轮胎设计与工艺学 9 第三章 普通轮胎结构设计

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nik —胎冠各层帘线密度之和,根/cm。
B.帘线密度的计算
帘线密度包括内、外帘布层和缓冲层帘线密度的计算, 公式为:
ik
i0
r0 RK
COS0 COS K
sin 0
1r0
Rk
sin
k
nik n1ik1 n2ik2 n3ik3
式中
—ik 胎冠帘线密度,根/cm;
—ik 2内帘布层的胎冠帘线密度,根/cm;

第第
胎三
五 节
结章
构结

构 设
外 胎 内 轮 廓
计计 设 计
学习目的与要求
▪ 通过学习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、内轮廓设计;
▪ 掌握斜交轮胎的施工设计;了解内胎、垫带、 水胎和胶囊设计。
第五节、外胎内轮廓设计
设计内容: 1、确定胎面胶、胎侧胶的厚度和宽度; 2、胎身帘布层和胶片的结构和尺寸; 3、胎圈结构设计; 4、特征点厚度计算; 5、内轮廓曲线绘制。
特点是强力高、伸长小,制得的轮胎耐磨性和耐冲击 性好,不发生爆破,但缓冲性能很差,所引起的振动 会使汽车的悬挂系统元件和弹簧的损坏。目前它是制 造子午线轮胎的主要骨架材料。
⑶ 玻璃纤维
四十年代初,美国固特异(Goodyear)和 费尔斯通(Firestone)公司开始研究用玻璃 纤维制造轮胎。它的特点是价格便宜、资源丰 富。六十年代美国兴起制造带束斜交胎热潮时, 玻璃纤维用于这类轮胎的带束层制造,后来也 曾用于子午线轮胎的带束层中。但由于它的耐 屈挠性能差,至今未能有大的发展。
缓冲层帘布挂胶厚 度,mm
1.50~1.70 1.50~1.70 1.35~1.50 1.45~1.60 1.50~1.70 2.0~2.2 2.5~2.6
安全倍数为:
k S 22 11.1 N 1.969
计算结果符合要求。
② 挂胶帘布厚度
作用:帘布层和缓冲层均由数层挂胶帘布组成, 挂胶帘布层上覆上一定厚度的胶层,使布层 间与帘线间增加粘合力,提高帘线的疲劳强 度和弹性。
厚度:依据胶层帘线种类、帘线粗度、轮胎类型和规格、胶料 性能及工艺条件等因素确定,帘布层之间胶层厚度不宜过厚 或过薄。

2.旦(Denier)-定长制 单位长度(9000米)的纤维或纱线所具有的重
量(以克计)称“旦”。(即纤维的相对密度为一定时 旦数越大,则纤维越粗)
D G 9000 L / 9000 Nm
式中:D—旦数; G—纤维或纱线的重量,g; L—纤维或纱线的长度,m

3.特(tex)或分特(dtex)-定长制
安全倍数(K)
10~12 12~14 12~14
外胎胎体单根帘线所受张力计算图见图,单根帘 线所受张力计算公式为彼得尔曼公式:
N 0.1P(RK2 R02 ) 1
2RK nik cos2 k
式中 N —单根帘线所受张力,N/根 P—内压,kPa
Rk—胎里半径(胎冠部第一帘布层半径) R0—零点半径(外胎断面水平轴至旋转轴间的距离),cm; βk—胎冠帘线角度(一般48°~56°),度;
仅下降20%左右,高温强力保持率高 ✓耐冲击性和耐疲劳性等都比棉帘线高很多 ✓提高了汽车的行驶速度,并降低了轮胎的滚
动阻力,从而使轮胎的质量和性能都提高了 一大步。
3、尼龙帘线 早在1942年尼龙帘线就用于制造军用车胎,但直 到1947年才开始转入民用轮胎的制造。
它具有强力高、密度小、弹性好、吸湿率 低、耐冲击强度高等优点。非常适宜于做轮 胎的骨架材料。采用尼龙帘线可减少胎体帘 布层数,减轻轮胎的重量,降低了轮胎的滚 动阻力,节约能源。
己知条件:P=588kPa,RK =47.9cm,R0 =37.25 cm,
=030°, =5K0.92°, =3r00 cm, =i1001 根/cm
(1400dtex/2),i02 =7.4根/cm(1400dtex/2),
i=036根/cm(930dtex/2), 1400dtex/2帘线的
S=215.6N/根。 93Odtex/2的S=14.5N/根, 1400dtex/2的S=22N/根.
单位长度(1000米)的纤维或纱线所具有的重量(以 克计)称“特”。若重量以分克计(1/10g),则称“分 特”。 特或分特、支数和旦数的换算关系如下:
旦数×支数=9000 特数×支数=1000
旦数=9×特数 分特数=10×特数 旦数=0.9×分特数
尼龙帘布规格
涤纶帘布性能
E.计算实例
以载重轮胎9.00-20为例计算胎体强度,并确定 帘布层层数。
骨架材料的发展演变 计算实例
A.单根帘线所受张力计算
目前广泛应用“彼得尔曼”计算公式,方法简 单而且合理。
表2-8 轮胎安全倍数取值范围
项目
Biblioteka Baidu载重轮胎 良好路面
不良路面
长途汽车轮胎 矿山挖掘和
森林采伐等轮胎
安全倍数(K)
10~12 14~18 16~18 18~20
项目 轿车轮胎
良好路面 不良路面 高速轿车轮胎
—ik1外帘布层的胎冠帘线密度,根/cm;
—ik 3缓冲层的胎冠帘线密度,根/cm;
0
—i0帘布层帘线原始密度,根/cm;
—n 帘布层数;
—n1内帘布层数;
—n2外帘布层数;
—r0第一层半成品帘布筒半径cm;
— 0帘布裁断角度,度;
—1帘线假定伸张值(尼龙帘线值一般取1.105~1.035,
人造丝帘线取1.03~1.045).
采用棉帘线的缺点: ✓ 棉帘线的强力低(最高只有100N/根),而且在高
温下(120℃)其强力下降至原来的50%以上。 ✓ 耐冲击性能也很差,在坏路面上行驶容易发生爆破。
特别是大型卡车和矿山用汽车轮胎帘布层数多,引 起行驶过程中生热高,易造成帘布间脱层。 ✓ 棉帘线轮胎重量大,汽车的燃料消耗多,随着汽车 速度的提高,已不能满足汽车对轮胎性能的要求而 淘汰。
1400dtex/2为215.6N/根,1870dtex/2为269.5N/根,人造丝帘线 1840dtex/2为147N/根),N/根。
表2-9 轮胎安全倍数取值范围
项目
载重轮胎 良好路面
不良路面
长途汽车轮胎 矿山挖掘和
森林采伐等轮胎
安全倍数(K)
项目
安全倍数(K)
10~12
轿车轮胎 良好路面
10~12
⑷ 芳纶(B纤维)
这是七十年代研究成功的新骨架材料。 主要特点:强力高,伸张率小、耐热性好、耐
屈挠性能比钢丝和玻璃纤维好得多。是一种 较理想的骨架材料,特别适用于各种类型的 子午线轮胎,但由于其价格昂贵,至今尚未 得到广泛应用。
纤维(帘线)规格表示方法
细度是表示纤维、纱线的粗细程度,它是纤维材料的重要 指标之一。细度可以用直径或截面积来表示,但测量较繁而 费时,误差较大。因此,一般采用与粗细有关的间接指标纤 度来表示,常用的有以下三种方法。
nik n1ik1 n2ik2 n3ik3
nik =6×8.6+2×6.36+2×3.4=71.12
单根帘线所受张力为:
N
0.1P(RK2 2RK
R02 ) nik
1
cos2 k
= 0.1 5.88(47.92 37.252 )
1
2 47.9 71.12
cos2 50.92
=1.969(N/根)
14~18
不良路面
12~14
16~18 18~20
高速轿车轮胎
12~14
D.骨架材料的发展演变 1、棉帘线 ➢充气轮胎出现后,开始是用帆布制造轮胎; ➢1892年Dunlop提出应用无纬线的织物试制轮
胎的设想; ➢Welch根据无纬帘布的特点试制出了轮胎,并
于1894-1895年获得专利。 ➢采用棉帘线促进了轮胎质量的提高
C.帘线安全倍数确定
轮胎在充气状态下单根帘线所受张力的计算是以静态为基 准,不考虑轮胎实际使用中的动态因素。为保证轮胎在动态条 件下安全行驶,不发生爆破和损坏,必须选取合理的安全倍数, 如表2-9中所列。
K S N
式中 k—帘线安全倍数; S—单根帘线强度(尼龙帘线930dtex/2为137N/根,
将93Odtex/2的帘线密度换算为相当于1400dtex/2规格 的帘线密度,再进行帘线密度总和的计算。
因93Odtex/2的S=14.5N/根,5.16根 /cm(93Odtex/2)相当于5.16×14.5/22=3.4根 /cm(1400dtex/2)
设 n1 =6, n2 =2, n3 =2代入式中
2.胎身帘布层和胶片的结构和尺寸
帘布层和胶片 结构和尺寸
帘布层 确定
胶片 设计
层数及其 安全倍数
挂胶帘 布厚度
隔离胶
油皮胶
缓冲胶片
(1)帘布层确定 ① 帘布层数及其安全倍数计算
依据:斜交轮胎的帘布层是保证胎体强度的骨架主体, 承受轮胎80~90%的内压总应力,胎体强度与帘布 层数,密度和帘线强度有关,层数增加或选用密度 大、高强度帘线均有助于提高胎体强度,而帘布层 数又取决于轮胎规格、结构及内压等因素。
4、其他骨架材料的应用
⑴ 聚脂帘线
六十年代初美国最先用聚脂帘线制造轮胎。它的特 点是伸长比尼龙小与人造丝接近;强力比尼龙低,但 高于人造丝;耐冲击和耐疲劳性与尼龙相近,比人造 丝优越得多。主要用于轿车胎和轻卡子午胎。
⑵ 钢丝帘线
早在三十年代钢丝帘线已经开始在轮胎结构中应用。 最初由法国米其林公司用于生产斜交胎。
方法:因帘线分布在胎体,各部位受力情况不 同,在内压作用下,受张力最大的部位是胎 冠部,从冠部向胎圈部位逐渐减小,计算单 根帘线所受张力应以胎冠点为基准。 帘布层数必须通过计算单根帘线所受张力 以及安全倍数来合理确定。
帘布层数及其安全倍数计算
帘布层数及其安全倍数计算
单根帘线所受张力计算 帘线密度的计算 帘线安全倍数确定
纤维(帘线)规格 表示方法
公支(支数) 定重制
旦(Denier) 定长制
特(tex)或分特(dtex) 定长制
1.公支(支数)-定重制 单位重量(以克计)的纤维、纱线具有的长度(以米
计)称为公支或支数。例如1克重的纤维长度为60米, 则称60支。
L Nm G
其中:Nm—公支(支数);
L-纤维或纱线的长度,m G-纤维或纱线的重量,g。 对于同一种纤维而言,支数越高,表示纤维越细,反之, 表示纤维越粗。但对于相对密度不同的纤维,则其粗细就不能用 支数来直接比较。
解 nik 值计算:
ik1
i01
r0 RK
COS0 C0S K
10 30 COS30 47.9 COS50.92
8.6(根 / cm)
ik 2
7.4
30 47.9
cos 30 cos 50.92
6.36(根 / cm)
ik3
6.0
30 47.9
cos 30 cos 50.92
5.16(根 / cm)
帘线之间胶层厚度与布层之间胶层厚度比值在0.7~1.0左右, 纤维帘布表面附胶厚度约为0.2~0.3mm, 钢丝帘布表面附胶厚度约为0.6~0.8mm, 缓冲层位于胎体帘布层之上,承受轮胎最大剪切应力的部位, 挂胶布层厚度比帘布层厚度大。 见表2-9所列。
表2-9 胎体和缓冲层挂胶帘布厚度
帘布种类 帘线规格,dtex/2 帘线直径,mm
1.胎面胶和胎侧胶厚度、宽度的确定
胎侧胶的作用:保护胎体免受机械损伤及大气
侵蚀,而且便于屈挠变形,胎侧胶厚度宜薄, 可根据轮胎规格和类型确定。 胎面胶厚度=花纹沟深度+基部胶厚度; 胎肩胶厚度=胎冠胶厚度×1.3~1.4倍(不超 过1.5倍)。
轿 车轮胎为1.5~2.5mm, 小型载重轮胎为2~2.5mm, 中型载重轮胎为2.5~3.5mm, 重型载重轮胎为4~5mm,苛刻条件下作 业的轮胎,厚度可高达6mm左右 胎侧胶宽度应延伸至轮辋边缘内侧处,保护 胎圈以免被磨损。
2、人造丝帘线 ✓1932年第一次出现人造丝帘线 ✓1938年美国轮胎工业开始采用人造丝代替棉
帘线,大大提高了轮胎的质量 ✓40、50年代的小轿车和卡车的轮胎大多采用
人造丝帘线为骨架材料 ✓到六十年代初当时的联邦德国使用人造丝的比
例高达93%,而且整个欧洲都广泛应用。
采用人造丝帘线的特点: ✓人造丝的高温强力降低少,在120℃时强力
人造丝 人造丝 尼龙 尼龙 尼龙 钢丝 钢丝
1840 1840 930 1400 1870
0.70±0.03 0.87±0.05 0.55±0.03 0.65±0.03 0.75±0.03
0.90 1.20
胎体帘布挂胶厚 度,mm
1.10~1.20 1.20~1.30 0.95~1.05 1.05~1.13 1.10~1.20 2.2~2.5 2.7~3.0
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