内胎垫带水胎和胶囊设计(精)

1、内胎、垫带、水胎和胶囊设计第一节 内胎设计 内胎是充气轮胎的重要部件，通常在 70120C或更高的温度下工作，应具有足够的气密性和强度。充气时内胎各部位承受着不同的变形， 着部位承受压缩变形， 断面方向也承受伸张变形。 内胎装配于外胎内， 若充气时得不到充分伸张就会打 折，在胎壁较薄和所用胶料永就变形过大时， 打折现象尤为突出。 若伸张过大又 会降低使用寿命。 经验证明 : 内胎外径、 内径和断面方向， 都有一定最佳伸张或 压缩的取值范围。图 511 为内胎设计断面示意图。、技术设计1. 内胎断面尺寸包括内胎外直径、 内直径和断面周长。主要是内胎外直径伸张值（用S D表示）内直径收缩值（用S

2、d表示）和断面周长伸张值（用S I表示）的选取。（1） 内胎外直径的确定 内胎外直径 DI 确定用如下式子： 式中：Dk外胎胎里直径;S D-内胎外直径伸张值（内胎外直径对外胎胎里直径比值）,一般为1.021.05。对于丁基内胎可取稍大值，约 1.041.07 左右。（2） 内胎内直径的确定 内胎内直径 dr 计算式如下：dr=d 垫 * S d (5-1-2 ) 式中：d 垫 - 垫带着合直径（表 5-1-1 ）d垫=d+2*垫带厚度；（用于有垫带轮辋） d垫=d （用于有垫带轮辋）式中：d轮辋直径S d内径收缩值，装配于平式轮辋时一般为1.021.05 ;装配于深槽轮辋时取 1.061.2

3、0 左右。在确定内胎内直径时应当注意的是，内胎外直径至少比胎趾直径大2mm以免往轮辋上装配时，内胎夹入胎圈与轮辋之间。表 5-1-1 轮辋名义直径与垫带直径配合示例(3) 内胎断面周长及其周长伸张值 见图 5-1-2, 内胎断面周长 lI ，外胎胎里周长LI ，则内胎断面周长伸张值计算式为：S 1=1_1/11=1.01-1.20 (5-1-3)S I值一般取1.15左右，不容许超过1.25。因S I值取得过大，胎壁薄，不耐刺扎，而耐透气性降低；反之，内胎在外胎中易打折。图 5-1-2 外胎、内胎、轮辋等断面示意图2. 内胎胎壁厚度的设计 内胎的强度与气密性取决于它的壁厚， 胎壁越厚气密性越好

4、， 同时打折的可能性 也减小。但胎壁厚度增加时工作温度上升，也不经济。实践证明，双层胎壁厚度 的最佳取值范围为： 摩托车轮胎3.05.0mm 轿车轮胎 3.0 I5.0mm中型载重轮胎4.06.0mm 重型载重轮胎 6.0 8.0mm不用垫带时，着合部位的厚度应增加0.51.0mm内胎轮辋区的强度，防止安装时被夹破，并增强承受强烈制动产生的高温的能力。表 5-1-1 为内胎断面轮廓尺寸示例。表 5-1-1 内胎断面轮廓尺寸示例3. 内胎气门嘴贴合位置 气门嘴根据轮胎类型、 轮胎规格和轮辋的结构进行选用。 平底轮辋气门嘴孔位于 轮辋中心， 气门嘴位于内胎断面的纵轴上。 深槽轮辋气门嘴孔位于轮辋胎

5、圈座拐 弯处，气门嘴也应位于内胎的相应位置上。无内胎轮胎气门嘴直接安装在轮辋勺相应气门嘴上， 配合要十分紧密， 以防漏气。4. 排气线设计 在内胎表面沿冠部圆周和断面方向设深 0.20.5mm宽13mnm勺沟纹。一方面可借以排出内胎与硫化模型间勺空气， 同时也能排出外胎与内胎之间勺空气， 增 进内胎与外胎内表面的紧密程度。排气线勺数量和大小视规格而定。 图 5-1-3 是内胎排气线位置和尺寸示例， 仅供 参考。5. 内胎总图绘制 当内胎勺外直径、 内直径、断面轮廓。气门嘴型号位置和排气线尺寸位置确定后， 即可绘制内胎总图。在内胎总图中，应有内胎断面尺寸图（附气门嘴）、内胎侧 视图、排气线展开图

6、。 此外还应有商标规格字体排列图、 气门嘴胶垫尺寸图等内 容供作内胎及气门嘴胶垫硫化模型设计勺依据。、施工设计 内胎半成品勺设计是根据成品内胎勺要求及半成品勺伸张值而定。1. 内胎成型长度 半成品内胎成型长度用下式计算确定。5-1-4 ) 式中： DI- 成品内胎外直径；dI- 成品内胎内直径；D断-成品内胎断面直径；（见图5-1-5 ） I-伸张值，一般伸张值如下:摩托车胎 1.05 1.10 中型载重胎和轿车胎 1,15 1.20 大型载重胎 1.20 1.302. 半成品平叠宽度勺确定 半成品平叠宽度用 BI 表示。（图 5-1-5 ）BI=式中: - 半成品内胎断面直径伸张值或称断面周

7、长伸张值。一般为 1.101.20， 内径小的取值大，内径大的取值小些。- 半成品内胎断面直径。3. 半成品内胎厚度的确定 半成品内胎厚度按其在外胎内轮廓这的位置不同则厚度也不一样。 但主要有冠部（外侧）厚度、着合（内侧）厚度和侧部厚度。现分别以b外,b内,b侧表示，其计算式如下：b半=V/S 半=V/ (ll*BI )(5-1-6 ) 式中: b 半- 半成品内胎双层厚度；S半-半成品内胎平叠表面积;V 半成品内胎的体积，等于成品内胎体积。其中 （5-1-7 ） 式中： b 成- 成品内胎双层厚度。上式或简化为 （5-1-8 ） 但因 则 ( 5-1-9 ) 式中：S成-成品内胎平叠表面积;

8、半成品的内胎总厚度=K*b半 式中：K不均匀系数，一般为1.041.10.一般半成品的内胎外侧厚度（冠厚）为其总厚度的 5862%，即：b外=半成品内胎总厚度X（ 5862%（5-1-10 ）b内=半成品内胎总厚度-b夕卜（5-1-11 ）b 侧=(b 外+b 内)/2(5-1-12 )4. 半成品内胎的体积计算5-1-13 ) 其中 半成品内胎的体积一般应比成品内胎稍大 414%左右。 因有内胎的排气线存在。但不能相差太大，否则从新考虑上述计算的施工标准。5. 气门嘴贴合位置 半成品内胎气门嘴贴合位置由内胎硫化模型嘴子眼位置确定。 若嘴子眼其中在模型断面的中心时， 则气门嘴应贴于半成品断面中

9、心线上。 若嘴子眼位置偏离断面中心位置上。则气门嘴贴合位置应相应移动，应移动的距离可用下式计算（参考图 516） 。X=AB/S l式中：X- 气门嘴中心至平叠断面中心距离；A B-模型嘴子眼中心至断面中心弧长；S I-周长伸张值（1.101.20）。内胎气门嘴与接头的距离约200mm左右。内胎接头坡度为40°45°。图5-1-7 为常用胶垫气门嘴。图 5-1-6图 5-1-7随着轮胎向扁平化发展， 与其配套的内胎在实际上如何考虑， 目前在实际单位正 处在研究和试验阶段。内胎施工设计完成后，应将确定参数填在内胎施工标准表内 （ 表 5-1-4） ，作半成 品内胎施工依据。表

10、 5 13 为内胎施工设计参数示例。第二节 垫带设计 垫带用于在平底轮辋上使用的载重轮胎，其作用是防止内胎夹在胎趾和轮辋之 间，防止内胎受轮辋的热作用。 从断面形状来看， 垫带可分为有型垫带和无型垫 带两种 （ 见图 5- 2-1） 。一、技术设计 垫带大断面形状设计一般按以下原则确定。 垫带最小展开看到应不小于最大允许轮辋宽度； 垫带的内径一个较轮辋直径大 12.5%; 垫带中部厚度为410mm视轮胎规格大小而定。边缘厚度应不大于 1.5mm 两缘的各点不宜超过轮辋缘各点（图5-2 -2中A值）; 在气门嘴相应位置应设计直径为1015mm勺孔，且圆孔周围厚度应较其它部 位厚23mm如图5-

11、2- 3所示）;对于有型垫带的圆弧半径见图（5 2-4）R1和R1/通常取1020mm而R2和R2/值一般小于外胎胎圈内轮廓相应部位的圆弧半径R故值。垫带设有排气线和检查装配是否平正的突线（见图525）。上述内容完成后，绘制垫带总图，总图包括断面尺寸图，排气线及其断面图、商 标和规格字体排列图。供作垫带硫化模具设计的依据。、垫带施工设计 垫带普遍采用注压式硫化， 半成品采用长形截面的胶条， 其尺寸根据半成品和成 品胶料体积 （ 也有称重量 ） 相等的原则设计。 半成品的长度 l 垫 一般情况是略大于硫化模型锅芯的周长小于垫带的着合周 长。I 垫=n *d 垫/ (1.03 1.06) (5-2

12、-1)式中： d 垫- 垫带着合直径 （ 图 5 2 4，表 511）。 垫带半成品宽度 b 垫b 垫 =I*c 垫/2( 5-2-2 ) 式中：c垫-垫带基部宽度。图 5-2-2 ，图 5-2-3 ，图 5-2-4 ，图 5-2-5 半成品胶条厚度垫 a 垫a 垫=V垫/ (I 垫 *b 垫) (5-2-3 ) 式中：V垫-成品垫带的体积; 半成品垫带胶条的体积应等于成品垫带的体积加上流失胶边的体积。半成品垫带胶重量等于胶料密度乘以体积。 在保证质量的前提下， 流失胶宜少些 为佳。一般流失胶约为 0.02 0.03Kg/ 条。上述施工设计完成或，将数值填于垫带施工标准表内 （ 见表 521）

13、 。表 5 2 1 垫带施工标准表第三节 水胎设计水胎轮廓越接近硫化内胎的内轮廓，硫化时水胎伸张要小，寿命越长。但是，如水胎轮廓过大，则定型时难于装入外胎，不能完全伸张而打折。因此，水胎断面 周长应略小于外胎内轮廓周长。 水胎的断面轮廓在冠部和侧部与外胎内轮廓曲线之间有一定的间隙，且从胎冠至胎圈逐渐缩小，至胎圈部位两轮廓曲线重合(见图 5 3 1) 。1、水胎技术设计水胎由环形胶筒、牙子 ( 或称筋 ) 和胶嘴三部分组成，如图 532。1. 水胎外轮廓曲线设计(1) 水胎外直径的确定 水胎外直径较外胎胎里直径小 (图 531)，以便于水胎装入和舒展，避免打折。应用公式如下：Dw=Dk（/ Dk

14、/Dw） （5-3-1 ） 式中: Dk/Dw- 水胎外直径对外胎胎里直径伸张值，取值范围为 1.01 1.04。当外胎花纹沟深、着合直径较小时，宜取较大之伸张值。(2) 水胎断面宽度的确定 水胎断面宽小于或等于外胎断面宽减去两倍半成品外 胎胎侧厚度。(3) 水胎牙子尺寸的确定 水胎牙子断面形状有两种 (图 531)。水胎牙子 B点距胎圈A点12mm牙子B点的直径较胎圈A点的直径大11.5mm因水胎 充内压后及使用时间长后企牙子增宽，内径缩小。在牙子B点外有的设计有一水平段(图5-3-3(b)，其宽度约为57mm牙子 部倾斜角可取 2 5 30°，以保证硫化时水胎位置正确及防止胎圈具

15、有固定的形状。(4) 水胎段面周长 L 的确定水胎断面周长根据外胎断面内周长 L 和水胎断面周长对外胎断面内周长伸张值L/L 应用下式计算确定。Lw=Lk/（ Lk/Lw）式中： Lk/Lw- 周长伸张值，一般为 1.031.08。当轮胎花纹沟较深，着合直 径较小时，宜取上限值。图 5-3-25) 水胎外轮廓曲线圆弧半径的确定水胎曲线形状(图 5-3-4 )，由圆弧半径R1、R2 R3和R4组成，需通过绘制外胎和水胎断面曲线配置而定。自胎冠 至胎圈应逐渐均匀地接近外胎内轮廓。 以便保证在硫化时外胎各部位都均匀地受 到水胎的压迫， 在胎圈部水胎轮廓和外胎内轮廓线合并成一条线 （图 5-3-4（a

16、）水胎用一切线n，-n，与外胎胎圈R5'所作的圆弧相切。图 5-3-3图 5-3-42. 水胎排气沟设计 硫化用水胎（特别是子午线轮胎） 应设排气沟， 以排除水胎壁与外胎胎里间滞流 的空气。排气沟一般深0.51.0mm排气沟的数量和沟深随轮胎规格而定（图5-3-6 )3. 水胎断面各部位厚度确定水胎壁厚应稍大于外胎断面胎侧部位的厚度，通常为412mm水胎牙子的厚度应较水胎胎壁厚 75150%。当水胎胎壁教厚时，使用寿命长，但装水胎教困难，也不利于硫化热传导。表 5-3-1 是水胎冠部厚度示例。表 5-3-14. 水胎总图绘制 水胎总图包括断面外轮廓图， 水胎断面和水胎排气沟图。 供作水

17、胎硫化模型设计 依据。图 5-3-5 为水胎断面示意图。表 5-3-2 为水胎断面轮廓尺寸示例。图 5-3-5 图 5-3-6表 5-3-2、水胎施工设计 水胎施工方法主要有压出法和卷贴法两种。 压出法水胎利用压出机压出所需的断 面形状和尺寸 （或压出胶筒断面形状和尺寸， 牙子部分用贴片方法） ，并经定长、 接头、定型和硫化等加工而成。 卷贴法是将一定厚度的胶片一层层地卷贴在一定 直径的芯轴上，贴上牙子，然后拔出芯轴，经定长、接头、定型和硫化等工序加 工而成水胎。卷贴法生产水胎设备简单，适用于多规格、生产量不大的工厂。如 果水胎的内径很小，也可采用圆片法制造，但效率低、劳动强度大。现将施工标

18、准表的制定方法分述如下。一）卷贴法1. 芯轴直径的确定 芯轴直径D芯（图5-3-8）是根据水胎断面内轮廓平均直径 Dw而定。经验公式为：式中:Dw=lw/ n lw 水胎断面内轮廓周长 ,以图纸上直接测量数值 .2. 水胎成型长度的确定 水胎程序长度 lw, 一般根据各设计者的经验而定 . 现举例如下。lw= n X (d+KwX H1)式中 ： d 轮辋直径 ;H1 外胎断面水平中心线以下高度 ;Kw计算系数，对于一般载重胎、工程胎、轿车胎和拖拉机胎，Kw取 1.01.4左右；对于16.00-20以上大规格轮胎，则 Kw取0.60.7左右。但也有用lw= nX水胎断面水平轴直径/1.041.

19、10的方法求选水胎的成型长度,其中系数的取值视水胎规格不同而异。3. 贴合胶片厚度、层数、宽度的确定（1） 胶筒部分 半成型水胎胶筒部分的贴合胶片厚度、 层数和宽度， 根据成品水胎 的体积和半成品水胎成型长度 lw 来确定。根据水胎硫化前后体积相等的原则，由下面的关系式可以计算得到（图5-3- 8）。S半*=V成S半=S环+S牙S环=S半-S牙=式中：S半一一半成品水胎断面面积;Iw -半成品水胎成型长度;V成-成品水胎体积，计算方法与成品外胎胎冠胶体积计算相同;S环-半成品水胎胶筒环状面积;D外-半成品水胎断面外直径;则 半成品水胎胶筒总厚度=（D外一D芯）/2 一般胶筒厚度超过10mm寸，

20、都分成24层贴合而成（图5-3-9），各层的宽度等 于该层的平均周长。（2） 牙子部分 根据牙子的断面面积和成品牙子的尺寸绘制牙子半成品形状， 半成 品牙子宽度应比其成品的宽36mm牙子厚度约等于胶筒部分厚度，即牙子总厚 度为胶筒的 22.5 倍。贴合时，牙子部分也是分层贴合， 胶片厚度与胶筒的胶片厚度相同， 贴合的宽度 从施工图上实测而得。4 . 半成品水胎体积 半成品水胎体积可用下式计算：V半=S环*lw+S牙*1牙式中: V 半水胎半成品体积；S 环牙子部分断面面积；l 牙牙子部分成型长度，可与胶筒部分相同，或比之稍短100300mm。半成品水胎切头坡度可取 45°、 50 &

21、#176;或 60°。最后上述计算的结果填在水胎施工标准表内 （表 5-3-6） 。（ 二 ） 压出法1. 成型长度 成品断面水平轴直径X n /成型长度=1.051.15水胎长度伸张值取值范围为 1.051.15 。断面大内径小的取大值。2. 断面周长 成品断面周长/半成品断面周长=1.101.203. 半成品断面各部分的厚度 水胎厚度的压缩率，冠部较大约为 2545%侧部一般较冠部厚13mm牙子部分的厚度与成品基本相同，其宽度一般较模型小以利于装模。表 5-3-2 为水胎压出尺寸示例，表 5-3-5 为水胎成品冠部厚度。第四节 胶囊设计 胶囊是外胎应用定型硫化机硫化的工具。由于硫

22、化机结构的不同、胶囊可分为 A型、B型和AB型三种类型。一般载重轮胎用 B型胶囊硫化，轿车轮胎用 A型胶囊硫化。1. A 型胶囊A型胶囊两端不对称为一端开口另一端封闭的胶筒，开口端固定于模型内，封闭端合于硫化机止推杆的球鼻上，在使用过程中， A型胶囊要反复出入于囊筒和外胎内腔，在受热情况下，承受反复变形。见图541（a）。2. B 型胶囊B型胶囊为两端开口的胶筒，安装于下模上方。使用时与A型胶囊一样，需承受在受热情况下的多次变形。见图 541（b） 。3. AB 型胶囊AB型胶囊综合了 A型和B型胶囊设计的特点。胶囊也可出入囊筒，但避免了A型胶囊在定型时中心不稳的缺点。见图 541（c） 。、

23、胶囊技术设计 胶囊是根据成品外胎内轮廓和外胎胎胚内轮廓来进行设计的。 下面将讨论成品胶 囊结构有关参数的确定（见图 5 42）。1.胶囊外直径DB的确定DB=DK/KD式中：DK-外胎胎里直径KD-胶囊径向伸张值 是主要参数之一。B型胶囊的径向伸张取值范围为1.601.85。斜交轮胎用B型胶囊的径向伸张值与B型胶囊基本相似。但子午线轮胎取值较小，其适用值为1.101.15。容许值为1.05120。2. 胶囊断面周长LB的确定式中： LK-成品外胎断面内轮廓周长（包括夹盘圆环宽度），mm;Kl-断面周长伸张值，是关键取值参数。使用证明，胶囊的断面周长伸张应尽可能减小。 胶囊沿外胎内轮廓的伸张不应

24、超 过20%。一般轻型载重轮胎 B型胶囊的断面周长伸张值为1.081.15;重型载重轮胎用B型胶囊的断面伸张值为1.021.04。A型胶囊断面周长伸张值较大, 斜交轮胎和子午线轮胎均为 1.101.15。3. 胶囊面积伸张值KF的选取式中：FK 成品外胎内轮廓面积（包括夹缘圆环面积），cm2 ;FB 胶囊外表面面积， cm2。象断面周长伸张一样， 胶囊的面积伸张也应尽可能地减小， 一般轻型载重轮胎胶 囊的面积伸张值为1.251.65，重型载重轮胎为1.361.70。根据统计，在使用过程中面积伸张值小于 1.65 时，胶囊的使用寿命长，使用次 数在 300 次左右。如果面积伸张值增大至 1.75

25、 ，使用次数明显下降。但伸张值 不能过小，过小时操作困难，无法保证轮胎的硫化质量。4. 夹缘内直径dB的确定胶囊在外胎硫化时起着内模作用， 然而胶囊本身在硫化时又受到内模和外模的作 用。因此,胶囊夹缘的内直径与外胎胎圈着合直径 do和胶囊外直径DB都有一定的相互关系。dB=(0.700.85)*do夹缘内径dB要与胶囊筒紧密配合,在28kgf/cm2压力下工作不泄漏。因此,设计 时要考虑其1.54.0mm的永久压缩量。也可同时在夹缘宽度 b上设密封槽。D吐 Kd*dB式中: Kd 胶囊外直径与内直径比值。Kd因轮胎规格和胶囊的类型不同而不同,一般B型胶囊在1.401.60左右,A型胶囊在 2.

26、002.30 左右。但对于着合直径较小的外胎 ,比值可低于上面数值 .具体数值应结合本单位的工艺条件等而定。因KD值过大时，胶囊从硫化芯模脱下 使其夹缘被撕破而成废品；但dB过大时，则给装卸轮胎胎胚 和成品带来困难。5.胶囊高度HB的确定胶囊高度值根据外胎胎胚形状及所选取的径向伸张值KD 断面周长K1和面积 伸张值KF来确定。胶囊高度HB与外胎内轮廓周LK之比一般为1.011.09;轿车轮胎为1.031.07; 载重轮胎为 1.001.06。胶囊高度是准确合模和定型的前提 ,通常胶囊高度略低于外胎胎胚的自然高度 H（即压缩前的高度）。其关系为：轿车轮胎H/Hb=1.051.02; 载重轮胎为

27、1.051.13, 但胶囊安装与硫化机中心机构上的 高度则应大于胎胚的高度。6. 夹缘尺寸设计胶囊夹缘尺寸必须与夹盘尺寸相配和，夹缘一般设计成矩形，肩部半径R1应尽可 能大些,以避免应力集中。肩部的连线成15°角，圆弧处一般其3mn左右。图5-4-2和图5-4- 3为A型和B型胶囊结构图。表5-4- 15-4- 3为A、B 型胶囊主要结构参数示例。7. 胶囊排气线、导气线和加强筋的设计1 ）排气线 为了保证胶囊装入外胎时准确定型， 排除外胎胎里和胶囊之间残存 的空气， 以免产生胎肩起泡、 胎面脱层和帘布脱层等缺陷， 各种胶囊的外表面均 要设置一定的排气线。排气线为于胶囊轴线成 153

28、0 的凹槽线。排气线贯穿于整个胶囊断面的表面。排气线的分布有连续型和分段型两种， 不管是连续型还是分段型都需通过胶囊的 肩部。为了增强胎圈部的排气效果， 胶囊在对应胎圈部位要增设排气线。 胶囊排 气线凹槽尺寸为深0.51.0mm宽1.03.0mm排气线的密度一般是外园部位较 小，胎圈部位教大。具体要视胶囊的结构及定型时要求而定。（ 2）内腔导气线 导气线作用是在胶囊硫化完毕后便于充气卸下胶囊。 导气线排 列方向与垂线平行，半径约为1.0mm,按内腔圆周1218等分。在胶囊夹缘内径 处也相应设计导气线，其半径约为 0.51.0mm有的还相应增加排气孔，以免在硫化时外胎在该处缺胶或裂口。3）内腔加

29、强筋 加强筋除在胶囊的肩部受屈挠变形较大时起减轻作用外， 并在 抽真空时能使胶囊收缩成有规律的若干等分（ 68等分），便于装入胎胚。加强筋一般设为上半部长度约100200mm宽度约615mm厚度约310mm（见 图 5- 4- 3）。8. 胶囊厚度的确定 胶囊厚度根据轮胎规格及使用条件而定。（1） A型胶囊 为了增强顶部（封闭端）的强度，凹槽部位厚度比其他部位厚 4 5 倍，形状应与硫化机推顶器球鼻相吻合，胶囊其他部位厚度基本一致。轿车轮 胎A型胶囊厚度一般为58mm载重轮胎一般为812mm（2） B型胶囊 除肩部内表面加强筋外，其余部分厚度基本一致，通常轿车轮胎68mm载重轮胎812mm最大不超过20mm胶囊夹缘至圆弧过渡处应增厚 20 30%，并逐渐过渡以减小应力集中。9. 胶囊总图绘制 胶囊基本尺寸确定后，可绘制胶囊总图。总图一般包括断面图，排气线示意图、 俯（仰）视图、导气线、加强筋视图等。并标注有关的尺寸。在绘制断面图时，各部位区间的连接圆弧半径的选取应使平滑过渡并要使厚度由 中间向两边增厚些的原则确定。表5-41表5-4-4是A型和B型胶囊