第四章子午线轮胎结构设计1

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1、轮胎结构设计第四章第四章 子午线轮胎设计与制造子午线轮胎设计与制造学习目的与要求学习目的与要求 通过学习掌握子午线轮胎的技术设计及施通过学习掌握子午线轮胎的技术设计及施工设计方法；掌握子午线轮胎的配方设计原则工设计方法；掌握子午线轮胎的配方设计原则和成型工艺；熟练了解子午线轮胎的构造和结和成型工艺；熟练了解子午线轮胎的构造和结构特点；了解子午线轮胎各部件胶料配方设计构特点；了解子午线轮胎各部件胶料配方设计方法；了解半成品部件准备及硫化工艺。方法；了解半成品部件准备及硫化工艺。 第四章第四章 子午线轮胎设计与制造子午线轮胎设计与制造第一节第一节 子午线轮胎结构特点子午线轮胎结构特点第二节第二节

2、子午线轮胎结构设计子午线轮胎结构设计第三节第三节 子午线轮胎施工设计子午线轮胎施工设计第一节第一节 子午线轮胎结构特点子午线轮胎结构特点一、子午线轮胎的外胎构造一、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材料骨架材料来分类，可分为来分类，可分为全钢丝子午线轮全钢丝子午线轮胎、半钢丝子午线轮胎和全纤维子午线轮胎、半钢丝子午线轮胎和全纤维子午线轮胎三种胎三种。一般载重胎多数采用全钢丝，而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，轿车胎和轻卡胎则多采用半钢丝或全纤维，详细构造分别介绍如下。详细构造

3、分别介绍如下。 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

4、由轿车子午线轮胎一般由胎面胶、胎面下层胶、胎侧胶、胎胎面胶、胎面下层胶、胎侧胶、胎体体（1-21-2层纤维布组成）层纤维布组成）、带束层、带束层（二层钢丝帘布层）（二层钢丝帘布层）、冠带冠带（按技术设计要有时加一至二层尼龙帘布层，以提高（按技术设计要有时加一至二层尼龙帘布层，以提高轿车胎的高速性能）轿车胎的高速性能）、胎圈、胎圈（由钢丝圈、复合硬胶芯和子（由钢丝圈、复合硬胶芯和子口护胶）、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。胎面胶胎面胶胎面下层胶胎面下层胶胎侧胶胎侧胶子口护胶子口护胶带束层带束层1带束层带束层2冠带层冠带层1胎面胶胎面胶冠带层冠

5、带层2胎脚胎脚胎侧胶胎侧胶三角胶三角胶钢丝圈钢丝圈内衬层内衬层胎体层胎体层胎肩垫胶胎肩垫胶二、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（

6、与胎胎冠中心线夹角为9090度）。胎冠有度）。胎冠有大角度大角度基本不伸张的刚性带束层基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，也可为胎体层数可为偶数，也可为奇数奇数。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，钢丝圈中的钢钢丝根数比斜交胎多丝根数比斜交胎多。 由于胎体层数少、胎侧柔软、容易变形和刺伤，由于胎体层

7、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、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胎圈结构、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。图图43子午线轮胎与斜交轮胎帘线排列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

8、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，应与斜交轮胎的设计方法有所不同。然而，就其设计原理来轮胎的设计方法有所不同。然而，就其设计原理来说，至今仍是说，至今仍是普遍采用薄膜理论普遍采用薄膜理论，只不过在具体设，只不过在具体设计方法上，近年来却涌现出了许多创见。由于电于计方法上，近年来却涌现出了许多创见。由于电于计算机软件技术的开发，使轮胎各部位受力均匀的计算机软件技术的开发，使轮胎各部位受力均匀的自然平衡

9、轮廓设计方法，逐步演变为自然平衡轮廓设计方法，逐步演变为各部位应力合各部位应力合理分布的非平衡轮廓设计方法，特别是有限元分析理分布的非平衡轮廓设计方法，特别是有限元分析法的引用法的引用，有可能真实地模拟轮胎在实际使用状态，有可能真实地模拟轮胎在实际使用状态下的断面轮廓形状，并分析其应力下的断面轮廓形状，并分析其应力应变的分布合应变的分布合理匹配，从而得到优化方案以设讨轮胎的最佳轮廓理匹配，从而得到优化方案以设讨轮胎的最佳轮廓形状。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：日本石桥（普利斯通）公司的日本石桥（普利斯通）公司的RCOTRCOT (

10、 (最佳滚动轮廓最佳滚动轮廓) )理论，适用于轿车子午线轮胎的设计；理论，适用于轿车子午线轮胎的设计；TCOT(TCOT(最最佳张力控制佳张力控制) )理论，适用于载重子午线轮胎的设计；理论，适用于载重子午线轮胎的设计； 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动态模拟最佳化轮胎形状) )理理论，适用于载重子午线轮胎的设计；论，适用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，它除理论，它除考虑轮胎几何

11、形状外，还研究了材料分布对周期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。性应力应变的影响。 子午线轮胎结构设计与斜交轮胎一样分两阶子午线轮胎结构设计与斜交轮胎一样分两阶段进行。段进行。第一阶段为第一阶段为技术设计技术设计：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：

12、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（包括技术设计和施结构设计文件（包括技术设计和施工设计说明书）。工设计说明书）。 虽然子午胎的设计与斜交轮胎相同，但在各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，特别是施工设个设计阶段，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计与斜交轮胎差别很大，需用专门的成型机才能完成完成。1子午线轮胎设计前的准备子午线轮胎设计前的准备（1）搜集技术资料作为设计依据）搜集技术资料作

13、为设计依据 与斜交轮胎设计前一样，必须搜集有关的技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术资料。例如：车辆类型及技术资料 车速及路面车速及路面条件，轮轴情况，轮胎使用要求及经济性，安全条件，轮轴情况，轮胎使用要求及经济性，安全性等。性等。 （2）确定技术性能）确定技术性能 轮胎类型、规格、层级、帘布层数及胎面花轮胎类型、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、尺寸纹型式；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。及轮廓曲线；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）确定骨架材料）确定骨架材料

14、子午线轮胎按其采用的骨架材料来分，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，半钢丝子午线轮胎有全纤维子午线轮胎，半钢丝子午线轮胎( (即胎体为纤维帘线，带束层为钢丝帘线即胎体为纤维帘线，带束层为钢丝帘线) )和和全钢丝子午线轮胎三种，根据用途、规格、全钢丝子午线轮胎三种，根据用途、规格、类型不同，考虑选择。类型不同，考虑选择。 人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纤维胎体子午线轮胎线轮胎 芳纶帘线芳纶帘线是一种新型骨架材料，是子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。午线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

15、要用于子午线轮胎的胎体及胎体及带束层带束层，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，对保持轮胎尺寸稳高，同时伸长率极小，对保持轮胎尺寸稳定性极为有利。定性极为有利。 例如例如:全纤维子午线轮胎主要为轻型轿全纤维子午线轮胎主要为轻型轿车轮胎和拖拉机轮胎，半钢丝子午线轮胎车轮胎和拖拉机轮胎，半钢丝子午线轮胎主要为高速轿车轮胎和轻型载重轮胎，主要为高速轿车轮胎和轻型载重轮胎，9.00R20以下的中型载重轮胎。全钢丝子午以下的中型载重轮胎。全钢丝子午线轮胎主要适用于重型载重轮胎和工程轮线轮胎主要适用于重型载重轮胎和工程轮胎，胎，9.00R20可用全钢丝，亦可用半钢

16、丝可用全钢丝，亦可用半钢丝。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计年鉴介绍的公式进行计算。该公式是在算。该公式是在轮辋宽度轮辋宽度W W1 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、需有在理想轮辋上轮胎断面宽故应用此公式时、需有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，的换算公式与之配套使用。近年来，轮胎向低断轮胎

17、向低断面发展，越来越扁平化，其理想轮辋上的充气断面发展，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。面宽公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，这同的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里仅以轻型载重汽车轮胎和轿车轮胎为例做一简单介绍。单介绍。 轻型载重汽车轮胎负荷计算公式为轻型载重汽车轮胎负荷计算公式为:式中 W负荷能力，负荷能力，KN； K负荷系数负荷系数(轻卡普通断面子午线轮胎单轻卡普通断面子午线轮胎单 胎

18、胎=l.197，双胎双胎=0.88单胎负荷单胎负荷)； P内压，内压，kPa； DR轮辋名义直径，轮辋名义直径，cm； S 为为62.5%的理想轮辋上的轮胎充的理想轮辋上的轮胎充 气断面宽，气断面宽，cm； W1设计轮辋宽度，设计轮辋宽度，cm； S1在设计轮辋上的轮胎断面宽度，在设计轮辋上的轮胎断面宽度，cm； H1新胎新胎断面高度，断面高度，cmcm；轿车轮胎负荷能力计算公式为轿车轮胎负荷能力计算公式为：式中式中 WW负荷能力，负荷能力，KNKN K K负荷系数负荷系数(78(78系列，系列，8282系列套用系列套用 K=1.745,70 K=1.745,70 系列系列K=1.655);K

19、=1.655); P P内压，内压，kPakPa D DR R轮辋名义直径，轮辋名义直径，cmcm W W1 1设计轮辋宽度，设计轮辋宽度，cm;cm; S S1 1在设计轮辋上的轮胎断面宽度，在设计轮辋上的轮胎断面宽度，cmcm H H新胎断面高度新胎断面高度( (普通断面轮胎为普通断面轮胎为1.01.0ll设计断面设计断面 高，扁平轮胎为高，扁平轮胎为1.021.02设计断面高设计断面高) )，cmcm负荷计算示例负荷计算示例 以以6.50R16-10PR轮胎为例轮胎为例已知条件已知条件: P=549kPa, W1 =14.0cm，DR =40.6cm，H=17.2CM，S118.5cm计

20、算公式为计算公式为: 先计算先计算 计算算dd=0.9617.8517.2=0.064(cm) 计算算S计算计算Sd Sd=17.13-0.637(-0.064)=17.17(cm) 计算计算 W=0.889.485=8.437KN KN 1 1、模型外、模型外直径直径D和断面宽和断面宽B的的确定确定 到目前为止，还没有科学的方法来确定轮胎到目前为止，还没有科学的方法来确定轮胎硫化模型尺寸与充气压后轮胎尺寸之间的关系，硫化模型尺寸与充气压后轮胎尺寸之间的关系，因此子午胎的设计也只能根据经验考虑不同的胎因此子午胎的设计也只能根据经验考虑不同的胎体帘线的伸长性能、轮胎断面轮廓形状、带束层体帘线的伸

21、长性能、轮胎断面轮廓形状、带束层角度和长度等的影响来选择充气轮胎与硫化模型角度和长度等的影响来选择充气轮胎与硫化模型之间断面宽和外直径的之间断面宽和外直径的膨胀比。下表列出载重和膨胀比。下表列出载重和轻卡子午线轮胎充气断面宽轻卡子午线轮胎充气断面宽(B)和模型断面宽和模型断面宽(B)对不同胎体帘线的断面膨胀比对不同胎体帘线的断面膨胀比的取值范围。的取值范围。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 有关轿车子午线轮胎的有关轿车子午线轮胎的B/B值，应随其系列值，应随其系列HB扁扁平比的不同而变化。以人造丝胎体而言，平比的不同而变化。以人造丝胎体而言，B/B取值约为取值约为

22、1.0051.03，一般来讲，扁平比低的取值小；反之，就取，一般来讲，扁平比低的取值小；反之，就取大值。大值。不同胎体帘线的断面宽膨胀比值不同胎体帘线的断面宽膨胀比值胎体帘胎体帘线类线类型型B/B钢丝帘钢丝帘线线1.011.02人造丝人造丝帘线帘线1.021.04聚酯帘聚酯帘线线1.051.07尼龙帘尼龙帘线线1.061.10 因为子午线轮胎的外直径膨胀率要比斜交轮胎小很因为子午线轮胎的外直径膨胀率要比斜交轮胎小很多，故其充气后的外直径变化甚小多，故其充气后的外直径变化甚小(大致增加大致增加12mm)。据此，模型断面外直径一般可取与标准规定的新胎充气外据此，模型断面外直径一般可取与标准规定的新

23、胎充气外直径相当或稍小的尺寸。直径相当或稍小的尺寸。 根据国家标准确定轮辋类型、宽度、充气外直径根据国家标准确定轮辋类型、宽度、充气外直径D、充气断面宽充气断面宽B之后，就应着手确定模型尺寸，可确定模型之后，就应着手确定模型尺寸，可确定模型外直径外直径D与模型断面宽与模型断面宽B。因为轮胎在充气状态下工作，因为轮胎在充气状态下工作，充气外缘尺寸大，但增大的程度远比斜交轮胎小，特别是充气外缘尺寸大，但增大的程度远比斜交轮胎小，特别是低断面纤维胎体钢丝带束的轿车胎，断面宽和外径的膨胀低断面纤维胎体钢丝带束的轿车胎，断面宽和外径的膨胀率就更小。率就更小。 轿车子午线轮胎，高宽比为轿车子午线轮胎，高宽

24、比为0.70.8时时(人造丝胎体钢丝带束层结构人造丝胎体钢丝带束层结构)充气后外径一充气后外径一般膨胀般膨胀02mm,断面宽膨胀断面宽膨胀02%。根据经根据经验，子午线轮胎验，子午线轮胎D/D值大约在值大约在1.0001.003之间，之间，B/B值为值为1.001.02左右。左右。 几种轿车子午线轮胎断面膨胀率如表几种轿车子午线轮胎断面膨胀率如表4-1所示。所示。轮胎胎规格格D/DB/B205/75R151.00221.016185SR14 1.00151.000185/70SR141.0001.002185/70SR130.9981.000165SR141.0011.007175SR141.

25、0011.011表表4-1 几种轿车子午胎断面膨胀率几种轿车子午胎断面膨胀率 根据根据轮胎外直径和内直径，可胎外直径和内直径，可计算得到断面高算得到断面高H：2、断面水平轴位置确定、断面水平轴位置确定 断面水平轴位于断面最宽点，是轮胎法向变断面水平轴位于断面最宽点，是轮胎法向变形最大部位，用数值形最大部位，用数值H1/H2表示。表示。 普通斜交轮胎普通斜交轮胎H1/H2值大约在值大约在0.830.95间，而间，而子午线轮胎通常在子午线轮胎通常在1.01.12左右，轿车轮胎约在左右，轿车轮胎约在1.001.20之间。之间。 子午线轮胎值子午线轮胎值H H1 1/H/H2 2大于普通斜交轮胎，原因

26、大于普通斜交轮胎，原因在于子午线轮胎胎体帘线垂直于钢圈呈辐射形排在于子午线轮胎胎体帘线垂直于钢圈呈辐射形排列，故胎圈所受应力远远大于普通斜交轮胎。水列，故胎圈所受应力远远大于普通斜交轮胎。水平轴远离胎圈，使法向变形最大值靠近胎冠，可平轴远离胎圈，使法向变形最大值靠近胎冠，可减少胎圈变形，改善胎圈脱层相磨损。减少胎圈变形，改善胎圈脱层相磨损。 子午线轮胎断面最宽点半径的位置要比斜交子午线轮胎断面最宽点半径的位置要比斜交轮胎的高，能使其变形落在水平轴以上带束层端轮胎的高，能使其变形落在水平轴以上带束层端点以下的上胎侧高点以下的上胎侧高(H2)区域之内，并减小下胎侧区域之内，并减小下胎侧高高(H1)

27、区域的应力和胎圈的应力。区域的应力和胎圈的应力。由于子午线轮由于子午线轮胎胎体帘线呈径向排列，其钢丝圈承受力要比斜胎胎体帘线呈径向排列，其钢丝圈承受力要比斜交轮胎的大，故断面最宽点半径要取得高一些来交轮胎的大，故断面最宽点半径要取得高一些来减轻承受力。减轻承受力。 一般轿车子午胎的一般轿车子午胎的H1/ H2取值为取值为1.01.2，载，载重子午线胎最高可达重子午线胎最高可达1.4。据美国专利介绍，载重子午线轮胎的断面高据美国专利介绍，载重子午线轮胎的断面高(H)与断面宽与断面宽(B)之比为之比为1时的时的H2确定方法，确定方法，计算公式为：计算公式为：H2(HFH)0.59式中式中 H2轮胎

28、断面上胎侧高；轮胎断面上胎侧高； FH轮辋的轮缘高。轮辋的轮缘高。 根据根据RCOT理论设计轿车子午线轮胎的断面理论设计轿车子午线轮胎的断面最宽点半径，要比传统法设计的取值大。最宽点半径，要比传统法设计的取值大。3、行驶面宽度、行驶面宽度b和弧度高和弧度高h的确定的确定 子午线轮胎行驶面子午线轮胎行驶面弧度弧度的选取，主要的选取，主要与与轮胎扁平比和带束层刚性有关轮胎扁平比和带束层刚性有关，此外，此外，行行驶面弧度半径驶面弧度半径( (n n) )与行驶面宽度与行驶面宽度( (b)b)、带束带束层宽度层宽度( (B Bw w) )与行驶面宽度、行驶面弧度高与行驶面宽度、行驶面弧度高( (A)A

29、)与断面高、行驶面宽度与断面宽度之比与断面高、行驶面宽度与断面宽度之比及胎体帘线类型等都有相当大的影响。及胎体帘线类型等都有相当大的影响。 带束层刚性对行驶面宽度内的花纹磨耗均匀带束层刚性对行驶面宽度内的花纹磨耗均匀性有很大的关系，如二层带束层轮胎的行驶面性有很大的关系，如二层带束层轮胎的行驶面边端直径增大，要比四层的大得多。因此，对边端直径增大，要比四层的大得多。因此，对多层钢丝带束层轮胎来说，应采用较小的行驶多层钢丝带束层轮胎来说，应采用较小的行驶面弧度，因在此情况下，行驶面弧度大会减小面弧度，因在此情况下，行驶面弧度大会减小接地面积，从而对胎面的耐磨性、磨耗均匀性接地面积，从而对胎面的耐

30、磨性、磨耗均匀性和抓着性都会有不良的影响。和抓着性都会有不良的影响。 为保证轮胎与路面之间在行驶面宽度范围之内有较大的为保证轮胎与路面之间在行驶面宽度范围之内有较大的接地面积，子午胎的接地面积，子午胎的h与与H之比一般宜取之比一般宜取0.020.04，b与与B之比为之比为0.70.85。 n与与b之比和之比和Bw与与b之比对轮胎的耐磨性和耐久性也有之比对轮胎的耐磨性和耐久性也有较大的影响，为了兼顾两者的性能，较大的影响，为了兼顾两者的性能，Bw/b值为值为0.941.05较较为适宜，而为适宜，而n/b之值，轿车子午线轮胎为之值，轿车子午线轮胎为2.12.5、载重子、载重子午线轮胎为午线轮胎为1

31、.31.8。子午线轮胎属低断面，外直径较小，子午线轮胎属低断面，外直径较小，因此接地印痕长轴较短，为了不减少轮胎的接地面积，因此接地印痕长轴较短，为了不减少轮胎的接地面积，应应随着高宽比的减少而适当增加行驶面宽度随着高宽比的减少而适当增加行驶面宽度b，减少弧度高减少弧度高h既可改进轮胎的制动性，又可提高胎面的耐磨性能。既可改进轮胎的制动性，又可提高胎面的耐磨性能。 b b、h h的取值与轮胎类型的取值与轮胎类型; ;花纹型式，路花纹型式，路面条件有关，取决于带束层刚性，亦要考面条件有关，取决于带束层刚性，亦要考虑行驶面弧度半径虑行驶面弧度半径R R与行驶面宽与行驶面宽b b的比值，的比值，带束

32、层宽度带束层宽度B BW W与与b b的比值。的比值。 带束层刚性对胎面磨耗均匀性影响很带束层刚性对胎面磨耗均匀性影响很大，多层刚性大的钢丝带束层子午线轮胎大，多层刚性大的钢丝带束层子午线轮胎应采用较小的行驶面弧度高，以增大轮胎应采用较小的行驶面弧度高，以增大轮胎与路面的接地面积。与路面的接地面积。 一般子午线轮胎一般子午线轮胎h/H为为0.020.04,相应，相应，b/B取值为取值为0.700.85。轿车子午线轮胎间增。轿车子午线轮胎间增大大b和减小和减小h的趋势发展，但行驶面宽度一般的趋势发展，但行驶面宽度一般不应超过下胎侧弧度与轮辋曲线交点之间的不应超过下胎侧弧度与轮辋曲线交点之间的距离

33、。距离。高速轮胎高速轮胎行驶面宽度应比常速轮胎窄，行驶面宽度应比常速轮胎窄，通常取断面宽的通常取断面宽的6570%，以改善胎肩部应以改善胎肩部应变状况和减小滚动损失。变状况和减小滚动损失。4、胎圈间距的选取、胎圈间距的选取 胎圈间距胎圈间距(C)一般选用与轮辋宽度相等或一般选用与轮辋宽度相等或者也可小于轮搁间距，但不超过者也可小于轮搁间距，但不超过1525mm，C值小于轮辋宽度可提向轮胎的耐磨性能和侧值小于轮辋宽度可提向轮胎的耐磨性能和侧向刚性。向刚性。 C与与B之比，一般而言，轿车子午线轮胎为之比，一般而言，轿车子午线轮胎为0.70.8，载重子午线轮胎为，载重子午线轮胎为0.70.75。5、

34、断面高与断面宽之比、断面高与断面宽之比 对子午线轮胎而言，对子午线轮胎而言，H/B之比可不必直接选取，这之比可不必直接选取，这是由于子午线轮胎外直径变化很小，断面高也就成了定值。是由于子午线轮胎外直径变化很小，断面高也就成了定值。断面宽主要受胎体帘线性能的影响，由断面宽主要受胎体帘线性能的影响，由B/B的膨胀比来确的膨胀比来确定。另外，轿车子午线轮胎和宽轮辋载重子午线轮胎都有定。另外，轿车子午线轮胎和宽轮辋载重子午线轮胎都有相应的系列，其相应的系列，其HB之比大体上成为定值。据介绍之比大体上成为定值。据介绍载重载重子午线轮胎子午线轮胎HB为为0.961.05，轿车子午线轮胎为，轿车子午线轮胎为

35、0.800.85。但对宽轮辋低断面载重子午线轮胎和轿车子午线轮但对宽轮辋低断面载重子午线轮胎和轿车子午线轮胎来说，都因有相应的系列分类，胎来说，都因有相应的系列分类，HB比值的选取可由比值的选取可由其系列分类而定。其系列分类而定。 美藉华人黄祟期先生和欧杰先生推荐的一种子美藉华人黄祟期先生和欧杰先生推荐的一种子午线轮胎结构设计方法，即是午线轮胎结构设计方法，即是以平衡轮廓理论为以平衡轮廓理论为依据，以薄膜依据，以薄膜-网络理论为基础。网络理论为基础。该理论最初应用该理论最初应用于斜交轮胎轮廓设计，后来也用于子午钱轮胎，于斜交轮胎轮廓设计，后来也用于子午钱轮胎，假设的条件是：假设的条件是： 认为

36、认为充气压力是唯一的作用应力，而且应力仅仅充气压力是唯一的作用应力，而且应力仅仅作用于薄膜壁之上；作用于薄膜壁之上；对对剪切和屈挠力均可忽略不计剪切和屈挠力均可忽略不计，当轮胎充气时，当轮胎充气时，胎体所受应力是均匀分布胎体所受应力是均匀分布的。这样的轮廓曲线称的。这样的轮廓曲线称为为“自然平衡轮廓曲线自然平衡轮廓曲线”。见图所示。见图所示。四、断面轮廓曲线的设计四、断面轮廓曲线的设计 从静态力学平衡方从静态力学平衡方程式中得出充气轮胎程式中得出充气轮胎平衡轮廓曲率半径公平衡轮廓曲率半径公式（式（1）如下。由于）如下。由于子子午线轮胎胎体帘线角午线轮胎胎体帘线角度为度为90。(也有称也有称0)

37、，其曲率半径公式可，其曲率半径公式可简化为公式简化为公式(2)。1带束层；带束层；2均匀胎体应力，均匀胎体应力，3胎圈胎圈 自然平衡轮廓曲线自然平衡轮廓曲线斜交轮胎斜交轮胎式中式中 轮廓任意点的曲率半径轮廓任意点的曲率半径 r rk k胎冠点半径胎冠点半径 r rm m断面最宽点半径断面最宽点半径 胎冠点帘线角胎冠点帘线角 r r轮廓任意点半径轮廓任意点半径（1）子午线轮胎子午线轮胎 从公式从公式(2)中可以看出，只要确定中可以看出，只要确定rk和和rm后，即后，即可求得轮廓上任意点的曲率半径可求得轮廓上任意点的曲率半径()。根据各点不根据各点不同的曲率半径作出平衡轮廓曲线。同的曲率半径作出平

38、衡轮廓曲线。由于胎体具有一由于胎体具有一定厚度，故应以胎体层的中线来计算平衡轮廓曲线定厚度，故应以胎体层的中线来计算平衡轮廓曲线较为合理。具体设计步骤分述如下：较为合理。具体设计步骤分述如下：（2）1、确定有关设计参数、确定有关设计参数 需要先确定的轮胎设计参数有：轮胎外半需要先确定的轮胎设计参数有：轮胎外半径径(R)，轮胎断面宽轮胎断面宽(B)，胎圈间距胎圈间距(或轮辋宽度或轮辋宽度)(C)，子口着合半径子口着合半径(rt)，轮胎行驶面弧度半径轮胎行驶面弧度半径(1)，胎面至帘布层中线的厚度胎面至帘布层中线的厚度(m)，胎侧至帘胎侧至帘布层中线的厚度布层中线的厚度(n)，轮辋边缘半径轮辋边缘

39、半径(即轮辋边即轮辋边缘至旋转轴的距离缘至旋转轴的距离)(rf)。2、求出断面上某些点至旋转轴的半径、求出断面上某些点至旋转轴的半径 从理论上来讲，平衡轮廓曲线上各点的曲率半从理论上来讲，平衡轮廓曲线上各点的曲率半径均不相同，但在实际上为了方便计算和合理制造径均不相同，但在实际上为了方便计算和合理制造模型，可不必要求很多曲率半径，而只需寻求几个模型，可不必要求很多曲率半径，而只需寻求几个典型位置点的曲率半径和曲率过渡节点位置，如胎典型位置点的曲率半径和曲率过渡节点位置，如胎冠点冠点( (A A) )、断面最宽点断面最宽点( (B B) )等，见图等，见图2 2所示。所示。 典型点位置的确定典型

40、点位置的确定求出典型点至旋转铀的半径：求出典型点至旋转铀的半径：rk=R-mrm=(R+rt)/2 (或按确定的断面最宽点半径或按确定的断面最宽点半径)下胎侧下胎侧k点半径：点半径： rk=rm-k/23、求出断面上典型点的曲率半径、求出断面上典型点的曲率半径胎冠点曲率半径胎冠点曲率半径(2)： 21m断面最宽点胎侧曲率半径（断面最宽点胎侧曲率半径（3） ： 3（rk2-rm2）/2rm胎肩曲率半径（胎肩曲率半径（4）：）： 4（rk2-rm2）/2rk下胎侧下胎侧k点曲本半径点曲本半径(5)： 5（rk2-rm2）/2rf 根据上述公式求得的曲率根据上述公式求得的曲率半径进行断面轮廓曲线的半

41、径进行断面轮廓曲线的绘制。曲率半径的圆心绘制。曲率半径的圆心O2、O3分别在纵、横轴上，分别在纵、横轴上，O4、O5以内切圆用几何作图法以内切圆用几何作图法找出圆心。找出圆心。 4、胎圈部位轮廓曲线的设计、胎圈部位轮廓曲线的设计 由于轮胎胎圈厚度大大超过胎体层的厚度，所以由于轮胎胎圈厚度大大超过胎体层的厚度，所以平衡平衡轮廓曲线的中线应设在胎圈的中央部位。必须先确定钢丝轮廓曲线的中线应设在胎圈的中央部位。必须先确定钢丝圈中心点圈中心点E的坐标，的坐标，可根据胎圈结构和钢丝圈的排列来确可根据胎圈结构和钢丝圈的排列来确定定S和和q值，即可定下值，即可定下E点的位置点的位置(见图见图)。然后以。然后

42、以5为半径，为半径，通过通过E点向下胎侧的弧线作外公切圆，这样就可给得胎圈点向下胎侧的弧线作外公切圆，这样就可给得胎圈部位的轮廓曲线部位的轮廓曲线(见图所示见图所示)。 5、平衡轮廓曲线与断面外轮廓的绘制、平衡轮廓曲线与断面外轮廓的绘制根据上述步骤，将已知参数和计算参数制表根据上述步骤，将已知参数和计算参数制表( (见下表见下表) )。 轮胎胎规格：格：日期：日期：原始参数原始参数RBrfrt=C=1m=n=S=q=计算参数算参数rk=R-m=rm=(R+rt)/2=2=1-m=k=rK-rm=rb=rt-q=rK*=(3rm- rK)/2=3（rk2-rm2）/2rm=4（rk2-rm2）/

43、2rK = 5（rk2-rm2）/2rf= 通过计算得出各部位的曲率半径，即可进行平衡轮廓通过计算得出各部位的曲率半径，即可进行平衡轮廓曲线的绘制。先将已知的轮胎外缘尺寸绘成轮胎断面框图，曲线的绘制。先将已知的轮胎外缘尺寸绘成轮胎断面框图，然后按计算的或选取的然后按计算的或选取的1在断面中心线上画出轮胎行驶面在断面中心线上画出轮胎行驶面弧，接着用弧，接着用1减去帘市层中线厚度减去帘市层中线厚度m的的2画出胎冠点曲率弧，画出胎冠点曲率弧，再用计算的再用计算的4曲率半径作内切圆，找出连接弧的圆心曲率半径作内切圆，找出连接弧的圆心O4，将胎冠与胎侧两个弧线连接起来，再在选好的将胎冠与胎侧两个弧线连接

44、起来，再在选好的k点位置上用点位置上用5曲率找出连接弧圆心曲率找出连接弧圆心O5绘出下胎侧弧。胎圈部位的轮廓绘出下胎侧弧。胎圈部位的轮廓曲线，先按确定好的曲线，先按确定好的S与与q值找出值找出E点位置，然后借用点位置，然后借用5作出作出从从E点至下胎侧曲线弧的外公切圆，最后绘制成以中线为基点至下胎侧曲线弧的外公切圆，最后绘制成以中线为基准的平衡曲线，见图。准的平衡曲线，见图。 在平衡轮廓中线基础上配制各部位的厚度在平衡轮廓中线基础上配制各部位的厚度t1、t2、t3和和曲率半径曲率半径7、8以及胎圈宽度以及胎圈宽度j等参数，即可给出轮胎断面等参数，即可给出轮胎断面的外轮廓。的外轮廓。 平衡轮廓曲线平衡轮廓曲线轮轮胎胎断断面面轮轮廓廓绘绘制制 带束层是子午线轮胎的主要受力部件，带束层是子午线轮胎的主要受力部件，在很大程度上决定着胎体的变形，并承受在很大程度上决定着胎体的变形，并承受着约为着约为60607575的应力的应力。带束层的刚性对。带束层的刚性对子午线轮胎使用性能影响很大，因此，对子午线轮胎使用性能影响很大，因此，对它的设计与计算是子午线轮胎结构设计的它的设计与计算是子午线轮胎结构设计的核心问题核心问题。五、子午线轮胎带束层的设计与计算五、子午线轮胎带束层的设计与计算