轮胎课程设计

10.00-20轮胎断面轮廓设计
高材1163 QUST
摘要：轮胎在各种车辆或机械上装配的接地滚动的圆环形弹性橡胶制品通常安装在金属轮辋上，能支撑车身，因此必须具有良好的承载性能、牵引性能、缓冲性能。

合理的轮胎结构设计是保证轮胎行驶过程中良好性能的关键所在。

本设计通过查阅轮胎设计相关资料，对10.00—20轮胎外轮廓进行合理设计。

其合理性在于于对外轮廓各个部位尺寸进行准确计算并合理选取。

在确定了相关尺寸的基础上，利用海尔公式对轮胎负荷进行计算。

最后利用AUTOCAD对外轮廓进行绘制。

通过对轮胎外轮廓的设计，加深了对轮胎结构设计的认识，为今后从事结构设计打下基础。

关键词：外轮廓设计尺寸确定海尔公式AUTOCAD
1.所设计轮胎基本参数
表1 相应规格轮胎技术参数
表2相应轮辋断面各部位尺寸
2.主要技术尺寸的确定
充气外直径D ′=1055mm
充气断面宽B ′=278mm 轮辋宽度W 1 =190mm 轮缘高度H R =40.5±1.2 3．负荷能力计算
在外轮廓进行设计前，必须通过计算核查其负荷能力是否符合国家标准。

在确定了外胎充气外缘尺寸D ′和B ′后，通过海尔公式对负荷能力进行计算，符合要求后，再进行外缘轮廓设计及计算，因此验算轮胎负荷能力是进行轮胎结构设计的基础。

负荷计算公式海尔公式是一个在轮辋与充气轮胎断面宽之比等于62.5%的标准条件下（理想轮辋）得出的实验式,若比值超出此范围，必须换算为在标准理想轮辋的充气轮胎断面宽才能使用此公式。

负荷能力的计算如下：
斜交轮胎负荷计算基本公式及负荷系数K 值的选取,载重轮胎和轿车轮胎选取不相同。

--=⨯⨯⨯⨯⨯⨯+320.585
1.390.2310.4259.810(1.0210)()R W K P B D B
1
1
1180arcsin
141.3
W B B B -=⨯
式中：W －负荷能力，kN
K －负荷系数【K ＝1.1（双胎），K ＝1.14（单胎）】 P －内压，kPa
R D －设计轮辋直径，cm 1W －轮辋名义宽度，cm
B －11
W B 为62.5%的理想轮辋上的轮胎充气断面宽,cm
B1－安装在设计轮辋上的新胎充气断面宽，cm
0.231-采用公制计算的换算系数，若用英制计算，此公式不必乘0.231。

已知条件：D=l055mm ，B 1=278mm, W 1=190mm ，P=810kPa ，D R = 508mm ，K D (双胎)= 1.1，
S K (单胎)= 1.14
将已知数值代入公式中，首先求取B 值，再求W D 双胎负荷，最后计算单胎负荷W S 。

001
11
180/141.3[(
)]B B W B =⨯－arcsin
()()
00278180 190/278 /141.3[269.3]arc sin mm =⨯=－
--=⨯⨯⨯⨯⨯⨯+320.585 1.390.2310.4259.810(1.0210)()D R W K P B D B
()3
2
0.585
1.390.2311.10.4259.810 1.021081026.9()
350.826.93--=⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯⨯+
=27.5（KN ）
因此
S W =27.5╳1.14=31.38(KN ) (增加气压70kPa )
4．外胎外轮廓断面曲线设计 4.1.B 、D 、H 尺寸的确定 ①轮胎断面宽B 的确定
/B B B B
'
=
' 式中：B －胎模型断面宽，mm ；
B ′-轮胎充气断面宽，mm ； B ′/B －断面膨胀率
轿车轮胎断面发展趋向于扁平化，断面高宽比已成系列化，H/B 值分别为0.94、0.87、0.82等。

低于0.82的超低断面轮胎，大部分属子午线结构结构，分别为78,70,65和50系列(即H/B 值为0.78,0.70,0.65,0.50)。

一般斜交轮胎的H/B ＞1， B'/B 值在0.9～1.17之间；H/B<l ， B'/B 在1.00～1.07之间。

本设计取H/B=1.009； B'/B=1.108； 又已知B ′=278mm 则B=251mm ②轮胎外直径D 和断面高H 的确定
/D D D D
'
=
'
一般H/B>l 的人造丝斜交轮胎，D ′/D<l ，约为0.990～0,999；尼龙斜交轮胎则不同，其H/B 值无论是大于或小于1，充气外直径均增大，一般约增加0.1～2.5%。

设骨架材料为尼龙帘线，取 D ′/D=0.998，又已知D ′=1055mm ，则D=1057mm 4.2胎圈部位尺寸的确定 ①胎圈着合宽度C
此宽度根据设计轮辋宽度W 1而定，一般胎圈着合宽度等于设计轮辋宽度W 1，有时C 可略小于W 1，以改善轮胎的耐磨性能和增大胎侧刚性，但减少的数值不宜过大，以15～25mm 为宜。

设定C=190-20=170mm 。

②胎圈着合直经d
装于平底式轮辋的载重轮胎，为便于装卸，胎圈着合直径d 比轮辋直径应大0.5～1.5mm 。

设定d=508+1.1=509.1mm . ③胎圈部位倾斜角度
平底式轮辋的载重轮胎，胎圈部位角度为0°～1°.设定胎圈部位倾斜角度为0.8°. ④ 胎圈轮廓曲线
胎圈轮廓根据轮辋轮缘曲线确定，由胎圈弧度半径R4和胎踵弧度半径R5组成 a.胎踵弧度半径R5比轮辋相应部位弧度半径大0.5～1.0mm 。

b.胎圈弧度半径R4比轮辋轮缘相应部位弧度半径小0.5～1.0mm ，其半径圆心点较轮辋轮缘半径圆心点位置略低1～1.5mm ，使轮胎紧贴于轮辋上。

4.3断面高及水平轴位置的确定
断面水平轴位于轮胎断面最宽处,是轮胎在负荷下法向变形最大的位置,用H1/H2值表示。

H1/H2取值过小即断面水平线位置偏低，接近下胎侧，使用过程中，应力、应变较集中于胎圈部位，易造成胎侧子口折断； H1/H2值过大则断面水平轴位置较高，应力和应变集中于胎肩部位，容易造成肩空或肩裂。

模型断面高：
1
()1/21057509.1273.953
H D d mm =-=⨯-=（）
212
1()
H
H H H =
+ 计算得知：12H H H =-
一般上断面高均大于下断面高，因此设定2H =140mm ，1H =133.95mm 。

4.4胎冠部位尺寸的确定
①行驶面宽度b 和弧度高h 的确定
由表查得载重轮胎普通花纹：b/B=0.75～0.80；h/H=0.035～0.055，不妨设定该载重轮胎的b/B=0.78，h/H=0.048，又已得知轮胎断面宽B=251mm ，H=273.95mm ，则b=195.78mm ，h=13.15mm 。

②胎冠弧度半径的确定
设定胎冠断面形状为正弧形，则弧度半径Rn 根据行驶面宽度b 和弧度高h 计算， 计算公式为：
2n 82
b h R h =+
='n 0.01745a L R a 1
n
/2
2(sin )b R α-= 式中：α—行驶面弧度的夹角；0.01745—常数，即为π/180； n R —胎冠弧度半径，mm ；La ′—行驶面弧长，mm 。

对普通花纹的载重轮胎，采用一个弧度半径n R ，又得知b=195.78mm ，h=13.15mm 则计算得知：Rn=370.9mm ，α=30.60，La ′=198mm 。

4.5胎侧部位尺寸的确定
胎侧孤度半径1R 、2R 、3R 、4R 、5R 的确定
一般下胎侧弧度半径2R 应大于上胎侧弧度半径1R ，而1R 和2R 的圆心均设在断面水平轴上。

a.上胎侧弧度半径计算公式为:
222211()()4H h B b L
R B b
-+
--=
-
L －胎肩切线长度(L 在轮胎断面中心轴的投影长度约为2H 的50%)，mm 。

已知2H =140mm ，h=13.15mm ，B=251mm ，b=195.78mm ，将21
L H 70mm 2
==代入上式即可计算出1R =216.5mm 。

b ．下胎侧弧度半径的确定
22
11211
(2)()42R B W a H H R B W a
--+-=--
式中：R H — 轮辋轮缘高度，mm ；
a —下胎侧弧度曲线与轮缘曲线交点至轮辋轮缘垂线间距离(23
34
A α=～)mm ； A — 轮辋轮缘宽度，mm ；1W —轮辋宽度，mm ；
B —轮胎断面宽度，mm ； 1H —轮胎下断面高，mm ；
已知A=22.0mm ，a=35/48A=16.04mm ，B=251mm ，1W =190mm ，1H =133.95mm ，R H =40.5mm 带入上式计算得出2R =309.2 mm
c.下胎侧自由半径3R 的确定
一般约3R 为2R 的25～40%，设定3R 为2R ×33%=102mm d.胎肩轮廓的确定
胎肩部采用切线形的设计方法。

e.胎圈轮廓根据轮辋轮缘曲线确定，由胎圈弧度半径4R 和胎踵弧度半径5R 组成。

胎圈弧度半径4R 比轮辋轮缘相应部位弧度半径小0.5～1.0mm ，其半径圆心较轮辋轮缘半径圆心点位置略低1～1.5mm ，使轮胎紧贴于轮辋上。

4R 取19mm 。

f.胎踵弧度半径5R 组成
胎踵弧度半径5R 比轮辋相应部位弧度半径大0.5～1.0mm 。

5R 取9mm 胎踵弧度半径5R =9mm 4.6外轮廓最终尺寸（单位：mm ）
表3外轮廓各部位尺寸
绘制步骤：
① 画出中心线和水平轴
② 由断面宽B 和上下高1H 、2H 确定外轮廓曲线的左侧点、右侧点、上侧点及下册点； ③ 根据b 、h 和C 确定胎面宽及胎圈宽共四点； ④ 绘出胎冠圆弧n R ，其中心在纵轴上； ⑤ 绘出上胎侧圆弧1R ，其中心在水平轴上； ⑥ 画出胎肩切线L ； ⑦ 画出下台侧圆弧2R ;
⑧ 绘出胎圈圆弧5R 、4R 并进行过度连接； ⑨ 绘出3R ; 外轮廓图如下
参考文献
[1] 辛振祥.《现代轮胎结构设计》.北京:化学工业出版社. 2011.20-53
[2] 郑正仁.《子午线轮胎技术及应用》.合肥:中国科学技术大学出版社. 1994.15-17
[3]俞淇.《子午线轮胎结构设计与制造技术》.北京:化学工业出版社. 2006.76-116。