结构参数对子午线轮胎特性的影响

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带束层角度对全钢载重子午线轮胎性能影响的有限元分析

带束层角度对全钢载重子午线轮胎性能影响的有限元分析带束层角度对全钢载重子午线轮胎的性能影响一直是轮胎设计和制造领域的研究热点之一、全钢子午线轮胎作为目前使用最广泛的轮胎种类之一，其性能对车辆的运行安全和平稳性具有重要的影响。

因此，深入研究带束层角度对全钢载重子午线轮胎性能的影响具有重要的理论和实际意义。

全钢载重子午线轮胎的带束层是由多层帘线交互编织而成，其角度决定了轮胎带束层的刚度、强度和变形特性等。

带束层角度的变化会直接影响轮胎的纵向刚度和侧向刚度等重要性能指标。

在不同的工况下，带束层角度的合理选择对轮胎的抓地性能、操控性能、舒适性和防滑性能等都有着重要的影响。

进行带束层角度对全钢载重子午线轮胎性能影响的有限元分析，可以通过建立轮胎的有限元模型，模拟轮胎在各种工况下的受力和变形过程，从而分析带束层角度对轮胎性能的影响。

通过有限元分析，可以评估不同带束层角度下轮胎的刚度、强度和变形特性等性能指标，进而选择满足要求的带束层角度。

在有限元分析中，需要考虑的因素包括轮胎的材料特性、轮胎结构参数、轮胎受力和变形情况等。

通过引入适当的轮胎材料模型和工况加载模型，可以更真实地模拟轮胎在实际工况下的受力和变形情况。

通过有限元分析，可以评估不同带束层角度下轮胎的纵向刚度、侧向刚度、接地性能、操控性能、舒适性和防滑性能等性能指标。

根据分析结果，可以确定最佳的带束层角度，以满足轮胎性能的要求。

同时，也可以通过有限元优化设计，优化轮胎的带束层角度，以进一步提高轮胎的性能指标。

综上所述，通过带束层角度对全钢载重子午线轮胎的有限元分析，可以深入研究带束层角度对轮胎性能的影响，并为轮胎的设计和制造提供理论指导和技术支持。

这将对提高全钢载重子午线轮胎的性能、延长轮胎使用寿命和提高车辆运行安全性具有重要的意义。

子午线轮胎橡胶配方及结构差异对汽车性能的影响

３．１第一组试验
第一组试验为结构相同、橡胶配方不同的子午线轮胎装车试验。试验使用样车为福特蒙迪欧２．０，
，一
轮胎型号为２０５／５５Ｒ１６，轮胎气压为前２８０／后
２８０ｋＰａ，相应项目试验时车重相同，测试人员及试验设备相同。（１）轮胎数量：３种轮胎（甲、乙、丙），每种
子午线轮胎橡胶配方及结构差异对汽车性能的影响
杨泽中，韩建，于潇
（交通运输部公路科学研究院，北京１０００８８）
摘要：文章通过对橡胶配方不同或结构不同的子午线轮胎进行装车试验，来验证分析其差异对汽车性能造成的影响，为汽车合理匹配轮胎以发挥其综合性能优势提供一些参考。
有足够的刚性，因此子午线轮胎胎面与路面接触时，很少产生周向或横向的滑动，从而提高了轮胎的各项性能。（３）轮胎的原材料。包括橡胶材料、化学添加剂、钢丝、尼龙和人
（２）胎面橡胶：３种橡胶配方不同（化学添加剂及工艺不同，具体配方及工艺省略。），呈现表１中特性。（３）试验项目：道路行驶阻力试验、５０ｋｍ／ｈ
冷态制动性能试验。
伸长的、由周向１０。～２０。角度钢丝帘线所组成，具
２子午线轮胎介绍
（１）子午线轮胎的结构。
子午线轮胎由以下几部分构成：（如图１所示）
１胎圈、２帘布层、３带束层、４胎冠、５胎肩，以３带束层箍紧胎体。

谈子午线轮胎的结构特点及使用要点

谈子午线轮胎的结构特点及使用要点作者：袁友秋来源：《农机使用与维修》2018年第05期摘要：简要叙述子午线轮胎的结构特性，并对如何管好、用好子午胎，保证行车安全，延长轮胎使用寿命，提出一些应注意的问题。

关键词：子午线轮胎；结构特点；使用要点中图分类号：TQ36614文献标识码：Adoi：10.14031/ki.njwx.2018.05.029我国车用轮胎按结构不同分为斜交线轮胎和子午线轮胎。

随着科学技术的不断发展，子午线轮胎发展很快，从技术经挤性和使用性来看，子午线轮胎比斜交线轮胎具有使用寿命长，流动阻力小，耗油低，承载能力大，减震性能好等优点，被广泛采用。

子午线轮胎趋向于代替普通斜交线轮胎。

子午线轮胎因其结构与普通胎不同，使用时要注意一些特殊的要求，以保证行车安全，延长轮胎使用寿命。

1子午胎的结构特性与优点子午线轮胎的命名是根据地球子午线而来的。

地球的子午线是人们在地球上假设的，是通过地球表面连接南北二极的经度线。

因此，有人称子午线轮胎为经线胎。

（1）帘线排列的角度与普通胎不同。

子午线胎体帘线排列为0°或近似于0°，（对胎面中心线来说为90°），故又称经线胎。

而普通斜交轮胎胎体帘线呈48～55°角交叉排列，故又称为斜交轮胎。

（2）胎体的骨架材料不同。

斜交轮胎一般用棉帘线或尼龙帘线为骨架材料，而尼龙帘线的强力只有22 kg左右。

子午线胎按采用骨架材料不同，可分为全钢丝子午胎、半钢丝子午胎，以及全纤维子午胎。

单根钢丝强度可达160 kg以上，是普通轮胎尼龙帘线的6～8倍，大大提高了胎体强度。

（3）带束层不同于缓冲层。

为了承受行驶时所产生的较大的切向力，子午胎采用了多层、大角度（与子午断面的夹角为70°～75°）、高强度、不易拉伸的类似缓冲层的带束层（也称硬缓冲层或箍紧层），用来加强胎冠部，就像一刚性环带，紧箍于胎。

子午线轮胎的断面较宽，其断面的高宽比为07左右。

带束层结构对载重子午线轮胎侧偏特性的影响

不大。
／。（）
３２纯侧倾条件．
３２１Ｆ－．．ｙ关系
（）公司ａＭ
图６示出了两种带束层结构轮胎在不同负荷
和充气压力下的Ｆ一ｙ关系曲线。从图６可以看
出，对于Ｓ相来说，ｙ对轮胎Ｆ的影响小得多，
一Ｚ一Ｅ＼
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一Ｚ一Ｅ．＼
Ｏ８６４２
Ｏ０ＯＯ００ＯＯ０ＯＯ
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ＯＯＯＯ０Ｏ
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轮胎的Ｆａ仍然保持良好的线性关系，计达到估
—
（）公司ａＭ
２０００ｌ５００１０００５００
Ａ公司轮胎的Ｍｒ在 ±为４附近达到最大值或。最小值，后快速降低或增大；Ｍ公司轮胎的然而Ｍｚａ为 ±８处仍未达到最大值或最小值。在。３１３翻转力矩（）ａ关系．．Ｍｘ－
摘要：３５８Ｒ１以４／５６轻型载重子午线轮胎为研究对象分析带束层结构对载重子午线轮胎侧偏特性的影响。结果
表明：带束层结构对载重子午线轮胎的侧偏特性影响十分显著，要体现在纯侧偏条件下对侧向力（ｙ和回正力矩主Ｆ）（）Ｍ以及纯侧倾条件下对Ｆ的影响；侧偏条件下，叉带束层结构轮胎的侧偏刚度和回正刚度比零度缠绕带束层纯交

转鼓尺寸对工程机械子午线轮胎耐久性能影响的仿真研究

轮胎力学性能的影响效应显著降低；转鼓直径从1. 7 m增大到3 m时，轮胎肩部应变能密度减小5%，测试的轮胎耐久寿命
延长约20%。
关键词：工程机械子午线轮胎；转鼓尺寸；耐久性能；仿真分析
中图分类号：TQ336. 1
文章编号：1 0 0 0 - 8 9 0 X（2 0 2 4）0 4 - 0 3 0 5 - 0 7
式为：
Z ]t1 ]] [t2 ]
= =
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Mooney-Rivlin模型和Neo-Hooke模型。因此，
确定采用Yeoh模型作为橡胶材料本构模型对
445/95R25全钢工程机械子午线轮胎进行耐久性
能仿真分析。
1. 3 轮胎仿真模型验证
本研究对比来验证轮胎仿真模型的有效性。对
橡胶材料超弹性本构模型是影响仿真精度
的一个重要因素，为确保轮胎仿真结果的准确性
需选取合适的橡胶材料本构模型。目前橡胶材料

子午线轮胎断面宽度-概述说明以及解释

子午线轮胎断面宽度-概述说明以及解释1.引言1.1 概述子午线轮胎是车辆上常见的一种轮胎结构，其断面宽度是指轮胎横截面上的宽度。

子午线轮胎的断面宽度对车辆的性能和安全性具有重要影响。

在车辆行驶过程中，子午线轮胎断面宽度的设计与选择是至关重要的。

本文将从子午线轮胎断面宽度的定义及重要性、影响因素以及优化方法等方面进行探讨，以期为相关领域的研究和实践提供一定的参考和借鉴。

1.2 文章结构本文主要分为引言、正文和结论三个部分。

引言部分将对子午线轮胎断面宽度进行概述，介绍该主题的重要性，并明确文章的目的。

在正文部分中，将进一步探讨子午线轮胎断面宽度的定义及其重要性，分析影响子午线轮胎断面宽度的因素，同时提出子午线轮胎断面宽度优化的方法。

最后，在结论部分对全文进行总结，展望未来的研究方向，并得出结论。

整个文章结构清晰，逻辑性强，将全面探讨子午线轮胎断面宽度这一话题。

1.3 目的本文的主要目的是探讨子午线轮胎断面宽度在汽车行业中的重要性以及影响其宽度的因素。

通过分析和研究子午线轮胎断面宽度的定义、优化方法以及相关的理论知识，旨在为汽车制造商和消费者提供更多关于轮胎设计和选择的参考信息。

同时，通过本文的撰写，也可以增进读者对子午线轮胎断面宽度相关知识的了解，从而更好地理解轮胎在汽车性能和安全性方面的重要作用。

希望本文可以为相关领域的专业人士和汽车爱好者提供有价值的信息和参考。

2.正文2.1 子午线轮胎断面宽度的定义及重要性子午线轮胎断面宽度是指轮胎胎面在子午线（即轮胎中心线）方向上的宽度。

通常来说，轮胎的断面宽度是指轮胎胎面最宽处的宽度，一般以毫米（mm）为单位进行表示。

子午线轮胎断面宽度是轮胎结构设计中非常重要的一个参数，它直接影响着轮胎的性能表现和使用寿命。

首先，轮胎的断面宽度决定了轮胎与地面接触的面积大小。

较宽的断面可以提供更大的接地面积，从而增加轮胎与地面的摩擦力，提高了轮胎的抓地性能和操控稳定性。

这对于车辆在高速行驶或在恶劣路况下的行驶安全至关重要。

汽车理论重点知识

三. 问答题01.分析轮胎结构、工作条件对轮胎侧偏特性的影响? 98765 P138答：1）轮胎的尺寸、形式和结构参数对侧偏刚度有显著影响。

尺寸较大的轮胎侧偏刚度高。

子午线轮胎侧偏刚度高，钢丝子午线轮胎比尼龙子午线轮胎的侧偏刚度还要高些。

2）高宽比对侧偏刚度影响很大，高宽比小的宽轮胎侧偏刚度高。

3）垂直载荷的变化对轮胎侧偏特性有显著影响。

一定范围内增大垂直载荷，轮胎侧偏刚度增大，但垂直载荷过大侧偏刚度反而减小。

4）轮胎的充气压力对侧偏刚度也有显著影响。

随着轮胎充气压力的增大侧偏刚度增大，但气压过高后刚度不变。

5）在一定侧偏角下，驱动力或制动力增加时，侧偏力会逐渐减小。

6）路面粗糙程度、干湿状况对轮胎侧偏特性尤其是最大侧偏力有很大影响，路面有薄水层时，由于滑水现象，会出现完全丧失侧偏力的情况。

7）行驶车速对侧偏刚度的影响很小。

02.分析主传动比i0的大小对汽车后备功率及燃油经济性能的影响? 9865 答:主传动比i0较小时，汽车的后备功率较小，汽车的动力性较差，但此时发动机功率利用率高，燃油经济性好。

主传动比i0较大时，汽车的后备功率较大，汽车的动力性较好，但此时发动机功率利用率低，燃油经济性差。

P77 图3-303.何为I曲线？用作图法作出理想的前后制动器制动力分配曲线?并写出有关公式. 9865答: 在设计汽车制动系时，如果在不同道路附着条件下制动均能保证前、后制动器同时抱死，则此时的前、后制动器制动力Fµ1和Fµ2的关系曲线，被称为前、后制动器制动力的理想分配曲线，通常简称为I曲线。

设地面对前、后轮的法向反作用力为F Z1，F Z2，路面附着系数为ϕ，汽车重力为G，汽车质心高度为h g，质心到前轴中心线距离为a，质心到后轴中心线距离为b，a+b=L为轴距。

则有下列方程组：F µ1 + F µ2= ϕG F Z 1= G (b + ϕh g) F µ1 +F µ2= ϕG① F µ1 = ϕF Z 1F µ2= ϕF Z 2，②F Z 2 =LG(a −ϕh g)L，由①②得③ F µ1F µ2= b + ϕh ga −ϕh g先将③中第一式按不同ϕ值（0.1，0.2，0.3…）作图，得到一组与坐标轴成45°的平行线；再对第二式按不同ϕ值带入，也在同一坐标系中作图，得到一组通过原点、斜率不同的射线。

第六部分带束层设计子午线轮胎设计

第4层称为保护层，一般采用高伸长率和高抗冲击型钢丝帘线，其角度与工作层相仿，它起着保护工作层的作用，同时也起着防止产生胎面与带束层脱空现象，提高轮胎使用寿命与翻新率。
(2)三层结构一般中型载重车的全钢丝子午线轮胎多数采用三层结构的带束层，第1层仍为过渡层，2层和3层帘线角度排列基本上与四层结构相仿，仅把第4层保护层取消。见图6-8 (b)所示。它有减轻轮胎重量和简化工艺的优点。
图6-12轮胎径向膨胀和扁平率的关系
普利司通公司为了解决这方面的课题，开发出可抑制带束层变形的新技术“波形带束层结构”，从而成功地使带束层的耐久性得到提高。抑制轮胎外径增大的最有效方法就是在带束层上置放冠带层。扁平轿车子午胎通常采用在交叉排列的钢丝带束层上缠绕0°纤维冠带层，以形成环箍效应。因帘线是有机纤维，当胎坯膨胀时帘线伸长，故不会影响硫化，但载重子午胎因纤维帘线强度不够，使用后会造成帘线断裂，所以必须采用钢丝帘线。
另外，试验表明，箍紧系数对轮胎的耐磨耗性能也有影响。据文献报道，以人造丝帘线做轿车子午胎的带束层，其箍紧系数由0. 04增至0.11时，胎面磨耗量由0.2mm/103 km下降至0.09mm/103 km。为保证子午线轮胎的使用性能，一般对轿车子午胎的K值较大(0. 11～0. 16)，而载重车子午胎的K值较小(0.07～0. 08)。
图6-1带束层拉伸刚度与轮胎几何特性关系
图中(c)拉伸刚度与轮胎刚性的关系；7-Fs侧向刚度； 8-Fp周向刚度； 9-f轮胎径向弯曲。
当带束层拉伸刚度增加100×10-2N(100×10-3kg)时，滚动阻力和温度开始下降，然后在一段相当大的刚度值内保持恒定不变，直至刚度达400×10-2N(400×10-3kg)时，滚动阻力出现增大迹象，而温度成直线急剧上升，见图6-2所示

子午线轮胎的非自然平衡轮廓设计及性能分析

子午线轮胎的非自然平衡轮廓设计及性能分析杨建王国林万治君江苏大学,镇江,212013摘要:在分析现有子午线轮胎非自然平衡轮廓设计理论的基础上,以12.00R 20和385/55R 22.5两种规格载重子午线轮胎为研究对象,利用酒井秀男非自然平衡轮廓理论㊁F r a n k 非自然平衡轮廓理论及新非自然平衡轮廓理论对胎体轮廓进行设计㊂利用有限元分析技术,从轮胎磨损㊁滚动阻力㊁抓地力等方面,对三种轮廓理论设计的两种规格轮胎的性能进行综合对比分析㊂结果表明:酒井秀男的设计理论适合于断面高宽比较大的轮胎;F r a n k 的设计理论适合于断面高宽比较小的轮胎;新非自然平衡轮廓理论设计能够减小轮胎磨损,降低滚动阻力等;轮胎胎体轮廓设计对轮胎性能具有重要影响,尤其对滚动阻力具有显著影响,新非自然平衡轮廓设计理论为低滚阻轮胎设计提供了方向参考;新非自然平衡轮廓设计理论可解决轮胎性能间不相容的难题㊂关键词:车辆工程;新非自然平衡轮廓;结构设计;轮胎磨损;滚动阻力中图分类号:U 463.3 D O I :10.3969/j.i s s n .1004132X.2015.13.022N o n e q u i l i b r i u mT i r eC o n t o u rD e s i g n f o rR a d i a l T i r e s a n dP e r f o r m a n c eA n a l ys i s Y a n g J i a n W a n g G u o l i n W a nZ h i ju n J i a n g s uU n i v e r s i t y ,Z h e n j i a n g ,J i a n gs u ,212013A b s t r a c t :T h e c o n t o u r s o f r a d i a l t r u c k t i r e 12.00R 20a n d 385/55R 22.5w e r e r e d e s i g n e db y u s i n g t h eS a k a iH i d e o ’s n o n e q u i l i b r i u mc o n t o u r t h e o r y ,F r a n k ’s n o n e q u i l i b r i u mc o n t o u r t h e o r y a n d t h e o p -t i m i z e dn o n e q u i l i b r i u mc o n t o u r t h e o r y ,w h i c hw e r eb a s e do n t h ec u r r e n tn o n e q u i l i b r i u mc o n t o u rd e -s i g n t h e o r i e s o f r a d i a l t i r e .T i r ew e a r ,r o l l i n g r e s i s t a n c e a n d g r i pp e r f o r m a n c e s o f r a d i a l t i r e sw i t hd e -s i g n e dc o n t o u r s w e r ea n a l y z e dc o m p r e h e n s i v e l y t h r o u g hf i n i t ee l e m e n ta n a l ys i s .T h er e s u l t ss h o w t h a t ,S a k a iH i d e o ’s d e s i g n t h e o r y s u i t s f o r t h e t i r e sw i t hs m a l l a s p e c t r a t i o ;F r a n k ’sd e s i g nt h e o r ys u i t s f o r t h e t i r e sw i t h l a r g e a s p e c t r a t i o ;t h eo p t i m i z e dn o n e q u i l i b r i u mt i r e c o n t o u rw i l l e n h a n c e t h e t i r e p e r f o r m a n c e s s u c ha s t i r ew e a r ,r o l l i n g r e s i s t a n c e a n d s o o n .T i r e i n n e r c o n t o u r h o l d s g r e a t i n f l u -e n c e so n t h e p e r f o r m a n c e s o f t h e t i r e s ,e s p e c i a l l y o n t i r e r o l l i n g r e s i s t a n c e .T h e o p t i m i z e dn o n e q u i l i b -r i u mc o n t o u r p r o v i d e s a g u i d a n c e t or e d u c e t h e t i r e r o l l i n g r e s i s t a n c e .T h eo p t i m i z e dn o n e q u i l i b r i u m t i r e c o n t o u r d e s i g nc a nb r e a k t h r o u g h t h e t a r ge t c o nf l i c t s i n t i r e p e r f o r m a n c e .K e y w o r d s :v e h i c l e e ng i n e e r i n g ;n e wn o n e q u i l i b r i u mc o n t o u r ;s t r u c t u r a l d e s i g n ;t i r ew e a r ;r o l l -i n g r e s i s t a n c e 收稿日期:20140523基金项目:高等学校博士学科点专项科研基金资助项目(20070299006);江苏省六大人才高峰”资助项目(2011A 031);江苏省汽车工程重点实验室开放基金资助项目(Q C 201303);江苏省普通高校研究生科研创新计划资助项目(C X L X 13_676)0 引言早期,由于对轮胎的结构力学性能缺乏系统㊁深入的认识,人们主要依赖经验进行设计,这种边试验边修正”的方法需要消耗大量的时间和资金[1]㊂为了缩短研发周期和降低研发费用,学者们提出了多种解析和半解析模型来对轮胎的结构力学进行研究,如用于轮胎平衡轮廓分析的网格模型[2]㊁薄膜模型[3]㊁胎体弦模型[4],用于轮胎结构应力分析的变截面各向异性层合壳模型,以及用于轮胎动力学性能分析的弹性支撑圆环梁模型[5]等㊂以上解析和半解析模型将轮胎设计水平提升到半定量设计阶段㊂但这些模型均进行了过多的假设和简化,难以得到精确可靠的分析结果㊂虽然学术界迄今为止尚没有给出关于轮胎轮廓对轮胎性能影响比较完整的结论,但普遍认为轮胎轮廓,尤其是轮胎胎体轮廓对轮胎的各项性能均有显著影响㊂由于轮胎都是在充气状态下工作的,因此,充气后轮胎胎体轮廓形状将直接决定其内部的受力情况及行驶状态,从而直接影响轮胎的安全性(抓地)㊁滚动阻力㊁磨损等一系列性能指标[6]㊂传统的轮胎胎体轮廓设计通常采用自然平衡轮廓法,即假设轮胎充气后帘线所受张力呈均匀分布㊂但它忽略了带束层和加强层的压力分担作用,且主要考虑的是轮胎的静态强度,没有考虑轮胎使用过程中的性能㊂20世纪80年代中后㊃7281㊃Copyright ©博看网. All Rights Reserved.期,学术界纷纷以轮胎动态平衡作为基本的设计方法,对轮胎结构优化设计理论进行研究,从而打破了以往静态的自然平衡轮廓设计㊂但大部分理论都是建立在有限元分析技术和计算机技术的基础上的,针对轮胎单一目标性能对轮廓做出的局部修正,并没有普适定律”[7]㊂因此,如何在现有轮胎轮廓设计理论的基础上找到更加适用于子午线轮胎的轮廓设计方法显得尤其重要㊂本文在分析现有子午线轮胎非自然平衡轮廓设计理论的基础上,对12.00R 20㊁385/55R 22.5两种规格载重子午线轮胎进行了研究㊂1 子午线轮胎的非自然平衡轮廓设计1.1 子午线轮胎的结构子午线轮胎主要由胎面㊁胎体㊁胎侧㊁带束层㊁气密层和胎圈等几部分组成,其结构如图1所示㊂子午线轮胎的胎体帘线呈子午方向排列,因此对轮胎周向的约束和强度没有贡献,须通过增加带束层来改善轮胎的周向性能㊂带束层不仅在半径方向承受压缩,起缓冲作用,而且在圆周方向起到刚性的环箍作用㊂图1 子午线轮胎结构示意图1.2 轮胎的非自然平衡轮廓理论轮胎的非自然平衡轮廓理论需考虑轮胎的动态特征㊂对于子午线轮胎,由于带束层的箍紧作用,使原本在斜交胎中主要由帘布承受应力的情况发生了根本改变,带束层代替胎体分担了绝大部分的应力,然而,带束层究竟分担了多少应力以及应力的具体分布情况如何,学术界一直众说纷纭㊂为考虑带束层及加强层结构对轮胎轮廓的影响,酒井秀男提出了压力分担率的概念[8],认为在胎冠及下胎侧部位,轮胎的内压并非完全由胎体帘布承担,相反大部分的压力是由带束层和加强层来承担,所以按压力分担率对具有带束层和加强层约束的子午胎断面轮廓曲线进行计算时,须将其断面轮廓分为三个部分,其断面轮廓曲线如图2所示㊂各部分轮廓曲线的计算公式如下㊂图2 具有带束层和加强层的子午线轮胎断面轮廓曲线(1)胎冠带束层部位(K D )轮廓曲线的计算公式为y =∫r k rG 1(r )d r(1)(2)胎侧中间部位(D E )轮廓曲线的计算公式为y =∫r k r dG 1(r )d r +∫r d rG 2(r )d r(2)(3)下胎侧部位(E B )轮廓曲线的计算公式为y =∫r k r dG 1(r )d r +∫r d r eG 2(r )d r +∫r e rG 3(r )d r(3)G 1(r )=[r 2d -r 2m +(1-τ0+a r k r k -r d)(r 2-r 2d )-2a (r 3-r 3d )3(r k -r d )]{B 2-[r 2d -r 2m +(1-τ0+a r k r k -r d)㊃(r 2-r 2d)-2a (r 3-r 3d )3(r k -r d )]2}-1/2G 2(r )=(r 2-r 2m )[B 2-(r 2-r 2m)2]-1/2G 3(r )=[r 2e -r 2m +(1-τe r e r e -r b)(r 2-r 2e )+2τe (r 3-r 3e )3(r e -r b)]{B 2-[r 2e -r 2m +(1-τe r e r e -r b )(r 2-r 2e )+2τe (r 3-r 3e )3(r e -r b )]2}-1/2B =r 2d -r 2m +(1-τ0+a r k r k -r d)(r 2k -r 2d )-2a (r 3k -r 3d)3(r k -r d )式中,r d 为带束层端点至旋转轴半径;r m 为轮胎最宽点至旋转轴的半径;τ0为带束层的压力分担率;a 为带束层压力分担系数;r k 为胎冠点至旋转轴的半径;r e 为加强层上端至旋转轴的半径;rb 为胎圈中心至旋转轴的半径;τe 为加强层压力分担率㊂对式(1)~式(3)积分,即可求出子午线轮胎断面各部分的轮廓曲线㊂B öh m 和F r a n k 从网络理论角度对子午线轮胎断面形状进行了研究[9],提出了轮胎断面主曲㊃8281㊃Copyright ©博看网. All Rights Reserved.率半径r 1是以带束层角度βG ㊁胎体帘线角度βk ㊁断面最宽点半径r m 以及带束层的压力分担率τ0为参数的函数表达式,如图3㊁图4所示㊂在此基础上,F r a n k 用胎面中心的曲率半径r 1代替τ0作为变量,不同点是F r a n k 认为τ0是可以自然确定的㊂只要对数值进行积分,就可得到r =f (r )形式的断面轮廓㊂F r a n k 认为胎体与带束层之间的压力分担率τ0按梯形曲线分布比抛物线分布更为接近实际情况,且压力分担率τ0在带束层宽度区域内可近似地看成为常数㊂引入上述假设条件后,断面轮廓曲线计算公式如下㊂图3子午线轮胎的断面形状简图图4 子午线轮胎的带束层与胎体层之间的压力分担率(1)胎侧部位(r b ≤r ≤r d )轮廓曲线的计算公式为y =y m -∫rr m(r 2-r 2m )d r /{[(r 2d -r 2m )+ζ(r 2k-r 2d)]2-(r 2-r 2m)2}1/2(4)ζ=1-τ0式中,y m 为轮胎断面最宽点至旋转中心轴的距离㊂(2)胎冠部位(r d ≤r ≤r k )轮廓曲线的计算公式为y =yd -∫r r d[(r 2d-r 2m)+ζ(r 2-r 2d)]d r /{[(r 2d -r 2m )+ζ(r 2k -r 2d)]2-[(r 2d -r 2m )2+ζ(r 2-r 2d)]2}1/2(5)式中,yd 为带束层端部至旋转中心轴的距离㊂1.3 轮胎的新非自然平衡轮廓理论结合酒井秀男和F r a n k 非自然平衡轮廓理论的特点,文献[10]对两种理论进行了融合,并利用有限元分析方法证实了在带束层宽度范围内带束层压力分担率近似为常数㊂同时考虑到轮胎下胎侧部位的加强层在轮胎充气状态下对胎体压力分担的作用不可忽视,提出了新的轮胎充气非自然平衡胎体轮廓的积分方程,即胎冠部位轮廓曲线由F r a n k 提出的曲线方程求得,胎侧中间部位和下胎侧部位的轮廓曲线则由酒井秀男提出的曲线方程求得,并利用轮胎断面宽度y m 作为中间量将两种理论融合在一起㊂(1)胎冠带束层部位(图2中K D )轮廓曲线的计算公式为y =yd -∫r r d[(r 2d-r 2m)+ζ(r 2-r 2d)]d r /{[(r 2d -r 2m )+ζ(r 2k -r 2d)]2-[(r 2d -r 2m )2+ζ(r 2-r 2d)]2}1/2(6)yd =Δ+∫r k r dG 1(r )d rΔ=y m-(∫r k r dG 1(r )d r +∫r dr mG 2(r )d r (2)胎侧中间部位(图2中D E )轮廓曲线的计算公式为y =∫r k r dG 1(r )dr +∫r d rG 2(r )dr +Δ(7)(3)下胎侧部位(图2中E B )轮廓曲线的计算公式为y =∫r k r dG 1(r )d r +∫r d r eG 2(r )d r +∫r e rG 3(r )d r +Δ(8)对式(6)~式(8)积分可得胎体轮廓曲线㊂1.4 轮胎轮廓曲线求解的程序实现由上述积分方程可知,要得到胎体轮廓曲线,必须给出胎体轮廓上几个关键设计参数y m ㊁r k ㊁r d ㊁r m ㊁r e ㊁r b ㊁τ0㊁τe 的值㊂其中τ0决定着胎面弧的形状,其大小直接影响着轮胎的接地性能㊂τe 决定着下胎侧的形状,且考虑到轮胎与轮辋的配合问题,需要不断尝试τe 的值以达到设计轮廓与之对应的标准轮辋配合收敛,其整个设计流程如图5所示㊂图5 轮廓求解的设计流程利用MA T L A B 编程语言实现上述曲线方程的积分,并将程序界面化㊂在已知轮胎的一些关键设计参数的情况下,可方便㊁准确地得到任意规格子午线轮胎的非自然平衡胎体轮廓曲线,此外,程序还实现了与A u t o C A D 软件间的数据对接,方便轮胎工程设计人员的使用㊂㊃9281㊃Copyright ©博看网. All Rights Reserved.1.5 非自然平衡轮廓的绘制为对比说明三种理论设计的胎体轮廓对其性能的影响以及新非自然平衡轮廓理论的普适性,本文从普通轮胎和宽基轮胎中分别选择12.00R20及385/55R22.5进行轮廓设计,其关键设计参数如表1所示㊂表1 轮胎的关键设计参数轮胎型号设计变量y m(mm)r k(mm)r d(mm)r m(mm)r e(mm)r b(mm)τ0τe a 12.00R20酒井秀男F r a n k新非自然平衡轮廓150.60528.24522.54412.59339.50269.770.800.130.110.800.800.150.10 385/55R22.5酒井秀男F r a n k新非自然平衡轮廓187.70472.70462.55393.88350.74296.050.900.130.100.900.900.100.12 根据表1的设计数据,利用本文编制的软件绘制出两种规格轮胎对应的三种设计理论下的胎体轮廓曲线,如图6所示㊂(a)12.00R20(b)385/55R22.5图6 两种规格轮胎的三种设计轮廓对比由图6可以看出:对于12.00R20轮胎,三种理论设计的胎体轮廓曲线整体比较相似,采用酒井秀男和新非自然平衡轮廓理论设计的胎体轮廓基本重合㊂F r a n k理论设计在胎面部位相对较平坦,但是由于其没有考虑加强层的压力分担作用,所以在胎圈部位的曲线与其他两种设计差别较大,不能对子口宽度这个设计参数进行很好的控制㊂对于385/55R22.5轮胎,三种胎体轮廓曲线各不相同,采用F r a n k和新非自然平衡轮廓理论设计的胎体轮廓在胎面部位比较相似,胎面比较平坦;采用酒井秀男理论设计的胎体轮廓曲线与二者相比差别较大,胎面和胎侧曲率均较大,从而缩短了胎侧的长度;F r a n k理论设计同样没有考虑加强层的压力分担作用,不能对子口宽度进行很好的控制㊂为分析轮廓设计对轮胎性能的影响,将胎体轮廓曲线导入C A D中根据轮胎设计标准进行轮胎的材料分布图设计,其中带束层采用比较普遍的 3+0”结构㊂2 非自然平衡轮廓轮胎性能的有限元分析轮胎耐磨性(磨损)㊁滚动阻力和抓地性能是轮胎的最主要性能,然而,由于橡胶材料的固有特性,这三个性能间相互制约且矛盾突出,因此三者的关系被称为魔鬼三角”[11]㊂所以本文利用有限元技术对轮胎的磨损㊁滚动阻力及抓地性能进行虚拟试验,探索三种轮廓设计理论对轮胎性能的影响规律㊂2.1 磨损性能有限元模拟(1)轮胎接地面摩擦功的计算方法㊂轮胎与地面的接触过程中,由于橡胶的黏弹特性,不可避免地存在能量损耗,其中主要能量消耗为胎面变形的能量损失及地面的摩擦功损失㊂当只考虑摩擦的影响及胎面变形时,橡胶块上作用有负荷P z和剪切力F s,如图7所示㊂若取摩擦因数为μ,滑移距离为L s,则当F s>μP z时,橡胶块开始滑移,即发生了摩擦能量损失,同时产生磨损㊂取剪切力F s和滑移量L s的乘积为消耗于滑动摩擦能量,即接地面摩擦功E=F s L s㊂图7 橡胶摩擦模型(2)轮胎接地面摩擦功计算㊂为分析接地面摩擦功,分别建立了三种轮廓设计理论轮胎的有限元分析模型,通过计算轮胎在制动拖滑一定距离时的摩擦能量损失,比较三种不同设计理论对轮胎磨损性能的影响规律,其边界条件设定如表2所示㊂㊃0381㊃Copyright©博看网. All Rights Reserved.表2 轮胎制动拖滑边界条件型号边界条件气压(k P a )负荷(k g)摩擦因数速度(k m /h )制动距离(m )12.00R 2083037500.7800.1385/55R 22.583041650.7800.1 (3)仿真结果分析㊂本文采用三种轮廓设计理论设计两种规格轮胎在制动拖滑过程中接地面总体摩擦能量损失如表3所示㊂表3 轮胎摩擦能量损失型号12.00R 20385/55R 22.5酒井秀男F r a n k 新非自然平衡轮廓酒井秀男F r a n k 新非自然平衡轮廓摩擦能量(J)242825132374289128832672由表3可知,与另外两种设计方案相比,采用新非自然平衡轮廓设计的12.00R 20轮胎摩擦能量损失分别降低了2.22%和5.53%;采用新非自然平衡轮廓设计的385/55R 22.5轮胎摩擦能量损失分别降低了7.58%和7.32%㊂这是因为新非自然平衡轮廓设计的轮胎具有平坦的胎面轮廓,从而减小了胎肩厚度,所以可有效抑制由于胎肩增厚使热量过高㊁散热困难从而造成胎肩开裂及轮胎使用寿命降低的现象㊂另外,趋于平直的胎侧,在充气过程中胎体的变形能够有效地抑制胎肩的膨胀,从而避免了接地过程中胎肩处的应力集中,使轮胎的接地压力分布更均匀,防止出现胎肩偏磨现象㊂此外,由表3可知,对于12.00R 20轮胎(窄基胎),酒井秀男非自然平衡轮廓设计与F r a n k 非自然平衡轮廓设计相比,其摩擦能量损失降低了约3.38%;而对于385/55R 22.5轮胎(宽基胎)而言,F r a n k 非自然平衡轮廓设计与酒井秀男非自然平衡轮廓设计相比,其摩擦能量损失有所降低㊂采用三种轮廓设计的两种规格轮胎制动拖滑过程中的接地印痕如图8所示㊂从图8可知,新非自然平衡轮廓设计应力分布集中在胎面中部,且接地印痕近似为腰鼓形,胎肩应力集中现象得到有效抑制㊂(a )12.00R 20新非平衡轮廓(b )12.00R 20F r a n k 轮廓(c )12.00R 20酒井秀男轮廓(d )385/55R 22.5新非平衡轮廓(e )385/55R 22.5F r a n k 轮廓(f )385/55R 22.5酒井秀男轮廓图8 三种理论设计的轮胎制动接地印迹2.2 滚动阻力有限元模拟轮胎总的滞后能量损失为E L O S S =∑Q i Vi式中,V i 为轮胎橡胶单位体积;Q i 为轮胎单位体积橡胶的迟滞损失量㊂通常将轮胎截面单元的应力应变沿轮胎周向分布状态作为该单元一个滚动周期的应力应变循环㊂依据结构分析获得单元应力应变场,提取出轮胎截面各材料点应力应变沿轮胎一周的分布,将其视为轮胎在滚动状态下该处的加卸载循环㊂轮胎在稳态自由滚动过程中典型的等效应变循环是非谐变的,同样其等效应力的循环也是非谐变的㊂将应力应变循环通过傅里叶分解成谐波的叠加,获得不同频率下的应力应变幅值如下:㊃1381㊃Copyright ©博看网. All Rights Reserved.ε=ε0+∑mn =1ε21n +ε22n s i n (n ωt +φεn )σ=σ0+∑mn =1σ21n +σ22n s i n (n ωt +φσn üþýïïïï)其中,t a n φεn =ε1n /ε2n ,t a n φσn =σ1n /σ2n ,m 为傅里叶级数展开的项次(取m =20),得到:Q i =∑mn =1n πσn εns i n δ(9)式中,σn =σ21n +σ22n ;εn =ε21n +ε22n ;Qi 为单位体积轮胎材料在每一个周期中能量损失;t a n δ为损耗因子,损耗因子根据文献[12]选取㊂根据式(9)可求得轮胎滚动阻力F f :F f =V i ∑mn =1n πσn εns i n δ2πr本文模拟轮胎稳态自由滚动状态下的滚动阻力,轮胎气压负荷按照表2设置,路面附着系数取0.7,速度为60k m /h ㊂三种轮廓理论设计的两种规格轮胎在稳态自由滚动状态下的滚动阻力如表4所示㊂表4 三种轮廓设计的两种规格轮胎自由滚动下的滚动阻力型号12.00R 20385/55R 22.5轮廓酒井秀男F r a n k 新非自然平衡轮廓酒井秀男F r a n k 新非自然平衡轮廓滚动阻力(N )419424402380328303.5由表4可知,三种设计中新非自然平衡轮廓理论设计的轮胎滚动阻力最小,与另外两种设计方案相比,新非自然平衡轮廓设计的12.00R 20轮胎的滚动阻力分别降低了4.06%㊁5.19%;新非自然平衡轮廓设计的385/55R 22.5轮胎的滚动阻力分别降低了20.13%㊁7.47%㊂这是由于新非自然平衡轮廓与另外两种设计方案相比具有更平坦的胎面轮廓,从而可以减小胎肩处胎面胶和胎肩垫胶的厚度及应变能,当轮胎受载时,平直的胎侧设计可以将轮胎的变形转移到胎侧,且该设计使轮胎接地压力分布更均匀,有效减小了轮胎的应力应变,最终减小了轮胎的滚动阻力㊂此外,由表4可以看出,对于12.00R 20轮胎(窄基胎),酒井秀男非自然平衡轮廓设计与F r a n k 非自然平衡轮廓设计相比,其滚动阻力有所降低;而对于385/55R 22.5轮胎(宽基胎)而言,F r a n k 非自然平衡轮廓设计与酒井秀男非自然平衡轮廓设计相比,其滚动阻力降低了约13.68%㊂由此可以看出,轮胎胎体轮廓对轮胎滚动阻力具有较大影响㊂2.3 抓地性能的有限元模拟在A B A Q U S 中采用库仑摩擦模型对轮胎与路面接触进行模拟,使用摩擦因数来表示接触面之间的摩擦特性㊂库仑摩擦的计算公式为τc r i t =μp式中,τc r i t 为临界切应力;μ为摩擦因数;p 为法向接触压强㊂当切向力达到临界切应力之后,摩擦面之间开始发生相对滑动㊂模拟轮胎制动的过程中,给定摩擦因数,根据此摩擦模型计算出每一时间步对应的切向摩擦应力的合力,通过此切向摩擦力来评价轮胎的抓地性能㊂轮胎与路面之间的摩擦因数定义为0.7,轮胎气压负荷按照表2设置㊂定义路面为刚体,抽动路面时采用位移约束,即给定路面在x 方向(轮胎滚动方向)足够大的位移以实现轮胎在路面上完全滑动,如图9所示㊂图9 轮胎制动模拟示意图轮胎在制动拖滑过程中的最大切向力如表5所示㊂表5 轮胎制动过程中最大切向力型号12.00R 20385/55R 22.5轮廓酒井秀男F r a n k新非自然平衡轮廓酒井秀男F r a n k新非自然平衡轮廓最大切向力(N )255732545425657285152876328781由表5可以看出,轮胎的制动切向力差别不大,说明轮胎胎体轮廓设计对轮胎抓地性影响不明显㊂在三种设计方案中,新非自然平衡轮廓设计轮胎的制动切向力最大㊂对于12.00R 20,三种轮廓设计方案切向力基本相等,差距较小;对于385/55R 22.5而言,F r a n k 与新非自然平衡轮廓设计基本相同,与酒井秀男轮廓设计相比提升较大,这是由于两者设计的胎面曲线基本相同㊂由此可以看出宽基胎趋于平坦的胎面胎体轮廓设计对于提升轮胎抓地性有一定效果㊂其中,轮胎沿路面X 方向的切向力随着路面X 方向位移的变化曲线如图10所示㊂㊃2381㊃Copyright ©博看网. All Rights Reserved.(a )12.00R 20切向力(b )385/55R 22.5切向力图10 切向力变化曲线图3 结论(1)从三种不同轮廓设计的两种规格轮胎的性能分析结果可以看出,酒井秀男的设计理论更适合于断面高宽较大的轮胎(窄基胎),F r a n k 的设计理论更适合于断面高宽较小的轮胎(宽基胎),且其下胎侧设计存在缺陷㊂融合修正后的新非自然平衡轮廓理论设计提升了轮胎的整体性能,更适用于断面高宽比较小的子午线轮胎的轮廓设计㊂(2)轮胎胎体轮廓设计对轮胎的性能具有重要影响,尤其对滚动阻力其影响更为显著㊂(3)传统轮胎轮廓设计理论各有优缺点,而融合修正后的新非自然平衡轮廓设计理论在减小轮胎磨损的同时减小了滚动阻力,突破了轮胎性能间不相容的难题㊂参考文献:[1] 李兵.计及复杂胎面花纹的子午线轮胎结构有限元分析[D ].合肥:中国科学技术大学,2008.[2] R o b e c c h iE ,A m i c iL .M e c h a n i c so f t h eP n e u m a t i cT i r e .P a r t1.T h e T i r eu n d e rI n f l a t i o n A l o n e [J ].T i r eS c i e n c e a n dT e c h n o l o g y,1973,1(3):290‐345.[3] F r a n kF ,H o f f e r b e r t h W M.M e c h a n i c so f t h eP n e u -m a t i c T i r e [J ].R u b b e r C h e m i s t r y a n d T e c h n o l o g y ,1967,40(1):271‐322.[4] L i m W W ,Y o o nK Y ,C h oCT.E f f e c t s o f C a r c a s sC o r d s ’P r o p e r t i e s o n S i d e w a l lI n d e n t a t i o n i n a M o n o p l y T i r e [J ].T i r eS c i e n c ea n d T e c h n o l o g y,2000,28(1):50‐57.[5] A k a s a k aT ,K a t o k M ,N i h e iS .T w o ‐d i m e n s i o n a lC o n t a c tP r e s s u r eD i s t r i b u t i o no faR a d i a lT i r e [J ].T i r eS c i e n c e a n dT e c h n o l o g y ,1990,18(2):80‐103.[6] 潘涛.子午线轮胎轮廓设计理论的相关研究[D ].广州:华南理工大学,2011.[7] 刘勇,杨卫民.轮胎结构设计理论研究进展[J ].弹性体,2001,11(1):48‐49.L i u Y o n g ,Y a n g W e i m i n g .R e s e a r c h P r o gr e s so f T i r e S t r u c t u r e D e s i g n T h e o r y [J ].E l a s t o m e r i c ,2001,11(1):48‐49.[8] 俞淇,丁剑平.子午线轮胎结构设计与制造技术[M ].北京:化学工业出版社,2006.[9] A k a s a k a T.S t r u c t u r a l M e c h a n i c so fR a d i a lT i r e s[J ].R u b b e rC h e m i s t r y a n dT e c h n o l o g y ,1981,54(3):461‐492.[10] 王国林,万治君,梁晨,等.基于非平衡轮廓理论的子午线轮胎结构设计[J ].机械工程学报,2012,48(24):112‐118.W a n g G u o l i n ,W a n Z h i j u n ,L i a n C h e n g,e ta l .S t r u c t u r a l D e s i g n o fR a d i a l T i r eB a s e d o nN o n ‐b a l -a n c e dO u t l i n eT h e o r y [J ].C h i n e s eJ o u r n a l o fM e -c h a n i c a l E n g i n e e r i n g,2012,48(24):112‐118.[11] 梁晨.子午线轮胎综合接地性能评价体系研究[D ].镇江:江苏大学,2013.[12] 伍建军.载重子午线轮胎滚动阻力有限元仿真分析[D ].镇江:江苏大学,2011.(编辑袁兴玲)作者简介:杨建,男,1980年生㊂江苏大学汽车与交通工程学院讲师㊂主要研究方向为现代汽车轮胎技术㊂发表论文10余篇㊂王国林,男,1965年生㊂江苏大学汽车与交通工程学院教授㊁博士研究生导师㊂万治君,男,1988年生㊂江苏大学汽车与交通工程学院研究生㊂㊃3381㊃Copyright ©博看网. 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全钢子午线轮胎SB和RRO影响关键因素的研究

作者简介：尤兆鑫（1983-），男，一直从事并负责轮胎橡胶结构工艺的设计、研发和改善以及生产管理等工作。

收稿日期：2022-08-241　名词解释1.1　SB 和 RRO 以及轮胎均匀性介绍SB ：静平衡（Static Balance ），实际在轮胎测试时指的是静不平衡量。

RRO ：周向跳动量（Free Radial Runout ）。

一条轮胎的均匀性一般包含了下图（图1）的这些性能：（代表衍生关系；箭头纸箱为衍生项目）可以看到，RRO 就是轮胎在旋转时，胎面周方向上的尺寸的变化；而SB 是轮胎在周方向上的质量分布不均一。

其中，RRO 会导致RFV 的变化；而SB 数值又是形成动不平衡的因素（内在关系不在本文说明范畴内，此处省略），所以会严重影响轮胎使用时的驾乘感。

在全钢子午线轮胎中，RRO 和SB 往往是重点进行对策的项目。

1.2　全钢子午线轮胎的各部件以及结构图本文实验中涉及的全钢子午线轮胎为4层带束层结构，采用二次法成型。

基本断面结构如下图（图2）。

在本文说明时，轮胎的各个部件会使用缩写，具体参照下表（表1）。

2　实验及分析轮胎均匀性的影响因子贯穿了整个轮胎的生产过全钢子午线轮胎SB 和RRO 影响关键因素的研究（上）尤兆鑫1，车相吉2(1.泰克国际（上海）技术橡胶有限公司，上海 201600；2.东营菱智机械设备有限公司，山东东营 257510)摘要：全钢子午线轮胎特别是客车用轮胎的均匀性问题现在越来越受到重视，相比较于半钢子午线轮胎，全钢轮胎在生产过程中使用到的部件和材料多，其涉及到工艺和工段也多，且关键的成型工序上要更为复杂，所以在发生和发现问题并需要进行改善时，找准关键的影响要素是很关键的一步。

本文针对全钢子午线轮胎常发的静平衡（SB ）和周向跳动（RRO ）不良，旨在利用波形分割理论详细分析出影响 SB 和RRO 的关键特性。

关键词：全钢子午线；静平衡；SB ；周向跳动；RRO ；分割实验中图分类号：TQ336.1文章编号：1009-797X(2023)09-0010-06文献标识码：B DOI:10.13520/ki.rpte.2023.09.003表1　全钢子午线轮胎各位置中英文对照表中文名英文名英文简称①胎面Cap Tread Tr (Cap)②1/2/3/4 带束层1/2/3/4 Belt 1/2/3/4 Belt ③带束层盖胶Belt Edge Cover Sheet ECS④胎肩Shoulder SH ⑤胎侧Side Wall Tread S/W (SIDE)⑥内衬Inner Liner IL ⑦胎体Carcass (1ply) 1P ⑧尼龙补强层Nylon Reinforcement NFS (NRF)⑨钢丝补强层Metal(Steel) Reinforcement MFS (SRF)⑩上三角胶Upper Bead Filler UBF 下三角胶Lower Bead Filler LBF 胎圈垫胶2/3 Rim Cushion2/3 RC 程，仅仅通过单因子实验很难保证实验的准确度和再现性，往往是分析和改善的难点所在。

12.00R20_矿山专用全钢子午线轮胎的设计

12.00R20矿山专用全钢子午线轮胎的设计王刚孙成林王金帅新途轮胎有限公司摘要：介绍12.00R20矿山专用全钢子午线轮胎的设计。

二、结构设计1.外直径（D ）和断面宽（B ）根据车型、矿区环境和实际使用情况，并结合普通矿山产品出现的“大肚子”“站立性不好”等问题，以自然平衡轮廓设计理论作为数学模型、经典力学原理作为架构，通过有限元方法进行模拟分析，对肩部过渡和圈部弧线进行合理优化，最终确定外直径D 为1132mm 、断面宽B 为312mm ，该结果满足全钢子午线轮胎模具尺寸和轮胎产品标准要求。

2.行驶面宽度（b ）和弧度高（h ）轮胎与地面直接接触的平面称为行驶面，b 和h 是影响运动状态下轮胎稳定性和耐磨性能的关键设计参数。

该类型轮胎使用工况较为恶劣，接地稳定性和耐磨性能也至关重要。

在设计中，需要增大轮胎接地面积，并提升其抓着性能，同时也要考虑矿区路况下的通过性，综合考虑最终确定b 为255mm ，h 为8mm 。

3.胎圈着合直径（d ）和着合宽度（C ）根据轮辋的直径尺寸来确定着和直径d ，根据轮辋宽度Rm 来确定着合宽度C 。

此规格使用的标准轮辋为8.50。

为确保轮胎与轮辋配合紧密，获得良好的气密性能，并提高胎圈部位的刚性支撑，同时能够很好地装卸轮胎，轮胎与轮辋采用过盈配合，即d为511mm ；C 采用加宽14.1mm 设计，即C 为230mm 。

4.断面水平轴位置（H 1/H 2）为保证轮胎的综合性能，全钢子午线轮胎设计中，断面水平轴位置需与轮胎断面最宽点匹配，该部位是轮胎断面中最薄、变形最大的位置，对轮胎性能有重大影响。

全钢载重子午线轮胎侧偏特性有限元分析

全钢载重子午线轮胎侧偏特性有限元分析钱瑞瑾，程　昊（双钱集团上海轮胎研究所有限公司，上海 200245）摘要：以275/70R22.5 RT606全钢载重子午线轮胎为研究对象，运用有限元分析软件TYABAS 和Abaqus 建立轮胎侧偏特性分析有限元模型，并研究不同负荷的稳态滚动条件下，侧向力和回正力矩随侧偏角的变化规律。

结果表明：在单一垂直负荷下，随着侧偏角的增大，侧向力的绝对值逐渐增大，当侧偏角为－5°和5°时，回正力矩分别达到极小值和极大值；在同一侧偏角下，随着负荷的增大，侧向力的绝对值逐渐增大。

侧偏刚度仿真结果与试验结果一致，验证了仿真分析方法的有效性。

关键词：全钢载重子午线轮胎；侧偏特性；侧向力；回正力矩；有限元分析；仿真分析中图分类号：U463.341＋.3/.6；O241.82 文章编号：1006-8171（2021）03-0143-05文献标志码：A DOI ：10.12135/j.issn.1006-8171.2021.03.0143汽车对地面的作用是通过轮胎实现的，轮胎的力学特性直接影响车辆的操纵性、平顺性和安全性等性能。

汽车的操纵稳定性很大程度上取决于轮胎的侧偏特性，其已成为各汽车厂家和轮胎生产企业研究和分析的重点。

在汽车行驶过程中，由于路面的侧向倾斜、转弯时的离心力等因素，使车轮的运动方向偏离其中心，此时车轮的旋转平面与行驶方向的夹角称为侧偏角，如图1所示。

传统的试验方法是研究轮胎侧偏特性的重要手段，黄舸舸等[1]通过常规试验研究了带束层结构对轮胎侧偏特性的影响。

近年来，随着计算机技术的飞速发展和有限元商用分析软件的不断完善，有限元仿真分析方法开始应用于轮胎侧偏特性的研究[2-10]。

图1　车轮侧偏示意本工作以275/70R22.5 RT606全钢载重子午线轮胎为研究对象，运用哈尔滨工业大学复合材料与结构研究所开发的轮胎专用有限元分析软件TYABAS 建立轮胎二维和三维有限元分析模型，在Abaqus 软件中建立不同侧偏角的轮胎侧偏特性分析有限元模型，使用隐式分析方法进行仿真分析[11-18]，并对计算结果进行处理，得到轮胎的侧向力和回正力矩等数据。

半钢子午线轮胎设计规范资料

半钢子午线轮胎设计规范资料介绍半钢子午线轮胎是一种常用于汽车、摩托车和其他机动车辆的轮胎类型。

它采用半钢帘布，帘线以子午方向排列，相对于斜交轮胎具有更好的强度、稳定性和耐磨性能。

本文档将介绍半钢子午线轮胎的设计规范资料，包括设计原则、参数选择、结构特点等内容。

设计原则半钢子午线轮胎的设计应遵循以下原则：1.安全性：轮胎在各种路面条件下都能提供良好的操控性和制动性能，尽量减少爆胎和侧滑的风险。

2.舒适性：轮胎应能提供平稳、低噪音的行驶体验，减少驾驶者和乘客的疲劳感。

3.经济性：轮胎的设计应尽量减少滚动阻力，提高燃油效率，延长轮胎使用寿命。

4.环保性：轮胎的材料和制造过程应尽可能减少对环境的影响。

参数选择半钢子午线轮胎的设计需要根据具体的使用情况选择适当的参数，包括轮胎尺寸、负荷指数、速度级别等。

以下是一些常用的参数选择原则：1.尺寸选择：根据车辆的使用需求和车轮尺寸，选择合适的轮胎外径、断面宽度和轮胎壁厚比。

2.负荷指数：根据车辆的总重量和载荷情况，选择适当的负荷指数，确保轮胎能够承受车辆的重量。

3.速度级别：根据车辆的最高行驶速度，选择适当的速度级别，确保轮胎能够在高速行驶时安全可靠地工作。

4.胎面花纹：根据车辆行驶的路面条件和使用环境，选择具有良好排水性、抓地力和降噪性能的胎面花纹。

结构特点半钢子午线轮胎的结构特点是帘线以子午方向排列，并与胎体、胎面花纹等部分相结合。

以下是一些常见的结构特点：1.帘布结构：半钢子午线轮胎采用半钢帘布，帘线以子午方向排列，提供良好的承载能力和稳定性。

2.胎体结构：轮胎的胎体由多层帘布和橡胶胎面组成，提供强度和柔韧性，避免因路面不平导致路感过强。

3.胎面花纹：轮胎的胎面花纹设计影响着轮胎的排水性能、抓地力和降噪性能，通常结合不同的道路条件选择合适的胎面花纹设计。

4.侧壁结构：轮胎的侧壁刻有标志和文字，起到装饰和标识的作用，同时也能提供边缘支撑和绝缘防护的功能。

总结半钢子午线轮胎是一种常用的轮胎类型，其设计需要遵循安全性、舒适性、经济性和环保性等原则。

带束层结构对载重子午线轮胎接地印痕及噪声的影响

式中，ＣＣ。和Ｃ。。均为随温度而变化的材料参
数；Ｉ为应变第一不变量。Ｙｅｏｈ模型常数Ｃ
ｃ。和ｃ。。的值参照ＧＢ／Ｔ５２８－２００９，对不同橡胶材料进行单轴拉伸试验，将测得的应力一应变数据拟合求得。
所改善的结论，但试验只是定性给出了带束层角度对接地印痕和噪声的影响，未进行机理分析。陈燕国等分析了带束层结构对轮胎接地印痕的影响，发现随着带束层角度和宽度的增大，轮胎接地印痕面积增大，轮胎安全性得到改善。可见轮胎ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ的接地印痕与轮胎噪声密切相关，但目前的研
轮胎的接地性能直接影响轮胎的抓着性、耐
１有限元模型的建立１．１橡胶材料模型
磨性能和滚动阻力等，轮胎噪声则影响车辆的乘
坐舒适性。随着人们安全、环保意识的增强，世界各国相继出台了严格的轮胎法规，以综合提升轮胎的接地性能和噪声性能，因此相关研究得到了
轮胎是由多种材料组成的复合体，其中包括橡胶、钢丝帘线以及帘线一橡胶复合材料。低模
量、高伸长率的橡胶材料起着保持内压、耐磨以及与路面的抓着等作用；高模量、低伸长率的帘线起
到承担大部分载荷的作用。研究表明］，Ｙｅｏｈ

工程子午线轮胎用钢帘线标准

工程子午线轮胎用钢帘线标准
规格标准是工程子午线轮胎用钢帘线标准的核心内容之一，它包括钢
帘线的构造参数、线径公差、花纹规格和结构尺寸等。

其中，钢帘线的构
造参数包括帘线层数和每层帘线的股数。

线径公差指的是钢帘线线径允许
的变异范围。

花纹规格是指钢帘线表面的花纹形状和线型。

结构尺寸则是
指钢帘线的宽度、厚度和长度等。

物理性能要求是工程子午线轮胎用钢帘线标准的另一个重要内容，它
包括帘线强度、应变硬化系数、拉伸弹性模量和断裂延伸率等性能指标。

帘线强度是指钢帘线材料在拉伸过程中所能承受的最大力。

应变硬化系数
是指钢帘线在受到应力后硬度的变化情况。

拉伸弹性模量是指钢帘线在拉
伸过程中的弹性变形能力。

断裂延伸率是指钢帘线断裂前的延伸程度。

试验方法是工程子午线轮胎用钢帘线标准的另一个重要内容，它用于
评估钢帘线的物理性能指标是否符合要求。

试验方法包括拉伸试验、硫化
性能试验、撕裂强度试验和疲劳性能试验等。

其中，拉伸试验是评估钢帘
线强度和延展性的重要指标，硫化性能试验用于评估钢帘线与胶料的粘接
性能，撕裂强度试验用于评估钢帘线的抗撕裂能力，疲劳性能试验则用于
评估钢帘线的耐久性能。

总之，工程子午线轮胎用钢帘线标准是保证产品质量和安全性的基础。

通过规定规格标准、物理性能要求和试验方法，可以确保钢帘线在使用过
程中具有良好的承载能力、抗冲击能力和耐久性，从而提高轮胎的使用寿
命和安全性能。

因此，制定科学合理的工程子午线轮胎用钢帘线标准对于
轮胎行业的发展具有重要意义。

三角胶高度对轿车子午线轮胎接地特性的影响

橡胶科技理论·研究
2023 年第 21 卷
三角胶高度对轿车子午线轮胎接地特性的影响
陈建国，官声欣
（万力轮胎股份有限公司，广东广州 510940）
摘要：研究三角胶高度对轿车子午线轮胎接地特性、刚性和滚动阻力的影响。结果表明，三角胶高度减小，轮胎的接地面积呈增大趋势，纵向刚性和横向刚性呈降低趋势，变形向胎侧转移，滚动阻力系数有不同程度的减小。
（2）刚性。采用汕头市浩大轮胎测试装备有限公司生产的五刚试验机，按照GB/T 23663— 2020进行纵向刚性和横向刚性测试。
（3）滚动阻力。采用STL型滚动阻力试验机，按照ISO 28580：2018进行测试。
2 结果与讨论 2. 1 接地印痕
轮胎的结构参数对接地印痕、轮胎刚性等静态性能有较大的影响，起支撑作用的三角胶参数调整，通过胎侧传递到胎面接地区域的力也随之发生变化，从而对轮胎接地特性产生影响。轮胎接地印痕的部分参数如图1所示。
A2
B1
16 960 21 452
137
182
166
179
136
162
29. 1
38. 3
B2 21 789
185 179 163 39. 5
匀，局部形状略有差异。
从表 1 可以看出：随着三角胶高度的减小，两
个规格轮胎的接地面积均有增大趋势，下沉量也

华南理工大学汽车理论历年真题问答题答案整理

1）对于HEV，其储能原件（如蓄电池）的补偿作用平滑了内燃机的工况波动，在汽车的一般行驶中能够吸收、储存电能，而在需要大功率时提供电能，从而在混合动力驱动系统中可以使用小型发动机，并可以使发动机的工作点处于高效率的最优工作区域内。
2）HEV可以在汽车停车等候或低速滑行等工况下关闭内燃机，节约燃油。
3）在HEV的电力驱动部分中，电动机能够作为发电机工作。当汽车减速滑行或紧急制动时，可以利用发电机回收部分制动能量，转化成电能存入蓄电池，从而进一步提高汽车燃油经济性。
3）垂直载荷的变化对轮胎侧偏特性有显著影响。一定范围内增大垂直载荷，轮胎侧偏刚度增大，但垂直载荷过大侧偏刚度反而减小。
4）轮胎的充气压力对侧偏刚度也有显著影响。随着轮胎充气压力的增大侧偏刚度增大，但气压过高后刚度不变。
5）在一定侧偏角下，驱动力或制动力增加时，侧偏力会逐渐减小。
6）路面粗糙程度、干湿状况对轮胎侧偏特性尤其是最大侧偏力有很大影响，路面有薄水层时，由于滑水现象，会出现完全丧失侧偏力的情况。
05.用弹性轮胎的弹性迟滞现象,分析弹性轮胎在硬路上滚动时滚动阻力偶矩产生的机理. 865答:弹性轮胎在硬路面上滚动时,轮胎发生变形,由于轮胎内部摩擦产生弹性迟滞损失,使轮胎变形时对它作的功不能全部回收，具体表现为阻碍车轮滚动的一种阻力偶矩。当车轮不滚动时,地面对车轮的法向反作用力的分布是前后对称的,但当车轮滚动时,在法线l前后相对应点d
14.分析混合动力电动汽车（HEV，Hybrid Electric Vehicle）的节油原理。8 P60
3答：为了满足急加速、以很高车速行驶与快速上坡对驱动功率的要求，传统的内燃机汽车所配备的发动机功率往往相当大，这样大的功率储备主要是用于大加速度、高车速以及坡道等行驶工况。因此在一般情况下，发动机节气门开度小、负荷率低，发动机常常工作在一个不经济的区域内，相应的燃油消耗率高。

全钢载重子午线轮胎花纹沟底裂口的原因分析及解决措施

利用有限元分析软件对轮胎材料分布图进行
网格划分，重点部位网格细化，非重点部位网格相对稀疏，既保证分析计算的准确性，又减小计算量[4]。轮胎橡胶部分采用CGAX3H和CGAX4H单元模拟，帘线部分采用SFMGAX1和REBAR单元模拟，橡胶材料采用YEOH模型，轮辋与路面定义为解析刚体。
寿命的影响[J]. 橡胶工业，2017，64（5）：275-278. [9] 王昊，危银涛，王静. 橡胶材料疲劳寿命影响因素及研究方法综
述[J]. 橡胶工业，2020，67（10）：723-735. [10] 何川. 基于虚拟裂纹闭合技术的轮胎疲劳寿命仿真研究[D]. 广
州：华南理工大学，2018. 收稿日期：2020-11-10
3 模型建立以315/60R22. 5全钢载重子午线轮胎为例，
对产生花纹沟底裂口的市场返回轮胎进行断面切割，切割断面如图2所示。
图2 返回轮胎切割断面
对切割断面进行打磨、测绘、扫描并导入 CAD，得到其几何结构模型[3]。轮胎的材料分布和结构有限元模型如图3和4所示。
本工作根据全钢载重子午线轮胎接地特性和花纹沟底受力分析，采用有限元软件分析胎面部位材料分布、轮胎轮廓及花纹沟设计对成品轮胎花纹沟底裂口的影响，并提出相应的解决措施。
1 损坏特征轮胎使用早期产生沿花纹沟方向的纵向裂
口，影响轮胎的使用安全性。花纹沟底裂口多集中在边部两条花纹沟处，大多数情况下两边花纹沟同时出现沟底裂口现象。花纹沟底裂口呈周向
324
轮胎工业

带束层钢丝帘线对半钢子午线轮胎性能的影响

测试阶段负荷率/% 行驶速度/（km·h-1）行驶时间/h
1
85
2
90
3
100
4
110
5
120
6
130
7
130
8
130
120
4
120
6
120
24
130
1. 5
140
1. 5
150
1. 5
160
1. 5
160
至损坏
试验结束时，3种方案轮胎在耐久阶段行驶34
h均未损坏，在低气压阶段累计行驶时间均为6 h，
111. 88
101. 94
113. 58
从表3可以看出，3种方案轮胎的强度性能均符
合国家标准要求（标准破坏能为585 J）。
2. 3 脱圈阻力
按照GB/T 4502—2016测试成品轮胎的脱圈
阻力，试验条件为：充气压力 220 kPa，压块水平距
离 305 mm。
3种方案轮胎的脱圈阻力试验结果如表4所示。
mm
项目
外直径断面宽
A 669. 1 228. 7
试验方案 B
669. 5 228. 5
C 668. 2 229. 2
从表2可以看出，3种方案轮胎的外直径及断面
宽均符合国家标准要求（外直径 660. 9～675. 1
mm，断面宽 217. 0～235. 0 mm）。
2. 2 强度性能
按照GB/T 4502—2016测试成品轮胎的强度
本工作通过成品轮胎室内试验及滚动阻力、静态刚性、接地印痕、六分力和动态冲击特性试验，探讨带束层钢丝帘线对半钢子午线轮胎性能的影响。