第六部分 带束层设计子午线轮胎设计

子午线轮胎设计第六章子午线轮胎带束层设计与计算带束层的设计与计算是子午胎结构设计中的核心问题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充气轮胎形状及轮胎各部位由内压引起的初始应力。文献报道，载重子午线轮胎带束层约承受此种应力约60%～75%，而斜交轮胎则胎体承受80%～90%。带束层帘线中由内压引起的应力，在带束层全宽范围内是不均匀的。由于带束层边端未固定，此部位帘线中的初始应力等于零，而中心部位则达最大值。带束层的刚性对轮胎使用性能影响很大，为此，带束层应有足够的刚性，以防胎体胎冠部位的伸张，从而保证轮胎行驶平稳，与路面的接触良好。本章仅能对常见的带束层刚性、箍紧系数、带束层结构以及带束层帘线应力计算等作一般介绍。带束层设计与计算带束层刚性箍紧系数带束层结构带束层帘线应力计算带束层的刚性主要取决于带束层的结构（如帘线类型、帘线的角度与密度、排列方式、与带束层层数等）及对胎体的箍紧程度等。这里着重列述对带束层刚度的计算、箍紧系数以及带束层刚度对轮胎使用性能的影响。带束层的刚性带束层结构帘线类型与密度帘线角度排列方式带束层层数对胎体箍紧程度第一节

带束层刚性一、带束层的刚度计算1.带束层拉伸刚度和弯曲刚度的计算拉伸刚度Fbr计算公式：弯曲刚度[EI]计算公式：a=Enisin4βc=Enicos4β

式中tanα-双曲线正切,cotα-双曲线余切,E-主带束层（工作层）帘线弹性模量，10N/根(kgf/根)；i-主带束层（工作层）帘线密度，根/cm;β-主带束层（工作层）帘线角度（径向夹角），(°)；G-胎面胶剪切模量，10-1MPa(kgf/cm2)；b-主带束层（工作层）宽度，cm；h-橡胶层的折合厚度，cm；n-主带束层（工作层）层数。2.带束层刚度对轮胎性能的影响带束层的拉伸刚度对轮胎充气形状几何特性如外直径、断面宽、行驶面曲率以及接地面积等均有一定的影响。根据前苏联资料报道，以260-508P（相当于9.00R20）钢丝带束层纤维胎体子午线轮胎为例，研究结果表明，带束层拉伸刚度高于250×10-2N时，对轮胎充气轮廓、刚性及接地面积几乎没有影响；而当低于250×10-2N时，轮胎断面增高、变窄、胎面曲率增大，同时接地面积和刚性也随之变化，见图6-1所示。图6-1带束层拉伸刚度与轮胎几何特性关系图中(a)表示带束层拉伸刚度与轮胎充气形状的变化关系。1-△D充气轮胎外直径的增量；2-△B充气轮胎断面宽的增量。图6-1带束层拉伸刚度与轮胎几何特性关系图中(b)表示拉伸刚度与轮胎某些几何特性的变化关系；3-1/R胎面曲率；4-b轮胎接地宽度；5-L轮胎接地长度；6-S轮胎接地面积。图6-1带束层拉伸刚度与轮胎几何特性关系图中(c)拉伸刚度与轮胎刚性的关系；7-Fs侧向刚度；8-Fp周向刚度；9-f轮胎径向弯曲。当带束层拉伸刚度增加100×10-2N(100×10-3kg)时，滚动阻力和温度开始下降，然后在一段相当大的刚度值内保持恒定不变，直至刚度达400×10-2N(400×10-3kg)时，滚动阻力出现增大迹象，而温度成直线急剧上升，见图6-2所示图6-2带束层拉伸刚度与轮胎性能的关系10-Pf滚动阻力；11-T温度图6-3胎面花纹相对磨耗强度与带束层弯曲刚度的关系

带束层的弯曲刚度对轮胎在接地面的摩擦性能及磨耗强度影响很大。据称，弯曲刚度低于40N·m2时，轮胎的磨耗强度明显下降。胎面花纹相对磨耗强度与带束层弯曲刚度之间的关系，见图6-3所示。研究结果表明，带束层拉伸刚度低于(200～250)×10-2N和弯曲刚度低于40N·m2时轮胎使用性能随之恶化。二、子午线轮胎的箍紧系数1.箍紧系数箍紧系数K一般用来表征子午线轮胎的断面形状和带束层受力的状况。由于带束层的作用使断面高减小，箍紧系数也是表示带束层对胎体箍紧的程度，其表达式为：式中H0-无带束层充气轮胎断面高度；H-有带束层充气轮胎断面高度。子午线轮胎断面轮廓形状的变化范围是很宽广的，对子午胎等帘线长度的断面轮廓，随带束层直径的变化直接影响断面轮廓形状。若是无带束层的子午线轮胎，其充气平衡轮廓直径最大，断面宽度最小，如图6-4(a)所示。随着带束层直径的减小，使子午胎变成断面高较低的轮廓形状，见图6-4(b)、(c)、(d)所示。因此箍紧系数K值的大小是表示了带束层对子午胎断面形状和与胎体之间受力分配的相互关系，图6-5表示了不同箍紧系数对胎体和带束层之间的应力分配，从图中看出，随箍紧系数的增大，带束层应力增大，而胎体应力逐步减小。图6-4带束层直径对子午胎断面现状的影响图6-5

不同箍紧系数的胎体、带束层应力分配箍紧系数2.箍紧系数对轮胎断面几何参数的影响不同箍紧系数的同规格子午胎断面形状，以及轮胎断面基本几何参数与箍紧系数的关系如图6-6所示。图中曲线表明，随着箍紧系数的增大，则轮胎的断面宽度B和支撑带束层的胎体宽度bK逐渐增大，而胎冠点的内轮廓曲率(I/P)和轮胎断面高与断面宽比值(H/B)逐渐减小。上述参数和箍紧系数之间并非线性函数关系。图6-6子午线轮胎断面几何参数与箍紧系数K的关系图6-6子午线轮胎断面几何参数与箍紧系数K的关系1-H/B;2-B;3-bK;4-1/ρ为了计算支撑带束层的胎体宽度bK可采用下列半经验公式：式中ρ1-无带束层时轮胎平衡内轮廓的胎冠点半径；

f=H0-H（无带束层时轮胎断面高和有带束层后轮胎断面高之间的差值）。

当f为常量时，bK值越大，断面周长越长。而带束层宽度L和bK的比值取决于箍紧系数K，可等于和大于或小于1。子午线轮胎的带束层宽度L应大于支撑带束层的胎体宽度bK，而活胎面子午胎的两者之比接近于1。3.箍紧系数对帘线应力和轮胎刚性的影响

实验证明，随着箍紧系数的变化，胎体和带束层帘线应力亦随之改变，见图6-7所示。从图中看出，在条件相同时，增大子午胎的箍紧系数可导致胎体帘线应力减小，带束层应力增大，带束层承受的周向总应力增大，轮胎径向刚度γ是随箍紧系数增大而减小。图6-7箍紧系数对帘线应力和轮胎刚性的影响1-胎体帘线应力T;2-带束层帘线应力T1；3-带束层周向应力To；4-轮胎径向刚度γ。另外，试验表明，箍紧系数对轮胎的耐磨耗性能也有影响。据文献报道，以人造丝帘线做轿车子午胎的带束层，其箍紧系数由0.04增至0.11时，胎面磨耗量由0.2mm/103km下降至0.09mm/103km。为保证子午线轮胎的使用性能，一般对轿车子午胎的K值较大(0.11～0.16)，而载重车子午胎的K值较小(0.07～0.08)。轿车子午胎由于内压较低，为了确保行驶安全性，箍紧系数宜稍大。载重车子午胎箍紧系数稍小，有利于带束层和胎体之间的应力合理分配。活胎面子午胎的箍紧系数应大于子午胎的箍紧系数。否则活胎条很容易脱落，但也不宜过大，因带束层应力过大会导致活胎条的断裂。第二节

带束层的结构设计

带束层结构主要是指它的帘布层数，帘线角度、密度和排列方式，带束层的厚度、宽变和长度，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，而其刚性直接影响子午线轮胎的使用性能，如耐磨性能、操纵稳定性、安全性和节油性能等。带束层结构帘布层数帘线角度密度排列方式厚度、宽变和长度帘线结构与类型第二节带束层的结构设计载重子午胎带束层结构层数、结构帘线角度帘线排列铺设方向一、载重子午线轮胎带束层结构设计1、带束层的层数与结构带束层的层数与结构层数四层三层三层半结构0°带束层波形带束层载重子午线轮胎的带束层一般由三至四层钢丝帘线所组成，采用的结构形式常见的为重叠式，根据轮胎的规格不同和使用条件来选用，如对大规格轮胎或路面差使用条件苛刻的情况下可选用四层结构，反之，对轮胎规格小和使用条件好的则可选用三层结构为宜。(1)四层结构

带束层四层结构的排列设计。第1层称为过渡层，帘线角度为55°～65°，它是最靠近胎体帘线的一层，主要起着使由径向排列(90°)的胎体帘线角度过渡到接近周向排列的小角度带束层，这样可减小层间的剪切力，避免带束层与胎体帘布层之间的脱层；第2层和第3层为工作层，常用帘线角度为15°～22°，它起着束缚子午线轮胎的胎体向外膨胀并形成带束层的刚性。此刚性可直接影响轮胎的耐磨性、操纵稳定性和节省油耗等使用性能；第4层称为保护层，一般采用高伸长率和高抗冲击型钢丝帘线，其角度与工作层相仿，它起着保护工作层的作用，同时也起着防止产生胎面与带束层脱空现象，提高轮胎使用寿命与翻新率。(2)三层结构

一般中型载重车的全钢丝子午线轮胎多数采用三层结构的带束层，第1层仍为过渡层，2层和3层帘线角度排列基本上与四层结构相仿，仅把第4层保护层取消。见图6-8(b)所示。它有减轻轮胎重量和简化工艺的优点。(a)四层结构

(b)三层结构图6-8载重子午线轮胎带束层结构示意图1-过渡层；2,3-工作层；4-保护层(3)三层半结构

这是法国米其林公司对载重子午胎常用的带束层结构，目前已被美国和日本的大轮胎公司广泛采用。结构的特点是将第一层过渡层分为两个边部，中间部分被断开，见图6-9所示。其优点是降低胎冠中央部位的刚性，使接地印痕面积中单位压力分布得较为均匀，从而提高轮胎胎面磨耗的均匀性。另外，三层半结构也可减小带束层胎冠中部的应力。图6-9三层半带束层结构示意图(4)0°带束层结构

0°带束层是意大利倍耐力公司的专利技术，专利公布的时间虽然早在20世纪70年代末，但这是一项已经实际应用于生产的专利技术。到目前为止，它仍然是国际上公认比较先进的带束层结构，尤其是对低断面载重子午线轮胎来说。倍耐力公司的全钢丝载重子午胎，包括80系列和70系列低断面子午线轮胎均采用这种结构的带束层，见图6-10所示。图6-100°带束层结构示意图1-胎体；2-带束层工作层；3-0°带束层0°带束层，是由两层沿周向排列重叠缠两圈而组成的环状增强带束条。图6-11315/70R22.5轮胎的带束层结构图中的1和2为钢丝帘线带束层的工作层，其总宽度L与行驶面宽度大体相等，两层之间的差级为5～10mm，工作层钢丝帘线的扯断伸长率要求在2.6%～3.2%之间，帘线角度为10°～30°。在工作层2上面的两侧各覆盖一个由扯断伸长率为4%～8%的高伸长钢丝帘线周向重叠两圈（图6-11中的4、5所示）组成的环状增强带束条3。此增强带束条铺设于轮胎中心平面m-m的外侧边缘，与工作层2的边端基本对齐，其宽度l为工作层中最宽层宽度L的20%左右。0°带束层结构的主要作用:减小带束层边部的变形，提高子午线轮胎的胎肩刚性，减少变形生热，保护带束层免受由应力应变作用产生的疲劳损坏和热破坏。保证在高速行驶时具有稳定的尺寸，提高胎面稳定性、减少不均匀磨耗。与普通结构带束层子午胎相比，有以下方面改善：a．降低滚动阻力，节省燃料，约节油5%；b．降低生热，轮胎耐久安全，有更好的高速性能；c．胎面稳定，减少变形滑移，不易产生偏磨，提高行驶里程约20%，翻新率高；d．提高轮胎的侧向刚性t转弯刚性），提高路面抓着性能，改善车辆的操纵稳定性和转向性能。(5)波形带束层结构

为满足汽车运输发展的需要，载重子午线轮胎的扁平率也在不断降低。在美国与欧洲标准中都有扁平化为50系列甚至是45系列的22.5轮辋。然而轮胎越扁平，其径向膨胀变形越大，如图6-12所示，从而严重影响带束层的耐久性。图6-12轮胎径向膨胀和扁平率的关系普利司通公司为了解决这方面的课题，开发出可抑制带束层变形的新技术“波形带束层结构”，从而成功地使带束层的耐久性得到提高。抑制轮胎外径增大的最有效方法就是在带束层上置放冠带层。扁平轿车子午胎通常采用在交叉排列的钢丝带束层上缠绕0°纤维冠带层，以形成环箍效应。因帘线是有机纤维，当胎坯膨胀时帘线伸长，故不会影响硫化，但载重子午胎因纤维帘线强度不够，使用后会造成帘线断裂，所以必须采用钢丝帘线。图6-13波形帘线图为了不影响硫化时胎坯的膨胀，考虑采用波形帘线。所谓波形帘线是指预先制成的一种具有波形起伏的钢丝帘线。图6-13表示胎坯膨胀前后波形帘线的状态。由图看出，由于硫化时轮胎膨胀，使预先具有较大波形的钢丝帘线的波形伸展，变为近乎直线状的帘线。直线状钢丝帘线受拉伸作用时，会产生与伸长相对应的应力。波形帘线由于初期的伸长为帘线波的伸展，故表现为具有松弛倾向的应力过程。而一旦伸直之后则和直线状钢丝帘线相同，将按线性特性变化。普利司通公司对扁平载重子午线轮胎采用波形带束层结构，见图6-14所示。它是在胎体层上先设置两层交叉排列的带束层，再在其上面配置两层波形带束层，然后在它的上面设置保护层，保护层之上为胎面胶。6-14扁平载重子午线轮胎的波形带束层结构波形带束层结构的优点：由于钢丝帘线被预制而成波形，硫化时会产生必要的伸展，硫化后则具有0°冠带层的效果，可以抑制轮胎充气后及行驶时产生的径向膨胀，从而提高轮胎的耐久性。波形带束层结构的效果:普通带束层结构的轮胎带束层径向膨胀不均、边部变形大。波形带束层结构时，能够抑制充气时轮胎肩部的径向膨胀，轮胎断面轮廓保持胎面平坦形状，而且轮胎的接地形状在行驶后仍能保持新胎时的形状。(a)普通带束层结构(b)波形带束层结构图6-15普通带束层结构和波形带束层结构的轮胎形状图6-16不同带束层在行驶过程中径向膨胀的对比图6-16表示实车行驶中轮胎的径向膨胀。从图中可以看出，采用波形带束层结构的轮胎在充气后及行驶后的径向膨胀比采用普通带束层结构的膨胀量小。从变形方面考虑，波形带束层的耐久性比较优良。采用波形带束层可实现大型载重子午线轮胎的扁平比，从而在使用负荷能力维持相等水平的条件下减小轮胎外径。2.带束层的角度与密度带束工作层帘线角度：既要考虑到带束层对胎体的箍紧作用，又要便于加工.载重子午线轮胎的带束工作层帘线角度大于23°就不能使胎体获得良好的箍紧效果。但帘线角度太小，不仅使带束层的裁断和接头等工艺操作复杂化，而且对轮胎的使用性能不利，容易产生带束层脱层的危险。对子午线轮胎耐磨性来说，带束工作层帘线的最宜角度为15°～20°，但在很大程度上取决于帘线的模量，并在一定程度上决定于带束层胶料的黏合强度，还与轮胎的规格系列等有关系。带束层帘线密度：根据帘线的强度和直径以及所受应力而定。第1层（过渡层）可稀一些，主要保证与胎体有良好黏合强度，一般选用4～5根/cm；第2、3层（工作层）既要考虑确保轮胎受力的强度（要求的安全倍数），又需考虑帘线之间保持良好的附着力，要求含胶量的比例约占50%～60%，因此一般为5～6根/cm；第4层（保护层）不宜太大，因要保证与胎面胶具有良好的附着力，大约3～4根/cm为好。3.带束层的宽度和长度带束层的宽度：载重子午线轮胎的带束层宽度一般与轮胎行驶面宽度相当。因带束层太窄会降低胎面的耐久性和稳定性，还会产生磨肩现象，而过宽又易造成带束层脱空。据文献介绍，Bw/b<1.05，对保持轮胎的耐久性有利，但从防止胎肩异常磨损来看，

Bw/b在0.9以上为宜。综上所述，Bw/b取值范围为0.94～1.05。每层依次与下一层的差级为10～15mm，保护层宽度为最宽带束层的50%以上。如果过渡层为两个断开的窄层，其宽度约为最宽层的30%。带束层长度指带束层直径，其值的大小对子午线轮胎的箍紧程度有直接影响，由于它受硫化模型和工艺操作要求的限制，只能根据胎坯直径到模型胎面花纹沟度深之间的空隙来取值，一般情况下，带束层直径胎坯半成品至外胎成品的膨胀率在3%以下为好，1%为最理想。以下列举三种不同硫化模型的带束层膨胀率取值：

①两半模型：膨胀率3.5%～5%；②活络模I型：膨胀率2%～3%；③活络模Ⅱ型：膨胀率1%～1.5%。

以下列举20世纪80年代末剖析了275/80R22.5无内胎载重子午线轮胎世界几大轮胎公司带束层结构情况，见表6-1所示。从表中看出，除米其林和倍耐力两家公司外，其他公司采用的带束层结构均为四层，但帘线角度排列方向却各不相同。带束层的工作层帘线角度大致在15°～20°范围内。表6-1275/80R22.5无内胎载重子午胎带束层结构5.带束层用钢丝帘线选择单丝直径粗一些的，约Φ0.22～0.38mm。带束层用钢丝帘线的特定要求有：保证强度，良好的胶料渗透性，低伸长，芯线不迁移，良好的黏合保持性和适当的刚度。近年来用于带束层的主要推出高强度或超高强度及全渗透型等新结构钢丝帘线。具体的规格类型，如工作层可选用：3×0.20+6×0.35HT，3+2×0.35

ST,3+8×0.35HT，3×0.32+9×0.30+1HT

0.365+6×0.35HTBetru*；保护层：采用高伸长帘线，但渗胶不充分，覆胶后其断裂伸长率会损失50%左右。因此，应选用渗胶充分，捻距大，尤其重要的是覆胶后保持很高的断裂伸长率(大于6%)，因而可以确保抗冲击、耐疲劳的胶料作肩垫胶，从而防止胎体帘布层与带束层之间产生剪切应变。耐腐蚀和高伸长性能。典型结构：5×0.35HI和5×0.38HI，还可选用5×0.38OC等新结构钢丝帘线。6．带束层橡胶部件

载重子午线轮胎的带束层除由多层钢丝帘布组成外，一般还有多个橡胶部件，如中间胶、肩垫胶、层间垫胶和封口胶等。(1)中间胶

有效地调节带束层刚性，减少剪切力，提高附着力，更好地提高胎面与带束层之间的黏合性能。位置：中间胶放置在胎体与第一层带束层之间，也有将中间胶放于胎面胶与上带束层之间。

(2)肩垫胶

作用：将胎体帘布层与带束层端头隔开，使胎肩与胎侧的连接弧垫得比较平坦，使带束层能平直地放置在胎体层上面，并转移和吸收动态条件下集中于胎肩的应力，防止在胎侧上部与胎肩连接区出现早期损坏。位置：带束层末端下面应放置柔软低定伸、高耐疲劳的胶料作肩垫胶。(3)层间垫胶

载重子午胎带束层的层数多，各层的端部受力和变形较大，尤其在2～3层（工作层）端部受力更大，因此，通常在2～3层之间放置垫胶，一般采用硬度高、模量高、变形小的胶料，从而提高层间的附着力，防止带束层端部的脱层。

(4)带束层封口胶

目的：带束层边缘露出没有镀层的钢丝端头，端头并未固定，端部受力和变形较大，因此，决定子午线轮胎成败关键还在于能否达到并保持带束层帘线与周围橡胶在使用过程中始终具有良好的黏合性，并要求胶料有很高的耐疲劳强度，以防止胎肩脱层。为此，带束层端部应加贴黏合性能好和耐疲劳强度高的封口胶。二、轿车子午线轮胎带束层结构设计轿车子午胎带束层的骨架材料种类较多，如纤维材料有人造丝、芳纶、玻璃纤维等，还有最普遍采用的是钢丝帘线。对轿车轮胎的性能要求较多，如高速性、操纵稳定性、舒适性等，这样就会使带束层结构设计比较多样化。以下分别按带束层的结构形式、层数、角度、密度等来叙述。1.带束层的结构形式

轿车子午胎带束层材料种类和规格众多，带束层结构形式、类型也就比较多。现仅对常见的和特殊的结构形式列举如下。（1）普通叠层式结构：速度级别低和扁平系列高的轿车子午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。优点：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）冠带层图6-17冠带层轿车子午线轮胎断面这种带束层结构的优点：冠带层在高速行驶时起着压缩作用，能防止驻波的产生，另外，它还可避免高速行驶时由离心力引起带束层脱层。是一般高速轿车子午线轮胎普遍采用的一种带束层结构形式。(3)折叠式

结构：为速度较高的轿车子午胎所采用（如H级和V级轿车胎），采用折叠带束层，有时还附加尼龙冠带层，见图6-18示。另外，对多层纤维带束层往往采用折叠式，典型折叠纤维带束层的排列式如图6-19(a～c)所示。图6-18折叠带束层附有冠带层图6-19典型折叠式纤维带束层结构形式目的：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；同时可防止带束层端部脱层，提高轮胎的临界速度来获得轮胎在高速行驶时的安全性。法国第二大轮胎公司—克勒伯-哥伦布公司研究了一种适用于高速(200km/h)轿车子午胎的折叠式带束层结构。主要特点：带束层由相同宽度相互折叠成对的帘布层组成的；带束层宽度超过胎面与地面接触面宽的10%～20%；复胶与胎体帘布胶一样，其邵尔硬度在75°以上，伸长200%时，定伸强力至少为l0MPa。优点：高速行驶时具有良好的稳定性，抗胎面脱层性及很高的胎面寿命，故特别适用于高速轿车胎，也可用于高速载重胎。

20世纪70～80年代，米其林公司在超高速轿车胎中，曾采用两层钢丝帘布的折叠式带束层结构，一般采用下带束层向上折叠包住上带束层的形式，折叠反包部分约为胎面宽度的1/4，见图6-20所示。

据报道，一般以下带束层包住上带束层的折叠式结构，虽然能使带束层在其全宽范围内保持比较均一的刚性，但在滚动过程中，由于这两层对应力的适应性不同，轮胎耐久性不能令人满意，这是因为被折叠的帘线易于在弯曲处断裂。图6-20下带束层包上带束层结构的超高速轿车子午胎断面(4)包边式

目的：米其林，为了加强带束层端部的设计，改进带束层帘线的排列形式，以减少因胎肩部位的应力集中所引起的脱层，从而提高轮胎的使用性能，延长轮胎的使用寿命。解决在折叠式带束层中反包折叠帘线弯曲处易发生断裂。为克服这个缺点，米其林公司又研制了U形包边带素层，图6-21U形包边式带束层结构1,2-钢丝带束层；3-两端U形包边层帘线角度上层:

28°；下层:32°U形帘线:17°,采用尼龙帘线930dtex/3。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)编织带束层目的：提高耐久性能、高速性能及转弯系数，采用芳纶帘线制造出编织带束层。结果：在P215/75R15轿车子午线轮胎上进行了普通叠层式钢丝带束层与芳纶编织带束层两种结构的对比试验，结果表明，编织结构带束层无论在轮胎耐久性还是在高速性能试验方面均有较大的改善。图622编织带束层表6-2P215/75R15轮胎不同带束层结构的耐久性试验对比表6-3P215/75R15轮胎不同带束层结构的高速性试验对比2.带束层的层数、角度、密度

层数及角度：纤维带束层：4～6层，角度为13°～18°交叉排列，钢丝带束层：2层，帘线角为20°～25°；带束层角度与轮胎的速度级别和轮胎的扁平系列有关。轿车胎S级的角度为24°左右；H级为22°左右；V级为20°左右。如果是更高速度级别W级与Y级，则带束层帘线角度的取值将更小。对高速轿车子午胎带束层除钢丝帘线之外，还采用1～2层尼龙帘线（冠带层），角度排列为0°（即周向）。带束层帘线密度：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，钢丝帘线：其强度高，帘线直径也粗一些，因此帘线密度则用5～8根/cm。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。3.带束层用骨架材料早期：人造丝、玻璃纤维等。现在：普遍使用的基本为钢丝帘线。发展方向：芳纶帘线钢丝密度大，汽车速度提高，节能轮胎，轮胎轻量化以及环保意识，开发绿色轮胎等。芳纶会替代轿车子午线轮胎中的钢丝带束层及轿车胎中的其他金属部件如钢丝圈。(l)钢丝帘线轿车子午胎的带束层钢丝帘线要求：强度和渗胶性能，高的舒适性和操纵灵敏度，低的定负荷伸长率。20世纪80年代常用的钢丝帘线规格有：

1×4×0.23、1×5×0.23、2+7×0.20+1×0.15、1×4×0.25、1×5×0.25、2+2×0.25、2+7×0.23+1×0.15、1×4×0.28、2+2×0.25等；90年代中、后期至21世纪初，轿车子午胎钢丝帘线的发展趋势：一、强度整体提高，高强度帘线替代普通强度帘线；二、帘线在渗胶方面的性能得到了大幅度的提升，简单结构半开放型帘线、开放型帘线以及贝卡尔特公司的贝特鲁(Betru*)帘线得到了广泛应用。典型规格有：

半开放型—2×0.30HT，2+2×0.25HT；

开放型—5×0.23HTOC、3×0.30HTOC；

贝特鲁(Betru*)—3×0.28HTBetru*、

3×0.30HTBetru*。(2)芳纶帘线20世纪80年代荷兰阿克苏公司研制成功芳纶帘线以来，世界各大轮胎公司将其作为子午线轮胎的带束层材料。芳纶帘线具有高强力、高模量、耐高温及变形小的刚性，同时具有相对密度小、耐疲劳、耐剪切的柔性，兼具钢丝帘线和尼龙、聚酯帘线的优异性能。通常用于轿车子午胎带束层的芳纶帘线规格为1680dtex/3，其性能指标如表6-4所示。此外，芳纶帘线规格还有3360dtex/3、3780dtex/3，4320dtex/3和5040dtex/3。表6-41680dtex/3芳纶帘线的性能指标(3)人造丝帘线人造丝具有优良的高温模量保持率和低收缩特性，使有很高的尺寸稳定性，早期的全纤维子午线轮胎曾用人造丝帘线做带束层骨架材料。具体品种有一超、二超、三超和高定伸等，常用帘线规格为1840dtex/2、1840dtex/3。作带束层用的品种以三超和高定伸为宜。(4)冠带层材料冠带层虽然是子午线轮胎的小部件，但因其对保持轮胎外缘尺寸稳定、提高速度级别、改善乘用和驾驶的舒适性都有明显的作用，现在国际上60%的轿车子午线轮胎配置了冠带层，而在1995年时这个数字仅为40%。目前采用的冠带层材料是尼龙66，一般规格有1400dtex/2、1400dtex/l和930dtex/2。而更理想的冠带增强层材料为尼龙46，因它在高温下模量大大高于尼龙66帘线，在相等或较低的热收缩下热收缩力要高出许多，蠕变率更低。特别在受热初期热收缩力不下降，提高了冠带层的效率。stanyl46尼龙帘线的典型规格为930dtex/2。高性能超低断面（40系列）的轿车子午胎的冠带层材料可选用芳纶和芳纶-尼龙复合帘线，常用规格有1110dtex/2和1110dtex/3。第三节

带束层帘线应力计算与安全系数计算原理基本上都是以薄膜-网络理论为基础。一、美国公式本公式是借助于薄膜-网络理论中假设在单元上的周向力和在微小单元中帘线所受应力在周向上的分力进行力平衡，可求得在胎冠点处的带束层帘线应力，计算公式如下：式中T1—带束层帘线应力，N／根；

p—充气内压，kPa;

rk—胎冠点半径，m；

n—带束层（工作层）层数；

ik—成品带束层胎冠点帘线密度，根/m;αk—成品带束层胎冠点帘线角度（与周向夹角），(°)。硫化后成品轮胎带束层的胎冠点帘线角度αk的经验计算公式如下：式中α0—胎坯中半成品带束层帘线角度（带束层帘线才断角），(o)；αk—硫化胎中成品带束层胎冠点帘线角度，(°)；m—半成品带束层直径(Do)至成品带束层直径(Db)的膨胀率（即二、前苏联公式

介绍前苏联轮胎力学专家彼德尔曼在著作中发表的计算公式和轮胎工艺学老前辈萨利蒂科夫在《汽车轮胎现代工艺学基础》书中推荐的计算公式，两者之间略有不同，分别列举如下。

1．彼德尔曼公式Ti=103·p(2ρk·rk-rk2+rm2)/2ρk·n·ik·sin2βk(6-7)式中T1—带束层帘线应力，N／根；p—充气内压，kPa;

ρk—胎冠曲率半径，m;rk—胎冠点半径，m;rm—断面最宽点半径，m；n—带束层（工作层）层数；

ik—带束层胎冠点帘线密度，根/m;βk—带束层胎冠点帘线角度（与径向夹角），(。)。2．萨利蒂科夫公式式中

T1—带束层帘线应力，N/根；Tbr—带束