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1、轮胎设计基础及增强- 1 - 轮轮胎胎设计设计基基础础 与增与增强强轮胎设计基础及增强- 2 - 目 录轮胎几何尺寸基础（Pp 3-13）轮胎设计几何尺寸参数（Pp14-27）承受负荷的结构部件（Pp28-31）轮胎胎体（Pp32-34）轮胎带束层（Pp35-53）带束层设计（35-41）米其林常用的和新结构（42-44）倍耐力 0带束层（45-48）倍耐力 0带束层改进（49-53）结构设计与增强（Pp54-61）设计安全系数（55）胎体（56-58）带束层（59-60）钢丝包布（61）轮胎设计基础及增强- 3 - 轮轮胎几何尺寸基胎几何尺寸基础础轮胎设计基础及增强- 4 - 充气管考虑充气
2、管的一部分，长度为 l 。在管子的中间平面和管的内表面之间的空气体积处于平衡轮廓。管中间平面的界面作用力 F = 2rlP ，方向向上。充气管的一半的外表面施加在空气体积向下的力必然等于 F 。因为在空气管壁一半的总的力必须处于平衡状态，则管壁单位长度的强力必然等于，因此： f = Pr （波意尔压力管公式）轮胎设计基础及增强- 5 - 充气薄膜充气薄膜表面上的一个点 X ，充气压力为 P 。ci 和 cii 为 X 的主曲率，则曲率半径为 ，。fi 和 fii 为主曲率方向的单位长度的力，薄膜的通用方程为 。我们假定薄膜由正交各向异性薄膜组成，这样以来，方向 ii 的力与第一主方向 i 的力
3、比较可以忽略不计。在这种轮胎设计基础及增强- 6 - 情况下，我们可以假设 。薄膜平衡轮廓变为： f =P上式相当于充气管波意尔公式，它们的曲率半径为恒值，并在一个方向为 r ，而在其正交方向为 0。子午线轮胎的基本力学轮胎设计基础及增强- 7 - 基本假设子午线轮胎由完全子午方向的胎体和通常称为带束层的环形部件由完全子午方向的胎体和通常称为带束层的环形部件组成。我们考虑下述草图，所示意的子午线轮胎轮胎设计基础及增强- 8 - 断面由两半部分组成。右侧仅显示了胎体右侧仅显示了胎体，更确切地说，如果不考虑带束层的存在，它描述的是胎体帘线。让我们考虑所提到的帘线，选择任意一点P，它的坐标为它的坐标
4、为x和和y，它在点A和点K之间变化，点A的定义为角为 0。角是平衡轮廓的切线和通过角是平衡轮廓的切线和通过P点的水平线之间的夹角。点的水平线之间的夹角。点K被认为是胎圈区域以外胎圈区域以外的胎侧的第一个点，此处有胎体反包、胎圈填充胶和其他增强材料，此处的刚性可能使胎体帘线处于子午方向排列的增强薄膜充气平衡轮廓的外边子午方向排列的增强薄膜充气平衡轮廓的外边。图上左侧部分增加了带束层图上左侧部分增加了带束层。点S相应于右侧的假设S点，是胎侧平衡轮廓上铺设的胎侧的最后一个点，即在带束层影响之外的点。在设计者开始设计一个新项目时，做的第一件事就是确定在在x-y平面内的平面内的K点和点和S点的坐标点的坐
5、标。平衡轮廓计算，就是基于假设胎体是一个不伸张的增强帘线排列组成的充气薄膜，每根帘线都在子午平面内是一个不伸张的增强帘线排列组成的充气薄膜，每根帘线都在子午平面内。同时，也假定，横向（垂直于子午增强部件方向）的薄膜的模量是可以忽略的横向（垂直于子午增强部件方向）的薄膜的模量是可以忽略的。充气压力被胎体帘线的张力全部平衡。充气压力被胎体帘线的张力全部平衡。平衡轮廓计算（1）我们可以写出下式 t = P，此处 t （N/m）是胎体单位横向宽度的特定张力胎体单位横向宽度的特定张力。（m）是局部曲率半径局部曲率半径，P（N 轮胎设计基础及增强- 9 - m-2）是充气压力充气压力。我们称 f0（m-1
6、）是胎体帘线的频度胎体帘线的频度，即每米内的根数。我们假设，在成型时，胎体铺设在成型鼓上，它的半径是以使胎体帘线有一个半径为半径为 y0（m）的圆柱形）的圆柱形，从实际考虑，y0等于成型鼓的半径+内衬层厚度+胶片厚度+半个胎体本身厚度。近似成型鼓的半径+2.5mm；如果使用鼓肩胎圈夹持形式的成型鼓，其半径相当于图中如果使用鼓肩胎圈夹持形式的成型鼓，其半径相当于图中 Z 点的纵坐标。而如点的纵坐标。而如果轮胎在平式成型鼓设备上成型（如米其林）果轮胎在平式成型鼓设备上成型（如米其林） ，则所说的半径相当于钢丝圈的内部半径，则所说的半径相当于钢丝圈的内部半径。P 点（x，y）增强帘线局部的频率为 。
7、如果 T（N）为单根帘线的张力，则我们可以写出 。或 ，此处 N = f0（2 y0）是胎体帘线的总根数。由于在笛卡尔坐标系中，曲率半径 ，我们可以写成下面的二次微分方程：平衡轮廓计算（2）轮胎设计基础及增强- 10 - 是在胎体断面上相当于在胎体断面上相当于 1 弧度角度内的帘线根数弧度角度内的帘线根数。它也可以定义为“角度密度角度密度”或角度的胎体频度。表示为（根数/弧度） 。它对应于一部分胎体帘布的帘线根数，其长度等于胎体铺设的半径一部分胎体帘布的帘线根数，其长度等于胎体铺设的半径 y0。常数 K 可以这样定义，它是每根帘线伸张力和充气的比值，乘以胎体的角度密度每根帘线伸张力和充气的比值
8、，乘以胎体的角度密度。在量纲上 K 表示为（m 2） ，显然它对应于微分方程一次根的尺寸，因为y是一个尺寸，y是（m-1） 。常数可以认为是每个单位充气压力在单根帘线上的张力指数，并且对于直（长的曲率半径）胎侧，它有对于直（长的曲率半径）胎侧，它有“直直”的高数值，对于高曲率（短的曲率半径）的高数值，对于高曲率（短的曲率半径） ，它具有，它具有低数值低数值。因为上述微分方程是二次微分方程，它的结果写成带有二个参数带有二个参数C1 和和C2 的一系列的曲线的一系列的曲线；因为参数K是一个是一个未知参数，因此我们可以说，一般来讲平衡轮廓可以满足三个不同条件，它依赖于三个参数。未知参数，因此我们可以
9、说，一般来讲平衡轮廓可以满足三个不同条件，它依赖于三个参数。平衡轮廓计算（3）通常，首要的两个条件是：轮胎设计基础及增强- 11 - 1. 轮廓必须包括包括 K 点点（x = xK，y = yK）2. 轮廓必须包括包括 S 点点（x = xS，y = yS）第三个条件通常是下列三个条件之一下列三个条件之一：B点的横坐标点的横坐标，最大的轮胎弦的一半，必须等于xB（轮胎初步设计）S点的角度点的角度必须等于预先确定的S角度的数值（轮胎初步设计）K和和S点之间的移动的帘线长度点之间的移动的帘线长度，必须等于一个确定的数值l0（移动的轮胎轮廓计算）由于薄膜平衡轮廓微分方程不包括横坐标x的明显的参照值，
10、它就很容易表示为，如果它就很容易表示为，如果f（x）是一个结果，则）是一个结果，则f（x+C）也是一个结果；这就意味着，平衡轮廓的胎侧轮廓，在不改变形状的前提下，在平行于）也是一个结果；这就意味着，平衡轮廓的胎侧轮廓，在不改变形状的前提下，在平行于 x 轴方向上可以移动。轴方向上可以移动。第一页的图中，第一页的图中，A 点的横坐标设定为点的横坐标设定为 0。这样，设想的无带束层的子午线轮胎的断面，可以以右半图描述。这样，设想的无带束层的子午线轮胎的断面，可以以右半图描述。在不改变形状前提下，同样的断面可以在右部分按预想的移动量移动。当一个低断面轮胎低断面轮胎需要设计时，点点 A 随着整个平衡轮
11、廓向随着整个平衡轮廓向右移动，结果，一个更大的带束层断面，从中心开始加了上去。右移动，结果，一个更大的带束层断面，从中心开始加了上去。这就是设计者要做的。平衡轮廓形状轮胎设计基础及增强- 12 - 平衡轮廓最重要的是，充气薄膜形状仅仅依靠于几个参数，并且不能由其他方法控制。充气薄膜形状仅仅依靠于几个参数，并且不能由其他方法控制。既使如果子午线轮胎在一个与平衡轮廓差别很大的形状的模具内在一个与平衡轮廓差别很大的形状的模具内硫化，而一旦轮胎充气，它的形状变化，直到达它的形状变化，直到达到平衡轮廓。到平衡轮廓。变形的胶料的高拉伸应力将引起胶料的早期损坏变形的胶料的高拉伸应力将引起胶料的早期损坏，但是
12、在胎侧区域，轮胎断面形状不受模具形状的影响。小的断面高度轮胎设计基础及增强- 13 - 看草图右侧，显然，如果在胎冠区域不加带束层结构，则轿车或载重子午线路轮胎的胎冠弧，就不是预想的那样。如果在胎冠区域不加带束层结构，则轿车或载重子午线路轮胎的胎冠弧，就不是预想的那样。通常指出，如果 的值小，例如轮胎断面高度和胎圈半径比较可以忽略不计，则平衡轮廓接近比较稳平衡轮廓接近比较稳定的曲率半径曲线。换言之，就是接近一个园形曲线。定的曲率半径曲线。换言之，就是接近一个园形曲线。自行车轮胎的断面轮廓几乎就是一个园形几乎就是一个园形。轮胎设计基础及增强- 14 - 平衡轮廓的数值计算通过数值计算椭圆积分，依据常数xA，yA，yB，可以计算平衡轮廓方程：，此处曲率半径和角度由下式给出：轮胎设计基础及增强- 15 - 轮轮胎胎设计设计几何尺寸参数几何尺寸参数轮胎设计基础及增强- 16 - 轮胎几何尺寸设计设计依据：外直径（胎冠）断面宽轮辋直径断面高 = 断面宽 高宽比轮辋宽轮胎设计基础及增强- 17 - 轮胎几何尺寸设计设计参数的选择：胎面宽度胎冠厚度 （ 胎面 + 带束层 ）胎冠曲率胎圈厚度模型轮辋宽度轮胎设计基础及增强- 18 - 轮胎几何尺寸设计胎面宽度必须
