轮胎设计1.

高分子科学与工程学院轮胎设计与工艺学橡胶工程教研室高分子科学与工程学院课程的内容及课时分配：第一章概论2学时第二章轮胎使用力学基础及设计理论8学时第三章轮胎结构设计16学时第四章轮胎设计的CAD/FEM技术6学时共32学时选用教材及参考书：教材:《现代轮胎结构设计》辛振祥，邓涛化工出版社(即将出版）参考书:《橡胶工业手册》--第四分册《子午线轮胎设计与制造技术》余淇等化工出版社高分子科学与工程学院学习目的与要求通过学习掌握:1.轮胎的组成2.轮胎的几种分类方法、轮胎的结构特点3.轮胎的规格表示方法了解：1.轮辋、轮胎的基本性能2.轮胎的历史及发展趋势第一章概论高分子科学与工程学院§1-1轮胎的功能及使用性能一、轮胎的基本功能（1）承受汽车负荷。（2）和汽车悬架共同缓冲来自路面的冲击，保证汽车有良好的行使平顺性、舒适性。（3）为传动驱动力和制动力，提供足够的附着力。（4）为改变或保持行使方向提供足够的操纵与方向的稳定性。（1）承载负荷性（5）节能与经济性（9）低噪声（2）操纵稳定性（6）高速性（3）行使安全性（7）乘坐舒适性（4）附着与牵引性（8）耐久性二、轮胎的使用性能高分子科学与工程学院wetgripWet,SnowPerformanceWearRollingResistance高分子科学与工程学院Safety-Max.drivingsafetyundervariousconditions(dry,wet,winter,etc.)Handling-TireCharacteristicsEconomics-Mileage-RollingResistanceComfort-MechanicalComfort(flatspot)-AcousticComfort高分子科学与工程学院§1-2轮胎的组成及分类2.外胎由胎面胶、胎体层和胎圈三个大部件组成。胎面(Tread)包括胎冠胶(treadcap)和胎侧胶(sidewall)胎体(Carcass)包括帘布层(cordply)和缓冲层(breaker)胎圈(Bead)包括三角胶(fillerstrip)、包布(beadwrap)和钢丝圈(beadwire)一、轮胎(Tyre)的组成1.轮胎一般由外胎（cover）、内胎(tube)、垫带(flap)三部分组成。高分子科学与工程学院轮胎组成高分子科学与工程学院高分子科学与工程学院高分子科学与工程学院二、轮胎(Tyre)的结构与分类1.按轮胎的骨架结构分类随着轮胎工业的发展，轮胎的骨架层材料排布发生较大的变化。由棉帘线到尼龙（锦纶）帘线再到聚酯（涤纶）帘线，钢丝帘线、特种场合用到芳纶帘线等。充气轮胎从不同角度可进行不同的分类，接下来我们按照常用的较为重要的角度进行分类。（1）胎冠角(crownangle)轮胎胎体帘线与胎冠中心线的垂线的夹角---βk(斜交轮胎）轮胎胎体帘线与胎冠中心线的夹角---αk（子午线轮胎）高分子科学与工程学院高分子科学与工程学院（2）按结构分：斜交胎(biastyre)、带束斜交胎（biasbeltedtyre）、子午胎(radialtyre)①斜交结构轮胎（biastyre)帘布层和缓冲层各相邻层帘线交叉，且与胎冠中心呈小于90°角排列的充气轮胎。结构特点：A胎体帘布层帘线按一定角度相互交叉排列B胎冠角βk一般在48～54度范围内C胎体层数均为偶数，各层帘布密度由内向外依次变稀D缓冲层帘布密度最稀，并角度大于或等于胎体层βk，结构视轮胎规格而定高分子科学与工程学院斜交轮胎骨架结构及各部位名称高分子科学与工程学院特点：优点：胎体坚固，负荷下变形小，胎侧不易损伤，转向与制动等性能良好。此外生产历史长、技术好掌握、生产效率高、加工费用低。缺点：结构不合理，原材料消耗多，磨损大，抓着性差，滚动阻力大，行驶温度高，进一步改进的潜力已较小，不能满足日益提高的要求。目前除路面条件优良的西欧和美国外，在世界上仍占有相当大的比例。高分子科学与工程学院②子午线轮胎（radialtyre):胎体帘布层帘线与胎冠中心呈90°或接近90°角排列，并以带束层箍紧胎体的充气轮胎，国际代号为R。αk=90°结构特点：A胎体帘线排列象地球的子午线的形式，胎冠角在αk=90°（βk=0～15º）范围内。而带束层帘线接近于周向排列，胎冠角为αk=15º--24º（βk=66º～75º），它象刚性环带一样，紧紧箍在呈子午线排列的胎体上B胎体帘线平行排列C胎体帘布层数奇数、偶数均可D带束层帘线交叉排列，接近圆周方向，帘布密度由内向外渐稀高分子科学与工程学院半钢子午线轮胎骨架结构几个部位名称高分子科学与工程学院全钢子午线轮胎骨架结构几个部位名称高分子科学与工程学院使用特点：A减振性较好子午线轮胎胎体帘线呈子午排列，和轮胎变形方向一致，有效地利用了帘线的强度，故可以减少帘布层数和橡胶用量。和普通结构轮胎相比，帘布层数减少40～50%，橡胶用量可减少20%，轮胎重量可减轻5～8%，胎体薄，柔软，行驶平稳，乘坐舒适并可减少机械磨损，减少维修费用。B耐磨性较好周向排列的带束层，加固了胎冠，使轮胎周向不能伸张，极大的减少了轮胎滚动过程中胎面沿路面的滑移摩擦，显著提高了胎面的耐磨性和抗机械损伤性能。和普通轮胎比耐磨提高了30～70%。高分子科学与工程学院C抓着性较好子午线轮胎胎体柔软，下沉量大，胎面与路面接触面积大，接触压力分布均匀。同时，胎冠刚性大，胎面周向滑移小。所以胎面与路面抓着性好，比普通胎提高10～50%,同时牵引性能和越野性能好，行驶安全，通过向好，爬坡性能好。D行驶温度低胎体帘线子午排列，消除了普通结构轮胎交叉排列层间剪切移动。因此，消耗能量少，生热低。另外，由于胎体帘布层数少，胎测较薄，也便于散热。所以行驶温度比普通轮胎低30～70%。高分子科学与工程学院E使用寿命长综合寿命比普通轮胎提高50～100%，一般路面10万公里，好路面14万公里，坏路面7万公里左右。不足：侧向稳定性较差，胎侧易裂口，工艺复杂，造价较高，投资大。③带束斜交胎上世纪50年代投产，结构特点为：胎体帘线排列和普通结构轮胎相似，缓冲层类似于子午胎的带束层，属过渡产品。其性能介于子午胎和斜交胎之间，只用于乘用轮胎和轻卡轮胎，林业轮胎、军用轮胎等特种轮胎，载重胎没用。高分子科学与工程学院2.按用途分类：轿车轮胎、载重轮胎、农业轮胎、工程轮胎、航空轮胎、摩托轮胎、自行车胎。高分子科学与工程学院高分子科学与工程学院轿车轮胎高分子科学与工程学院载重轮胎高分子科学与工程学院轻型卡车轮胎高分子科学与工程学院农业轮胎高分子科学与工程学院工程轮胎高分子科学与工程学院3.轮胎按车种分类大概可分为8种。即：PC——轿车轮胎；LT——轻型载货汽车轮胎；TB——载货汽车及大客车胎；AG——农用车轮胎；OTR——工程车轮胎;ID——工业用车轮胎；AC——飞机轮胎；MC——摩托车轮胎。4.其它结构轮胎分类（1）活胎面轮胎于1959年投产，由胎体和可更换的胎面组成。胎面依靠胎体充气后产生的径向张应力固着于胎体上。胎体：为使胎体充气后能产生的足够径向张应力，保证胎面牢固的箍在胎体上，胎体多采用子午线结构。胎面：又叫胎条，分为单胎条（整胎条）、多胎条、履带式胎条三种。高分子科学与工程学院活胎面轮胎1－钢丝纤维2－活胎面3－凸缘4－胎体高分子科学与工程学院使用特点：1）使用方便。胎面磨光或损坏后，换用新的胎面，减少翻修的麻烦。2）花纹适应性强。可根据路面、季节，随时换用不同花纹的胎面。3）制造简便。比子午胎制造简便。4）具有子午胎同样的缺点。发展缓慢。高分子科学与工程学院（2）低断面轮胎汽车速度的提高，必须提高其稳定性，减小轮辋和轮胎的直径，降低汽车的重心，增加轮辋宽度合轮胎的断面宽，提高轮胎侧向刚性，都可提高汽车的稳定性。一般常用轮胎断面高宽比为：乘用轮胎扁平率最小0.25左右，一般在0.5-0.8，载重轮胎0.85-1.25均有。特点：低断面轮胎断面高小，断面宽大，断面呈扁平状，稳定性好，舒适安全，适合快速行驶；伴随断面呈现扁平，胎面外缘曲线变得较为平坦，胎面与路而接触面积增大，接触压力分布均匀，牵引性与制动性好；断而高小，胎侧曲挠程度轻，生热低，轮胎寿命长。此外尚可减轻轮胎重量和降低耗油量。高分子科学与工程学院轮胎扁平化的发展高分子科学与工程学院轿车轮胎扁平率的不同高分子科学与工程学院（3）宽断面轮胎结构持点：这种轮胎于1955年投产，其结构持点是：断面宽比一般常用轮胎宽0.5～1倍，断面高宽比为0.6～0.75，胎侧与一般常用轮胎胎侧一样。分类：宽断面轮胎按其行驶面外缘曲线形状不同，分为(如图下所示)。宽断面轮胎，负荷能力大，用以代替并装双胎。优点：①行驶性能好。②经济意义大。③改善车辆使用性能。宽断面轮胎断面高宽比小，车辆重心低。此外单胎代替双胎，轮轴弹簧可以外移，轮胎间距增大。缺点:携带备用胎不方便。此外由于仅后轮使用宽断面轮胎，前后轮胎不能互换位用。宽断面轮胎最初只用于越野汽车上，后来使用范围日益扩大。现在这种轮胎除装配于越野汽车外，在普通载重汽车、公共汽车、拖施机和工程车辆上的应用越来越多，已成为国际轮胎的发展趋势之一。高分子科学与工程学院高分子科学与工程学院（4）拱型轮胎结构特点：拱型轮胎是一种断面比上述宽断面轮胎还宽的轮胎。断面宽较一般常用轮胎大1.5～2.5倍，断面高宽比为0.45～0.5，胎肩呈圆弧型，如图所示。适于在0.7～2公斤/平方厘米内压力下使用。高分子科学与工程学院普通轮胎拱形轮胎椭圆形轮胎高分子科学与工程学院使用性能：拱型轮胎宽度大，内压低，因而与路面接触面积大，接触压力低．而且分布均匀，松软地面上具有较大浮力和牵引力，通过性能好。适于在泥拧、沼泽、海滩、盐田、沙漠和雪地等特殊条件下使用，但不宜在硬路面上使用。（5）反弧型轮胎反弧型轮胎：成品胎冠中心部位相对其两侧部位凹陷下去的轮胎。1934年开始研制。60年代末朋应用到乘用轮胎，70年代初期应用到航空轮胎，目前仍在继续研究。高分子科学与工程学院高分子科学与工程学院优点：充气后胎面很平坦，轮胎受的负荷能在接地面全宽范围内均匀分布，接触压力低、分布均匀。从而大大地提高了轮胎稳定性、牵引性、耐磨性及乘坐舒适性，并可以降低生热。耐磨性比一般常用轮胎高10～30%。缺点：对内压要求较严。（6）无内胎轮胎结构特点：不用内胎、垫带，压缩空气直接充入外胎中。1）胎里有气密层，用以增加气密性；2）胎圈外侧有环形沟纹或其它形状密封胶3）着合直径小，将轮胎严密地固着在轮辋上。优点：使用方便，安全性好。行驶温度低．可减轻胎顶磨耗和改善胎体老化，延长轮胎使用寿命。轮胎重量可减轻10～15%，节省原材料，降低耗油量，并可简化生产工序。缺点：对轮辋要求较高，胎圈与轮辋密合困难，损坏不易修补。高分子科学与工程学院乘用子午胎载重子午胎无内胎轮胎的结构1一密封层；2－胎体；3－胎面；4一胎圈密封条；5一轮辋；6－气门嘴；7一密封胶圈Ⅰ-装于斜底15度的深式密封轮辋Ⅱ-装于斜底5度和有密封胶圈的平式密封活轮辋。高分子科学与工程学院（7）安全轮胎轮胎因刺扎等意外原因造或漏气后，仍能继续安全使用一段距离的轮胎，称为安全轮胎。曾研究过很多办法：如采用波纹壁内胎，双腔轮胎、填充海绵轮胎，内衬轮胎等。高分子科学与工程学院高分子科学与工程学院总的来说，当前随着汽车制造和交通运输部门对轮胎要求日益苛刻，安全舒适和耐用等问题。为此轮胎结构趋势是三化一体。三化是子午线化、无内胎化、低断面化。一体是三化共同实施于一条轮胎上。高分子科学与工程学院§1-3轮胎的命名与规格表示一、传统命名法1.通常用“-”把两组数连接的方式来表示轮胎规格,名义断面宽-名义轮辋直径。若是子午线结构轮胎“-”改为“R”。例如：9.00-20名义断面宽为9英寸，轮辋直径为20英寸。注：9.00-20是表示轮胎的规格，此规格又有12PR、14PR、16PR、18PR等品种。16PR是十六层级的意思，表示负荷大约2600kg。高分子科学与工程学院2.充气轮胎尺寸目前一般用英制为单位，但欧洲国家则常用公制。