轮胎设计基础及增强

轮胎设计基础及增强内容摘要：

这又迫使轮胎生产者制造 相同规格的不同尺寸的轮胎 ；于是对一个单一车辆制造者的特定尺寸，给予 特殊标志 ，小的 星号，小的圆周，小方块等等。 这种结果 导致了不必要的生产工厂的麻烦 ，增加成本和发货难度。 此外，从 最终使用者 的观点，在替换胎市场，他不买这样的轮 胎，甚至没意识到，这种设计是为他的车辆设计的，这才是最糟糕的。 轮胎设计基础及增强 28 承受负荷的结构部件 轮胎设计基础及增强 29 胎体和带束层的承载负荷分布 当负荷施加到充气轮胎的时候，会发生什么情况呢。 带束层 在 接地印痕变为平坦 ，圆周和子午方向的曲率设定为 0。 胎体在带束层边缘 δ 0角低于无负荷状态 ，并且施加在胎体帘线上的力的垂直分量就减少。 这意味着，所说的向车轮中心的帘线拉力减小。 因为带束层本身的总长度几乎不伸 张 ，即比较稳定，并且印痕以外的带束层部分，随着车轮中心向前移动。 在与印痕 位置相对的胎冠的带束层张力将增加，接近这个位置的胎体帘线曲率将减少 ， 并且 δ 0角也增加。 最终的结果是，在印痕内的轮辋上胎体帘线的 张 力低，而在高于位置上对应的点就高。 结果， 轮辋被拉向前 ，这样就达到了负荷平衡。 很显然， 轮辋上的力仅仅由胎体帘线提供（胎体刚性） ，这也显示出， 从印痕向整个轮胎结构传递周向力来看（带束层刚性） ，带束层各层有着非常重要作用。 一个子午线轮胎结构，某些方面类似于自行车轮胎，子午线轮胎胎体帘线是轮辐，带束层是轮辋。 轮胎设计基础及增强 30 保持充气压力 通常，胎体要求 有适当高的安全倍数 ，纤维胎体的甚至达到 10： 1。 过高的充气压力，轮胎总是在胎圈 钢丝造成 损坏 ，如果胎体不损坏。 通常，在被路边石条式石头冲击， 造成胎体帘线 1 根或多根短裂时 ，就会发生胎体损伤（特别在轿车轮胎）；冲击断了的 1根或多条帘线并且在 充气后 ，在胎侧胶和胎体之间产生的 鼓包（空气鼓） ，则轮胎将在短时间内损坏。 当“ 胎体强度系数 ”过高，内 衬 层的 卤化胶料可能在胎里被挤压，在轮胎防擦线区域进入胎体帘线 ，此处正是有效密度较低处；如果这种情况的轮胎没有被质量控制人员挑拣出来，则胎体最终就会在相邻的未损伤帘线之间产生特殊的径向裂口而破裂。 两层胎体层做 的轮胎，本质上是安全的。 因为用两层帘布时 ，上面提到的缺陷实际上不能发生。 不过为了改善滚动阻力，降低重量和成本，轮胎制造厂 已经转向生产单层胎体。 卡车轮胎钢丝胎体的损坏更频繁；大多数严重损伤是 拉链爆破 ；就是与胎体帘线垂直方向直接切断；原因是 1 根或多根帘线的腐蚀破坏 ，引起相邻帘线超过应力，最后他们都损坏了； 单丝的损坏形式（非腐蚀）极易扩展为杯形式或锥形损坏 ，这种情况发生在超负荷极限；腐蚀的发生，是由于内衬层损坏，湿度渗入到胎体帘线，这种损坏在无内胎轮胎 安装在轮辋上时发生的。 轮胎设计基础及增强 31 轮胎结构部件 子午线轮胎有 4种结 构部件组成： 1 个胎体 2 个钢丝圈 1 个带束层 ： 带束层通常有两层斜交带束层；摩托车轮胎带束层是单根缠绕的 金属或芳纶帘线。 大部分轮胎还有： 冠带层 某些轮胎还包括： 胎圈增强包布 卡车轮胎包括： 一层稳定带束层 或 作为选择 的，在带束层边部的 缠绕的两层 0176。 钢丝帘线 一层带束层保护层 轮胎设计基础及增强 32 轮胎胎体 轮胎设计基础及增强 33 轮胎胎体 胎体的主要功能： 保持充气压力 传递从胎圈到胎冠轮胎结构（带束层）的力 胎体增强材料的要求： 强度 低的应力顺从性（高模量） 在硫化过 程中低的热收缩 低蠕变 对橡胶过渡层很好的粘合，或更精确的说，对粘合 镀 层很好的粘合 增强帘线的耐压缩疲劳必须足够，以避免在帘布层反包外或附近造成疲劳损坏，要有足够高 的 扭转水平。 胶料配方要求： 低滞后损失 “ 合适 ” 的模量 好的粘合 半成品 强度 轮胎设计基础及增强 34 从胎圈到胎冠结构 的 力的传递 因为 轮辋是悬挂于圆周排列的胎体帘线上 ，所以轮胎要能够承受负荷。 胎圈上所有胎体帘线的结果总力， 必须等于并相反于通过车辆施加在轮辋上 的垂直力 、 周向力和侧向的 总力。 垂直力和侧向力 导致胎体断面在子午平面内变化 ，一直延伸 到印痕面积内。 制动和加速的纵向力引起的圆周应力，被依赖于胎体和胎侧胶料动态模量的胎侧结构的剪切刚度所抵消。 增强材料的刚性的作用，在 决 定轮胎圆周 抗 扭曲刚性方 面 ，不是很有意义的。 带束层在接触地面变为平坦时，由于 几乎不延伸 ，所以接地印痕的带束层部分的长度趋于保持稳定；随着整个胎侧结构的剪切变形，这样就引起在导向和拖动的接地印痕的边缘的胎体帘线，从子午面内偏离； 这就是胎体部件和胎侧胶料 能量损失的 重 要原因。 轮胎设计基础及增强 35 轮胎带束层 轮胎设计基础及增强 36 带束层（ 1） 带束 层功能 没有带束层的子午线轮胎， 有一个完全 圆 胎冠轮廓 （ ρ y = 常数） ；而带束层外延刚度使它几乎成平坦的。 此外，带束层还有一个作用，就是 提供印痕面积平面 内所有需要的剪切刚度。 如果这个刚度不足，轮胎的转弯刚度也是不足的。 带束层部件还具有 某些弯曲刚度 的特性， 在轮胎的急转弯试验中证明，应力水平和 UHP 高性能轿车轮胎胎面胶生热的负作用的影响。 因为接地印痕的长和面积相反作用 ， 所说的 弯曲 刚度 应该 是 尽可能的小。 轮胎设计基础及增强 37 带束层（ 2） 带束层 的外延负荷 获得外延刚度环形结构部件的最好的方式，依靠 0176。 带束层 铺设的单根缠绕。 如果我们假定，所说的部件是足够宽大，以致可以忽略边部的作用，这样，它的子午方向曲率为 0，我们可以写成： f = r （ P + Pc） = r （ P + m ω 2 rc） 此处： f 是单位长度的拉力（ N/m） P是充气压力（ Pa） Pc 对应于离心力的平衡气压（ Pa） m 是胎冠单位带束层面积的特定质量（ kg/m2） ω 是车轮角速度（ rad/s） rc 是胎冠单位部件的离心半径（ m） 轮胎设计基础及增强 38 带束层（ 3） 带束层 外延负荷 矩形断面环带 的近似离心半径为 ： 此处， i 和 o 是环带内部和外部半径， 如果 比率 o / i 接近 1，则上面的数值 接近算术平均值（ o + i） /2。 如果 T是作用在单根缠绕 线 绳上的负荷，并且 n 是单位宽度的线绳数目（表示为 m1），它的数值如下： 轮胎设计基础及增强 39 带束层（ 4） 外延负荷 如果一个轿车轮胎的 外直径 m， 带束层半径接近 m， 胎冠离心力半径假设近似等于 m，由于在内壳层，胎冠单元质量稍大，我们可以假设进位到 g/cm2或 kg/m2。 如果 速度为 300 km/h，假设轮胎滚动周长为 =。 车轮 转动频率为（ 300/） /= Hz，并且 它的角速度为 2π = rad/s。 与离心力的平衡压力为： Pc = 如果 充气压力为 Bar（ 250000 Pa） ，每单位宽度带束层负荷为： f =（ ）（ 250000+317462） MN/m = 194072 N/m = N/dm 如果带束层是 100根 /dm单根缠绕，则单根帘线负荷 T = N 离心力 承担总负荷的 56%。 轮胎设计基础及增强 40 带束层（ 5） 在交叉带束层上的负荷 如果缠绕 0176。 带束层 代之以两层角度 θ 和 θ 角 ，则 单根帘线的负荷为 ： 此处， n 是两层中每一层的宽度 ，如果 θ 等于 0，要考虑两层 0176。 是结构 部分的事实，从而计算 每根帘线的负荷。 必须指出， 这是带束层。