(yīng)