高分子材料专业毕业设计轮胎结构设计说明

1引言：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，能支承车身，缓冲外界冲击，实现与路面的接触并保证车辆的行驶性能。轮胎常在复杂和苛刻的条件下使用，它在行驶时承受着各种变形、负荷、力以及高低温作用，因此必须具有较高的承载性能、牵引性能、缓冲性能。同时，还要求具备高耐磨性和耐屈挠性，以及低的滚动阻力与生热性。随着社会的发展，人们对轮胎的需求和要求逐步提高。我运用CAD绘图软件设计11.00R20全钢载重子午线轮胎，通过课题设计，了解和掌握轮胎设计特别是全钢载重子午线轮胎的设计方法、设计流程及各部位尺寸的确定与计算，为今后的工作打下牢固的基础。

2设计前的准备

2.1轮胎基本参数的确定

轮胎结构设计的第一步是确定所设计的轮胎的规格，再根据其用途确定其荷载能力。

11.00R20—16PR这种规格轮胎在国标中和TRA及ETRTO中均有16层级的设计标准。其参数的选取参照国标选取。轮胎外轮廓设计依据“薄膜-网络”理论及“自然平衡轮廓曲线”来设计，而负荷能力则根据同规格TRA的要求来进行设计。下面给出国标（GB 3487-89）中5°平底宽轮辋的参数图和各标准中11.00R20型号轮胎轮廓的基本参数表[4-7]。

图4-1 5°平底轮辋基本参数

Figure 4 -1 5 ° Flatbed wheels basic parameters

表4-1各标准相关参数

Table 4-1 The standards-related parameters

2.2轮胎负荷能力的计算

11.00R20—16PR 为非制载重子午线轮胎，根据美国TRA 工程手册载重汽车轮胎篇中

推荐的计算公式，单胎负荷计算公式为：

Q=K×0.425×（P-15）0.585×B 0.6251.39×（d r +B 0.625） （4-1）

当用公制计算时需乘以公制换算系数0.231，此时

Q=K×0.231×0.425×（P-15）0.585×B 0.6251.39×（d r +B 0.625） （4-2）

式中：Q ——负荷， kg ；

K ——负荷系数。 依据TRA-2006：取 K=1.30

P ——充气压，kgf/cm 2； 依据TRA-2006：11.00R20—16PR 的单胎最大充

气压力为 ：810（kPa ）=8.1kgf/cm 2

d r ——轮辋直径， cm ； 11.00R20—16PR 规格轮胎的

d r =20×2.54=50.8（cm ）

B 0.625——在62.5%轮辋上的断面宽度，cm 。

3

.141'/sin 180'B 10.625）（B C B R --⨯= （4-3） 式中： C R ——设计轮辋宽度 cm ；由图1-1可知C=20.3（cm ） ；

B '——设计轮辋上的轮胎断面宽度 （充气断面宽） cm ； 依据GB 9744-88：取B=29.3（cm ） ；

cm 23.283

.1413.29/3.20sin 1803.29B 10.625

=-⨯=-）（则： 即负荷能力：

Q=K×0.231×0.425×（P-15）0.585×B 0.6251.39×（d r +B 0.625） 规格 标准轮辋 负荷指数 相应气压kPa 最大负荷kg 充气外缘尺寸

mm

标准 双胎 单胎 外直径 断面宽

11.00R20—16PR 8.0 149/145 810/770 2870 3270 1085

293 GB9744-88 11.00R20—16PR 8.0 149/146 790 2960 3240 1085

293 TRA —2006 11.00R20

—16PR 8.0 150/146 790 3000

3350 1082 286 ETRTO

—2001

=1.30×0.231×0.425×（8.1-15×0.07032）0.058×28.231.39×（50.8+28.23）

=3282.78kg

单胎负荷：3282.78kg 大于GB 标准3270kg ，满足要求。

双胎负荷：为单胎负荷的91%（单胎负荷为2180kg 以上）。

即：3282.78×0.91=2987.33kg [1]。

3 子午线轮胎外轮廓断面形状设计

3.1外直径D 与断面宽B 的确定

由于子午线轮胎胎冠部有周向不易伸张的带束层箍紧着胎体的特点，所以充气后轮胎的外直径膨胀率要比斜交胎小得多。一般充气后外直径变化甚小，大致增加1-2mm ，有时不膨大还略减小。因此模型断面轮廓外直径的取值可与标准规定的新胎外直径相等或稍小一点。

则： D '=1085mm D '/D=1 D=1085mm

B '=293mm B '/B=1.01 B=290.1≈290mm

3.2胎圈着合直径d 的确定

为满足轮胎与轮辋紧密的着合及拆装方便的需要,GB 中8.00in 轮辋的标定直径为20in(508mm)，取轮胎着合直径为:d=508mm

3.3断面高H 与断面水平轴H 1和H 2的确定

由公式：

mm d D H 5.288250810852)(=-=-= （4-4）

子午线轮胎断面最宽点半径的位置要比斜交轮胎的高，希望能使轮胎的变形落在水平轴以上，带束层端点以下的上胎侧高（H 2）区域之内，并减小下胎侧高（H 1）区域的应力和胎圈的应力。由于子午线轮胎胎体帘线呈径向排列，其钢丝圈承受力要比斜交胎的大，容易造成子口破裂，故断面最宽点半径要取得高一些来减轻所承受的力。一般选取H 1/H 2＞1，载重子午线轮胎最高去值可达 1.4。本规格根据2005年各公司轮胎的测量值取H 1/H 2=1.1。

则：H 2=H/2.1=288.5/2.1=137.38≈137.5mm

H 1=H －H 2=288.5－137.5=151mm