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轮胎设计与工艺学TireStructureDesignandTechnology第一节轮胎的发展历史一、轮胎发展历史最早的轮胎是19世纪初安装在车轮轮辋上，由生胶制成的实心的胶带。但是生胶的质量不能满足使用要求。1839年发明了硫化方法，对提高轮胎的耐用性具有巨大的意义。生胶经过硫化之后，获得了硬度、弹性和耐磨性。1881年，首次使用了经过硫化、安装在车轮轮辋上的实心轮胎。1884年，为了增加弹性，开始制造厚壁空心轮胎和海绵轮胎。但是这种轮胎在高速行驶时生热很高，容易损坏。由于汽车行驶速度的不断提高，势必要求制造出弹性更高和更耐用的轮胎。1885年首次发明空气轮胎的是英国商人R.W.Thomson，这种轮胎是充气轮胎的雏形。它的舒适性与滚动阻力都比实芯轮胎好得多，唯负荷量小，也无法充气，因而限制了它的使用范围。到1888年曾在英国兽医学院受训过的J.B.Dunlop发明了充气轮胎，并取得了专利。这种充气轮胎比空气轮胎前进了一大步，它提高了负荷质量，减小了滚动阻力，提高了行驶速度和舒适性。虽然Dunlop的充气轮胎结构比较简单，但却开创了轮胎制造技术的新纪元。后来C.K.Welch发明了有钢丝圈结构的轮胎，同时开始采用内胎。1890年Dunlop和Welch两家公司联合生产带钢丝圈结构的充气轮胎。由于轮胎采用了钢丝圈和轮辋，使充气轮胎由自行车胎发展到汽车轮胎。1893年第一次采用了无纬线的帘布－棉帘布制造轮胎，比用帆布制造的充气轮胎使用寿命和行驶性能大大提高。1890年-1900年出现了有胎面花纹的轮胎。美国1889年Goodrich首先制造出充气轮胎。中国在1931年由上海的一家工厂生产出第一条汽车轮胎。1925年轮胎钢圈具有了一定的几何形状，出现了迄今仍在使用的直角胎圈轮胎。1930年“超低压轮胎”的出现是一种最早的特种结构轮胎。1937年首次生产了钢丝帘布轮胎，从而提高了轮胎的耐用性。•二次世界大战期间，出现了调压轮胎。•1947年B.F.GOODRICH公司(美)发明了无内胎轮胎•1948年法国米其林公司开发子午线轮胎•1948年出现了第一批无内胎轮胎的样品。•1950年-1951年研究出了子午线轮胎。(我国1964年开始试制9.00－20的子午轮胎和活面轮胎。)•1959年出现了胎面能拆卸的活胎面乘用轮胎.•1963年使用涤纶帘子布（POLYESTER）。•1971年皮列里公司开发VR轿车胎（V-240Km/Hr)。•1970-80年美国FIRESTONG无帘线聚氨酯浇注轮胎•1979年费尔斯通公司开发微型备用胎。•1983年法国米其林公司开发飞机子午线轮胎。•1983年普利司通轿车轮胎的断面设计理论RCOT发表。•1987年普利司通货、客车胎断面设计理论TCOT诞生。•1994年普利司通波形带束层研制成功并应用于超低断面轮胎的生产。•2010年美国AMERITYRE公司帘线增强聚氨酯浇注轮胎轮胎的主要作用及工作原理•a、承受内胎中充气压力和车辆负荷•b、阻止内胎在充气后膨胀，保护内胎免受损伤•c、传递牵引力、转向力、制动力•d、吸收由于道路不平造成的震动。轮胎工作原理的不同：充气轮胎pneumatictyre和实心轮胎solidtyre充气轮胎：充满压缩空气的，固定在轮辋上的弹性胶布气囊，依靠压缩空气形成的空气垫弹性原理工作，具有较高的行驶速度和较好的行驶舒适性，广泛应用于汽车、拖拉机、工程车辆、飞机等高速交通工具上。实心轮胎：环状实心橡胶固定在轮辋上构成，依靠橡胶弹性原理工作。弹性较低，不适宜于高速行驶，事宜于低速高负荷车辆，如起重汽车、电瓶车、叉车、装卸车等。二、轮胎工业发展现状及趋势1．轮胎工业现状世界轮胎市场亚太、北美和欧洲三足鼎立2009年度全球轮胎75强的排行榜中，中国大陆占19席，印度占9席，美国占6席，中国台湾占5席，日本、俄罗斯各占4席，韩国3席，伊朗、印尼、泰国、意大利及土耳其各2席。•前三强普利司通、米其林和固特异的合计销售额647.8亿元，约占全球总销售额46.3%，前十强轮胎销售额为968.7亿元，为全球总销售额的69.2%。头三强天然胶用量超过300万吨，大于中国全国用量。•而中国头十名仅有126亿美元产值。•目前世界轮胎总产量约10多亿条，90%集中在美国固德异、法国米西林、日本的普利斯通以及佳通等大公司。80%以上实现了子午化、无内胎化、扁平化。•全球轮胎制造业正逐步向亚太地区转移，中国已经成为世界轮胎最大生产国和重要出口国。目前市场规模约为80亿美元，占世界轮胎市场份额的9%。•2.世界轮胎工业发展趋势-绿色环保轮胎•目前世界上的环保型轮胎，基本上可以概况为三方面：•一、减少燃料、降低废气排量，以节省能源和防止大气污染为目的的“绿色”轮胎；•二、以具有良好的高速性、制动性、安全性和舒适性同时又能防止振动和减少噪声为目的的高性能轮胎；•三、取代镶钉或挂链轮胎，以防止轮胎破坏路面和避免造成扬尘、噪声为目的的非镶钉或全天候轮胎。•1.1国外轮胎的子午化、扁平化、无内胎化已趋于成熟•1.2新一代子午线轮胎发展迅速节能轮胎、绿色轮胎、环保型轮胎•1.3新一代安全轮胎•1.4轮胎全自动生产技术的发展•（1）法国米其林公司的C3M生产技术。C3M全称为Command+Control+Communication＆Manufacture，译为“指挥＋控制＋通讯与制造一体化系统”。•（2）美国固特异公司的IMPACT生产技术（1998年已有2家工厂投产，据称是世界生产成本最低的）IMPACT全称为IntegratedManufacturingPrecisionAssemblyCellularTechnoligy，译为集成加工精密成型单元技术。•（3）德国大陆公司的MMP生产技术（1999年在德国投产）ModularManufacturingProcess，译为积木式成型法。•（4）意大利倍耐力公司的MIRS生产技术（计划在5年内建5家厂）ModularIntegratedRobotizedSystem，译为积木式集成自动化系统。2.中国轮胎工业发展现状轮胎工业发展1915年橡胶工业起步1949年解放轮胎产量2.6万条1952年42万条1931年上海第一条轮胎1979年1169万条2006年产量和出口量均位居世界第一国家统计局：自2005年以来，除了2008年因金融危机的影响略降2.2%以外，06年、07年、09年三年的增长率均达到2-3成，2009年增长19.9%，年产量已达6.55亿条。•产品结构：•*轿车和轻卡子午胎生产以外资企业为主，占总产量的75%，内资企业的市场占有率正在逐步扩大；•*全钢子午胎处于快速发展阶段，内资企业的产量占总产量的70%；•*大中型全钢工程子午胎技术提升明显，并且规模逐步扩大；•*斜交胎总体下降了3%～5%。全钢子午胎生产企业共有32家，轿车和轻卡子午胎生产企业有33家。中国的全钢子午胎产能将达到7000万条，轿车和轻卡子午胎子午胎产能将超过3.3亿条，并且还有9000多万条斜交胎产能。国内轮胎行业现状从企业数量看，中国轮胎企业地域集中较为明显，一般以上制造企业分布在山东地区，华东居其次。从行业产量看，山东、华东以及华南地区占据了产量前三位，产量占据全国总量的89%。目前我国轮胎制品生产年消耗橡胶约268万吨，截止09年轮胎总产量达6.5464亿个，同比增长18%。后期受到内需增长及出口恢复的影响，预计10年产量可能达到7.4725亿条。中国橡胶制品产量预测年份名称2006年2007年2008年2009年2010年轮胎万条2800033000350003800040446子午胎万条1786023000263653000034279摩托胎万条1000012000132001372015972力车胎万条4750052000609766646473781输送带万㎡1535717000240902742929040V带万Am9162399000138889158333173833胶管万标米51181550008888989778107554胶鞋万双159089216000207410203677254577国有合资/独资民营中策、三角、玲珑、风神、双星、双钱、成山、华南等大型企业。米其林、普利司通、固特异三大跨国轮胎巨头，以及佳通、正新、库珀、建大等合资企业永泰、恒丰、永盛、兴源、金宇等民营企业以全钢胎、工程胎、中低档半钢为主。尤其卡车胎，目前中国全钢胎产能8000万条，全球总需求为1亿条。产品以乘用胎为主。占据绝大多数配套及替换市场份额。多从工程胎、农用胎、载重胎等角度切入•企业结构：规模大的不多，企业分散，全国约有360多家，仅山东省就占一半左右，品牌五花八门，但知名商标廖廖可数。•企业机制：外企、国企、民企的“三足鼎立”，形成“四大方阵”角逐的新格局。四大方阵第一方阵米其林固特异普利斯通第二方阵韩国锦湖、韩国轮胎、印尼佳通、台湾正新、泰丰、诺曼地等第三方阵国内重点轮胎企业第四方阵国内民营中小轮胎企业表2、2006年度外资及台资轮胎企业世界排名公司名称在中国的厂址数量1日本普利司通天津、升阳、惠州、无锡42法国米其林沈阳、上海23美国固特异大连15意大利倍耐力路通16日本住友苏州、常熟27日本横滨苏州、杭州28韩国轮胎淮安、嘉兴29美国固珀成山、昆山210韩国锦湖南京(2家)、天津、长春411日本东洋与正新合资212台湾正新厦门、昆山213新加坡佳通安徽、福建、桦林、重庆、银川525韩国下世纪青岛134台湾建大昆山、深圳240台湾南港张家港144台湾华丰常熟249台湾联邦(泰丰）江西南昌165马来西亚银石山东泸河1世界十大轮胎品牌在华建厂情况世界十大轮胎品牌在华生产企业数量米其林4普利斯通4固异特1大陆1住友橡胶1倍耐力1横滨橡胶2库珀轮胎2韩国锦湖轮胎3东洋轮胎将投资980万美元建厂第二节轮胎的组成与类型一、轮胎的组成充气轮胎一般有外胎cover、内胎innertube和垫带flap三部分组成。无内胎轮胎则只有外胎没有内胎和垫带。1、有内胎的轮胎tubedtyre有内胎的轮胎是由外胎、内胎和垫带组成。作用：外胎是一个弹性胶布囊，它能使内胎免受机械损坏，使充气内胎保持规定的尺寸，承受汽车的牵引力和制动力，并保证轮胎与路面的抓着力。轮胎总成结构轮胎组成有内胎轮胎的主要缺点：行驶温度高，不适应高速行驶，不能充分保证行驶的安全性，使用时内胎在轮胎中处于伸张状态，略受穿刺便形成小孔，而使轮胎迅速降压。2、无内胎轮胎tubelesstyre不使用内胎，压缩空气直接充入外胎内腔。轮胎的密封性是由外胎紧密着合在专门结构的轮辋上而达到的。为了防止空气透过胎壁扩散，轮胎的内表面衬贴有专门的密封层，这样在穿刺时空气只能从穿孔跑出。无内胎轮胎的优越性：①提高行驶安全性（这种轮胎穿孔较小时能够继续行驶，中途修理比有内胎轮胎容易，不需拆卸轮辋，所以在某些情况下可以不用备胎）。②无内胎轮胎有较好的柔软，可改善轮胎的缓冲性能③在高速行驶下生热小和工作温度低，可提高轮胎的使用寿命。外胎的组成及作用•外胎由胎面、胎体和胎圈三个大部件组成•胎面包括胎面胶和胎侧胶,胎体包括帘布层和缓冲层•外胎各部件组成如图1-2所示。•①胎面tread•胎面是指外胎与地面接触部位，是覆盖于胎体的胶层，传递车辆的牵引力和制动力、保护骨架层。因此要求胎面具有优异的耐磨性能、耐切割性能,较高的强度,并需具有一定形状和一定的花纹作保证。、胎面tread分为胎冠、胎肩、胎侧三个部位。A、胎冠cap是轮胎的行驶面，承受冲击与磨损、产生抓着力、保护帘布层免受损伤。因而要求具有一定的弹性和强度、抗刺穿性、耐磨耐撕裂性、耐老化性及有花纹。B、胎肩shoulder是胎冠和胎侧的过渡部分，对胎面起一定的支撑作用。C、胎侧sidewall是贴在胎体帘布层两侧的胶层。保护胎体侧部帘布层免受机械损伤和大气侵蚀。胎侧常在屈挠下工作,厚度宜薄,便于屈挠变形。由于胎面、胎肩、胎侧作用各异,宜采用不同的胶料制备。②胎体carcass胎体由缓冲层和