1、第三章第三章 结构设计结构设计通过学习：通过学习：掌握斜交轮胎的结构设计程序，掌握技术设计掌握斜交轮胎的结构设计程序，掌握技术设计内容：外胎外轮廓设计、胎面花纹设计、内轮廓设内容：外胎外轮廓设计、胎面花纹设计、内轮廓设计；计；掌握斜交轮胎的施工设计；了解内胎、垫带、掌握斜交轮胎的施工设计；了解内胎、垫带、水胎和胶囊设计。水胎和胶囊设计。轮胎结构设计轮胎结构设计是指通过计算、选择、绘图等方法确是指通过计算、选择、绘图等方法确定轮胎整体及各部件的结构和尺寸并拟定出施工标准定轮胎整体及各部件的结构和尺寸并拟定出施工标准及设计辅助工具的过程。及设计辅助工具的过程。轮胎结构设计直接影响轮胎轮胎结构设计直
2、接影响轮胎质量及使用性能。质量及使用性能。结构设计有两种方法结构设计有两种方法1 1、从轮胎外缘曲线开始，从外往内设计。从轮胎外缘曲线开始，从外往内设计。古典方法，历史悠久，经验丰富，但缺乏计算数据，古典方法，历史悠久，经验丰富，但缺乏计算数据，只凭经验数据进行只凭经验数据进行 2 2、根据内缘平衡形状曲线，从内往外设计根据内缘平衡形状曲线，从内往外设计 有数学模型作为计算依据，是当代科学的方法有数学模型作为计算依据，是当代科学的方法 轮胎结构设计轮胎结构设计现在广泛采用的传统设计方法，是以现在广泛采用的传统设计方法，是以静静态平衡轮廓理论为设计依据，用薄膜态平衡轮廓理论为设计依据，用薄膜-网
3、络理论为原理网络理论为原理指导轮胎设计，指导轮胎设计，轮胎在模型内的轮廓用几何作图法，轮胎在模型内的轮廓用几何作图法，从外缘轮廓向内进行设计。从外缘轮廓向内进行设计。轮胎结构设计分轮胎结构设计分技术设计和施工设计两个阶段技术设计和施工设计两个阶段进行。第一阶段第一阶段:技术设计技术设计 任务是收集为设计提供依据的技术资料；确定轮任务是收集为设计提供依据的技术资料；确定轮胎的技术性能；设计外胎外轮廓曲线和胎面花纹；设胎的技术性能；设计外胎外轮廓曲线和胎面花纹；设计内胎、垫带和水胎计内胎、垫带和水胎(或胶囊或胶囊)断面曲线；绘制外胎断面曲线；绘制外胎,内胎和垫带设计总图。内胎和垫带设计总图。第二阶
4、段第二阶段:施工设计施工设计。任务是根据技术设计确定成型机头型式、直径及任务是根据技术设计确定成型机头型式、直径及肩部轮廓；绘制外胎材料分布图；制定外胎、内胎及肩部轮廓；绘制外胎材料分布图；制定外胎、内胎及水胎水胎(或胶囊或胶囊)施工标准表；提出外胎，内胎及水胎制施工标准表；提出外胎，内胎及水胎制造附属工具的技术要求。造附属工具的技术要求。在完成设计后，在完成设计后，提出技术设计和施工设计说明提出技术设计和施工设计说明书书。设计任务设计任务轮胎设计前的准备工作轮胎设计前的准备工作确定技术要求确定技术要求确定外胎外轮廓曲线确定外胎外轮廓曲线设计外胎胎面花纹设计外胎胎面花纹确定外胎内轮廓曲线确定外
5、胎内轮廓曲线优选方案优选方案绘制外绘制外胎总胎总 图图确定成型机头型确定成型机头型式、直径、肩部式、直径、肩部曲线、绘制材料曲线、绘制材料分布图分布图确定水胎（胶确定水胎（胶囊）断面尺寸、囊）断面尺寸、绘制断面轮廓绘制断面轮廓图图确定内胎确定内胎断面尺寸、断面尺寸、绘制内胎绘制内胎总图总图确定垫带确定垫带断面尺寸、断面尺寸、绘制内胎绘制内胎总图总图制定内胎施制定内胎施工标准表工标准表制定垫带施制定垫带施工标准表工标准表制定水胎（胶囊）制定水胎（胶囊）施工标准表施工标准表制定外胎施制定外胎施工标准表工标准表提出外胎、内胎、垫带及水胎（胶提出外胎、内胎、垫带及水胎（胶囊）制造附属工具的技术要求囊）
6、制造附属工具的技术要求提出结构设计文件提出结构设计文件轮轮胎胎结结构构设设计计程程序序图图第一部分第一部分 轮胎技术设计轮胎技术设计 第一节、第一节、轮胎设计前的准备工作轮胎设计前的准备工作 第二节、第二节、轮胎技术要求的确定轮胎技术要求的确定 第三节、第三节、外胎外轮廓设计外胎外轮廓设计 第四节、第四节、外胎胎面花纹设计外胎胎面花纹设计 第五节、第五节、外胎内轮廓设计外胎内轮廓设计第二部分第二部分 轮胎施工设计轮胎施工设计 第一节、第一节、成型机头类型成型机头类型 第二节、第二节、成型机头直径的确定成型机头直径的确定 第三节、第三节、成型机头肩部轮廓曲线设计成型机头肩部轮廓曲线设计 第四节、
7、第四节、成型机头宽度计算成型机头宽度计算 第五节、第五节、绘制外胎材料分布图绘制外胎材料分布图 第六节、第六节、外胎施工标准表的制定外胎施工标准表的制定第一部分第一部分 轮胎技术设计轮胎技术设计 第一节、轮胎设计前的准备工作第一节、轮胎设计前的准备工作 轮胎是车辆驱动机构的主要配件，设计时应依据车辆的技术性能及车辆的使用条件，适应车辆发展的需要，并应考虑轮胎结构的合理性、经济性及发展前景，收集有关技术资料，选用先进技术，全面分析进行设计。一般包括车辆的技术性能、行驶道路情况、国内外同规格或类似规格轮胎的结构与使用情况等。1 1车辆的技术性能车辆的技术性能（1 1）车辆类别、厂牌、型号、用途和外
8、形尺寸。）车辆类别、厂牌、型号、用途和外形尺寸。（2 2）车辆自重、载重量、整车重量在各轴上的分布和车）车辆自重、载重量、整车重量在各轴上的分布和车 轴所需承担的牵引负荷。轴所需承担的牵引负荷。（3 3）车辆驱动形式、轴数、轴距、轮数和轮距。）车辆驱动形式、轴数、轴距、轮数和轮距。（4 4）轮辋类型、代号及轮辋断面曲线。）轮辋类型、代号及轮辋断面曲线。（5 5）轮胎最大外缘尺寸及双轮间距离。）轮胎最大外缘尺寸及双轮间距离。（6 6）车辆平均速度和最高速度。）车辆平均速度和最高速度。（7 7）最小离地间隙、最小转弯半径和最大爬坡度。）最小离地间隙、最小转弯半径和最大爬坡度。（8 8）对轮胎的特殊
9、要求。）对轮胎的特殊要求。（9 9）该车辆发展前景。）该车辆发展前景。2.2.道路情况道路情况（1 1）路面性质，包括硬基路面）路面性质，包括硬基路面(水泥、柏油和碎水泥、柏油和碎 石石)、混合路面、混合路面(石土或城乡间的水泥路石土或城乡间的水泥路)、软基路面软基路面(雪、砂及土路雪、砂及土路)，还有特殊的作，还有特殊的作 业环境，如矿山、林场、水田、沼泽等业环境，如矿山、林场、水田、沼泽等（2 2）路面拱度、坡度和弯路。）路面拱度、坡度和弯路。（3 3）使用地区的年平均气温和降雨量。）使用地区的年平均气温和降雨量。3 3、国内外同规格或类似规格轮胎的结构和使用情况、国内外同规格或类似规格轮
10、胎的结构和使用情况（1 1）技术参数，例如轮胎的层数、内压、负荷）技术参数，例如轮胎的层数、内压、负荷 及花纹形式等。及花纹形式等。（2 2）轮胎充气前后及使用过程中外缘尺寸的变化。）轮胎充气前后及使用过程中外缘尺寸的变化。（3 3）室内试验数据。）室内试验数据。（4 4）实际使用中的性能及主要优缺点。）实际使用中的性能及主要优缺点。（5 5）使用部门的要求。）使用部门的要求。第二节、轮胎技术要求的确定第二节、轮胎技术要求的确定1.1.轮胎类型轮胎类型 包括轮胎规格、结构、层级、胎面花纹、胎体骨架包括轮胎规格、结构、层级、胎面花纹、胎体骨架材料品种、规格和基本技术性能。材料品种、规格和基本技术
11、性能。2.2.轮辋的选择轮辋的选择 应根据轮胎类型和规格，按国家标准应根据轮胎类型和规格，按国家标准(或部颁标准或部颁标准)及车辆技术状况和发展趋势选定。及车辆技术状况和发展趋势选定。例如轿车采用深槽例如轿车采用深槽式轮辋和深槽式宽轮辋，轻型载重汽车采用半深槽式式轮辋和深槽式宽轮辋，轻型载重汽车采用半深槽式轮辋，中型和重型载重汽车一般采用平底式轮辋和平轮辋，中型和重型载重汽车一般采用平底式轮辋和平底式宽轮辋底式宽轮辋(即即5 5斜底轮辋斜底轮辋)。不同类型车辆有其相对。不同类型车辆有其相对应的轮辋类型、规格及轮廓曲线。应的轮辋类型、规格及轮廓曲线。3.3.外胎充气外缘尺寸外胎充气外缘尺寸 包括
12、包括充气外直径充气外直径DD和充气断面宽和充气断面宽BB，按国家标按国家标准准(或部颁标准或部颁标准)所规定的尺寸执行。暂无国家标准所规定的尺寸执行。暂无国家标准(或部颁标准或部颁标准)的轮胎，可以按设计任务书所规定的充的轮胎，可以按设计任务书所规定的充气轮胎外缘尺寸或参考国外轮胎轮辋标准所规定的尺气轮胎外缘尺寸或参考国外轮胎轮辋标准所规定的尺寸进行设计。寸进行设计。4.4.负荷能力计算负荷能力计算（1 1）标准负荷和理论负荷）标准负荷和理论负荷 轮胎的负荷能力是衡量轮胎质量重要指标之一，轮胎的负荷能力是衡量轮胎质量重要指标之一，其其最大负荷能力与速度、内压、充气断面宽、轮辋直最大负荷能力与速
13、度、内压、充气断面宽、轮辋直径和宽度有关径和宽度有关。确定确定外胎充气外缘尺寸外胎充气外缘尺寸DD和和BB后，必须通过计后，必须通过计算，验算其负荷能力是否符合国家标准，再进行外缘算，验算其负荷能力是否符合国家标准，再进行外缘轮廓设计及计算，因此轮廓设计及计算，因此验算轮胎负荷能力是进行轮胎验算轮胎负荷能力是进行轮胎结构设计的基础。结构设计的基础。标准负荷：标准负荷：国家标准规定的负荷简称为标准负荷，是国家标准规定的负荷简称为标准负荷，是指在保证轮胎耐久性前提下要求轮胎承受的负荷。指在保证轮胎耐久性前提下要求轮胎承受的负荷。理论负荷：理论负荷：通过计算得到的轮胎的负荷可称为理论负通过计算得到的
14、轮胎的负荷可称为理论负荷，它必须大于标准负荷，但也不能过大，以大荷，它必须大于标准负荷，但也不能过大，以大2 25%5%为宜。为宜。轮胎负荷标准分为轮胎负荷标准分为单胎负荷和双胎负荷单胎负荷和双胎负荷两种。两种。一般具有双胎并装的载重汽车应计算双胎负荷，一般具有双胎并装的载重汽车应计算双胎负荷，双胎负荷能力较单胎负荷能力小。轿车轮胎只计算单双胎负荷能力较单胎负荷能力小。轿车轮胎只计算单胎负荷。胎负荷。理想轮辋理想轮辋：轮辋宽轮辋宽W W与充气轮胎断面宽与充气轮胎断面宽B B 之比等之比等62.5%62.5%的轮辋称之为理想轮辋。的轮辋称之为理想轮辋。海尔公式海尔公式：负荷能力的计算公式为海尔公
15、式，是一个负荷能力的计算公式为海尔公式，是一个在在轮辋与充气轮胎断面宽之比等于轮辋与充气轮胎断面宽之比等于62.5%62.5%的标准条件下的标准条件下（理想轮辋理想轮辋）得出的实验式）得出的实验式,若比值超出此范围，必若比值超出此范围，必须换算为在标准理想轮辋的充气轮胎断面宽才能使用须换算为在标准理想轮辋的充气轮胎断面宽才能使用此公式。此公式。斜交轮胎负荷计算基本公式及斜交轮胎负荷计算基本公式及负荷系数负荷系数K K值的选取值的选取,斜交载重轮胎和轿车轮胎负荷计算公式与负荷系数斜交载重轮胎和轿车轮胎负荷计算公式与负荷系数K K的的选取不相同。选取不相同。载重轮胎负荷计算基本公式为载重轮胎负荷计
16、算基本公式为:Q=0.231K0.424P0.585Bm1.39(Bm+dr)oo3.141sin18011BWBBm-=其中几个主要技术参数有：其中几个主要技术参数有：1 1、轮辋（宽度，直径，形式）、轮辋（宽度，直径，形式）2 2、负荷、负荷 Q Q3 3、气压、气压 P P4 4、充气断面宽、充气断面宽 3%3%B5 5、轮胎充气外直径、轮胎充气外直径 1%1%D式中：式中：W W负荷能力，负荷能力，kNkN K K负荷系数负荷系数 （K K1.11.1（双胎），（双胎），K K1.141.14（单胎）（单胎）P P内压，内压，kPakPa dr dr设计轮辋直径，设计轮辋直径，cmcm
17、 W W1 1轮辋名义宽度，轮辋名义宽度，cmcm B Bm m 为为62.5%62.5%的理想轮辋上的轮胎充气断面宽的理想轮辋上的轮胎充气断面宽,cm,cm B B安装在设计轮辆上的新胎充气断面宽，安装在设计轮辆上的新胎充气断面宽，cmcm 0.231-0.231-采用公制计算的换算系数，若用英制计算，此公采用公制计算的换算系数，若用英制计算，此公式不必乘式不必乘0.231 0.231。单胎负荷应为双胎负荷的单胎负荷应为双胎负荷的1.141.14倍，气压应相应增加倍，气压应相应增加7OkPa7OkPa。11WB轿车轮胎负荷计算基本公式为轿车轮胎负荷计算基本公式为:30.2310.4259.8
18、10WK-=dBBd637.070.0-=oo6.135sin180111170.0BWBB-=HBd-=70.096.020.5851.39(1.0210)()dRdPBDB-式中：式中：K K负荷系数负荷系数(此值与轮胎的结构和高宽比有关，此值与轮胎的结构和高宽比有关，5050系列、系列、6060系系列和列和7070系列的斜交轮胎和子午线轮胎系列的斜交轮胎和子午线轮胎K=1.655K=1.655，7878系列斜交轮胎系列斜交轮胎K=1.70K=1.70，7878系列子午线轮胎和系列子午线轮胎和8282系列套用系列套用=1.743=1.743）B Bm m扁平轮胎在理想轮辋上的断面宽度，扁平
19、轮胎在理想轮辋上的断面宽度，cmcmd d圆形轮胎设计断面高与扁平轮胎最大断面高之差，圆形轮胎设计断面高与扁平轮胎最大断面高之差，cmcmH H最大断面高最大断面高 (普通断面轮胎最大断面高普通断面轮胎最大断面高H=1.01H=1.01设计断面高，设计断面高，扁平轮胎最大断面高扁平轮胎最大断面高H=l.O2H=l.O2设计断面高设计断面高)，cmcm(3)(3)负荷能力计算实例负荷能力计算实例以以9.00-209.00-20载重轮胎负荷能力计算为例。载重轮胎负荷能力计算为例。已知条件：已知条件：D=l018.5mmD=l018.5mm，B B1 1=259mm,W=259mm,W1 1=177
20、.8mm,=177.8mm,P=588kPa P=588kPa，D DR R=508mm=508mm，K KD D(双胎双胎)=1.l)=1.l，K KS S(单胎单胎)=1.l4)=1.l4负荷计算公式为：负荷计算公式为：320.5851.390.2310.425 9.8 10(1.02 10)()RWKPBDB-=oo3.141sin1801111BWBB-=将已知数值代入上列公式中，首先求取将已知数值代入上列公式中，首先求取B值，再求值，再求W双胎负双胎负荷，最后计算单胎负荷荷，最后计算单胎负荷WS。117.78180sin()25.9B25.9141.3-=oo)(047.2596.0
21、9.25cm=20（KN）)(8.2214.120KNWS=（增加气压（增加气压70KPa）320.5851.390.2311.10.4259.810(1.0210588)25.047(50.825.047)DW-=第三节第三节 外胎外轮廓设计外胎外轮廓设计轮胎尺寸：轮胎硫化模具的内缘尺寸轮胎尺寸：轮胎硫化模具的内缘尺寸一、外胎模型各部位尺寸代号及其它设计参数代号一、外胎模型各部位尺寸代号及其它设计参数代号D外直径；外直径；B断面宽；断面宽；H断面高；断面高；d胎圈着合真径；胎圈着合真径；C两胎圈间距离；两胎圈间距离；b行驶面弧度宽度；行驶面弧度宽度；h行驶面弧度高度；行驶面弧度高度；H1断面
22、中心以下断面高；断面中心以下断面高；H2断面中心线以上断面高；断面中心线以上断面高；L胎肩切线长度胎肩切线长度图图3-1 3-1 外胎模型各部位尺寸代号外胎模型各部位尺寸代号二、各部位尺寸确定二、各部位尺寸确定1.断面外形尺寸断面外形尺寸断面宽断面宽B的确定的确定 外胎外胎模型断面宽模型断面宽根据根据充气断面宽和充气后断面充气断面宽和充气后断面宽膨胀率宽膨胀率的变化确定。轮胎处于充气条件下使用，的变化确定。轮胎处于充气条件下使用，其充气断面宽必然大于其充气断面宽必然大于 模型断面宽，断面宽增加程模型断面宽，断面宽增加程度用膨胀率度用膨胀率 表示表示计算公式：计算公式：BBBB/=B胎模型断面宽，胎模型断面宽，mmmmB轮胎充气断面宽，轮胎充气断面宽，mmmm 断面膨胀率断面膨胀率BB/BBBB/=
