毕业设计（论文）-轿车子午线轮胎的设计.doc

毕 业 设 计（论文）（说 明 书）题 目：轿车子午线轮胎的设计姓 名： 、 编 号： 、 、技术学院 年 月 日、技术学院毕 业 设 计 （论文） 任 务 书姓名 、 专业 汽车运用技术 任 务 下 达 日 期 年 月 日设计（论文）开始日期 年 月 日设计（论文）完成日期 年 月 日设计（论文）题目： 轿车子午线轮胎的设计 A编制设计 B设计专题（毕业论文） 指 导 教 师 、 系（部）主 任 、 年 月 日、技术学院毕业设计（论文）答辩委员会记录机械工程 系汽车运用技术 专业，学生、于 年 月 日进行了毕业设计（论文）答辩。设计题目： 轿车子午线轮胎的设计 专题（论文）题目： 指导老师： 、 答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况，经答辩委员会讨论评定，给予学生 毕业设计（论文）成绩为 。答辩委员会 人，出席 人答辩委员会主任（签字）： 答辩委员会副主任（签字）： 答辩委员会委员： ， ， ， ， ， ， ， 、技术学院毕业设计（论文）评语第 页共 页学生姓名： 、 专业 汽车运用技术 年级 2008级 毕业设计（论文）题目： 轿车子午线轮胎的设计 评 阅 人： 指导教师： （签字） 年 月 日成 绩： 系（科）主任： （签字） 年 月 日毕业设计（论文）及答辩评语： 毕业设计说明书（论文）摘要随着汽车工业的高速发展，我国汽车拥有量越来越多，高速公路里程越来越长，汽车速度越来越高，在这种新形势下，对汽车轮胎的各项性能也提高了要求，以便使汽车的行驶舒适性、安全性得到人们的认同，同时也令轮胎的经济性更容易让人接受。本文介绍了子午线轮胎在我国的发展历程和发展方向，并对子午线轮胎的结构组成和其优越性进行了研究分析，并独立完成了对轿车子午线轮胎的设计。关 键 词：子午线轮胎，扁平化，无内胎化，带束层，帘布线，轮胎花纹ABSTRACTAlong with automobile industrys high speed development, our country automobile capacity are getting more and more, the highway course is getting more and more long, the automobile speed is getting higher and higher, under this kind of new situation, also enhanced the request to automobile tires each performance, with the aim of enabling automobiles travel comfortableness, the security to obtain peoples approval, simultaneously is been also easier tires efficiency to let the human accept. this article introduced the meridian tire in our countrys development process and the development direction, and the antithetical couplet noon-mark tires structure composition and its superiority has carried on the research analysis, and has completed independently to passenger vehicle meridian tires design.KEY WORDS: radial ply tyre , the flattening, the tubeless type,belted layer, the curtain wiring, the tire treadIII 计说明书（论文）目录摘要IABSTRACTII第1章 绪论5第2章 我国子午线轮胎的发展历史与前景62.1 我国子午线轮胎的发展历史62.2 子午线轮胎的发展方向72.2.1 扁平化72.2.2 无内胎化的优点9第3章 子午线轮胎的结构特征123.1 子午线轮胎的分类133.2 子午线轮胎的结构133.2.1 载重子午线轮胎的结构133.2.2 轿车子午线轮胎的结构143.3 子午线轮胎与斜交胎结构的差异143.4 子午线轮胎的性能15第4章 子午线轮胎骨架材料的性能和分类164.1 子午线轮胎骨架材料的性能174.2 子午线轮胎骨架材料的分类17第5章 轿车子午线轮胎结构的设计195.1 轿车子午线轮胎负荷的计算195.2 轿车子午线轮胎断面轮廓的设计特点195.2.1 子午胎外直径D和断面宽B的确定195.2.2 断面水平轴的确定205.2.3 胎圈间距的确定205.2.4 断面高与断面宽之比H/B205.2.5 轮胎行驶面弧度与宽度的选取215.2.6 断面轮廓曲线的设计215.3 轿车子午线轮胎带束层的设计235.3.1 带束层结构形式的类型235.3.2 轿车子午线轮胎带束层层数、角度、密度235.4 轿车子午胎胎体帘线的选择245.5 轿车子午胎胎圈结构245.6 轿车子午胎胎面花纹的设计255.6.1 轮胎花纹的作用255.6.2 轿车子午线轮胎胎面花纹265.6.3 轿车子午胎胎肩花纹的设计285.6.4 子午胎花纹沟深度、够宽、角度、形状的设计29第6章 总结31参考文献32致谢33第1章 绪论 千里之行始于足下，作为汽车行驶的四只脚，汽车轮胎的重要性不言而喻。汽车轮胎既起到承载全车重量的作用，也起到避震和缓冲的作用。它也是全车最重要的部件，对汽车的驶性、通过性、环保性、舒适性和安全性有直接影响。尤其在安全性方面，一旦行驶中轮胎出现故障，轻则汽车停驶，重则发生事故。因此，对轮胎的认识很重要。在汽车的高速行驶过程中，轮胎故障是所有驾驶者最为担心和最难预防的，也是突发性交通事故发生的重要原因。轮胎是汽车行驶系统的重要部件，就像我们穿的鞋，除了根据使用功能来正确选择外，还要懂得如何去护理。而轮胎的种类又有多种，按照结构划分为斜交线轮胎、子午线轮胎，从设计上讲，斜交线轮胎有很多局限性，如由于交叉的帘线强烈摩擦，使胎体易生热，因此加速了胎纹的磨损，且其帘线布局也不能很好地提供优良的操控性和舒适性；而子午线轮胎中的钢丝带则具有较好的柔韧性以适应路面的不规则冲击，又经久耐用，它的帘布结构还意味着在汽车行驶中有比斜交线小得多的摩擦，从而获得了较长的胎纹使用寿命和较好的燃油经济性。同时子午线轮胎本身具有的特点使轮胎无内胎成为可能。无内胎轮胎有一个公认优点，即当轮胎被扎破后，不像有内胎的斜交线轮胎那样爆裂（这是非常危险的），而是使轮胎能在一段时间内保持气压，提高了汽车的行驶安全性。另外，和斜交线轮胎比，子午线轮胎还有更好的抓地性。因此， 下面我们所谈的轮胎仅指目前轿车所普遍使用的子午线轮胎。第2章 我国子午线轮胎的发展历史与前景 2.1 我国子午线轮胎的发展历史1948年，法国米其林轮胎公司试制生产了全世界第一条全钢丝子午线轮胎。子午线轮胎的发明是轮胎工业中的一场革命，已成为汽车轮胎发展的新方向！ 我国子午线轮胎从20 世纪 60年代初开始研制以来， 已有近40 年的历史。与国外相比，我国起步并不晚，但进展缓慢，步履艰难。直到 80年代后期，国家下决心大力支持子午线轮胎发展，并取得较大的进展，为我国加速发展子午线轮胎打下了良好的基础。纵观我国子午线轮胎的发展经历，大体可概括为：60 年代起步，70 年代缓慢前进，80 年代加快步伐，90 年代以后迅速发展。我国庞大的汽车需求量促进了轮胎行业的快速增长，2007年1-8月中国轮胎产量为3.3836亿条，同比增长23%，子午线轮胎产量为1.53亿条，同比增长36.7%。子午线轮胎达到轮胎总量的45%。表明我国轮胎构架正在向追求高品质和高附加值方向转变。从上市公司的情况来看，2007年前三个季度车用轮胎分别实现主营业务收入1993291万，同比增长30.10%，实现利润总额60882万，同比增长243.74%。利润增速均高于收入增速，行业整体发展状况良好。车用轮胎行业，净利润增长达到146.2%，盈利能力明显超过洗涤行业，随着我国巨大的汽车保有量和持续增长的汽车消费而迎来了又一发展阶段，带来了车用轮胎企业发展机会。 竞争现状：我国轮胎企业主要分为国有、合资/独资、民营等三大类，企业在机制、技术、产品、资金、营销方面各有千秋。国有企业基础雄厚，但除少数企业外，大部分步履蹒跚，受体制制约因素发展缓慢;合资/独资企业具有资金、管理、技术等方面的优势，但大多重心放在中高端产品，除轿车、轻载等半钢子午胎外，其他品种并不占有规模优势;民营企业依靠机制灵活，进步很快，但技术和营销网络方面的实力稍逊一筹。 2009年轮胎行业出现前所未有的繁荣局面，业内人士定义为行业“井喷”。2009年轮胎产量6.55亿条，同比增长18%。轮胎行业“井喷”主要原因是汽车行业快速增长。2009年中国汽车产量约1379万辆，同比增长48%;同期汽车销量约1364万辆，同比增长46%。汽车产销量均创历史新高，居世界第一位，远远高于2008年全年的产量增长5%、销量增长6%的水平。此外，机械行业快速增长也是橡胶轮胎行业“井喷”的需求助力之一，2009年机械行业的生产总值同比大幅增长33%。2011中国子午线轮胎市场趋势观察研究预测报告预测, 轮胎行业在“井喷”之后，持续大幅增长的可能性较小，在汽车行业的持续增长和机械行业的景气高位的情况下，行业整体盈利维持在较高水平，预计2011-2012两年轮胎行业的需求增速将保持在10-15%的水平。预计2015 年轮胎总产量 将达到21500 万条，其中子午胎产量为15000 万条，子午胎占汽车轮胎需求量的91% ，占轮胎总需求量的70% 。其中轿车轮胎子午化率达到100%，轻载轮胎子午化率达 90%以上，载重轮胎子午化率达到 75%以上， 农业轮胎子午化率约占24% ，工程及工业轮胎子午化率约占 50%。总之，即使按预测的数字完成， 我国要实现子午化还需相当长的时间， 真是任重道远。2.2 子午线轮胎的发展方向21 世纪初国外轮胎的子午化、扁平化、无内胎化已趋于成熟。作为轮胎结构革命的换代产品子午线轮胎，一直发挥着它的优异性能，但为适应世界市场竞争的需要，新产品研究开发速度要加快，更新换代周期要缩短，以致各大公司每年都有重要新产品问世， 同时每年都有一些老产品被淘汰。因此轮胎子午化后，仍须清楚地认识到子午线轮胎新产品的研究开发和新技术的发展方向：扁平化、无内胎化等。2.2.1 扁平化1、扁平化的含义轮胎的轮廓是由扁平率决定的，扁平率就是高宽比，即轮胎胎壁（横截面高度）高度占胎宽（横截面宽度）的百分比。由于子午线结构的轮胎帘线方向是径向排列的，所以胎侧柔软刚性低， 而影响了轮胎的侧向稳定性，因此降低断面高或增加断面宽即 H/B趋于扁平化对子午线轮胎体现出显著的优越性。轮胎断面的高宽比=断面高H/断面宽B，也叫作扁平比。若H/B1，则称为普通断面轮胎。现代轿车的轮胎高宽比多是50%至70%之间，这个百分比数值又称为系列，若H/B 0.8，则称为80系列、 H/B 0.7，则称为70系列。通常将80系列及其以下轮胎称为低断面轮胎。系列越小，轮胎形状越扁平。2、扁平化的优点（1）同样直径的轮胎，低断面轮胎接地面积大，所以制动力更强，更安全。（2）低断面轮胎行使时的变形量小，曲折生热少，轮胎寿命更长。（3）行使变形量小，阻力小，汽车也更省油，高速性能更好。（4）减小轮胎噪音3.、低断面轮胎的发展趋势轿车轮胎：现在由70、60系列向55、50、45、35、25系列等发展载重轮胎：由80系列向65、60、45系列等方向发展图2-1 普通轮胎与子午胎的比较从汽车的发展历史来看，20世纪初的汽车轮胎横截面几乎是园形，胎壁与胎宽一样，因此扁平率为1。一直到二次大战后才出现了扁平率1以下的轮胎，有了稍微扁平的轮胎；60年代初美国出现了扁平率0.8的轮胎，60年末则出现了扁平率0.7的轮胎。现在兴起的低扁平化轮胎与地面接触面大，抓地力强，除了具有操纵稳定性好外，还具有高速耐久力好和制动力好的优点，因为扁平轮胎不容易产生“驻波”。“驻波”是一种导致轮胎变形的物理现象，“驻波”越多轮胎变形越大。扁平轮胎具有较强的制动能力，这是因为低扁平化轮胎通常需要大直径的轮圈来配合，较大的轮圈可以容纳更大尺寸的制动盘（鼓），制动盘（鼓）直径越大，制动力就越大。但同时低扁平化轮胎内的空气层厚度小，缓冲和减震相对减弱，导致舒适性较差，因此需要相应的悬挂结构来配合。现在的轿车普遍用子午线真空轮胎（无内胎轮胎），商用汽车也普遍使用子午线轮胎，扁平化轮胎的优越性已被人们认识，轮胎向扁化方向发展是一个必然趋势。2.2.2 无内胎化的优点无内胎轮胎(TUBELESS)也称真空胎，有的地方也叫空心胎。顾名思义，无内胎轮胎也就是轮胎里面没有内胎。其实，无内胎轮胎并不是没有内胎，它只不过是把内胎，更科学、更进步地用另外一种材料、另外一种方法和外胎溶为了一体。无内胎轮胎的内侧表面附有一层高密封性的密封胶膜(一般多用氧化丁基胶)，紧紧地贴在轮胎的内部。当钉子等物一刺入，空气在从洞口外泄时，胎内膜立刻随着 空气的外流而收缩堵住洞口。胶膜与轮胎一体，其间没有漏气的空隙。另外，进气口只有一个，轮胎口和轮圈的严密咬合，也不会漏气。因此，当轮胎被铁钉等物刺 入以后，空气不是突然流失，只能从被刺的地方慢慢地漏出(因为内膜收缩堵住了洞口，所以空气流失很慢)，可以给驾驶员充裕的时间进行处理，这样，既不会因 为空气的突然流失而发生车祸(车速快时，前轮突然漏气，往往造成车辆侧翻等恶性事故)，也不会因突然漏气而碾坏外胎。因此，从安全角度讲，真空胎是高速行车最为理想的轮胎。1.安全性能高(1)无内胎在被异物刺穿后，气压不会迅速消失，仍能行驶几十公里(2)提高车辆行驶安全性，同时容许轮胎得到更换和修补图2-2 有内胎与无内胎的比较由于无内胎行驶面宽，接地面积大，地面附着性好， 缩短制动距离，转向稳定性高，安全更有保证。(3)转向时操控性能好(4)制动距离短，刹车更平稳全钢载重无内胎的轮辋与刹车鼓距离大，有利于散热，减少胎圈分层。(5)高速性良好(6)安全性能更佳由于没有内胎/垫带，加之接地面更加稳定，运行时无内胎轮胎生热少，散热快。(7)生热量小，高速性能好(8)运行更加安全无内胎轮胎断面低，外直径小，可降低卡客车重心。(9)使货运更加平稳、更加安全(10)可降低客车车门入口高度， 使顾客上下车更加安全方便2.经济性好(1)较高的性价比以12R22.5 HN257代替11.00R20 HN08(等效替换)为例，12R22.5 HN257价格比11.00R20 HN08低35元左右，且其磨损寿命比11.00R20 HN08提高10%左右。性价比明显高于11.00R20 HN08。(2)滚动阻力低，耗油率降低2%由于全钢载重无内胎周向刚性大、滚动阻力低，对比斜交线轮胎可节省6 10%的燃料，考虑到路况、停车、启动等因素的影响，保守估计全钢载重无内胎的节油率应在2% 左右。(3)车身重量减轻，可降低车辆油耗采用全钢载重无内胎，轮胎/轮辋组合体重量减少20kg左右。按一辆前四后八货车（共12个轮）计算，使用无内胎轮胎可降低车身重量240kg左右，可以起到降低油耗的效果。图2-3 全钢载重有内胎与无内胎的结构差异(4)接地压力比较均匀，无内胎轮胎磨损均匀，磨损寿命远远长于有内胎轮胎,使用寿命延长(5)轮胎磨损均匀，花纹再刻机会增加(6)有利于环境保护(7)无内胎行驶面宽，接地面积大，而且接地压力均匀，接地比压低，减少轮胎对于路面的破坏。无内胎行驶面宽，胎面周向刚性大，轮胎磨损寿命增加。意味着减少固体废物的产生。 (8)全钢载重无内胎滚动阻力小，可以降低燃料消耗，从而减少汽车尾气排放。(9)无需内胎、垫带部件，减少生产、运输资源（原材料、能源及人力）的消耗使用无内胎轮胎，对于轮圈的要求比较严格，轮圈必须没有碰撞过，没有锈蚀，必须经过气密性试验，不能有沙眼，否则，轮胎口和轮圈的咬合不严，无法充气。第3章 子午线轮胎的结构特征子午线轮胎帘布层内的帘线以轮胎中心点为中心成辐射状排列，然后在帘布上面用10-20(钢皮带内钢线的角度)的钢皮带箍住。子午线轮胎的胎体多用尼龙和人造丝制成，而卡车等载重车用于午线轮胎的胎体则多用钢丝线层。此外，子午线轮胎因其每个部位所承受的力及功能不同，因此，所选用的胶料也不同。下面是制造子午线轮胎时每个轮胎部位根据其不同功能而选用的胶料。1.胎面胶。因为轮胎的胎面要直接和路面接触，因此，它的耐磨性要好，滚动阻力和噪声要小，同时还要具备极好的耐热性和耐刺性能。此外，子午线轮胎的缓冲伸张小，使胎面的承受负荷增大，特别是在较差的路面上更为明显，因此，胎面胶还要具有良好的弹性、耐疲劳性和较高的耐老化性能。所以，胎面胶的用料是十分讲究的。2.胎侧胶。子午线轮胎胎侧的弯曲变形比斜交胎要大的多，因此，必须选用耐弯曲变形的橡胶才行。此外，胎侧在臭氧作用下很容易产生龟裂，同时，胎侧还承受较大的机械变形，所以，胎侧胶还应具有较低的定伸强度、优良的耐疲劳和耐臭氧性能。3.带束层胶。子午线轮胎的带束层比斜交胎缓冲层要承受更高的剪切应力，同时，还要实现硬缓冲层的平缓过渡和避免胎肩部位的脱空现象。所以，带束层胶应具有较高的强力、耐疲劳性、耐热性和粘合性。4.胎体帘布胶。子午线轮胎胎体的周向伸张变形和沿帘线的剪切变形比斜交胎大，因此，帘布胶应具有较高强力、耐疲劳性、耐热性和粘合性。同时，帘布胶还应具有高度的内聚力。5.胎肩垫胶。胎肩垫胶用以将帘布层和缓冲层端头隔开，使硬的胎面平缓地过渡到柔软的胎侧，并转移和吸收动态条件下集中胎肩部的应力，减少胎肩脱空的危险。由于胎肩垫胶位于高应力区，因此，应具有优异的耐疲劳性能和良好的粘合性能。6.胎圈三角胶。为了加强胎圈部位，使胎圈能够稳定成形，并形成胎圈向胎例的刚性过渡，一般采用由一种硬度较大或两种不同硬度的三角胶条来填充钢圈和加强胎圈部分的胎侧，保证子午胎钢丝圈向柔软胎侧的平缓过渡。此外，这种胶还要具有良好的粘合性能。从以上这些制造子午线轮胎所需的不同胶料即可看出，制造子午线轮胎是非常的复杂和不容易。另外，子午线轮胎的生产技术要求十分严格，必须有先进的设备、精细的原料、严格的工艺管理及可靠的检测手段才行。可以说，子午线轮胎是人类智慧的结晶。3.1 子午线轮胎的分类 不同123全钢丝子午线轮胎半钢丝子午线轮胎全纤维子午线轮胎胎体,带束层全为钢丝,且帘线只用一层。胎体为纤维,带束层为钢丝,帘线层数比斜交胎要少。胎体，带束层全为纤维。类线轮胎zzzzzzzzzz，轮胎磨损寿命增加。意味着减少固体图3-1 子午线轮胎的种类3.2 子午线轮胎的结构3.2.1 载重子午线轮胎的结构图3-2 载重汽车子午线轮胎的结子午线轮胎主要由胎冠、胎侧、胎圈三大区域组成。胎冠部分有胎面、带束层、帘布层和胎肩垫胶；胎侧部分有胎侧胶、帘布层；胎圈部分有钢丝圈、钢丝圈填充胶、帘布层和胎圈钢丝加强层等，轮胎的胎里一般都有气密层。3.2.2 轿车子午线轮胎的结构轿车子午线轮胎一般由胎面胶、胎面下层胶、胎侧胶、胎体（1-2层纤维布组成）、带束层（二层钢丝帘布层）、冠带（按技术设计要有时加一至二层尼龙帘布层，以提高轿车胎的高速性能）、胎圈（由钢丝圈、复合硬胶芯和子口护胶）、内衬层等构成。图3-3 轿车子午线轮胎的结构（1）1-硬三角胶芯；2-钢丝圈；3-钢丝内包布；4-钢丝外包布图3-4 轿车子午线轮胎的结构（2）3.3 子午线轮胎与斜交胎结构的差异1.斜交轮胎胎体中的帘线按一定角度排列，各层间帘线相互交叉，胎体帘线层数为偶数，胎体承受内压引起的初始应力的8090%。2.子午线轮胎胎体各帘面层间的帘线，系相互平行地由一胎圈至另一胎圈呈了午线方向的排列（与胎胎冠中心线夹角为90度）。胎冠有大角度基本不伸张的刚性带束层箍紧，这种结构使：（1）带束层承受由内压引起的初始应力的6075%（2）胎体帘线强力得到了充分的利用，层数减少，一般比斜交胎少4050%，胎体层数可为偶数，也可为奇数。（3）胎圈所受应力比斜交胎大3040%，钢丝圈中的钢丝根数比斜交胎多。 （4）由于胎体层数少、胎侧柔软、容易变形和刺伤，胎侧承受的应力比斜交轮胎大。因此，这两种结构的轮胎，它们的断面形状、胎圈结构、带束层结构有很大的差别。子午线轮胎与斜交胎的帘布排列如图3-5所示图3-5 子午线轮胎与斜交胎的帘布排列3.4 子午线轮胎的性能子午线轮胎结构最基本的特点，就是带束层和胎体帘布层中的帘线排列方向的特殊性。由于胎体层的帘线为径向排列，是胎侧非常柔软，可良好发挥出汽车对轮胎要求的缓冲性能。带束层的帘线接近周向排列，使轮胎滚动时周向变形很小，滚动周长几乎保持不变，可更好地发挥牵引和制动等性能。因此，子午线轮胎的胎冠和胎侧是分别独立地各自发挥作用。正是子午线轮胎的这种特性，才带来了它卓越的使用性能：1. 操纵稳定性好 轮胎与路面附着是否良好，是行车安全的一个重要条件。子午胎胎体柔软，下沉大，胎面与路面接触面积大，接触压力分布均匀。此外胎冠刚性大，胎面周向滑移小，因此，胎面与路面抓着性能好，所以它的抓着力强，制动性能好，操纵稳定性能好。子午线轮胎可以安全、高速地在高速路上行驶。2.胎面耐磨、耐刺、耐用 由于子午线轮胎胎面与胎体帘布层之间具有刚性较大的带束层，因此轮胎在路面上滚动时，周向变形小，相对滑移小。又因轮胎体的径向弹性大，使轮胎接地面积增大，压强减小，故胎面耐磨性强，且耐刺扎，不易爆胎。实验证明，要从胎面打入直径2mm的钉子，斜交胎只需196N的力就能贯穿，而子午线钢丝胎，则需要980N的力才能贯穿它。图3-6 子午线轮胎与斜交胎接地面印痕的对比3. 滚动阻力小，节省燃料 子午胎帘线的排列方式，消除了斜交胎交叉排列层间剪切移动造成的内部磨擦，因此生热低，消耗能量少。此外，由于胎体帘布层数较少，胎侧较薄，也便于内部积热的散发。 又因周向变形小，故滚动阻力比普通斜线胎小20%-30%，滑行距离多35%左右，因此，使用子午线轮胎不但可提高汽车的行驶速度，还可提高汽车燃油经济性（一般可降低油耗6%-12%，）。4. 胎体生热低，适应高速行驶，安全可靠 轮胎的生热和热破坏是高速轮胎损坏的主要原因之一。由于子午胎摩擦变形小，行驶生热低 ，胎体的帘布层少，散热也快。因此行驶温度比斜交胎低，比较适用于高负荷、高速度和长距离地行使。5. 缓冲性能好，乘座舒适 由于子午胎帘线呈径向排列，法向变形大于斜交胎，胎体柔软，弹性好，有很好的缓冲性能 ，故提高了车辆行驶平顺性。第4章 子午线轮胎骨架材料的性能和分类4.1 子午线轮胎骨架材料的性能骨架材料（帘线）是轮胎复杂制品中的增强材材料，轮胎主要靠骨架材料来承受各种应力，尤其是子午线轮胎，胎体层和带束层承受着不同方向和不同性质的力， 所以对骨架材料的性能各有不同的要求。1胎体帘线的性能要求胎体的主要作用是使轮胎保持原有设计的尺寸形状，并赋予轮胎优良的舒适性和牵引性。根据子午线轮胎胎体帘线受力的特点，要求胎体帘线着重具有下列几方面的性能。（1）高强度、高模量，特别是高温下的模量也要高，这是子午线轮胎胎体帘线的基本要求。（2）高尺寸稳定性，低收缩率，小蠕变，这是高性能轮胎和高速轮胎的重要性能要求。（3）低滞后损失、低生热性、高耐疲劳性，保证胎体的耐久性和轮胎的高使用寿命。这也是子午线轮胎胎体帘线的基本性能要求。2带束层帘线的性能要求一般带束层的结构是由多层帘布组成， 根据带束层的结构与性能特点， 对帘线性能的重点要求如下：（1） 高强力、高模量、伸长变形要很小。（2） 与橡胶的黏合性能好。（3） 耐疲劳性能好。（4） 耐锈蚀和化学腐蚀性能好。4.2 子午线轮胎骨架材料的分类子午线轮胎按其采用的骨架材料来分，有全纤维子午线轮胎，半钢丝子午线轮胎(即胎体为纤维帘线，带束层为钢丝帘线)和全钢丝子午线轮胎三种，根据用途、规格、类型不同，考虑选择。人造丝尼龙或聚酯帘线纤维胎体子午线轮胎适用于大多数轿车和轻载汽车。芳纶帘线是一种新型骨架材料，是子午线轮胎理想的胎体材料，很有发展前途，具有以下优点：1、优异的尺寸稳定性（模量高、蠕变小、不收缩）；2、密度小（只有钢丝的1/5）；3、强度高；4、滞后损失小，生热低，耐热性好；5、耐磨损和抗撕裂；6、耐腐蚀性好。钢丝帘线主要用于子午线轮胎的胎体及带束层，其主要特点是耐热性极好，强度高，同时伸长率极小，对保持轮胎尺寸稳定性极为有利。例如:全纤维子午线轮胎主要为轻型轿车轮胎和拖拉机轮胎，半钢丝子午线。轮胎主要为高速轿车轮胎和轻型载重轮胎，9.00R20以下的中型载重轮胎。全钢丝子午线轮胎主要适用于重型载重轮胎和工程轮胎，9.00R20可用全钢丝，亦可用半钢丝。第5章 轿车子午线轮胎结构的设计5.1 轿车子午线轮胎负荷的计算轮胎的负荷能力是取决于轮胎内部的空气压力， 所以一般情况下增加气压就可提高轮胎的负荷能力。此外，车辆行驶速度对轮胎的负荷能力也有直接的影响，一般提高车辆行驶速度，则轮胎的负荷百分率会略有下降。Bd=B0.70-0.637dB0.70=B1180-1/sin(W1/B1)/ 135.6d=0.96B0.70-H式中：K-负荷系数（此值与轮胎的结构和高宽比有关，50系列、70系列子午线轮胎K=1.655,78、80系列子午线轮胎K=1.743）d=圆形轮胎实际断面高与扁平轮胎最大断面高之差，cmH-最大断面高（普通断面轮胎最大断面高H=1.01设计断面高，扁平轮胎最大断面高H=1.02设计断面高），cm5.2 轿车子午线轮胎断面轮廓的设计特点5.2.1 子午胎外直径D和断面宽B的确定 到目前为止，还没有科学的方法来确定轮胎硫化模型尺寸与充气压后轮胎尺寸之间的关系，因此子午胎的设计也只能根据经验考虑不同的胎体帘线的伸长性能、轮胎断面轮廓形状、带束层角度和长度等的影响来选择充气轮胎与硫化模型之间断面宽和外直径的膨胀比。下表列出轿车子午线轮胎充气断面宽(B)和模型断面宽(B)对不同胎体帘线的断面膨胀比的取值范围。表5-1不同胎体帘线的断面宽膨胀胎体帘线类型B/B人造丝帘线1.001.02聚酯帘线1.021.03尼龙帘线1.03以上轿车子午线轮胎，高宽比为0.70.8时(人造丝胎体钢丝带束层结构)充气后外径一般膨胀02mm,断面宽膨胀02%。根据经验，子午线轮胎D/D值大约在1.0001.003之间，B/B值为1.001.02左右。表5-2 几种轿车子午线轮胎断面膨胀率轮胎规格D/DB/B205/75R151.00221.016185SR141.00151.000185/70SR141.0001.002185/70SR130.9981.000165SR141.0011.007175SR141.0011.011根据轮胎外直径和内直径算出断面高H5.2.2 断面水平轴的确定断面水平轴位于断面最宽点，是轮胎法向变形最大部位，用数值H1/H2表示。 普通斜交轮胎H1/H2值大约在0.830.95间，而子午线轮胎通常在1.01.12左右，轿车子午胎胎约在1.001.20之间。5.2.3 胎圈间距的确定胎圈间距(C)一般选用与轮辋宽度相等或者也可小于轮搁间距，但不超过1525mm，C值小于轮辋宽度可提向轮胎的耐磨性能和侧向刚性。C与B之比，一般而言，轿车子午线轮胎为0.70.8。5.2.4 断面高与断面宽之比H/B H/B影响轮胎接地面积的长宽比，H/B值愈小，则轮胎的侧偏角、滚动阻力、磨耗和噪声亦愈小。低断面轮胎的高速稳定性好。对子午线轮胎而言，H/B之比可不必直接选取，这是由于子午线轮胎外直径变化很小，断面高也就成了定值。断面宽主要受胎体帘线性能的影响，由B/B的膨胀比来确定。另外，轿车子午线轮胎和宽轮辋载重子午线轮胎都有相应的系列，其HB之比大体上成为定值。据介绍载重子午线轮胎HB为0.961.05，轿车子午线轮胎为0.800.85。但对宽轮辋低断面载重子午线轮胎和轿车子午线轮胎来说，都因有相应的系列分类，HB比值的选取可由其系列分类而定。图5-1 断面高与断面宽之比H/B示意图5.2.5 轮胎行驶面弧度与宽度的选取子午线轮胎行驶面弧度的选取，主要与轮胎扁平比和带束层刚性有关。行驶面弧度半径（n）的确定是直接与行驶面宽度（b）和行驶面弧度高（h）有关。为确定和两个参数应考虑带束层宽度（Bw）与行驶面宽度、行驶面弧度高与断面高、行驶面宽度与断面宽度之比值及胎体帘线类型等方面的影响因素。行驶面弧度高（h）与断面高（H）之比值，为保证轮胎与路面之间在行驶面宽度范围之内有较大的接地面积，子午胎的h与H之比一般宜取0.020.04，b与B之比为0.70.85。5.2.6 断面轮廓曲线的设计图5-2 轮廓曲线设计由于子午线轮胎胎体帘线角度为90(也有称0)，从静态力学平衡方程式中得出其曲率半径公式可简化为公式。子午线轮胎式中 轮廓任意点的曲率半径 rk胎冠点半径 rm断面最宽点半径 r轮廓任意点半径从公式中可以看出，只要确定rk和rm后，即可求得轮廓上任意点的曲率半径()。根据各点不同的曲率半径作出平衡轮廓曲线。图5-3 自然平衡轮廓曲线1-带束层；2-均匀胎体应力；3-胎面图5-4轮胎断面轮廓绘制图5.3 轿车子午线轮胎带束层的设计5.3.1 带束层结构形式的类型带束层是子午线轮胎的主要受力部件，在很大程度上决定着胎体的变形，并承受着约为6075的应力。带束层的刚性对子午线轮胎使用性能影响很大，因此，对它的设计与计算是子午线轮胎结构设计的核心问题。由于轿车子午胎带束层的材料种类和规格众多， 因此带束层结构形式的类型也就比较多。1.普通叠层式 对速度级别低和扁平系列高的轿车子午线轮胎普遍采用两层钢丝帘线带束层并交叉排列形式，两边端部保持一定的差级。这种带束层结构的优点是工艺操作简便，同时也能保持良好的耐久性、耐刺扎性、牵引性和行驶温度低等优异性能。2.钢丝、纤维混合式 针对速度级别高和扁平系列低的轿车子午线轮胎常常采用两层钢丝带束层上面再放置一层或两层尼龙帘布称作冠带层。3.折叠式 一般为速度较高的轿车子午线轮胎所采用。折叠式结构的主要目的是为了增加带束层边端的刚性，从而提高胎面磨耗均匀性与轮胎行驶稳定性，同时折叠式可防止带束层端部脱层，由此提高轮胎的 临界速度来获得轮胎在高速行驶时的安全性。4.包边式 这种结构带束层，由于带束层和包边层对应力的适应性相同，因而能使轮胎在保持带束层足够刚性情况下，具有较好的耐久性和较长的使用寿命。 5.编织带束层 为了提高子午线轮胎的耐久性能、高速性能及转弯系数，研究开发采用芳纶帘线制造出编织带束层。5.3.2 轿车子午线轮胎带束层层数、角度、密度轿车子午线轮胎采用纤维带束层一般为4-6 层， 角度为13-18交叉排列，采用钢丝帘线一般为2层，帘线角可取得大一些约20-25。对高速轿车子午胎带束层除钢丝帘线之外，还采用层尼龙帘线（冠带层），角度排列为 0。带束层帘线密度要视材料的类别和强度，如带束层为纤维材料单根帘线强度低，帘线直径细，故一般可用8-14根 /cm，而对钢丝帘线来说， 其强度高，帘线直径也粗一些，因此帘线密度则用5-8根/cm 。对帘线密度的要求，既要保证带束层所需的安全系数，同时还要考虑帘线之间的良好黏合性能，要保持一定的胶量。带束层的强度计算应用公式 K=S/N式中 N带束层帘线所受应力，kg/根 P内压 带束层平均直径，cm n带束层层数 w带束层密度，根/cm 带束层角度 k安全倍数（轿车子午胎9-10倍，轻载子午胎一般在6.5倍以上） S单根帘线强力，kg/根5.4 轿车子午胎胎体帘线的选择子午线轮胎从胎体帘线材料来看，可分为纤维帘线胎体和钢丝帘线胎体两种类型，一般轿车和轻载子午线轮胎为纤维帘线胎体，应用纤维帘线做胎体的主要是轿车和轻型载重子午线轮胎，其带束层材料多数配用钢丝帘线，故称为半钢子午线轮胎。胎体用纤维帘线的品种比较多样，主要有人造丝、聚酯、尼龙 和芳纶等。5.5 轿车子午胎胎圈结构轮胎的胎圈承受着内压应力、制动力矩、离心力以及与轮辋过盈配合时的过盈力等。子午线轮胎的胎圈承受的应力比斜交胎大，因此必须加强胎圈，提高胎圈的刚性和强度。1. 加大三角胶芯，提高三角胶芯硬度，或采用复合胶芯。2. 保证胎圈从较硬的胎圈向柔软的胎侧均匀过渡，避免应力集中。3. 改进钢丝圈结构，提高钢丝圈的强度。轿车子午线轮胎的胎体一般为1-2层纤维帘布组成，钢丝圈被帘布层末端向外反包住，胎圈部件少，结构简单。三角胶为一个硬胶芯，钢丝圈设有内包布缠住， 以防在硫化过程中产生钢丝圈变形。胎圈还设有外包布（无纺布）或采用子口护胶，如图所示。图5-5轿车子午线轮胎胎圈结构1-硬三角胶芯；2- 钢丝圈；3- 钢丝圈内包布；4- 钢丝圈外包布5.6 轿车子午胎胎面花纹的设计5.6.1 轮胎花纹的作用简言之，轮胎花纹的主要作用就是增加胎面与路面间的磨擦力，以防止车轮打滑，这与鞋底花纹的作用如出一辙。轮胎花纹提高了胎面接地弹性，在胎面和路面间切向力(如驱动力、制动力和横向力)的作用下，花纹块能产生较大的切向弹性变形。切向力增加，切向变形随之增大，接触面的“磨擦作用”也就随之增强，进而抑制了胎面与路面打滑或打滑趋势。这在很大程度上消除了无花纹(光胎面)轮胎易打滑的弊病，使得与轮胎和路面间磨擦性能有关的汽车性能动力性、制动性、转向操纵性和行驶安全性的正常发挥有了可靠的保障。有研究表明，产生胎面和路面间磨擦力的因素还包括有这两面间的粘着作用，分子引力作用以及路面小尺雨微凸体对胎面貌一新微切削作用等，但是，起主要作用的仍是花纹块的弹性变形。1.胎面花纹设计的基本要求胎面花纹必须与路面有良好的接着性能。胎面花纹要耐磨、滚动损失小。2.胎面花纹的类型胎面花纹可以分为三大类，条形花纹、越野花纹、混合花纹。普通花纹 适用于水泥、柏油和泥土等硬路面（好路面）上行驶；混合花纹 既适用于好路面，也能用于土路（坏路面）上行驶；越野花纹 用于无路面（如崎岖不平的山路、矿山、松土路、砂地和建筑工地等）条件下行驶。5.6.2 轿车子午线轮胎胎面花纹轮胎表面形状指轮胎胎纹，它决定了轮胎的使用特性，轮胎的抓地力、排水性和噪声。从轮胎表面花纹胶块的形状设计，就可以看出它是偏问哪一种作用。是偏向抓地力还是排水性，是否有助于抑制噪声。如果胎面花纹的胶块都是大块的，那么这种轮胎偏重于抓地力；如果胶块是多且较小并有较多的沟槽，可能偏重于排水；如果在中线两侧胶块花纹适当错位，有助于降低噪声。从胎面花纹胶块的形状也可以分析出它的抓地性能。如果胶块的边缘做得很尖锐，当轮胎在路面上滚动时每个胶块就象刀子一样切人路面，摩擦力会比边缘圆滑的胶块大很多。轿车子午线轮胎的花纹形式众多，基本形式一般采用以纵向沟槽为主的花纹，由于子午线轮胎的冠部周向刚性大，可增设一些横向（或接近横向）的浅细沟槽，使整条纵向花纹分割断开，以减小冠部胎面的周向刚性，提高轮胎行驶性能。随着车速的提高和轮胎系列的扁平化，轮胎花纹式样也在不断改进。1、锯齿曲折花纹 花纹由锯齿形的曲折主沟和带有斜度的横向花纹沟组合而成，具有高里程、磨耗均匀、抗湿滑性好、行驶平稳和滚动阻力低等优点。图5-6 锯齿曲折花纹2、直沟纵向花纹花纹由直线形纵向主沟和带有斜度的横向花纹沟组合而成。此花纹一般应用于高速轮胎。这种轮胎一般适用于路况较好的路面，如高速公路或城市路面等。行驶中滚动阻力小，因此与地面摩擦力小，具有较好的行驶导向性，很适宜于高速行驶。而且直沟轮胎排水性能优异，在湿滑路面不易打滑，行驶中的噪音也较小。3、纵横沟组合花纹在胎面中部一般具有曲折形的纵向花纹，而在接近胎肩的两边则制有横向花纹。它吸收了直沟花纹排水性能好、噪声小的优点，同时兼顾了横沟花纹动力性能方面的强项，比纯粹的直沟花纹具有更好的驱动力、制动力表现，适用路面状况也更宽泛，一般道路可以行驶，路况差的道路也可以对付。图5-7纵横沟组合花纹4、防水滑轮胎由于高速汽车和低扁平率轮胎的广泛使用，随着车速的提高，轮胎的排水性能受到人们的普遍重视。排水不但涉及到汽车直线行驶问题，也涉及到汽车转向行驶问题，胎面与路面间积水来不及排除便会在两面间形成水膜，将轮胎慢慢托起，在一定条件下甚至完全离开路面，使汽车完全丧失操纵性。这种现象被称之为轮胎“滑水现象”，从而对行车安全构成严重威胁。经常