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1、轮胎结构设计子午线轮胎设计与制造子午线轮胎设计与制造第一节 子午线轮胎结构特点第二节 子午线轮胎结构设计第三节 子午线轮胎施工设计第一节 子午线轮胎结构特点 一、子午线轮胎的外胎构造子午线轮胎子午线轮胎(Radial Tire)(Radial Tire)从所采用的从所采用的骨架骨架材料材料来分类，可分为来分类，可分为全钢丝子午线轮胎、半全钢丝子午线轮胎、半钢丝子午线轮胎和全纤维子午线轮胎三种钢丝子午线轮胎和全纤维子午线轮胎三种。一般载重胎多数采用全钢丝，而轿车胎和轻一般载重胎多数采用全钢丝，而轿车胎和轻卡胎则多采用半钢丝或全纤维，详细构造分卡胎则多采用半钢丝或全纤维，详细构造分别介绍如下。别介
2、绍如下。 载重子午线结构轮胎载重子午线结构轮胎的结构的结构 胎体胎体: :多数采用单层钢丝帘布构成（或人造多数采用单层钢丝帘布构成（或人造丝、尼龙、芳纶等）丝、尼龙、芳纶等） 带束层带束层:3-4:3-4层钢丝帘布组成层钢丝帘布组成 胎肩垫胶胎肩垫胶: :胎体与带束层之间有中间胎体与带束层之间有中间 胎圈部分胎圈部分: :由钢丝圈、上下三角胶芯、钢丝由钢丝圈、上下三角胶芯、钢丝 包布加强层和子口护胶等部件构成。包布加强层和子口护胶等部件构成。 胎面胶胎面胶: :胎面上层胶、下层胶胎面上层胶、下层胶 胎侧胶胎侧胶: : 见图见图4-14-1。轿车子午线轮胎结构轿车子午线轮胎结构轿车子午线轮胎一般
3、由轿车子午线轮胎一般由胎面胶、胎面下层胶、胎侧胶、胎体胎面胶、胎面下层胶、胎侧胶、胎体 （1-21-2层纤维帘布组成）层纤维帘布组成）、带束层、带束层（二层钢丝帘布层）（二层钢丝帘布层）、冠带、冠带（ 按技术设计有时加一至二层尼龙帘布层，以提高轿车胎的高速按技术设计有时加一至二层尼龙帘布层，以提高轿车胎的高速 性能）性能）、胎圈、胎圈（由钢丝圈、复合硬胶芯和子口护胶）、（由钢丝圈、复合硬胶芯和子口护胶）、内衬层内衬层 等构成。胎圈结构见图等构成。胎圈结构见图4-24-2所示。所示。二、子午线轮胎与斜交轮胎结构特征比较。二、子午线轮胎与斜交轮胎结构特征比较。（1 1）斜交轮胎胎体中的帘线按一定角
4、度排列，各层斜交轮胎胎体中的帘线按一定角度排列，各层间帘线相互交叉，胎体帘线层数为偶数，胎体承间帘线相互交叉，胎体帘线层数为偶数，胎体承受内压引起的初始应力的受内压引起的初始应力的808090%90%。（2 2）子午线轮胎胎体各帘面层间的帘线，系相互平子午线轮胎胎体各帘面层间的帘线，系相互平行地由一胎圈至另一胎圈呈了午线方向的排列行地由一胎圈至另一胎圈呈了午线方向的排列（与胎胎冠中心线夹角为与胎胎冠中心线夹角为9090度）。胎冠有度）。胎冠有大角度基大角度基本不伸张的刚性带束层本不伸张的刚性带束层箍紧，这种结构使：箍紧，这种结构使：带束层承受带束层承受由内压引起的初始应力的由内压引起的初始应力
5、的606075%75%；胎体帘线强力得到了充分的利用，胎体帘线强力得到了充分的利用，层数减少，层数减少，一一般般比斜交胎少比斜交胎少404050%50%，胎体层数可为偶数，也可胎体层数可为偶数，也可为奇数为奇数。胎圈所受应力比斜交胎大胎圈所受应力比斜交胎大303040%40%，钢丝圈中的，钢丝圈中的钢丝根数比斜交胎多钢丝根数比斜交胎多。 由于胎体层数少、胎侧柔软、容易变形和刺伤，由于胎体层数少、胎侧柔软、容易变形和刺伤，胎侧承受的应力比斜交轮胎大。胎侧承受的应力比斜交轮胎大。因此，这两种结构的轮胎，它们的断面形状、胎因此，这两种结构的轮胎，它们的断面形状、胎圈结构、带束层结构有很大的差别圈结构
6、、带束层结构有很大的差别。子午线轮胎和斜交轮胎的帘线排列如图子午线轮胎和斜交轮胎的帘线排列如图4-34-3所示。所示。子午线轮胎与斜交轮胎帘线排列第二节第二节 子午线轮胎结构设计子午线轮胎结构设计 一、一、子午线轮胎结构设计程序子午线轮胎结构设计程序 二、二、技术要求的确定技术要求的确定 三、三、轮廓设计主要结构参数的选取轮廓设计主要结构参数的选取 四、四、断面轮廓曲线的设计断面轮廓曲线的设计 五、五、子午线轮胎带束层的设计与计算子午线轮胎带束层的设计与计算 六、六、子午线轮胎胎体帘线的应力计算子午线轮胎胎体帘线的应力计算子午线轮胎由于其结构上的特点，应与斜交子午线轮胎由于其结构上的特点，应与
7、斜交轮胎的设计方法有所不同。轮胎的设计方法有所不同。设计原理设计原理：至今仍是普遍采用至今仍是普遍采用薄膜理论薄膜理论。由于电。由于电于计算机软件技术的开发，使于计算机软件技术的开发，使轮胎各部位受力均匀轮胎各部位受力均匀的的自然平衡轮廓自然平衡轮廓设计方法，逐步演变为设计方法，逐步演变为各部位应力各部位应力合理分布的合理分布的非平衡轮廓非平衡轮廓设计方法设计方法，特别是，特别是有限元分有限元分析法析法的引用，有可能的引用，有可能真实地模拟轮胎在实际使用状真实地模拟轮胎在实际使用状态下的断面轮廓形状态下的断面轮廓形状，并分析其应力，并分析其应力应变的分布应变的分布合理匹配，从而得到优化方案以设
8、讨轮胎的最佳轮合理匹配，从而得到优化方案以设讨轮胎的最佳轮廓形状。廓形状。自自8080年代起呈现出许多新的轮胎设计方法，如：年代起呈现出许多新的轮胎设计方法，如：普利斯通公司的普利斯通公司的RCOTRCOT ( (最佳滚动轮廓最佳滚动轮廓) )理论，适用于轿车子理论，适用于轿车子午线轮胎的设计；午线轮胎的设计；TCOT(TCOT(最佳张力控制最佳张力控制) )理论，适用于载重子理论，适用于载重子午线轮胎的设计；午线轮胎的设计； 日本横滨公司的日本横滨公司的STEMSTEM( (应变能量最小化应变能量最小化) )理论。理论。日本东洋公司的日本东洋公司的DSOCDSOC( (动态模拟最佳化轮胎形状
9、动态模拟最佳化轮胎形状) )理论，适用理论，适用于载重子午线轮胎的设计；于载重子午线轮胎的设计；前苏联的前苏联的CSSOTCSSOT( (应力应变周期优化应力应变周期优化) ) 理论，它除考虑轮胎理论，它除考虑轮胎几何形状外，还研究了材料分布对周期性应力应变的影响几何形状外，还研究了材料分布对周期性应力应变的影响。子午线轮胎结构设计与斜交轮胎一样子午线轮胎结构设计与斜交轮胎一样 分分两阶段两阶段进行。进行。 第一阶段为技术设计第一阶段为技术设计：主要任务是：主要任务是： 收集为设计提供依据的技术资料 收集为设计提供依据的技术资料 确定轮胎的技术性能要求 确定轮胎的技术性能要求 设计外胎内外轮廓
10、曲线 设计外胎内外轮廓曲线 设计外胎面花纹 设计外胎面花纹 设计绘制外胎花纹总图 设计绘制外胎花纹总图 一、子午线轮胎结构设计程序一、子午线轮胎结构设计程序第二阶段为第二阶段为施工设计施工设计：主要任务是：主要任务是： 确定外胎成型方法 确定外胎成型方法 确定成型鼓直径及机头宽度 确定成型鼓直径及机头宽度 绘制材料分布图 绘制材料分布图 制定施工标准表 制定施工标准表最后提出最后提出结构设计文件（包括技术设计和施工结构设计文件（包括技术设计和施工 设计说明书）。设计说明书）。虽然子午胎的设计与斜交轮胎相同，但在各个设虽然子午胎的设计与斜交轮胎相同，但在各个设 计阶段，其设计参数的取值，特别是施
11、工设计与斜计阶段，其设计参数的取值，特别是施工设计与斜 交轮胎差别很大，需用专门的成型机才能完成交轮胎差别很大，需用专门的成型机才能完成。1 1子午线轮胎设计前的准备子午线轮胎设计前的准备 （1 1）搜集技术资料作为设计依据）搜集技术资料作为设计依据与斜交轮胎设计前一样，必须搜集有关的技术资与斜交轮胎设计前一样，必须搜集有关的技术资 料。例如：车辆类型及技术资料料。例如：车辆类型及技术资料 车速及路面条件，车速及路面条件， 轮轴情况，轮胎使用要求及经济性，安全性等。轮轴情况，轮胎使用要求及经济性，安全性等。 （2 2）确定技术性能）确定技术性能轮胎类型、规格、层级、帘布层数及胎面花纹型轮胎类型
12、、规格、层级、帘布层数及胎面花纹型 式；最大负荷和相应内压；轮辋规格、尺寸及轮廓式；最大负荷和相应内压；轮辋规格、尺寸及轮廓 曲线；充气外胎外缘尺寸等。曲线；充气外胎外缘尺寸等。二、技术要求的确定二、技术要求的确定（3 3）确定骨架材料）确定骨架材料子午线轮胎按其采用的骨架材料来分，有子午线轮胎按其采用的骨架材料来分，有 全纤维子午线轮胎，半钢丝子午线轮胎全纤维子午线轮胎，半钢丝子午线轮胎( (即胎即胎 体为纤维帘线，带束层为钢丝帘线体为纤维帘线，带束层为钢丝帘线) )和全钢丝和全钢丝 子午线轮胎三种子午线轮胎三种，根据用途、规格、类型不，根据用途、规格、类型不 同，考虑选择。同，考虑选择。人
13、造丝尼龙或聚酯帘线人造丝尼龙或聚酯帘线纤维胎体子午线轮纤维胎体子午线轮 胎胎. .芳纶帘线芳纶帘线是一种新型骨架材料，是子午线是一种新型骨架材料，是子午线 轮胎理想的胎体材料，很有发展前途。轮胎理想的胎体材料，很有发展前途。钢丝帘线钢丝帘线主要用于子午线轮胎的主要用于子午线轮胎的胎体胎体 及带束层及带束层，其主要特点是耐热性极好，强度，其主要特点是耐热性极好，强度 高，同时伸长率极小，对保持轮胎尺寸稳定高，同时伸长率极小，对保持轮胎尺寸稳定 性极为有利。性极为有利。例如例如: :全纤维子午线轮胎主要为轻型轿车轮全纤维子午线轮胎主要为轻型轿车轮 胎和拖拉机轮胎，半钢丝子午线轮胎主要为胎和拖拉机轮
14、胎，半钢丝子午线轮胎主要为 高速轿车轮胎和轻型载重轮胎，高速轿车轮胎和轻型载重轮胎，9.00R209.00R20以下以下 的中型载重轮胎。全钢丝子午线轮胎主要适的中型载重轮胎。全钢丝子午线轮胎主要适 用于重型载重轮胎和工程轮胎，用于重型载重轮胎和工程轮胎，9.00R209.00R20可用可用 全钢丝，亦可用半钢丝。全钢丝，亦可用半钢丝。2 2轮胎负荷能力计算轮胎负荷能力计算负荷能力计算与斜交轮胎采用相同的计算方法负荷能力计算与斜交轮胎采用相同的计算方法 ，一般根据美国轮胎协会，一般根据美国轮胎协会TRATRA年鉴介绍的公式进行年鉴介绍的公式进行 计算。该公式是在计算。该公式是在轮辋宽度轮辋宽度
15、WW1 1与充气断面宽与充气断面宽S S1 1的比的比 值等于值等于62.5%62.5%的标准条件下经试验得出的经验公式的标准条件下经试验得出的经验公式。 故应用此公式时、需故应用此公式时、需要要在理想轮辋上轮胎断面宽的在理想轮辋上轮胎断面宽的 换算公式与之配套使用。近年来，换算公式与之配套使用。近年来，轮胎向低断面发轮胎向低断面发 展，越来越扁平化，其理想轮辋上的充气断面宽公展，越来越扁平化，其理想轮辋上的充气断面宽公 式还必须另有公式进行再校正使用。式还必须另有公式进行再校正使用。由于轮胎规格品种繁多，因此出现一系列不同的由于轮胎规格品种繁多，因此出现一系列不同的 计算理想轮辋上充气断面宽的配套公式，这里仅以计算理想轮辋上充气断面宽的配套公式，这里仅以 轻型载重汽车轮胎和轿车轮胎为例做一简单介绍。轻型载重汽车轮胎和轿车轮胎为例做一简单介绍。 轻型载重汽车轮胎负荷计算公式为:式中 W负荷能力，KN； K负荷系数(轻卡普通断面子午线轮胎单 胎=l.197，双胎=0.88单胎负荷)； P内压，kPa； DR轮辋名义直径，cm； SW1/S1为62.5%的理想轮辋上的轮胎充 气断面宽，cm； W1设计轮辋宽度，cm； S1在设计轮辋上的轮胎断面宽度，cm； H1新胎断面高度，cm；
