子午线轮胎结构设计

1、子午线轮胎结构设计 俞 淇 华南理工大学（高分子系） 一九八九年十一月 目 录第一章 子午线轮胎结构概述 -5 1、子午线轮胎的结构与性能特征 -5 2、子午线轮胎的构造部件 -71 载重子午线轮胎构造 -72 轿车子午线轮胎构造 -7第二章 子午线轮胎负荷计算方法 -8 1、载重子午线轮胎 -9 2、轻卡子午线轮胎 -9 3、轿车子午线轮胎 -9第三章 子午线轮胎断面轮廓设计的主要结构参数选取 -101、 子午线轮胎模型断面轮廓外直径与断面宽度的选取 -102、 子午线轮胎断面最宽点半径（水平轴）的确定 -113、 行驶面弧度与宽度的确定 -114、 胎圈间距的选取 -125、 断面高与断面

2、宽之比 -12第四章 子午线轮胎断面轮廓曲线的设计方法 -13 1、平衡轮廓曲线设计法 -131 确定有关设计参数 -152 求出断面上某些点至旋转柚的半径 -153 求出断面上相应点的曲率半径 -164 胎圈部位轮廓曲线的设计 -175 平衡轮廓曲线与断面外轮廓的绘制 -19 2、rcot理论设计法 -231 rcot理论产生的背景 -232 rcot理论的轮廓与张力特征 -243 rcot 理论的轮胎力学分析 -27 3、tcot理论设计方法 -30 1tcot理论产生的背景 -302tcot理论的特征 -31a、 带束层张力控制与分析 -31b、胎圈张力控制与分析 -32第五章 子午线轮

3、胎带束设计与计算 -331、 带束层结构设计 -34（一）载重子午线轮胎 -341 层数、角度、密度 -34 a、四层结构 -34 b、三层结构 -35 c、下三层半结构 -35 d、上三层半结构 -352 带束层的宽度和长度 - 373 带束层的排列形式 -374 带束层钢丝帘线 -385 带束层橡胶部件 -38a、 中间胶 -39b、 肩垫胶 -39c、 层间垫胶 -39d、 带束层封口胶 -39（二）轿车子午线轮胎 -401 带束层材料品种 -402 带束层的层数、角度、密度 -403 带束层的排列形式 -41a、 普通叠层式 -41b、 钢丝/纤维混合式 -41c、 折叠式 -41d、

4、包边式 -422、 子午线轮胎的箍紧系数 -423、 带束层的刚性 -444、 带束层帘线应力与安全系数计算 -46第六章 子午线轮胎胎体帘线应力计算 -49 1、帘线应力的计算公式 -49 2、安全系数k的取值 -50第七章 子午线轮胎胎圈结构设计与钢丝圈应力计算 -511、 胎圈结构设计 -511 钢丝加强层胎圈结构 -502 钢丝/尼龙加强层胎圈结构 -513 纤维载重子午胎胎圈结构 -534 无内胎钢丝载重子午胎胎圈结构 -545 轿车子午胎胎圈结构 -542、 钢丝圈断面形状 -551 园形断面 -552 六角形断面 -553 u形断面 -56 3、钢丝圈应力计算 -56第八章 子午

5、线轮胎胎面花纹设计要求 -581、 胎冠花纹设计 -582、 胎肩花纹设计 -593、 花纹沟槽分布 -60第九章 子午线轮胎施工设计 -611、 成型方法与成型鼓类型的选择 -612、 成型鼓宽度计算与假定伸张值 -653、 成型鼓上各部件材料的施工 -661 一次法成型施工顺序 - 662 二次法成型施工顺序 -654、 二段成型时胎坯定型尺寸的确定 -685、 施工表的编写 -69第一章 子午线轮胎结构概述1 子午线轮胎的结构与性能特征子午线轮胎问世以来已有五十多年了，它是汽车工业发展中的一项杰出成就，引起了汽车悬挂系统的大改革。子午线轮胎的投入生产也是轮胎工业中一场真正的技术革命，它为

6、轮胎行业开辟了一条崭新的道路。子午线轮胎结构从胎体帘线排列方向来说，与普通斜交轮胎结构相比有着本质上的区别。一般斜交胎胎体帘线各层间排列彼此交叉，并与胎冠中心线形成一定的角度（约4050），而子午线轮胎的胎体各帘布层间帘线相互平行呈径向排列，与胎冠中心线成90夹角，胎体通常只需一、二层或层数较少的帘布组成，子午线轮胎的胎冠部分也与斜交轮胎不同，它需用二层以上的多层结构带束层来束缚轮胎的周向变形，决定轮胎形状并承受着主要应力，如载重子午胎带束层承受60-75%的应力，1而斜交胎主要是胎体承受80-90%的应力。带束层的材料一般采用刚性大，伸长小，强度高的钢丝或织物帘线作为受应力的主要工作层，帘线

7、排列角度接近周向（约为1520）。由于子午线轮胎结构特征带来轮胎性能的优越性。归纳起来有如下的优点： （1）转向性能好，提高操纵稳定性2。这是子午线轮胎最主要是胎体产生侧向移动，这都是由于子午胎的带束层帘线呈周向排列，提高了轮胎的周向刚度，使在同样的侧向力作用下产生较小的偏离角和较高的回正力距，从而提高了车辆的操纵稳定性。（2） 滚动阻力小，降低肥耗，节省燃料，这也是由于子午胎结构特点胎体层数少，带束层刚性高而变形小，使轮胎内部摩擦大大减小。（3） 耐磨性能好，由于子午胎带束层的刚度大，使胎面的平稳性能得到明显改善，大大减少了轮胎表面和地面接触时的相对运动。另外，子午胎冠部不产生横向纵向收缩，

8、大大减少了花纺块移动和地面之间的摩擦，与斜交胎相比约减少一半的磨损率。（4） 耐疲劳性能好，由于子午胎内摩擦小，行驶中生热低，提高了耐疲劳性能，延长了轮胎的使用寿命，并可进行多次翻新。（5） 高速性能好，由于子午胎结构带束层刚性大，因此出现驻波的临界速度明显高于斜交胎，另外对子午胎具有较高的回正力矩和侧向力，保证了高速行驶下的安全性。（6） 乘坐舒适性好，子午胎胎体帘线为径向排列，呈现出良好的胎侧柔软性，能充分吸收从地面上传递来的振动，发挥充气轮胎的最佳缓冲性。子午胎的侧向刚度和垂直刚度可以相对独立地进行调节。使胎侧与胎冠各自发挥应有的作用，因此非常容易提高行驶稳定性和乘坐舒适性。（7） 提高

9、在干、湿路面上的牵引力和抓着力，由于采用子午线轮胎结构，对接地面的单位压力分布均匀，从而充分地利用接地面积，提高了胎面纵向和横向的附着力。2、子午线轮胎的构造部件 子午线轮胎从所采用的帘线来分类，可分为钢丝子午线轮胎和纤维子午线轮胎两种。一般载重胎采用钢丝胎体子午线为多，详细构造分别介绍如下：（1） 载重子午线轮胎构造载重子午线轮胎多数采用单层钢丝帘布构成胎体，亦可为多层纤维帘布组成胎体。如人造丝、尼龙、芳纶等。带束层一般由三至四层钢丝帘布组成，胎体与带束层之间有中间胶和肩垫胶相隔，胎圈部份由钢丝胶、上下三角胶芯、钢丝包布加强层和子口护胶等部件构成，（见图1）。 图1 载重子午线轮胎断面 1胎

10、面胶；2胎面基部胶；3带束层；4胎肩垫胶；5胎体帘布层；6胎侧胶；7填充胶；8上三角胶芯；9下三角胶芯；10子口加强层；11钢丝圈；12子口护胶；13胎里内衬胶。（2） 轿车子午线轮胎构造轿车子午线轮胎一般由一至二层纤维帘布组成胎体，而胎冠部份的带束层由二层钢丝帘布层，有时加一至二层尼龙帘布层叫冠带，加有尼龙帘布顶层的带束层结构可提高轿车胎的高速度性能。胎圈部份由钢丝圈、复合硬胶芯和子口护胶等构成（见图2）1胎面胶；2尼龙帘布带束层；3钢丝帘线带束层；4胎体帘布层；5胎侧胶；6三角胶芯；7钢丝圈；8子口护胶；9胎里内衬胶。 第二章 子午线轮胎负荷计算方法 子午线轮胎从承受负荷能力来说，应比同规

11、格、同层级斜交轮胎的负荷能力稍大些，但目前在轮胎国标或美国tra手册中使用负荷 无论是双胎负荷还是单胎负荷，同规格、同层级轮胎标准负荷是相同的，而其相应的气压子午线轮胎要比斜交胎高。例如斜交胎9.00-20-12pr单胎负荷为2340kg，气压为670kpa（6.7kp/cm2）而子午胎9.00r20单胎负荷相同，气压为700kpa（7.00kg/cm2）比斜交胎相应气压高30kpa（0.3kg/cm2），所以子午线轮胎负荷计算方法与斜交胎相同，只是在计算负荷后有时需增加一些气压，另外负荷系数k值可能略有不同。列举美国tra手册中应用负荷计算公式（英制）1 载重子午线轮胎3 q=k0.425p

12、0.585b1.39(dr+b) q=0.15510-2k0.425p0.585b1.39(dr+b) 式中q轮胎负荷（lb）；k负荷系数；p充气内压（lb/in2）；kpad轮辋名义直径；cmb当c/b为62.5%理论辋上的轮胎断面宽度（in）cmc轮辋宽度cmb按下列公式计算： b=bb=0.96xb-0.637b=bb实际使用充气轮胎断面宽度（in）;c实际使用轮辋宽度（in）;d=0.96b-hh实际使用充气轮胎断面高度轿子午胎不同系列的负荷系数“k”系列5060707882“k”系列16551655165517431743现以185/70sr14为例计算b=7.32 in,d=24.

13、56 in;d=14 in; c=5 in; p=30ib/inb=7.32=7.39h=5.28d=0.967.39-5.28=1.81b=0.967.39-0.6371.81=5.94q=1.6550.425305.94(14+5.94) =1220.60ib=549.27kg 第三章 子午线轮胎断面轮廓设计的主要结构参数选取1 子午线轮胎模型断面轮廓外直径与断面宽度的选取轮胎是在充气状态下进行工作，汽车对轮胎规格的要求是按各类标准或手册上提供的充气轮胎尺寸来选用的，而生产制造轮胎需要按模型尺寸，由于轮胎采用不同的骨架材料和不同断面轮廓形状，因此模型尺寸是不相同的，但必须达到充气轮胎统一标

14、准尺寸的要求。只能根据经验考虑不同骨架材料的伸张性能和轮胎与模型的断面宽和外直径膨胀等影响来选择充气轮胎与模型的断面宽和外直径膨胀比。以下列举载重和轻卡充气断面宽b和模型断面宽b对不同骨架材料的断面宽膨胀比取值范围见表1。表1 不同骨架材料的断面宽膨胀比值帘线类别 b/b的比值钢丝帘线 1.011.02人造丝帘线 1.021.04聚酯帘线 1.051.07尼龙帘线 1.061.10子午线轮胎的外直径膨胀率要比斜交胎小得多,是因为子午线轮胎冠部有周向不易伸张的带束层箍着胎体,因此充气后轮胎的外直径变化很小,一般增大12mm.故模型断面外直径一般取与标准定的新胎外直径相等或稍小的尺寸.2 子午线轮

15、胎断面最宽点半径(水平轴)的确定子午线轮胎断面最宽点半径的位置要比斜交胎高.使轮胎的变形区域在水平轴以上带束层端点以下的上胎侧.减少下胎侧的应力和胎圈的应力.一般h1/h2的比值为1.01.2,载重子午胎h1/h2的最高比值可达1.4.美国专利介绍h2的确定公式为（h-fh）0.59=h2.式中h为轮胎断面高,fh为轮辋的轮缘高,h2为轮胎断面的上胎侧高.3 行驶面弧度与宽度的确定行驶面弧度的选取,主要取决于带束层的刚性,此外,行驶面弧度半径与行驶面宽度、行驶面弧度高与断面高、行驶面宽度与断面宽、带束层宽与行驶面宽的比值以及胎体胎体帘线类型，也有相当大的影响。带束层刚性对行驶面宽度内花纹磨耗的

16、均匀性有很大关糸。两层带束层的行驶面边部直径增大要比四层带束层的大得多，因此对多层钢丝带束层轮胎可采用较小的行驶面弧度。因为行驶面弧度大会缩小接地面积，从而对胎面耐磨性和磨耗均匀性以及抓着性都会有不良影响。为保证轮胎与路面在行驶面宽度与断面高之比值,一般宜取h/h为0.030.05,行驶面宽(b)与断面宽（b）之比值b/b为0.70.85. 行驶面弧度半径()与行驶面宽(b)和带束层宽(bw)与行驶面宽(b)之比值.对轮胎耐久性都有较大的影响.为了兼顾两者的性能,bw/b的比值为0.941.05范围为宜, /b的比值轿车胎为2.12.5左右,而载重胎约在1.31.8左右. 4 胎圈间距的选取

17、胎圈间距c一般选用与轮辋宽相等,或选用小于轮辋宽度,但不超过1525mm.据文献介绍c小于轮辋宽度可提高轮胎耐磨性,并增大侧向刚性,胎圈间距c与断面宽b之比c/b轿车胎为0.70.8,载重胎为0.70.75.5 断面高与断面宽之比 作为轮胎设计重要参数之一h/b,对子午线轮胎可不直接选取,这是由于子午线轮胎外直径变化很小,断面高h也就为定值.断面宽b主要受胎体骨架材料性能影响较大，（以上已介绍其膨胀比）由此h/b比值就成为定值。据资料介绍载重子午胎h/b值为0.961.05，对低断面和轿车子午胎来说,它们都以系列分类,故h/b比值是与其系列相应的. 第四章 子午线轮胎断面轮廓曲线的设计方法 目

18、前广泛应用于充气轮胎平衡轮廓设计方法的基本原理是采用薄膜-网络理论.子午线轮胎由于结构的特殊性,应有与斜交胎不同的设计方法,但就结构设计的原理来说,还是普遍采用薄膜理论,在具体设计方法上却涌现出了许多创新的思路.世界各大轮胎公司七十年代末提出有名声的nct产品,同时推荐了采用自然平衡轮廓的设计方法,使充气轮胎各部位受力均匀,以达到提高轮胎的性能要求.随之各种新型产品的涌现,逐步改进设计方法由传统的自然平衡轮廓演变到非自然平衡轮廓的应用即要有一定的边界条件来满足,使设计的断面轮廓更符合实际受力的要求.近十多年来轮胎结构设计者开始以轮胎工作使用状态的形状作原始设计的断面轮廓形状。这是由于计算机的广

19、泛使用，特别是有限元分析法引入轮胎结构设计中的应用，使研究人员可以真实地模拟轮胎工作状态的任意断面形状，并分析其应力应变分布的合理性，从中优化最佳轮廓形状来设计轮胎。目前比较成熟和系统的新设计方法有日本石桥公司在职1984年首次发表的rcot理论设计法7，适用于轿车子午胎。1987年又提出了适用于载重车和公共汽车子午胎的设计方法tcot理论8，接着1988年日本横滨公司提出了stem理论设计方法9，主要适用于载重子午胎，相继日本东洋公司又推出新的理论叫dsoc（最佳化轮廓）10，并研制出新型载重轮胎获得优异的性能。1平衡轮廓曲线设计法1112迄今为止常规的子午胎设计方法仍是采用“平衡轮廓理论”

20、为依据。这种平衡轮廓的计算方法是以薄膜网络理论为基础，最初是用于斜交胎，后来也用于子午胎的轮廓设计。这种理论认为充气压力是唯一作用应力，而且应力仅仅作用于薄膜壁上，对剪切和曲挠力可视为忽略不计。当轮胎充气时，胎体所受应力是均匀分布的，如图3所示。这样的轮廓曲线称为“自然平衡轮廓”。从静态力学平衡方程中得出充气轮胎平衡轮廓曲率半径公式（1），由于子午线轮胎的胎体帘线角度为90，其曲率半径公式可简化为公式（2）斜交胎= 图3 自然平衡轮廓式中rk-胎冠半径；rm-断面最宽点半径；k-胎冠点帘线角 r-任意点半径子午胎 (2)从公式（2）中看出只需确定胎冠点半径rk和断面最宽点半径rm后，即可求得轮

21、廓上任意一点的曲率半径，根据各点不同的曲率半径作出平衡轮廓曲线。由于轮胎胎体具有一定厚度，故应以胎体层的中线来计算平衡轮廓曲线较为合理。（1） 确定有关设计参数r-轮胎外半径；b-轮胎断面宽；c-轮辋宽度（或轮胎胎圈间距）；rt胎圈着合半径；1轮胎行驶面曲率半径； m胎面到帘布层中线的厚度；n胎侧到帘布层中线的厚度；r轮辋边缘半径（轮辋边缘到旋转的距离）（2）求出断面上某些点至旋转轴的半径从理论上来讲，平衡轮廓曲线上各点的曲率半径均不相同，但从实际上为了方便计算和合理制造成品模型，不必搞得很复杂，而只需寻求几个相应点位置，求出曲率半径和曲率节点位置，如胎冠、断面最宽点等见图表所示。求出相应点到

22、旋转轴的半径：a、 胎冠点半径r=r-mb、 断面最宽点半径r=(r+r)或按上述第三节确定c、 下胎侧j点半径r=r-(3)求出断面上相应点的曲率半径 胎冠点曲率半径 =-m断面最宽点胎侧曲率半径 = 胎肩曲率半径= 下胎侧（j）点曲率半径 根据上述求得的曲率半径进行轮廓曲线的绘制。（见图5）图4图5 曲率半径园心和分别在纵、横轴上，与以内切园几何作图法找同园心。 （4）胎圈部位轮廓曲线的设计 由于轮胎胎圈厚度大大超过胎体层的厚度，所以平衡轮廓的中线应设在胎圈的中央部位。要先确定钢丝圈中心点e的座标，可根据胎圈结构和钢丝圈的排列来确定s和q值，即可定下e点的位置（见图6所示），然后以为半径，

23、通过e点向下胎侧的弧线作外公切园，这样就可得到胎圈部位的轮廓曲线。（作图方法详见图7）图6 胎圈中线和e点座标图7 胎圈弧线的绘制图 （5）平衡轮廓曲线与断面外轮廓的绘制 根据上述的步骤，将已知参数和计算参数编成表格（见表2），通过计算得出各部位的曲率半径，即可进行平衡轮廓的绘制。先将已知的轮胎外缘尺寸绘成轮胎断面框图，然后按计算或选取的在断面中心线上画出轮胎行驶面弧，接着用减去帘布层中线厚度m的画出胎冠曲率弧，在已确定好的最宽点半径轴线上用绘出胎侧曲率弧，再用计算出的曲率半径作内公切园找出园心o将胎冠与胎侧两个弧连接起来。再在选好的k点位置上用曲率半径找出园心作出下胎侧弧。胎圈部位的轮廓曲线

24、，先按确定的s与q值找出e点，然后借用作从e点到下胎侧曲率弧的外公切园，最后绘制成以中线为基准的平衡轮廓曲线。（见图）在平衡轮廓中线基础上配制各部位的厚度、和曲率半径、以及胎圈宽度j等参数即可绘制出轮胎断面的外轮廓。（见图9所示）表2 平衡轮廓曲线计算表轮 胎 规 格日 期原 始 参 数r=b=r=r=c=m=n=s=q=计 算 参 数r=r-m=r=j=r-r=r=r+q=r= 图8 平衡轮廓曲线 图9 轮胎断面轮廓 七十年代末,日本赤坂隆(takasaka)发表子午轮胎结构力学综述文章(13)(14),对子午胎断面轮廓设计与计算进行了介绍.他叙述了f.bohm和f.frank根据网络理论来

25、研究子午胎的断面轮廓.径向断面轮廓线的主曲率半径r1是以旋转距离半径r、径向夹角、带束层角度、轮体帘线角、胎侧屈挠点c（断面最宽点）半径r、以及带束层承担充气接触压力分配率g（等项为参数，以a=f（r）为函数表达式，（见图10、图11）并对此函数关系式进行数值积分即可获得子午胎断面轮廓曲线。图10 子午胎断面形状和几何参数 图11带束层和帘布层内压分配率根据frank的计算结果，认为充气接触压力分配率函数g(s)的曲线形状是梯形比抛物线更为接近,因此可近似地假设g(s)沿着带束层宽度方向的数值为常数.引入上述假定后,子午胎断面轮廓就可按下述积分公式求取.(1) 胎侧曲线rrr（从轮辋点b到带束

26、层端点d）z=z-r）（r-r）+-r-(r-r)dr(2) 胎冠曲线区域rrr(从带束层端点d到胎冠点a)z=z-r）（r-r）+-r/（r-r）+-r-(r-r)+-rdr（4）式中=1-g 根据这种理论所得的断面轮廓曲线，进行计算曲线与实测曲线对比，在胎圈和带束层端部多少有点偏离如图12所示。 15 z175sr14 测 量- 计 算 10cm 50 15 20 25 30 35 r cm图12 子午胎断面轮廓曲线测量与计算对比2 rcot理论设计方法日本石桥公司在1984年的月刊夕他杂志上介绍了轮胎最佳理论即rolling contour optimizat theory简写为rcot

27、理论。这种新理论的设计思想是让轮胎的胎面轮廓符合于滚动状态下的形状，打破以往采用静态自然平衡轮廓的传统设计方法，由于原来的自然平衡轮廓理论是使充气轮胎在静态时具有均匀的胎体帘线应力，但并不是轮胎行驶时滚状态下的最佳形状，因此必须探索滚动时轮胎的最佳轮廓，这就导致产生rcot理论的原因。（1） rcot理论产生的背景 为了探索轮胎行驶时滚动状态下的断面轮廓，用来解决轿车产生偏离时引起胎面与路面接触不充分而发生一种“雏曲”现象这种“雏曲”现象会使胎面表面部分从路面浮起，而导致轮胎接地性能显著恶化，使行驶性能下降。 抑制“雏曲”现象的措施有两种：一是提高带束层和胎面的刚度；二是增大带束层的张力，前者

28、通过增加补强材料会导致轮胎重量的增加不宜采用；后者若通过提高内压来增加带束层张力，会使轮胎变硬、接地面积减小，带来操纵稳定性、振动及乘坐舒适性等不良影响，因此探索用改变轮胎断面轮廓的方法来满足提高带束层张力的要求，这就引起产生rcot理论设计方法的基本出发点。（2） rcot 理论的轮廓与张力特征 充气轮胎基本上被认为是一个轴对称的薄壳体，由于胎侧刚度比较低，从而可适用薄膜理论。轴骊称薄壳结构是意味着法向力至表面产生的平衡方程式为：+=p （5）式中：n-径向薄膜力n-周向薄膜力r-径向主曲率半径r-周向主曲率半径p-充气压力对子午胎胎体帘线径向呈径向排列，可假定胎侧部位的周向薄膜力n=0（6

29、）因此胎侧部位径向薄膜力为 n=r.p (7)根据薄膜理论带束层所受的总张力与轮胎断面轮廓参数的关系式如下（见图13所示）。t=1/2ap(b-2rsin) （8）式中: t-带束层总张力； p-充气压力；a- 带束层直径； r-径向主曲率半径；b-带束层宽度；-胎体与带束层线间的夹角； a-带束层直径 b轮胎断面宽 bw带束层宽度 t=c轮辋宽 n= d轮辋直径 径向主曲率半径p压力 带束层张力 n径向薄膜力图13 轮胎断面轮廓与张力方程式（7）说明了胎体的径向薄膜力n与断面轮廓的主曲率半径r成正比。同时，方程式（8）也表明轮胎的轮廓直接影响带束层的受力，对于在选定的带束层直径“a“和宽度”

30、 b“情况下，则胎体轮廓曲率半径r和夹角增大时，带束层的总张力会减小，因此提高带束层张力（t），只要采用减小胎侧部位断面曲率半径r和夹角办法。若对自然平衡轮廓来说，当轮辋直径、轮辋宽度和轮胎宽度不变的情况下胎体的轮廓曲线也就确定了，所以曲率半径r和夹角不可能再有什么改变。因此必须打破自然平衡轮廓的框框，考虑其它状态的最佳轮廓形状，首先想到将轮胎滚动时的形状作为轮胎断面的原始轮廓，恰好这种形状是要求轮胎断面轮廓的上胎侧部位曲率半径减小，胎圈部位的曲率半径增大（见图14），这种轮廓从上述带束层张力基本关系式来逢，可起到增大带束层张力的作用，人南昌达到抑制接地面中的“雏曲”现象。图14 rcot轮廓

31、与传统轮廓对比从张力平衡的观点来看，rcot轮廓与自然平衡不同之处，是将原来均匀分布的胎侧张力分散到带束层和胎圈部位（见图16）。从而使带束层和胎圈部位的张力增大，上胎侧的张力下降。这样就可提高轮胎的接地性能并抑制“雏曲”现象。图15表示了以185/70sr14为例的轮胎采用rcot轮廓和传统法轮廓的对比，带束层的周向力与胎体径向力的分布是不相同的，rcot轮廓在带束层与胎圈部位的张力都大于传统法轮廓，而上胎侧问好位的张力rcot轮廓小于传统法轮廓。带束层与胎体张力分布是采用“有限元法（fem）分析获得。图15 rcot理论的轮胎力学分析(3)rcot理论的轮胎力学分析采用rcot理论设计轮胎

32、能有效地防止“雏曲“产生，这是于它在充气、滚动以及转弯时其带束层张力均比传统法的增高，而抑制“雏曲”现象。以下列举两种轮胎在各种状态下带束层张分布的情况。 图16表明了以175/70sr13为例的轿车胎在充气状态下束层的张力分布情况，带束层的中心区域大于两侧边缘部位，采用rcot理论设计的轮廓与传统法相比在同一气压下提高了带束层的应力。在自由滚动状态下带束层张力的分布状况见图17所示，其应力最大值中心区转移到边缘部位，采用rcot理论设计的轮胎其带束层张力仍然是大于传统法的，由于带束层张力的增加不能抑制地面中的“雏曲”现象，从而提高轮胎的接地性能。 175/70sr13 图16 rcot与传统

33、法轮廓充气时带束层张力的对比175/70sr13 图17 自由滚动时rcot与传统法轮廓的带束层张力对比图18示出rcot与传统法轮胎在侧向力f等于轮胎法向负荷的40%时，在转弯情况下带束层张力分布图。从图18年到带束层的最大张力值增加了。张力峰值由带束层中心向边缘移动，rcot轮胎的带束层张力仍然高于传统法轮胎，这意味着rcot轮胎不通过增加材料就可减小带束层“雏曲”的产生。带束层张力（175/70sr13 f=110k图18 转弯时rcot与传统法轮廓的带束层张力对比3tcot 理论设计法 日本石桥公司在1987年提出并在1988年美国轮胎学会年会上发表轮胎最佳张力控制理论（tension

34、 control optimization theory）简写为tcot理论。该理论用于载重子午胎，在不降低操纵稳定性和耐磨性等重要性能情况下，可比普通形状轮胎具有更高的胎圈和带束层强度，并可提高节油率。tcot理论是从轮胎最佳滚动轮廓理论（rcot）发展而来的，这两种设计方法的基础理论都是应用薄膜理论，但与传统设计方法按静态自然平衡轮廓设计轮胎有着原则上的区别，这两种设计方法都以轮胎行驶时的形状作为结构设计的基本出发点，都通过控制带束层、胎体和胎圈的张力分布来优化最佳轮廓和提高轮胎综合使用性能。因此它们使用的理论公式和采取的改进措施以及达到的效果都有许多相同与类似之处。(1)tcot 理论产

35、生的背景为了要提高轮胎的某些性能，但又不牺牲其它性能，即解决“二律背反性”难题。石桥公司先提出了rcot理论主要用于轿车胎，采用张力控制技术的非自然平衡轮廓减少“雏曲”现象来改善轮胎的操纵稳定性和滚动阻力，然而，对于载重胎承受高气压。高负荷和苛刻使用条件时的耐久性问题，因此rcot理论必需发展才能适用于载重车胎。 载重车胎是个复杂的橡胶组合体，当它承受气压、高负荷行驶时在带束层与胎体帘布层端点会产生集中应变，在持续的苛刻条件下使用，轮胎就会在薄弱的端点产生和扩大微细的裂口从而导致轮胎的损坏，而采用tcot 理论设计轮胎就可防止薄弱点的应力应变集中和阴止裂口的发生与扩大，为达到此目的所采取的措施

36、有：a、控制轮胎充气时的张力分布；b、通过氯压来控制轮胎轮廓的变化。(2)tcot理论的特征tcot理论是在rcot理论的基础上发展提出的。因此大部分理论公式如法向与径向静力平衡方程，带束层张力，胎圈张力以及平衡轮廓等计算，有限元分析结果等理论公式，二者均为相同的。a、带束层张力控制与分析根据薄膜理论静力平衡方和计算带束层的张力公式与上述rcot理论相同，以同样的论点来调节控制带束层、胎体和胎圈的张力分布，从而设计出tcot理论的轮廓形状。与传统法轮廓相比，tcot轮廓的上胎侧曲率半径减小（夹角小），而胎圈部位的曲率半径增大，见图19所示。从rcot带束层张力公式（8）得出，tcot轮廓的带束

37、层周向张力增大，带束层相近处的胎体张力减小,而在胎圈部位的张力增大(见图19).与rcot轮廓的胎体张力分布趋势相比，tcot轮廓的张力分布变化比较平缓. 图19 tcot轮廓与张力分布b、胎圈张力控制与分析载重子午胎不管是否承受负荷，只要充于高气压就会导致胎体层端点的应变，这种应变是使轮胎产生和扩大裂口的主要原因之一，而tcot设计的轮胎可通过控制由于气压引起的轮廓变化，从而减小这种应变，这样可达到提高轮胎耐久性。可不考虑轮胎未充气时的初始形状，但一经充气后就会变成接近自然平衡轮廓。tcot理论正好应用此规律来控制充气后的轮廓形状变化，使至按我们力学分析的要求进行充气轮廓的变化。tcot设计

38、的胎圈形状与传统设计的胎圈形状在充气过程中发生的变化不同，前者向轮辋边缘方向移动，而后者向离开轮辋边缘方向移动。（见图20）这是由于tcot轮廓在胎圈部位的曲率半径比传统轮廓大，而在接近带束层的胎侧曲率半径比传统轮廓小，这两个因素促使充气过程中倾向胎圈变形朝着轮辋边缘方向移动，因此可使用胎体层端点（反包差级处）的应变大小，同时也是因为胎体边缘的胶料移动方向与胎体层端点移动方向接近一致之故。图20 充气后胎圈部位帘布层端点应变的对比另外从张力控制角度来分析tcot轮廓在胎圈部位的帘布层张力高于传统轮廓如图19所示，并且胎圈弯曲刚度也高于传统的，为此在负荷下tcot轮廓的胎圈变形和胎体帘布层端点的

39、应变均小于传统的（见图21）。图21表示了采用有限元法计算结果，例举10.00r20子午胎在承受负荷时两种不同设计轮廓在胎圈部位的纵向与横向位移对比情况第五章 子午线轮胎带束层设计与计算带束层是子午线轮胎主要受力部件，它在很大程度上决定着胎体的变形，并承受着胎体的6075%的应力。带束层的设计与计算是子午线轮胎结构设计中的核心问题，引起广大研究人员的极大关注，多年来，有关这方面的研究文章很多，涉及范围较广，只能对常见典型结构进行介绍。1带束层结构设计带束层结构主要是指它的层数、帘线排列的角度和密度、排列方式、带束层的厚度、宽度和长度以及所采用的帘线结构与类型等，这些参数决定了带束层的刚性，而带

40、束层的刚性会直接影响轮胎使用性能，如耐磨性、操纵稳定、安全性和节能性等。带束层的结构设计形式很多，视轮胎类型和使用条件不同以及所用带束层材料性质等因素而异，下面分载重车与轿车子午线轮胎类型介绍。（一） 载重子午线轮胎（1）层数、角度、密度载重子午胎一般由三至四层组成，采用结构形式常见的为层叠式。根据不同轮胎规格和使用条件来选用，如对大规格轮胎或路面差使用条件苛刻的情况下应选四层结构为宜，反之对轮胎规格小和使用条件好的则可选用三层结构。a四层结构带束层四层结构的排列设计（见图22a）,第一层称为过渡层帘线角度为5565，它是最靠近胎体帘线的一层，主要起着使由90排列的胎体帘线角度过渡到接近周向排

41、列的小角度带束层，这样可减小层间的剪切力，避免带束层与胎体的脱层现象；第二、三层是带束层结构中主要承受应力的帘布层称为工作层，常用帘线角度为15-23，它起着束缚子午线胎体向外膨胀的作用，这两层所构成的带束层刚性可直接影响子午胎的耐磨性、操纵性和节油等使用性能；第四层称为保护层，一般采用高伸长帘线，角度排列与二、三层相仿，它起着保护工作层的作用，同时起着防止产生胎面带束层脱空的现象。提高轮胎使寿命与翻新率。b三层结构国外载重子午胎多数采用三层结构带束层，第一层仍为过渡层帘线排列基本上与四层结构相仿，仅把第四层保护层取消了（见图22b）。它有减轻轮胎重量和简化工艺的优点。c下三层半结构将第一层过渡层分为两边部，中间部分断开无帘布层（见图22c）。这种结构是法国米西林公司常用的结构，它的优点是降低了胎冠中间部位的刚性，使接地印痕面积中单位压力分布均匀，从而提高胎面磨耗的均匀性。d上三层半结构将带束层的第四层改为分布在两肩的0带束层见图22d，这种结构能提高轮胎户部刚性，可阻止带束层端部所受的应力和生热，这是意大利皮列里公司推出的全钢丝低断面无内胎载重子午线轮胎产品（见图2