轮胎各部件结构设计

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1、轮胎各部件结构设计 2、外胎技术设计1)、外胎断面轮廓曲线的设计；2)、 胎面花纹形状的设计；3)、外胎材料分布图的绘制. 外胎技术设计 1、外胎断面轮廓曲线的设计着合宽度C的确定： 着合宽度C是根据轮辋宽度Rm确定，现在流行的设计C=Rm+1.01.5 ，一般情况下，较小规格+1.01.1 ，中等规格+1.3左右，较大规格+接近1.5 . 以12.00R20 S811 18P.R为例 Rm=8.50“，取C=252mm=9.9213“， 增加9.92138.50=1.4213“ 断面宽B的确定： 根据一般规律，英制系列轮胎，轮辋每增大0.5 ”,断面宽增大0.2 ” ，公制系列轮胎，轮辋每增

2、大0.5 “ ，断面宽增大5mm。结合其它方法途径搜集的数据，综合权衡确定B的数据。 以12.00R20 S811 18P.R为例 断面宽B增加宽度应为(9.92138.50)/0.50.2=0.5685“=14.44mm B= 3153.5%mm，考虑充气膨胀比率，取 B=312+14.44=326.44mm326mm外直径的确定： 根据整体设计的需要，一般B取值较小，D就要取值较大。结合其它方法途径搜集的数据，综合权衡确定D的数据。 以12.00R20 S811 18P.R为例 D= 11251%mm，考虑充气膨胀比 率，取 D=1121mm 着合直径d的确定： 根据轮胎装配的轮辋尺寸来确

3、定着合直径 d 以12.00R20 S811 18P.R为例，d=511mm 断面水平轴位置的确定： 断面高H1/2(Dd) H1由轮辋点到平衡轴距离H1和由轮辋点到胎体冠中心点距离H的比值来确定，一般H1/H=0.30.5以12.00R20 S811 18P.R为例H=1/2(1121-511) =305mmH1/H=110.24/234.02=0.4711确定H1 =150.5mm行驶面宽b和弧度高h的确定： 行驶面宽b的确定以轮辋宽Rm为基准，一般情况下，b=Rm15mm，根据实际需要来确定具体数值，高速路和路况较好的条件下，b值较小，较差和恶劣路况，速度较低，b值较大；h 的选取与b数

4、值的确定是相关的，行驶面较宽，相应h较大，行驶面较窄，相应h较小。 以12.00R20 S811 18P.R为例 b=21615=201231mm.取b=226mm. h=7.7mm胎冠弧度半径n的确定： 一般情况下，胎冠弧度半径n=1.752B，具体数值根据需要来确定，b值较小、h值较小，Rn值较大， b值较大、h值较大，Rn值较小；对于较小规格轮胎，胎冠一般采用一段弧设计，对于较大规格，胎冠一般采用中间一段弧、两端为切线设计。 以12.00R20 S811 18P.R为例 Rn/B=650/326=1.9939 肩部形状的确定： 根据具体需要来确定，本地运输，拐弯较多，一般肩部采用圆弧设计

5、R，长途运输，直线行驶，一般肩部采用直角设计。以12.00R20 S811 18P.R为例，根据实际需要采用直角设计。上胎侧圆弧半径1的确定： 1(H-H1-h)21/4(B-b)2-L2(B-b)结合其它方法途径搜集的数据，综合权衡确定R1的数据以12.00R20 S811 18P.R为例R1=(305-150.5-7.7)2+1/4(326-226)2 -86.52/(326-226) =165.7mm结合其它方法途径搜集的数据，综合权衡确定R1的数据为165mm.肩下反弧R的确定 对于全钢载重子午胎，肩下一般不采用切线，而采用一反弧，反弧R过肩部端点和R1相切，一般b较大，R较小， b较

6、小，R较大。以12.00R20 S811 18P.R为例结合其它方法途径搜集的数据，综合权衡确定R为180mm.下胎侧圆弧半径2的确定：21/4(B-C-2a)2(1-c)2(B-C-2a)式中a为轮辋曲线宽的2/3.c为轮辋曲线高. 一般情况下，R2 弧的延长线与着合位置线的交点距离着合宽度端点大约05mm.以12.00R20 S811 18P.R为例21/4(326-252-224.5)2(150.5-46)2(326-252-224.5) 443.06mm.取R2=353mm. 下胎侧弧度半径3的确定： 根据R2和轮辋曲线，结合其它方法途径搜集的数据，综合权衡确定R3的数据。 以12.0

7、0R20 S811 18P.R为例 取R390mm.胎圈部位弧度曲线设计： 根据轮辋曲线尺寸来考虑子口部位的设计，原则：即与轮辋结合紧密，又要容易装胎。一般R4轮辋相应部位尺寸； R5轮辋相应部位尺寸； r轮辋相应部位尺寸；根据轮辋相应部位尺寸来确定。以12.00R20 S811 18P.R为例 取421.5mm(轮辋23mm). 取59mm(轮辋8mm). 取Hr21.5mm(轮辋23mm). 2.5 (轮辋5 ). W 35mm.经实际绘图，确定12.00R20 S811 18P.R 轮胎断面轮廓图如下： 2. 胎面花纹形状的设计： 花纹类型的选取：根据使用环境需要，结合公路车辆使用状况及

8、轮胎使用经验，来确定花纹样式。 适合于高速或较好路面的条形花纹 适合于较好或较差路面的以条形为主的混合花纹 适合于较差或泥土 路面的以横沟为主的混合花纹 适合于泥土或沙石路面的越野花纹 适合于雪泥路面的M+S花纹 等等 条形花纹条形花纹 以条形为主以条形为主 以横沟为主以横沟为主 越野花纹越野花纹 M+S M+S花纹花纹 混合花纹混合花纹 混合花纹混合花纹 花纹形状及尺寸的确定： 根据已确定的花纹类型，来确定其形状及尺寸。 花纹沟走向与带束层钢丝走向至少差5. 以12.00R20 S811 18P.R为例 轮胎主要用于较好或一般路面花纹沟深度的确定： 根据新设计轮胎的使用条件，花纹类型，参照国

9、内外情况和全面权衡综合性能，来确定花纹沟深度。 条形花纹花纹深度较浅，混合花纹花纹深度较深，越野花纹一般是加深型，M+S花纹超加深型。花纹沟倾斜角度尽可能大些1015。 以12.00R20 S811 18P.R为例 花纹深度确定为16.5mm.花纹沟占地面积的计算： 不同的花纹类型，花纹沟占地面积是不同的， 条形花纹一般1925%， 混合花纹一般2435%， 越野花纹和M+S花纹30%以上 以12.00R20 S811 18P.R为例 经计算花纹沟占地面积为29%3、外胎材料分布图 的绘制 绘制材料分布图前，对胎体、带束层和胎圈所承受的力进行计算，来确定胎体、带束层和胎圈采用何种钢丝材料； 平

10、衡轴上边几个主要尺寸的确定:冠部总厚DT=花纹沟深度+ 基部胶厚度+四层带束层厚度+ 胎体厚度+ 内衬层厚度DI基部胶厚度根据花纹深度和实际使用情况来确定，一般5.5mm;带束层和胎体厚度根据所用材料和半成品压延厚度来确定;内衬层厚度DI 2.5mm,气密层厚度 1.2mm;以12.00R20 S811 18P.R为例冠部总厚=16.5+5.5+7.5+2+2.5=34mm肩部总厚DJ的确定，一般DJ/DT 1.25以12.00R20 S811 18P.R为例肩部总厚=42mm，42/34=1.2353带束层宽度的确定，一般2#带束层宽B2/行驶面宽b 0.8，根据实际需要来确定，如果对带束层

11、强度要求较高，就可以取宽些，但端点离肩下胶面要10mm，B1、B3与B2相临端点的差级10mm，B4最窄，端点尽量避开花纹沟底；以12.00R20 S811 18P.R为例带束层宽度2#=204mm，1#=176mm，3#=180mm，4#=110mm 2#/b=204/226=0.9027 胎侧总厚度DC=胎侧胶厚度+胎体厚度+内衬层厚度；胎侧胶厚度根据实际使用环境和路况来确定，高速路况可以薄点，较差路面可以厚些；胎体厚度根据所用材料和半成品压延厚度来确定；内衬层厚度2.5mm,气密层厚度 1.2mm；DF为侧板和活络 块分型处厚度；以12.00R20 S811 18P.R为例胎侧总厚度=5

12、+2+2.5=9.5mm；侧板和活络块分型处厚度=21mm.平衡轴下边几个主要尺寸的确定: 胎体反包点高度HF，参考轮辋高度和实际使用情况来确定，一般到第三条防水线的高度；子口包布外端点高度HB1， 与HF至少保证 10mm的差级； 胎体反包点到下 胎侧轮廓线的距 离DW，根据不 同的规格和胎体 反包点的走式， 一般612mm； 胎体反包点到胎体帘线的距离DN，根据不同的规格和胎体的走式(下胎侧胎体帘线一般较直)，一般814mm；填充胶的高度HS，一般参考平衡轴的高度H1和实际应用来确定，HS/H1=0.851；以12.00R20 S811 18P.R为例胎体反包点高度 =65mm子口包布外端

13、点高度 =50mm胎体反包点到下胎侧轮廓线的距离=10mm胎体反包点到胎体帘线的距离=13mm填充胶的高度=140mm 140/150.5=0.9302 子口包布内端点高度HB2，尽量不要高于轮辋高度；子口耐磨胶内端点高度HZ，稍高于钢丝圈最上层钢丝的高度，一般+5mm；钢丝圈内径=着合直径d+(胎体厚度+子口包布厚度+内衬层端部厚度+ 子口耐磨胶厚度) 2子口耐磨胶厚度最少保证2.5mm以上；子口轮辋点处厚度DL和子口宽度W根据做图和材料分布确定以12.00R20 S811 18P.R为例子口包布内端点高度=40mm，轮辋高度=46/44.5mm子口耐磨胶内端点高度=30mm钢丝圈内径=51

14、1+(2+1.5+4.25) 2=526.5mm子口轮辋点处厚度=32mm子口宽度=35mm以12.00R20 S811 18P.R为例，材料分布尺寸确定如图：应用FEM等力学分析软件进行静态和动态下的力学分析，确定设计是否合理，如不合理，应对原设计进行修正。三、新产品的施工设计1. 外胎帘布层结构的确定： 帘布种类的选取：综合考虑实际使用环境、产品性能、生产成本和产品重量等，来选用胎体钢丝种类，往加强、加密、 加细方向发展.从材料 分布图测量两 胎圈外 侧胎体长度L，胎圈外 侧到反包端点长度L， 一般胎体伸长 率为 1.22%，即确定半 成品帘布宽 度为 L/ (+1)+2L. 以12.00

15、R20 S811 18P.R为例，胎体采用0.25+6+120.225 HT，测量L=818.6mm，L=61.2mm，选取=1.74%，可确定半成品帘布宽度为：818.6/(1+1.74%)+2 61.2=927mm.胎体中鼓直径493.5mm，内衬层中厚57mm，故选用胎体帘布长度为(493.5+6 2) 3.14=1587.31590mm胎体强力安全倍数的计算：张力T=P (RA2RB2)， P为单胎充气压力. RA=D/2DT， RB=d/2+H1. 抗张强度=帘线根数 单根钢丝帘线抗张强度 安全倍数 =抗张强度/张力T. 最少5倍以上. 以12.00R20 S811 18P.R为例，

16、 RA=1.121/20.034=0.5265m RB=0.511/2+0.1505=0.4065m T=3.14840 (0.526520.40652)， =295.31kN抗张强=1.5905502.350=2055.1kN 安全倍数=2055.1/295.3=6.96倍2. 1#、2#、3#、4#带束层的确定：成型工序辅助鼓周长的确定，全钢轮胎的假定伸张比一般1.0181.022，辅助鼓周长=(D DS 2) /假定伸张比 以12.00R20 S811 18P.R为例， 辅助鼓周长 =(1121 29.72) 3.14/1.02 =3268.06mm 取3268mm带束层参数确定及帘线种

17、类的选取： 带束层的确定： 1#带束层为过渡层，一般采用4870的大角度，半成品宽度=B1+8mm，长度=辅助鼓周长+ 1#带束层厚度 2 ； 2#、3#为工作层，为主要受力层，一般采用1522的小角度；2#为最宽层，与行驶面宽的比值一般大于0.8，半成品宽度=B2+5mm，长度= 1#带束层周长+ 2#带束层厚度 2 ；3#半成品宽度=B3+5mm，长度= 2#带束层周长+ 3#带束层厚度 2 ； 4#为调整层，一般情况下最窄，一般采用1522的小角度，半成品宽度=B4+5mm，长度= 3#带束层周长+ 4#带束层厚度 2 ； 1#、2#、3#、4#钢丝排列方向为左、左、右、右.以12.00

18、R20 S811 18P.R为例， 1#带束层采用30.20+60.35HT帘线，550根/m，50，半成品宽度=176+8=184mm，长度=3268+ 223.14=3280mm； 2#、3#采用3+80.33HT帘线，550根/m，18，2#半成品宽度=204+5=209mm，长度=3280+2.42 3.14=3295mm；3#半成品宽度=180+5=185mm，长度= 3295+ 2.423.14=3310mm； 4#采用30.20+60.35HT帘线，550根/m， 18，半成品宽度=110+5=115mm，长度= 3310+223.14=3322mm；带束层强力安全倍数的计算：张

19、力T=PRAb，b为最宽带束层宽度抗张强度=帘线根数单根钢丝帘线抗张强度=宽度密度cos角度单根强度/sin角度(1#)宽度密度cos角度单根强度/sin角度(2#)宽度密度cos角度单根强度/sin角度(3#)宽度密度cos角度单根强度/sin角度(4#)安全倍数=抗张强度/张力T 一般要达到10倍左右.以12.00R20 S811 18P.R为例，张力=840(1.1210.0342)0.204 =180.44kN抗张强度= 0.176550cos501.8/sin50 0.204550cos182.65/sin18 0.180550cos182.65/sin18 0.110550cos1

20、81.8/sin18 =2203.88kN安全倍数=抗张强度/张力=12.21倍3. 胎圈部结构设计：根据轮辋形状，使用5 平底轮辋的有内胎轮胎，一般胎圈采用正六角型设计，使用15 深槽轮辋的无内胎轮胎，一般胎圈采用斜六角型设计，采用的钢丝根数根据胎圈安全性能的计算来确定。以12.00R20 S811 18P.R为例采用79根1.55HT钢丝，7-8-9-10-11-10-9-8-7方式排列。胎圈强力安全倍数的计算： 张力T=P(RB2RC2)/2， RB=d/2+H1， RC=d/2抗张强度=钢丝根数单根钢丝抗张强度安全倍数 =抗张强度/张力T.最少5倍以上.以12.00R20 S811 1

21、8P.R为例张力=840(0.511/20.1505)2 0.511/2)2/2 =41.98kN抗张强度=793.900=308.1kN安全倍数=308.1/41.98=7.34倍子口包布的确定：从材料分布图来测量子口包布的宽度L”，考虑到加工工艺过程中的拉伸，一般子口包布半成品宽度比成品宽度稍宽；钢丝排布角度一般2045 以12.00R20 S811 18P.R为例测量子口包布成品宽度L”=101.8mm，确定半成品宽度=105mm.钢丝排布角度为30 .采用3+90.22+0.15规格钢丝帘线，密度550根/m，长度1570mm.4. 胎面胶参数的确定： 根据材料分布图，利用AUTOCA

22、D、UG等，计算出成品胎面胶体积，根据材料分布图，计算出成品花纹沟体积； 成品胎面胶实有体积 =成品胎面胶体积成品花纹沟体积； 胎面半成品体积跟成品体积比相仿或较大一些，一般不超过0.3dm3，再根据成品胎面各部宽度和厚度来计算半成品各部位宽度和厚度， 半成品长度=4#长度+半成品胎面中厚以12.00R20 S811 18P.R为例成品胎面胶体积=19.03dm3，成品花纹沟体积=3.06dm3 ，成品胎面胶实有体积=19.03-3.06=15.97dm3 ，半成品长度=3322+163.14=3370mm ，半成品胎面胶体积=16.00dm3.5.胎侧和子口耐磨胶参数的确定： 根据材料分布图

23、，利用AUTOCAD、UG等，计算出成品胎侧胶/子口胶体积，胎侧胶/子口胶半成品体积跟成品体积比相仿或较大一些，再根据成品胎侧胶/子口胶各部宽度和厚度来计算半成品各部位宽度和厚度，半成品长度根据成型机中鼓直径来确定12.00R20 S811 18P.R为例两鼓成型机中鼓直径 =493.5mm,周长 =1550mm,考虑到成型过程中的拉伸，取半成品长度=1530mm.平衡轴处对应胎侧半成品厚度的计算(只考虑周向拉伸)：(511+150.52)3.145 /1530=8.3mm.其它部位厚度计算依次类推.成品胎侧胶成品胎侧胶/ /子口胶体积子口胶体积=4.68dm=4.68dm3 3，胎侧胶胎侧胶

24、/ /子口胶半成品体积子口胶半成品体积=4.55dm=4.55dm3 3. . 6. 垫胶参数的确定： 根据材料分布图，利用AUTOCAD、UG等，计算出成品垫胶体积，垫胶半成品体积跟成品体积比相仿或较大一些，再根据成品垫胶各部宽度和厚度，考虑拉伸比例，来计算半成品各部位宽度和厚度， 半成品长度根据胎体长度来确定以12.00R20 S811 18P.R为例胎体帘布长度1590mm，半成品 垫胶长度取1605mm.成品垫胶最厚点对应垫胶半成品厚度的计算(只考虑周向拉伸)：(112138.52)3.14 7.5/1605=15.3mm其它部位厚度计算依次类推.成品垫胶体积成品垫胶体积=0.99dm

25、=0.99dm3 3，垫胶半成品体积垫胶半成品体积=1.10dm=1.10dm3 3. . 7. 填充胶参数的确定： 根据材料分布图，利用AUTOCAD、UG等，计算出成品填充胶体积，填充胶半成品体积跟成品体积比相仿或较大一些，再根据成品填充胶各部宽度和厚度，来计算半成品各部位宽度和厚度，半成品长度根据钢丝圈外周长来确定 成品填充胶体积成品填充胶体积=2.31dm3=2.31dm3，填充胶半成品体积填充胶半成品体积=2.65dm3.=2.65dm3. 8. 内衬层参数的确定： 根据材料分布图，利用AUTOCAD、UG等，计算出成品内称层胶体积，内称层半成品体积跟成品体积比相仿或较大一些，再根据成品内称层胶各部宽度和厚度，来计算半成品各部位宽度和厚度，半成品长度根据内称层辅贴鼓外周长来确定以12.00R20 S811 18P.R为例两鼓成型机中鼓直径=493.5mm,周长=1550mm,内称层长度取1560mm.胎冠中部对应内称层半成品最小厚度：(1121332)3.142.5/1560=5.31mm.成品填充胶体积成品填充胶体积=5.36dm=5.36dm3 3，填充胶半成品体积填充胶半成品体积=6.49dm=6.49dm3 3. .