轮胎轻量化设计对轮胎滚动阻力的影响

第２期
蔡习舟 ． 轮胎轻量化设计对轮胎滚动阻力的影响 表 ２ 两种带束层钢丝帘线的参数对比
项 目 钢丝帘线规格 ２＋２×０． ２ ５ ＨＴ ５ ９ ０ １． ２ ８ ０ １ ０ ０． ０ ２＋４×０． １ ７ ＵＴ ４ ７ ４ １． ０ ８ ０ ８ １． ７
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３ 施工设计 ３． １ 胎面 胎面基部 胶 厚 度 优 化 前 为 ２． 优化后 ６ ｍｍ， 为 ２． 胎 面 厚 度 减 小 了 ０． 而胎面胶 ０ ｍｍ， ６ ｍｍ， 配方保持不变 。 ３． ２ 三角胶 三角胶设计能 够 提 高 胎 圈 部 位 刚 性 ， 减小胎 圈部位 变 形 。 优 化 前 采 用 邵 尔 Ａ 型 硬 度 为 ８ ０ 度、 高度为 ４ 优化后采用邵 ０ ｍｍ 的 硬 质 三 角 胶 ， 尔 Ａ 型硬度为 ９ 高度为１ ０度、 ５ ｍｍ 的 硬 质 三 角 胶 。 为了保证胎侧部位应力均匀地从较硬的胎圈 逐步过渡到较软 的 胎 侧 ， 在三角胶与胎侧部位增 设厚度为 １ｍｍ、 宽度为 ６ 邵尔 Ａ 型硬度为 ０ｍｍ、 ９ ０ 度的硬质胶片 。
０ １ ２年１ １ 月 １ 日 欧 盟 标 签 法 规 正 式 实 施， ２ 规定所有在欧盟销售的轿车轮胎 、 轻型载重轮胎 、 载重和公共汽车 轮 胎 必 须 加 贴 标 签 ， 标示轮胎的 燃油效率 、 滚 动 噪 声 和 湿 地 抓 着 力 的 等 级。标 签 法规标示的轮胎燃油效率的评价指标就是轮胎的 滚动阻力系数 ， 降低轮胎行驶过程中的滚动阻力 在几年前就受到各大轮 胎 企 业 的 重 视 ， ２ ０ ０ ７年米 其林和普利 司 通 就 推 出 了 低 滚 动 阻 力 的 Ｅ ｎ ｅ ｒ ｇ ｙ Ｓ ａ ｖ ｅ ｒ系列和 Ｅ ｃ ｏ ｉ ａ Ｅ Ｐ １ ０ ０ 系列轮胎产品 。 近年 ｐ 来， 国内各轮胎企 业 也 在 加 大 对 轮 胎 滚 动 阻 力 的 其中轮胎轻 量 化 成 为 减 小 轮 胎 滚 动 阻 力 的 研究 ， 一个研究方向 。 在保持轮胎轮 廓 和 花 纹 不 变 的 情 况 下 ， 轮胎 轻量化可以从优选骨架材料和优化施工设计两方 面着手 。 轮胎骨架材料的合理选择与施工的优化 设计 ， 可以在保持 轮 胎 外 缘 尺 寸 稳 定 和 满 足 轮 胎 承载能力的同时 ， 减小轮胎质量 ， 降低轮胎滚动阻 ／ 力， 提 高 汽 车 的 燃 油 经 济 性。 本 工 作 对 １ ９ ５ ６ ５ Ｒ １ ５ 轿车子午线轮胎的骨架材料和施工进行优 化设计 ， 现将其设计情况简介如下 。 １ 技术参数 ／ 根据 Ｇ 确定１ Ｂ ９ ７ ４ ３—２ ０ ０ ７， ９ ５ ６ ５ Ｒ １ ５轿车 ， 子午线轮胎的技术参数为 ： 标准轮辋 ６ 充气外 Ｊ
程 序 后 ，每 行 驶 １ ０ ｍ ｉ ｎ 试验速度增加 １ ０ 直 至 轮 胎 损 坏 为 止。 轮 ｋ ｍ·ｈ－１ 继续进 行 试 验 ， 胎最 高 行 驶 速 度 为 ２ 累计行驶时间 ４ ０ｋ ｍ·ｈ－１ ， 试 验 结 束 后 轮 胎 胎 肩 崩 花。 成 品 轮 胎 为 １． ４ｈ， 的高速性能良好 ， 符合国家标准要求 。 ４． ７ 滚动阻力试验 成品轮胎滚动阻力试验结果如表 ４ 所示 。 从 表 ４ 可以看出 ， 与优化前轮胎相比 ， 优化后轮胎的 滚动阻力系数明显下降 ， 降幅达 １ １． ８％ 。
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轮 胎 工 业 ２ ０ １ ３ 年第 ３ ３卷
４ 成品性能 ／ 成品性能测试采用优化设计后生产的 １ ９ ５ ６ ５ Ｒ １ ５ 轿车子午线轮胎进行 。 ４． １ 外缘尺寸 成品 轮 胎 在 充 气 压 力 为 １ 参照 ８ ０ｋ Ｐ ａ 下， ／ Ｇ Ｂ Ｔ ５ ２ １—２ ０ ０ ３测得的充气外直径为６ ３ ３． ８ 充气断面宽为 １ 满足设计要求 。 ｍｍ， ９ ６． ５ｍｍ， ４． ２ 强度性能 ／ 强度性能按照 Ｇ Ｂ Ｔ ４ ５ ０ ２—２ ０ ０ ９ 进行测试 ， ， 试验条件为 ： 充气 压 力 １ 压 头 直 径 １ ８ ０ｋ Ｐ ａ ９ ， 轮胎破坏能为 ４ 为国家 ｍｍ。 试验结果表明 ， ４ ５Ｊ （ ） 。 标准规定值 ２ ９ ５Ｊ 的 １ ５ ０． ８％ 成品轮胎的强度 性能良好 ， 符合国家标准要求 。 ４． ３ 脱圈阻力 ／ 脱圈阻 力 试 验 按 照 Ｇ Ｂ Ｔ ４ ５ ０ ２—２ ０ ０ ９进行 ， 测试 ， 试验条件为 ： 充气压力 １ 压块型号 ８ ０ｋ Ｐ ａ 压 块 水 平 距 离 ２ ７ ９ ｍｍ。 试 验 结 果 表 Ａ 型 ， 明， 脱圈阻力为１ 成品轮胎的脱圈阻力性 ５ ０ ０ ０Ｎ， 符合国家标准 （ 要求 。 能良好 ， ８ ９ ０Ｎ） ≥８ ４． ４ 耐久性能 ／ 耐久性能按照 Ｇ Ｂ Ｔ ４ ５ ０ ２—２ ０ ０ ９ 进行测试 ， ， 试验条件为 ： 充气压力 １ 额定负荷 ６ ８ ０ｋ Ｐ ａ １ ５ ， 试验速度 １ 轮胎按照国家标准 ２ ０ｋ ｍ·ｈ－１ ， ｋ ｇ 规定程序 行 驶 ３ 每１ ４ｈ 后 ， ０ｈ 负 荷 率 增 加 １ ０％ 继续进行试验 ， 当负荷 率 达 到 １ 直 ５ ０％ 不 再 增 加 ， 至轮胎损坏或累计行驶 １ ２ ０ｈ 为止 。 试验结束时 轮胎累计 行 驶 时 间 为 １ 轮 胎 未 损 坏。 成 品 ２ ０ｈ， 符合国家标准要求 。 轮胎耐久性能良好 ， ４． ５ 低气压性能 ／ 低气压 性 能 按 照 Ｇ Ｂ Ｔ ４ ５ ０ ２—２ ０ ０ ９进行测 ， 试， 试验条件为 ： 充气压力 １ 试验负荷 ４ ０ｋ Ｐ ａ ， 试验速度为 １ 轮胎完 成 国 家 ６ １ ５ｋ ２ ０ｋ ｍ·ｈ－１ ， ｇ 标准规定 的 耐 久 性 试 验 后 即 进 行 低 气 压 性 能 试 验， 按照国家标准 规 定 程 序 行 驶 １． ５ｈ 后 继 续 进 行试验 ， 直至轮胎损坏或累计行驶 ６ ６ｈ 为止 。 试 验结束时轮胎未 损 坏 ， 累计行驶时间为６ ６ｈ。 成 符合国家标准要求 。 品轮胎的低气压性能良好 ， ４． ６ 高速性能 ／ 高速性能按照 Ｇ Ｂ Ｔ ４ ５ ０ ２—２ ０ ０ ９ 进行测试 ， ， 试验条件为 ： 充气压力 ２ 试验负荷 ４ ８ ０ｋ Ｐ ａ ９ ２ ， 初始速度为 １ 完成国家标准规定 ７ ０ｋ ｍ·ｈ－１ ， ｋ ｇ
表 ３ 两种冠带层帘布的参数对比
项 目 单根帘线强度／ Ｎ 压延厚度／ ｍｍ
－ １］ ／ ［ ） 密度 根·（ １ ０ ｃ ｍ
３． ３ 胎侧 为了减小胎侧质量 ， 对胎侧进行优化 ， 胎侧厚 度减薄 。 由于对三角胶进行改进时增设了硬质胶 也就避免了因 胎 侧 厚 度 减 薄 而 带 来 的 胎 侧 强 片， 度下降 。 钢丝圈 、 三角胶和胎侧优化设计前后示 意如图 ２ 所示 。 通过施工设计 的 调 整 ， 优化后轮胎的质量减 。 小了 ０． ８ ０ ８ｋ ｇ
， 作者简 介 ： 蔡习舟（ 男， 湖北黄梅人， 杭州中策橡胶 １ ９ ８ ２—） 在职硕 士 研 究 生 ， 主要从事轮胎结构设计 有限公司助理工程师 ， 工作 。
） （ ）ｍｍ， 直径 （ 充气断面宽 Ｄ ′ ３ ５ ６ ２ ７． ４～６ ４ ２． ６ ６ （ ） （ ）ｍｍ， 标准充气压力 Ｂ ′ ０ １ １ ９ ３． ０～２ ０ ８． ０ ２ ， 。 标准负荷 ６ ２ ５ ０ｋ Ｐ ａ １ ５ｋ ｇ ２ 骨架材料 ２． １ 胎体 ／ 胎体 优 化 前 采 用 １ 层 １ ６ ７ ０ ｄ ｔ ｅ ｘ ２Ｄ Ｓ Ｐ 聚酯 ／ 浸胶帘布 ， 优化后采用 １ 层 １ ４ ４ ０ ｄ ｔ ｅ ｘ ２Ｄ Ｓ Ｐ 聚酯 两 种 胎 体 帘 布 的 参 数 对 比 如 表１ 浸胶帘布。 所示 。
表 １ Hale Waihona Puke Baidu两种胎体帘布的参数对比
项 目 单根帘线强度／ Ｎ 压延厚度／ ｍｍ
－ １］ ／ ［ 密度 根·（ １ ０ｃ ｍ）
帘布规格 ／ １ ６ ７ ０ ｄ ｔ ｅ ｘ ２Ｄ Ｓ Ｐ ２ ０ ５ １． ２ １ ０ ０ １ ０ ０． ０ ／ １ ４ ４ ０ ｄ ｔ ｅ ｘ ２Ｄ Ｓ Ｐ １ ８ ０ １． １ １ ０ ０ ９ ０． １
／ 通过对 １ 以 减 小 轮 胎 质 量， 降低轮胎滚动阻 ９ ５ ６ ５ Ｒ １ ５ 轿车子午线轮胎 的 骨 架 材 料 和 施 工 设 计 进 行 优 化 ， 摘要 ： ； 力， 提高汽车的燃油经济性 。 结果表明 ： 优化设计后的轮胎质量由 ８． 在保证轮胎的充气外缘尺寸、 ８ｋ ３ｋ ｇ 减 为 ７． ｇ 成品性能以及室外装车性能满足要求的情况下 ， 优化后轮胎的湿地抓着性能基本保持不变 ， 滚动阻力系数由 １ ０． ０ ８降 到８ 降幅达 １ ． ８ ９， １ ． ８％ 。 轿车子午线轮胎 ； 滚动阻力 ； 轻量化 ； 燃油经济性 ； 湿地抓着力 关键词 ： （ ） Ｕ ４ ６ ３． ３ ４ １ 文献标志码 ： Ｂ 文章编号 ： １ ０ ０ ６ ８ １ ７ １ ２ ０ １ ３ ０ ２ ０ ０ ８ ２ ０ ４ 中图分类号 ： － － －
单根帘线强度／ Ｎ 压延厚度／ ｍｍ ／ ［ 密度 根·（ １ ０ｃ ｍ 帘线质量比／％
－ １］ ）
然带束层采用 ２＋４×０． １ ７ ＵＴ 钢丝帘线后安全倍 数降低 ， 但从理论上可以满足要求 。 ２． ３ 冠带层 ／ 冠带层 优 化 前 采 用 １ 层 １ ４ ０ ０ ｄ ｔ ｅ ｘ ２锦纶６ ６ ／ ／ 浸胶帘布 ， 优化后采用１层９ ３ ０ ｄ ｔ ｅ ｘ ２ Ｆ ９ ４锦纶 ６ ６ 浸胶帘布 。 两种冠带层帘布的参数对比如表 ３ 所示 。
帘布质量比／％
胎体原设计的安全倍数 通过薄膜理 论 计 算 ， 为１ 优化后的安全倍数为 １ ３． ２ ６， １． ６ ４。 虽然胎体 ／ 采用 １ ４ ４ ０ ｄ ｔ ｅ ｘ ２Ｄ Ｓ Ｐ聚酯浸胶帘布后安全倍数 降低 ， 但从理论上可以满足要求 。 ２． ２ 带束层 带束层优化前采用 ２ 层 ２＋２×０． ２ ５ ＨＴ 钢丝 优化后采用 ２ 层 ２＋４×０． 帘线 ， １ ７ ＵＴ 钢丝帘线 ， 两种带束层钢丝帘线的参数对比如表 ２ 所示 。 通过彼德尔曼 公 式 计 算 ， 带束层原设计的安 全 倍 数 为１ 优 化 后 的 安 全 倍 数 为９． 虽 １． ５ ７， ２ ９。
图 １ 钢丝圈优化设计前后排列示意
通 过 计 算， 钢丝圈原设计的安全倍数为 优化后的 安 全 倍 数 为 ４． 可见优化设计 ３ ． ８ ５， １ ２， 的安全倍数比原设计安全倍数高 。 通过调整以 上 ４ 种 骨 架 材 料 的 品 种 ， 改进后 。 轮胎质量可以减小 ０． ６ ９ｋ ｇ
图 ２ 钢丝圈 、 三角胶和胎侧优化设计前后示意
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轮 胎 工 业 ２ ０ １ ３ 年第 ３ ３卷
轮胎轻量化设计对轮胎滚动阻力的影响
２ 蔡习舟１，
（ ） 青岛科技大学 高分子科学与工程学院 ， 山东 青岛 ２ 杭州中策橡胶有限公司 ， 浙江 杭州 ３ １． ６ ６ ０ ４ ２； ２． １ ０ ０ ０ ８
帘布规格 ／ ／ ／ １ ４ ０ ０ ｄ ｔ ｅ ｘ ２ 锦纶 ６ ６ ９ ３ ０ ｄ ｔ ｅ ｘ ２ Ｆ ９ ４ 锦纶 ６ ６ ２ ０ ６ ０． ９ ７ ４ １ ０ ０． ０ １ ３ ８ ０． ８ ９ ４ ９ １． ２
帘线质量比／％
２． ４ 钢丝圈 钢丝 圈 优 化 前 采 用 单 根 强 度 为 １ ４ ０ ０ Ｎ、 四 边 形 排 列， 排列方式为 ０ ． ９ ６ｍｍ 的胎圈钢丝 ， 优化后采用单根强度为 ２ ５×５； ７ ２ ０Ｎ、 １ ． ３ ０ｍｍ 。钢 的胎圈钢丝 ， 六 角 形 排 列， 排列方式为４ ５ ４ － － 丝圈优化设计前后排列示意如图 １ 所示 。