轮胎设计与工艺学 9 第三章 普通轮胎结构设计

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
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，
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
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)
轮
第第
胎三
五 节
结章
构结
设
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。
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。
★
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
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)
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。
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
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；
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。
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.
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。
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
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
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。
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。
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。
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
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: