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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0目 第一章 子午线轮胎结构概述录 --------------------------------------------51、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 -----------------------------------------------7[1] [2]载重子午线轮胎构造 -------------------------------------------------7 轿车子午线轮胎构造 -------------------------------------------------7 子午线轮胎负荷计算方法 ---------------------------------------8第二章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 -----------10 1、子午线轮胎模型断面轮廓外直径与断面宽度的选取 ---------10 2、子午线轮胎断面最宽点半径（水平轴）的确定 ---------------11 3、行驶面弧度与宽度的确定 ------------------------------------------11 4、胎圈间距的选取 ------------------------------------------------------12 5、断面高与断面宽之比 ------------------------------------------------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 -------------------------------------------------13 [1] 确定有关设计参数 -------------------------------------------------15 [2] 求出断面上某些点至旋转柚的半径 ----------------------------15 [3] 求出断面上相应点的曲率半径 ----------------------------------16 [4] 胎圈部位轮廓曲线的设计 ----------------------------------------171[5] 平衡轮廓曲线与断面外轮廓的绘制 ---------------------------19 2、RCOT 理论设计法 ---------------------------------------------------23 [1] RCOT 理论产生的背景 --------------------------------------------23 [2] RCOT 理论的轮廓与张力特征 -----------------------------------24 [3] RCOT 理论的轮胎力学分析 -------------------------------------27 3、TCOT 理论设计方法 ----------------------------------------------30[1]TCOT 理论产生的背景 ---------------------------------------------30 [2]TCOT 理论的特征 ---------------------------------------------------31 a、带束层张力控制与分析 ------------------------------------------31 b、胎圈张力控制与分析 ---------------------------------------------32 第五章 子午线轮胎带束设计与计算 ------------------------------------33 1、带束层结构设计 ------------------------------------------------------34 （一）载重子午线轮胎 -----------------------------------------------------34 [1] 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 --------------------------------------------------------35 [2] 带束层的宽度和长度 ----------------------------------------------- 37 [3] 带束层的排列形式 ---------------------------------------------------37 [4] 带束层钢丝帘线 ------------------------------------------------------38 [5] 带束层橡胶部件 ------------------------------------------------------382a、中间胶 -----------------------------------------------------------------39 b、 肩垫胶 ---------------------------------------------------------------39 c、层间垫胶 --------------------------------------------------------------39 d、 带束层封口胶 -------------------------------------------------------39 （二）轿车子午线轮胎 ----------------------------------------------------40 [1] 带束层材料品种 -----------------------------------------------------40 [2] 带束层的层数、角度、密度 --------------------------------------40 [3] 带束层的排列形式 --------------------------------------------------41 a、普通叠层式 ----------------------------------------------------------41 b、钢丝/纤维混合式 --------------------------------------------------41 c、折叠式 ----------------------------------------------------------------41 d、包边式 ---------------------------------------------------------------42 2、子午线轮胎的箍紧系数 ---------------------------------------------42 3、带束层的刚性 ---------------------------------------------------------44 4、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 ---------------51 1、胎圈结构设计 ---------------------------------------------------------51 [1] 钢丝加强层胎圈结构 ------------------------------------------------50 [2] 钢丝/尼龙加强层胎圈结构 -----------------------------------------513[3] 纤维载重子午胎胎圈结构 -----------------------------------------53 [4] 无内胎钢丝载重子午胎胎圈结构 --------------------------------54 [5] 轿车子午胎胎圈结构 -----------------------------------------------54 2、钢丝圈断面形状 ------------------------------------------------------55 [1] 园形断面 ---------------------------------------------------------------55 [2] 六角形断面 ------------------------------------------------------------55 [3] U 形断面 ---------------------------------------------------------------56 3、钢丝圈应力计算 -------------------------------------------------------56 第八章 子午线轮胎胎面花纹设计要求 ---------------------------------58 1、胎冠花纹设计 ---------------------------------------------------------58 2、胎肩花纹设计 ---------------------------------------------------------59 3、花纹沟槽分布 ---------------------------------------------------------60 第九章 子午线轮胎施工设计 ---------------------------------------------61 1、成型方法与成型鼓类型的选择 ------------------------------------61 2、成型鼓宽度计算与假定伸张值 ------------------------------------65 3、成型鼓上各部件材料的施工 ---------------------------------------66 [1] 一次法成型施工顺序 ----------------------------------------------- 66 [2] 二次法成型施工顺序 ------------------------------------------------65 4、二段成型时胎坯定型尺寸的确定 ---------------------------------68 5、施工表的编写 ---------------------------------------------------------694第一章 §1子午线轮胎结构概述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 40°～50°） ，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，帘线排列角度接近周向（约为 15°～20°） 。 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 优点： 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5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，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、6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图1载重子午线轮胎断面1 胎面胶；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）7图2轿车子午线轮胎断面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=K×0.425P0.585×B1.39(dr+B) Q=0.155×10-2×K0.425×P0.585×B1.39(dr+B) 式中 Q—轮胎负荷（Lb） ；8K—负荷系数； ；kpa P—充气内压（Lb/in2） d—轮辋名义直径；cm B—当 C/B 为 62.5%理论辋上的轮胎断面宽度（in）cm C—轮辋宽度 cm B 按下列公式计算： B 0.625 =B’180 ? sin ?1 (C / B' ) 141.3B d =0.96xB 0.70 -0.637 d180 ? sin ?1 (C / B' ) B 0.70 =B’ 135.6B’—实际使用充气轮胎断面宽度（in）; C—实际使用轮辋宽度（in）; d=0.96 × B 0.70 -H H—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 50 “K” 系列 1．655 60 1．655 70 1．655 78 1．743 82 1．743现以 185/70SR14 为例计算 B‘=7.32 in,D’=24.56 d r =14 c=5 p=30Ib/in 2 B 0.70 =7.32 H=180 ? sin ?1 5 / 7.32 =7.39 135.624.56 ? 14 =5.28 2d=0.96 × 7.39-5.28=1.819B d =0.96 × 7.39-0.637 × 1.81=5.94 Q=1.655 × 0.425 × 30 0.558 × 5.94 1.39 (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 钢丝帘线 人造丝帘线 聚酯帘线 尼龙帘线 B’/B 的比值 1.01~1.02 1.02~1.04 1.05~1.07 1.06~1.10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101~2mm.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 1.0~1.2,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 0.03~0.05,行驶面宽(b)与断面宽（B）之比值 b/B 为 0.7~0.85. 行驶面弧度半径( ρ n )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 0.94~1.05 范围为宜, ρ n /b 的比值轿车胎为 2.1~2.5 左右,而载重胎约在 1.3~1.8 左右.b2 h ρn = + 8h 24 胎圈间距的选取 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1115~25mm.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 0.7~0.8,载重胎为 0.7~0.75. 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 0.96~1.05，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12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。 ξ1 平衡轮廓曲线设计法[11][12] 迄今为止常规的子午胎设计方法仍是采用“平衡轮廓理论”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1 2ρ=rk (rk22? rm )(rk ? r cos ak ) sin ak2 2 2 22r (rk ? r 2 cos 2 ak ) ? r (r 2 ? rm 2) cos 2 ak(1)13图3自然平衡轮廓式中 rk-胎冠半径；rm-断面最宽点半径；аk-胎冠点帘线角 r-任意点半径 子午胎ρ=rk 2 ? rm 2 2r(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 求得轮廓上任意一点的曲率半径ρ，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i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； ρ1—轮胎行驶面曲率半径； m—胎面到帘布层中线的厚度；14n—胎侧到帘布层中线的厚度； r f —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。 求出相应点到旋转轴的半径： a、 b、 c、 胎冠点半径 r K =R-m 断面最宽点半径 r m = (R+r t )或按上述第三节确定 下胎侧 j 点半径 r j =r m j 2 1 2(3)求出断面上相应点的曲率半径 胎冠点曲率半径ρ 2 = ρ1 -m断面最宽点胎侧曲率半径ρs =rK ? rm 2rm2 2胎肩曲率半径 ρ 4 =r2 k? rm 2rk2下胎侧（j）点曲率半径r ? rm ρ5 = k 2r f2 2根据上述求得的曲率半径进行轮廓曲线的绘制。 （见图 5）15图4图5 曲率半径园心 ο 2 和 ο 3 分别在纵、 横轴上，ο 2 与 ο 3 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16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 ρ 5 为半径， 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17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 ρ1 在断面中心线上画出轮胎行驶面弧， 接着用 ρ1 减去帘布层中线厚度 m 的 ρ 2 画出胎冠曲率弧， 在已确定好的最宽点半 径轴线上用 ρ3 绘出胎侧曲率弧，再用计算出的 ρ 4 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 ρ5 曲率半径找出4园心 O5 作出下胎侧弧。胎圈部位的轮廓曲线，先按确定的 S 与 q 值找出 E 点， 然后借用 ρ5 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 t1 、t2 、t3 和曲率半径 ρ 7 、 ρ8 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18轮 胎 规 格 原 R= ρ1 = r k =R-m=ρ 2 = ρ1 ? m =B= m= 计日 期 始 参 数 rt = rf= n= S= 算 参 数 rm=R + rt = 2C= q=J=r K -R m = rj=2r b =r +q=t3rm ? rK = 2ρ3 =rK rK2? rm ? rm22rm2==2ρ4 =2rK2r ? rm ρ5 = K 2r f=19图 8 平衡轮廓曲线20图9轮胎断面轮廓七十年代末,日本赤坂隆(T? Akasaka)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 φ 、带束层角度 β G 、轮体帘线角 β k 、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。21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 r B ≤r≤r D （从轮辋点 B 到带束层端点 D） Z=Z c - ∫ (r -r c ）[{（r D -r C ）+ ξ (r2 2 2 2 2A-r D } -(r -r C ) ] dr…2 2 2 2 21 2(2)胎冠曲线区域 r B ≤ r ≤ r D (从带束层端点 D 到胎冠点 A) Z=Z c - ∫ (r 2 -r c 2 ）[{（r D 2 -r C 2 ）+ ξ (r 2 -r D 2 } 2 /{[（r D 2 -r C 2 ） + ξ (r2A-r D 2 ] 2 -[(r D 2 -r C 2 )+ ξ (r 2 -r D 2 ] 2 } 2 dr…（4）1式中 ξ =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2210 cm 5015202530 r cm35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 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23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：N Ο Nη + =P R1 R2（5）式中： N ο -径向薄膜力 N η -周向薄膜力 R 1 -径向主曲率半径 R 2 -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 η =0 （6） 因此胎侧部位径向薄膜力为 N ο =r 1 .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 0 =1/2AP(B w -2r 1 sinθ) （8）式中: T 0 -带束层总张力； P-充气压力； a- 带束层直径； r 1 -径向主曲率半径；24B W -带束层宽度；θ-胎体与带束层线间的夹角；a-带束层直径 C—轮辋宽 p—压力B—轮胎断面宽 N Φ = r1 pBw—带束层宽度 T 0 = ap( Bw ? 2rβ )r1 —径向主曲率半径1 2d—轮辋直径T0 —带束层张力N Φ —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 ο 与断面轮廓的主曲率半径 r 1 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” B W “情况下，则胎体轮廓曲率半径 r 1 和夹角θ增大时， 带束层的总张力会减小，因此提高带束层张力（T 0 ） ，只要采用减小胎侧部位断 面曲率半径 r 1 和夹角θ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 1 和夹角 θ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25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。26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。27175/70SR13ρ = 1.7 Kg / cm 2图 16 RCOT 与传统法轮廓充气时带束层张力的对比175/70SR13 图 17ρ = 1.7 Kg / cm 2Q = 270 Kg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 Y 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。28带束层张力（ Kg / mm)175/70SR13 ρ = 1.7 Kg / cm 2 Q = 270 KgF y =110k g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 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。29(1)TCOT 理论产生的背景 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θ小） ，而胎 圈部位的曲率半径增大， 见图 19 所示。 RCOT 带束层张力公式 从 （8） 得出， TCOT30轮廓的带束层周向张力增大，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，这两31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 60~75%的应力。带束层的设计与计算是子午线轮胎结构设计32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 55 ?~65?，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33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 23） 。据说与一般子午 胎相比，燃料消耗降低 5%，行驶里程提高 20%；高速性能好，翻新率高[15]。 图 22 载重子午胎带束层结构形式 a、四层结构； b、三层结构； c、下三层半结构；34d、上三层半结构 1- 过渡层；2、3-工作层；4-保护层图 23 两肩 0?带束层低断面无内胎载重子午胎 带束层帘线角度的取值，既要考虑到带束层对胎体的箍紧系数，又要照顾 到便于加工。据说，带束层角度大于 20?就不能使胎体获得必要的箍紧效果； 但角度太小，不仅使带束层的裁断和接头等工艺操作大大复杂化，而且对轮胎 的使用性能不利，容易导致带束层脱层的危险。对子午胎耐磨性来说，带束层 帘线的最宜角为 15?-20?；但此角度在很大程度上取决于带束层帘线模量，并 在一定程度上决定于带束层胶料的剥离强力，还与轮胎规格有关。 带束层的密度要根据所受的应力和钢丝帘线的直径而定。第一层过渡层的 密度可稀一些，主要保证与胎体的附着力，一般选用 4-5 根/CM 左右；工作层 的密度既要考虑确保轮胎受力的强度和所要求的安全倍数，又需用考虑帘线之 间保持良好的附着力，要求有一定的胶量约 50-60%，一般为 5-6 根/CM，还要 视钢丝帘线的直径而定； 保护层的密度不宜太大， 因要保证与胎面胶的附着力， 大约 3-4 根/CM 为好。 （2） 宽度和长度 带束层的宽度一般宜大致与胎面相等；太窄胎面刚性和稳定性差产生磨肩 现象；过宽可能造成带束层脱层。据文献报导[16]，带束层宽度 Bw 与行驶面 b35之比值为 1.05 以下，对保持轮胎耐久性有利；但从防止胎肩异常磨损来看， BW/BD 0.9 以上为宜，因此，综合兼顾上述两种性能，取值范围为 0.94-1.05。 其它宽度，每层依次较下一层差级为 10-15mm，最上面的保护层宽为最宽带束 层的 50%以上，如过渡层为两个断开的窄层宽度约最宽层的 30%[17]。 带束层长度即指带束层直径，其值的大小对子午线轮胎箍紧有直接影响， 由于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 深度之间的间距来取值，一般带束层直径到外胎成品直径的膨胀率在 3%以下为 好，1%为最理想。下面各种不同硫化模型的取值[18]。 A 两半模型硫化膨胀率 3.5-5% B 活络模 I 型硫化膨胀率 2-3% C 活络模 II 型硫化膨胀率 1-1.5% (3)带束层的排列形式 带束层的排列形式，对轮胎磨耗，带束层端部脱层以及轮胎行驶性能等方 面都有很大影响。 因此对带束层排列形式开展了许多研究， 不仅对排列的式样， 如梯形、等宽叠排式、交叉排列式、折叠式、包边式等进行研究，而且还应注 意带束层帘线角度的排列方向，如四层结构的排列方式可为：左、右、左、右 （-、+、-、+） ；右、左、右、左（+、-、+、-） ；左、左、右、右（-、-、+、 +） ；右、右、左、左（+、+、-、-） ；右、右、左、右（+、+、-、+） ；以及左、 左、右、左（-、-、+、-）等。这些不同排列形式对轮胎的操纵稳定性有直接 影响，如左、左、右、左排列形式，得到轮胎均匀性角度效应（ply steer）指 标为“-”值，这对右行道交通规则的安全性就差。相反，如果要用右、右、左、 右排列则使轮胎均匀性角度效应（ply steer）指标为“+”值，对右行道交通36规则就能提高安全性。 深入研究带束层排列， 将是提高子午线轮胎性能的关键。 根据美国 smithers（斯密丝）科学服务公司提供的《国际轮胎分析报告》 ， 列举出 10.00R 和 275/80R22.5 载重子午线轮胎分别为 1982 年与 1987 年剖析世 界几大主要公司带束层结构情况（见表 3、表 4） 。 (4)带束层钢丝帘线 带束层所用钢丝帘线结构一般可选单丝直径粗一些的，约在 0.22-0.38mm 范围。根据轮胎规格和带束层功能的要求，来选用钢丝帘线结构和品种。常用 的钢丝帘线结构，如过渡层可用 3+9*0.23+1*0.15,工作层为 3*0.20+6*0.38、 3+9+1*0.22+1*0.15、7*4*0.22+1*0.15,保护层采用高伸长钢丝帘线结构为 4*4*0.20HE、3*7*0.23HE、3*4*0.23HE、(钢丝帘线的品种、结构与性能详见第 章轮胎用骨架材料)。 (5)带束层橡胶部件 载重子午胎带束层除由钢丝帘布层组成外，一般还有橡胶部件常见的有中 间胶、肩垫胶、层间垫胶和封口胶等。 A 中间胶 为了有效地调节带束层刚性，减少剪切力，提高附着力，设有中间胶放在 胎体与第一层带束层之间，还有将中间胶置于胎面与上带束层之间，能更好地 提高胎面与带束层之间的粘合性能。 B 肩垫胶 为了将胎体帘布层与带束层端头隔开， 使胎肩与胎侧的连接弧度比较平坦， 并转移和吸收动态条件下通常集中于胎肩的应力，防止在胎侧面上部与胎肩连 接区出现早期损坏，带束层末端之下应置有柔软低定伸、高耐疲劳的胶料来作37肩垫胶，从而防止胎体帘线与带束层之间产生剪切应变。 C 层间垫胶 由于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。 D 带束层封口胶 由于带束层边缘露出没有镀层的端点，此端头并未固定，加之端部受力和 变形较大，因此决定子午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有良好粘合性，并要求胶料有很高的耐疲劳强力，以防 止胎肩脱层，为此，带束层端部应加贴粘合性能好耐疲劳强度高的封口胶。 (二)轿车子午线轮胎 (1)带束层材料品种 作为轿车子午胎带束层的骨架材料种类比较多的，有人造丝、玻璃纤维、B 纤维和钢丝等。但目前最普遍采用的还是钢丝帘线，将来发展很有前途的骨架 材料是 B 纤维，因钢丝的比重大，而轿车胎随着汽车速度和节能的要求，对其 轾量化始终是个重要指标。现将国内、外推广使用的钢丝帘线规格举例如下： 常用规格为 4*0.25*0.25、2+7*0.22+0.15、2+2*0.25/0.28 等；今后要发展的规 格结构为 2+2*0.25/0.28、2*0.30HT、3*0.30HT、2+7*0.22[19]。对具体带束层 材料品种和规格的选用，还须按轿车子午胎性能与使用要求来定。 (2)带束层的层数、角度、密度 轿车子午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， 帘线角度可取得大一些约为 20?-25?。带束层帘线38角度还与轮胎的速度级别有关。这因速度不同，轮胎内的应力受离心大小不一 而有差异。轿车胎 S 级的帘线角度为 24?，H 级为 22?，V 级的为 20?。 带束层帘线密度要视材料的强度，保证轮胎所需的安全系数和帘线的粗度 而定。 对带束层为纤维材料单根帘线强度低， 帘线直径细， 一般可用密度根/cm， 对于钢丝帘线强度高，相对来说帘线粗度也大些，则用 5-8 根/cm。对帘线密度 同时还要考虑帘线之间的良好粘着性能即保持一定的胶量。 (3)带束层的排列 由于轿车子午胎带束层的材料品种规格花样众多，因此带束层排列形式的 种类也就比较多。现只能对常见的排列形式，大致归纳起来，列举如下几种： A 普通叠层式 轿车子午胎普遍采用为两层钢丝带束层交叉排列形式，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 优质良好的耐用性，耐刺扎性、牵引性、行驶温度低等优良性能。 B 钢丝/纤维混合式 为了进一步提高行驶稳定性， 对高速轿车胎采用两层钢丝带束层上面再放置一层或两层尼龙帘布叫作冠带层，其帘线排列与胎冠 中心线呈 0?角即周向排列，尼龙帘布层宽度等于或稍大于带束层。这种排列结 构的优点是高速行驶时冠带起着压缩作用，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的危险。因此也是目前高速轿车子午胎 普遍采用的一种带束层结构形式。 C 折叠式 一般为速度较高的轿车子午胎所采用 （如 H 级和 V 级轿车胎） ，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形式如图 24 所示。折叠式结构的主要目的是为了增大带束层边端刚性，从而提高胎面磨 耗均匀性与高速行驶稳定性，同时折叠式可防止带束层端部脱层，由此提高轮39胎的临界速度来达到轮胎高速行驶安全性。 带束层为两层钢丝帘布层的折叠式结构，一般采用下帘布层向上折叠包上 帘布层的形式见示意图 25a， 折叠反包部分约为胎面宽 1/4。 法国米西林分司在 超高速轿车胎中采用这种带束层结构。 D 包边式 多年来米西林轮胎公司对带束层设计进行了多方面的研究和改进，其主要做法是加强带束层端部的设计，改进带束层帘线的排列，以减少 因胎肩部位的应力集中所引起的脱层，从而提高轮胎的行驶性能，延长轮胎的 使用寿命。上述折叠式带束层反包折叠层的帘线弯曲处易断裂。为克服这个缺 点， 米西林公司研制了 U 型包边带束层见图 25b。 带束层的帘线角度分别为 28° (上层)和 32°（下层） 型帘线角度为 17°（尼龙 840D/3） ，U图24折叠式纤维带束层排列形式图25a 折叠反包带束层 U型包边带束层§2 子午线轮胎的箍紧系数 子午线轮胎断面轮廓形状的变化范很广阔的，对径向排列等帘线长度的断 面轮廓， 随着带束层直径的变化直接影响其轮廓形状。 若是无带束层的子午胎， 其平衡轮廓直径最大，断面宽最小（见图 26a） 。随着带束层直径变小，起着箍 紧轮胎的作用，便会变成断面高较低的轮廓形状（见图 26b、c、d） 。因此可设40定表达子午线轮胎断面形状的参数——箍紧系数 K，其 K 值的大小是表示了带 束层对子午线胎断面形状与胎体之间的相互作用，对子午胎性能影响很大。K=H0 ? H H0其式中 H0——无带束层充气轮胎断面高 H——有带束层充气轮胎断面高 随着箍紧系数的变化，胎体和带束层受力情况也会发生变化（见图 27） 。 在相同条件下，增大子午胎的箍紧系数可导致：胎体帘线张力增大，带束层承 受的周向力增大以及子午胎径向刚性的减小。因此箍紧系数的变动，必然会影 响到轮胎的性能。对箍紧系数选取要恰当，过大或过小都对子午胎性能不利， 一般据文献介绍箍紧系数取值轿车胎 K 值为 0.11~0.16，载重车胎 K 值为 0.07~0.08。 轿车轮胎由于气压较低，为了保证行车安全可靠，箍紧系数宜稍大。载重 车胎箍紧系数稍小，有利于应力合理分布于带束层和胎体之间。活胎面子午胎 的箍紧系数应大于子午胎的箍紧系数。图 26子午胎带束层对胎体轮廓形状的影响41a—无带束层的胎体形状；b、c、d—不同带束层直径的胎体轮廓形状图 27 箍紧系数对胎体、带束层帘线应力和轮胎刚性的影响 1—胎体帘线应力 N；2—带束层帘线应力 N1； 3—带束层的周向应力 N0；4—子午线轮胎径向刚性γ; §3 带束层的刚性 带束层的刚性对子午胎的性能影响极大,它对轮胎的充气轮廓、断面宽、 胎面曲率、 接地面积等都有密切的关系。 苏联 70 年代初期在这方面进行了大量 的研究工作，介绍了带束层伸张刚性 Eδp 和弯曲刚性 EI 的计算式。影响带束层 刚性的因素有带束层帘线角度、密度、宽度、层数、排列方式及其对胎体的箍 紧系数等。 对 260-580 钢丝带束层纤维子午胎研究成果表明，带束层伸张刚性高于 250×10-3Kg 对充气轮胎轮廓、外缘尺寸和接地面积没有影响，但低于 250× 10-3Kg 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。 带束层的弯曲刚性对轮胎接地面的磨擦性能与胎面花纹磨耗影响很大。 胎42面花纹相对磨耗强度与带束层弯曲刚性之间的关系见图 28。从图中看出弯曲刚 性低于 40×10-5Kg·cm2 时，相对磨耗强度增加。 据研究结果表明，带束层伸张刚性 Eδp 低于 200~250×10-3Kg 和弯曲刚性 低于 40×10-5Kg·cm2 时，轮胎使用性能随之恶化。 带束层伸张刚性 Eδp 和弯曲刚性 EI 的计算公式如下：? thd ? Eσp = ab?1 ? ? a ? ?(9) (10)EI = ab3 ? 3 ? 1 ?? ?1 ? a ? ctha ? a ?? I2 ? ? ??a = Eni sin 4 βc = Eni cos 4 β d= b G 2 hn c式中E 带束层工作层帘线的弹性模 Kg/根； i 带束层工作层帘线密度 根/cm；β带束层工作层帘线角度 度； G 胎面胶剪切模量 Kg/Cm2；b 带束层工作层宽度 n 带束层工作层层数； hn 弹性层折合厚度 cm43相 对 磨 耗 强 度1.510.5 0 550 2100[EI]10 Kg·CM 图28 胎面花纹相对磨耗强度与带束层弯曲刚性间的关系§4 带束层帘线应力与安全系数计算带束层帘线应力计算各国采用的公式虽有不同， 但应用的计算原理基本上 是以薄膜理论为基础的，现将苏联和美国发表过的带束屋帘线应力计算公式介 绍如下：&1&美国公式t=Pr k nik cos 2 ? k式中：t—带束层帘线应力 P—充气内压 Kg/cm2 rk—胎冠点半径 cm； n—帘布层数；Kg/根；ik—胎冠点帘线密度 根/44αk—胎冠点帘线角度（与周向夹角） 。 六十年代初期在彼德尔曼著作中采用公式与七十年代初萨蒂科夫在《汽车 轮胎现代工艺学基础》一书中介绍的公式有所不同，分别列举如下： &1&bugepmah 公式t=P2 (2 ρ k rk ? rk2 + rm ) 2 ρ k nik sin 2 β kδp(12)式中 t—带束层帘线应力 Kg/根； p—充气内压 kg/cm2ρ k —胎冠曲率半径cm ；rk—胎冠点半径 cm； rm—断面最宽点半径 cm； n—带束层帘布层数； ik—胎冠点帘线密度 根/β kδ p—带束层胎冠点帘线角度（与径向夹角） 。&2&CanbTblkob 式t= b' ∑ nik sin 2 β k Tδp（13）式中 t—带束层帘线应力 kg/根；Tδp —带束层总周向张力b' —带束层平均宽度n—带束层帘布层数；45ik—胎冠点帘线密度 根/cm；β k —带束层胎冠点帘线角度（与径向夹角）度带束层总周向张力等于?1 2 ? Tδp = P ? F ? (r ' 2 ? rm )? ?2 ?式中P—最大充气压力kg/cm cm2F—充气下轮胎内轮廓断面面积r ' —胎侧平衡断面半径cm cmrm —断面最宽点半径断面 F 的面积（见图 29）可按轮胎断面内轮廓图直接用求积仪或按下列公 式求得F = 2(rm B'+ Faa 'c )式中Faa 'c 见图 29 中表示； B' —内轮廓断面宽图29 断面内轮廓（为计算子午胎带束层张力用）对载重子午胎采用近似计算面积 F 可以下列公式求出1 F = B ' (0.8rk ? 0.2rm ) 246安全系数计算K= t0 t式中t 0 —带束层帘线扯断强力 t —带束层帘线所受应力kg/根； kg/根；安全系数 K 值的确定是随所用计算公式不同而要求其取值不同的，另外， 还要根据轮胎类型不同、按帘线承受内压产生的应力大小以及轮胎使用条件不 同，来选择安全系数 K 值。经实际使用结果证明，如采用美国公式计算，对载 重子午胎 K 值一般要求 6 倍以上，对轿车子午胎 K 值一般为 10 倍以上。如果 采用苏联计算公式，载重子午胎的研试结果表明，带束层的强力安全系数应为 12~20 倍。第六章子午线轮胎胎体帘线应力计算子午线轮胎胎体帘线呈径向排列，因此帘线承受由内压引起的应力比斜交 胎要小一些，这是为什么子午线轮胎能减小胎体层数的主要原因.这也可以从计 算公式来说明。 §1 帘线应力的计算公式 子午胎胎体帘线应力计算公式与斜交胎的计算原理相同，来源于薄膜—网 络理论，在斜交胎帘线应力计算公式基础上将帘线角度改为 90°。 任意一点胎体帘线应力47t1 =2 P(rk2 ? rm )2r ∑ i（15）胎冠点最大帘线应力t max =2 P(rk2 ? rm ) 2rk ∑ i k（16）式中t1任意一点胎体帘线应力 kg；t max 胎冠点最大帘线应力P 充气压力 kg/cm；rk 胎冠点半径cm；rm 断面最宽点半径r 任意一点半径 cm；i k 胎冠点帘线密度根/ cm ；§2 安全系数 K 的取值 胎体中帘布的层数或轮胎的层级是取决于轮胎的规格、 轮胎的类型、 气压、 帘线的强度和所采用的安全系数 K。子午线轮胎的安全系数比斜交胎的可略低 些。下面列举各种类型轮胎的安全系数取值。 载重胎 良好路面 不良路面 长途汽车胎 矿石、森林采伐胎 轿车胎 完善路面 10~1248安全系数 K = 10~12 14~18 16~18 18~20t0 t max不良路面 高级汽车胎 第七章12~14 12~14 子午线轮胎胎圈结构设计与钢丝圈应力计算子午胎胎体帘线呈径向排列，帘布层数少，胎侧柔软，胎圈刚性不足，受 力较大，因此，胎圈部位必须加强，同时又要使增强的胎圈与柔软的胎侧之间 有一个适宜的刚性过渡，以防胎圈脱层、断裂和发生其他类型损坏，并改善轮 胎行驶性能。 §1 胎圈结构 子午线轮胎的胎圈结构比斜交胎的部件要多得多。为了保证胎圈的刚性， 除应采用大而硬的三角胶芯外， 还需有刚性较高的加强层， 有的是在胎圈外侧， 或内外侧增加强层，一般用钢丝帘布、尼龙等纤维帘布，同时需用不同形状的 填充胶来使刚性的胎圈逐步过渡到柔软的胎侧，为防止胎圈磨损，一般在与轮 辋接触的胎圈部位增巾一层耐磨性好的子口护胶，也可采用既耐磨又气密性好 的无纺布。子午胎胎圈结构组成见图 30。由于子午胎类型品种较多，其胎圈结 构形式众多，以下介绍几种结构： 〈1〉 钢丝加强层胎圈结构 这种结构常用于钢丝胎体载重子午胎，由于结构简单，工艺操作方便，已 被广泛采用。钢丝中强层一般为一层，也有二层的，帖合位置在胎圈外侧，也 有帖在内外两侧的结构。 外侧单层钢丝加强层胎圈结构（见图 31a） ，它的优点是：布层少，差级少， 产生端点脱层裂口的可能性小；与胎侧的刚性过渡容易配合。钢丝加强层高度 一般比轮辋轮缘高 10mm 以上。比较适用于一次法成型钢丝子午线轮胎。49图 31b 表示单层钢丝中强层帖在内外两侧的胎圈结构，可提高胎圈刚性， 胎圈部位的材料布置比较均匀对称，适用于一次法成型工艺。为了提高钢丝载重子午胎胎圈刚性，防止胎圈损坏，又提出了对胎圈结 构进一步改进的方案（见图 31c） ，其主要特点是：胎体帘布层包边外侧为两层 钢丝加强层 5 之间有填充胶条 7，以防内磨擦和类似损伤。但工艺操作上要比 前两种结构困难。50〈2〉 钢丝/尼龙加强层胎圈结构 为了避免下胎侧与胎侧中间区之间刚性过渡不发生突然变化，同时不使钢 丝加强层的上端进入较高的下胎侧区内产生脱层， 可采用钢丝/尼龙加强层胎圈 结构如图 32 所示。 让钢丝加强层的上端低于胎体帘布层的反包高度， 而两尼龙 加强层延伸至下胎侧，使刚性高的胎圈图 32 钢丝/尼龙加强层胎圈结构 与柔软的胎侧逐步平稳地过渡。 &3&纤维载重子午胎胎圈结构 图 33 表示由多层帘布层组成的纤维子午胎胎圈,附有小胎圈式的钢丝加强 层 4,来提高胎圈刚性.为了防止胎体帘布层与钢丝加强层之间产生空隙,增设一 层附加胶体 2.另外还设有胎圈外包布,提高胎圈的耐磨性,防止发生子口损伤. &4&无内胎钢丝载重子午胎胎圈结构 图 34 表示了无内胎钢丝载重子午胎胎圈结构.三角胶由两种硬度的胶组成. 接近钢丝圈部位为硬胶芯(邵氏 85-95?),以增强轮胎在使用中的抗侧向力性能.51软胶芯(邵氏 55-65?)的起始位置与硬胶芯相同,也在钢丝圈附近的上方,但上端 延伸超过硬胶芯,软胶芯的作用是将帘布层和硬胶芯隔开.从而大大减少胎圈内 部脱层的现象.钢丝加强层 5 的上端应比轮辋凸缘高度约高也 35mm,硬胶片 6 的 上端比加强层 5 的高度约高 15mm。三角胶硬胶上端超过加强层 5 的高度约 20mm。图 33 纤维载重子午胎胎圈断面 断面 ＜５＞轿车子午胎胎圈结构图 3411R22.5 无内胎钢丝载重胎胎圈现有轿车子午胎胎体一般为１－２层纤维帘布组成，钢丝圈被帘布层末端 向外反住，胎圈结构简单部件少．三角胶为一个硬胶芯，设有内包布将钢丝圈 缠住，以防轮胎在硫化过程中产生钢丝圈变形．胎圈还设有外包布（无纺布） 或用子口护胶（见图３５所示） ．52142 3图35 轿车子午胎胎圈结构§２钢丝圈断面形状 由于子午线轮胎的胎圈应力大于普通斜交胎的，所以需要增加钢丝根数或 加粗钢丝直径，以及用单根缠绕改变钢丝圈断面形状来保证胎圈的强度．常见 的钢丝圈断面形状有圆形、六角形、Ｕ形和方形等。 〈１〉 圆形断面 钢丝圈圆形断面强度高、排列紧密，可使胎圈设计宽度减小，从而使胎圈 与胎侧的过渡平稳，同时方便于成型过程钢丝圈的转动。钢丝排列见图３６a， 中间芯钢丝直径粗为Φ２～３mm，外面缠绕钢丝直径可取Φ１mm，然后根据钢 丝圈强力计算的根数分为几层进行缠绕编制。 由于因断面钢丝圈加工制造困难， 生产效率低，故许多厂家不用此结构，但米西林载重子午胎仍采用圆断面钢丝 圈。 〈２〉 六角形断面 一目前为子午线轮胎胎圈结构中广泛使用，其优点是强度高，工艺制造 方便，生产率高，特别是对无内胎轮胎可保证胎圈底部接触面与轮辋曲线良好 的配合。六角形排列可分为正六角形和调节六角形，无内胎的六角形钢丝规格53直径为Φ1.3～1.6mm。 〈３〉 Ｕ形断面 这是介于圆形与方形之间，钢丝圈下半部为圆形，方便于钢丝圈在成型过 程中的转动，Ｕ形钢丝圈生产制造工艺简单，已颇为广泛采用，断面形状见图 ３６d。15°a 图36§３钢丝圈应力计算bc 各种钢丝圈断面形状d子午线轮胎胎体帘线呈径向排列，受气压作用时胎体帘线对钢丝圈的拉力 较大，因此子午线轮胎的胎圈应力要比普通斜交胎的大。计算一个胎圈的总应 力公式与斜交胎相同，其总应力Ｔb 等于钢丝圈在内压作用下所产生的应力Ｔ０ 加上对轮辋箍紧力ＴＨ之和Τb = Τ0 + ΤH（１７） 斜交胎 （１８）2 P(rk2 ? rm ) cos β k T0 = 2 cos β b对子午线轮胎2 rk2 ? rm Τ0 = Ρ 2式中Ｐ０内压 Ｋｇ／cm２；54ｒｋ ｒｍ胎冠点半径（或用胎侧平衡轮廓半径ｒ２）cm； 断面最宽点半径 cm如胎圈与轮辋为过盈配合，则需计算钢丝圈对轮辋的箍紧力ＴＨTH E1b ? rc δH 2? k p（１９）式中 Ｅ１钢丝圈底部材料的平均压缩模量； （一般为３００～５００Ｋｇ／cm２） ｂ 胎圈中钢丝圈的宽度 cm；ｒｃ 钢丝圈平均半径 cm；?k P钢丝圈底部材料厚度 cm；胎圈对斜底轮辋过盈量计算公式δ h = d 0δ ? d + 2a(tgα T ? tgα r )式中 ｄｒ＝ d 0δ ｄαT αr轮辋标定直径 cm； 轮胎着合直径 cm； 胎圈底部倾斜角 ? ； 轮辋底部倾斜角 ? ； 轮辋边缘到胎圈中心的距离 cm；ａ钢丝圈总应力按彼德尔曼公式计算：Tb = T0 + ( E1brc / 2? kp )δ H 1 + ( E1br 2 / EF? kp )δH（２１）式中 Ｅ钢丝圈弹性模量（２１０６ｋｇ／cm２） ； Ｆ 钢丝圈中钢丝断面面积的总和当Ｅ１ E1brc / 2? kp 值与１相比甚小时，允许近似计算，将公式（２１）简化55为下列公式Tb = T0 + E1brc δH 2? kp（２２）钢丝圈安全系数ｋ按上述这些公式进行计算， 可取Ｋ＝２． ５～４． ０． 如 果在山路或急转弯的公路上以高载、 高速情况下使用， 则其安全系数必须增加， 子午胎钢丝圈安全系数采用与普通斜交胎相同，由于子午胎在滚动时所产生的 附加应力很小，可以适当降低安全系数，但要按实际经验来定。第八章 子午线轮胎胎面花纹设计要求由于子午线轮胎胎体帘线呈径向排列，而其带束层帘线接近周向排列，具 有较大的周向刚性，因此花纹设计不宜采用单纯的纵向花纹，而因在花纹块上 增设一些横向或接近于横向的沟槽，使其适当地降低周向刚性。另外子午线轮 胎在行驶过程中容易出现花纹偏磨和磨肩现象，为此对子午胎的花纹设计应采 取相应的措施。 1．冠花纹设计 当子午线轮胎设计纵向曲折花纹时， 不能采用与斜交胎相同的大弯度曲折 花纹，因在弯曲处会发生偏磨灭现象，因此对子午线轮胎的曲折花纹应尽量设 计得曲折弯小一些，并在花纹块接地压力较大的部位增设一些细沟，使降低和 分散接地压力，有得于减少偏磨现象。另外在纵向花纹块上应添设横向或接近 于横向的浅沟槽，使整条曲折花纹分割断开，可减小子午胎胎面花纹块的周向 刚性，提高轮胎行驶性能。图 37 所示载重子午胎花纹。图 38 表示轿车子午胎 花纹。56图 37 载重子午胎常见花纹图 38 轿车子午胎常见花纹 2．胎肩花纹设计 子午线轮胎胎冠中部有多层带束层，刚性较大，但胎肩刚性较小，轮胎受 侧向力，胎肩膀花纹块易产生移动，因此采用增大肩部花纹块，提高肩部对地 面的支撑性能，减少花纹块移动，防止肩磨和偏磨。另外胎肩与胎侧的连接采 用反弧过渡，不能按斜交胎设计采用挖沟槽方法来解决胎肩散热。对侧肩花纹 沟设计深度要浅。如载重钢丝子午胎仅有一层胎体，在侧肩膀花纹沟底容易产 生帘线弯曲或沟底帘线拉稀（见图 39） 。57图39 肩部胎体帘线弯曲状态3．花纹沟槽分布 子午胎花纹沟槽的位置要注意避开带束层端点，如果两者重合在一起，带 束层在断面轮廓上引起翘曲不平。此外花纹沟深度从胎冠中心到胎肩部位可取 同样深度，若肩部花纹加深同样会引起带束层端部的翘曲。表 6 子午胎施工标准表格式 规 格 花 纹 成型方法 胎 体 帘 布 ±0.5° 带 束 层 ±0.5° 内包布 ±0.5° 胎 圈 加强层 ±0.5° 胶 芯 下部 上部 编 号 设计日期 生产日期 胶层 胶 号 油皮胶 中间胶子午线外胎施工标准 层次 胶号 帘布 号 厚度 宽度 长度 差 级厚 度宽 度位 置胎 侧 胶 子 口 护 布 填 充 胶 号 长 度 重量 Kg胶 号长 度重量 Kg58钢 丝 圈 构 造 胎 面 胶钢丝号数 钢丝圈直径 每层根数 钢丝层数 搭头长度胶 胶 号 长 度 重量 Kg胶号成 型 长 度 ± 15mm成型重 量±0。 4Kg切头坡 度 ± 5°胎 面 样 板 号带 束 层 下 垫 胶胶 号长 度重量 Kg成 一 二型 段 段 备 注机头型别直径宽度 胎 圈 构 造 略 图第九章 子午线轮胎施工设计 §1. 成型方法与成型鼓类型的选择 由于子午线轮胎冠部的带束层是主要受力部件， 它采用多层结构和帘线角 接近为周向排列，因此要求将胎体定型好后再贴带束层和胎面胶，成型后胎坯 尺寸几乎接近于成品。这样就造成了成型方法的多样化和复杂化，归纳起来大 体可分为三种类型： （1） 一次成型法 此法是在一台设备上完成帘布层贴合、扣胎圈、正反包、上带 束层和胎面胶等成型工序。 （2） 二次成型法 此法的成型步骤分别在两台设备上完成： 在第一段成型机上进行贴帘布层、59扣胎圈、正反包、贴子口胶和胎侧胶等操作，然后将胎坯卸下；送到第二段成 型机上先装好胎坯并定位，再进行带束层和胎面胶贴合操作工序。 （3） 成型机组法 此法是由多台装置组成，采用合理的方式将成型鼓循环传递到各工位上， 各自完成操作规定的成型步骤。 目前对子午线轮胎成型法，特别是一次法和二次法的选择，世界各国都还 未有统一的认识。一般认为一次法成型精度，工艺技术要求高（帘布筒直径至 胎里直径的膨胀比大，对帘线压延和接头工艺要求严） ，自动化水平高，但生产 效率并不高。二次法成型相对地说精度略低些，因要上、下装卸胎坯会引起半 成品部件中心线的偏离或分布不均等问题，另外胎圈反包易起皱折而影响胎圈 子口质量。对工艺技术要求可稍低些，即帘布筒直径至胎里直径的膨胀比小， 对帘线的压延和接头工艺要求容易掌握。设备价格低，生产效率高，节约投入 资金。 如何选择成型方法，根据目前子午线轮胎发展的趋势。一般认为对胎体为 1—2 层帘布，断面低即 H/B 值大的子午线轮胎均可采用二次成型法，既满足质 量要求，又容易掌握操作技术。 第一段成型鼓类型与斜交胎采用的相似， 有半芯轮式， 半鼓式和鼓式三种。 二次法成型的第一段成型鼓多数采用半鼓式或半芯轮式。而一次法成型鼓则采 用鼓式。由于子午线轮胎胎体帘线排列是相互平行的，与斜交胎不同的是在成 型过程中不发生帘线角度的变化，只有帘线密度的变化。因此对成型鼓直径与 鼓肩曲线设计应同斜交胎的成型鼓参数取值与曲线形状有较大的差异，才能满 足成型工艺的需要。以下列举不同成型鼓类型直径与鼓肩曲线选取原则。60（1）半芯轮式：适用于大型和中型载重子午线轮胎二次成型或多段成型机组法。 a. 成型鼓直径 为了减少子午胎成型时胎圈子口处起皱折，成型鼓直径在保证足够的胎冠 帘线密度下，应尽可能的取值小。一般可选用轮胎成型机头国家专业标准中相 对应小一档轮胎规格的成型鼓直径，对轮胎平扁化 H/B 值小的，鼓直径值可取 小一些，反之 H/B 值大的轮胎，鼓直径应取大一些。根据目前实践的经验证明 9.00R20 钢丝子午胎成型鼓直径为 630mm，既达到了轮胎的强度要求，又满足 了子午胎工艺上的要求。成型鼓的直径一般可按轮胎胎里直径 Dk 与成型鼓直 径 Dδ之间的比值来选取。 Dk/Dδ=1.40—1.60b. 成型鼓曲线 由于子午线轮胎胎体帘布层数少、钢丝圈为一个，避免在包钢丝圈时起皱 折，应采用浅鼓肩曲线，在保证内、外层帘线长度接近时，将鼓肩深度设计得 浅一些， 如图 40 上表示的子午胎鼓肩深 WR， 应浅于同规格斜交胎用的鼓肩 WB 。 同时曲线部分的鼓肩宽 CR 子午线轮胎的也应比斜交胎 CB 小。WR&WB a.斜交胎成型鼓曲线 CR&CB b.子午胎成型鼓曲线8 7 6 5 4 3 2、斜交胎成型鼓曲线 、子午胎成型鼓曲线1图40 半芯轮式成型鼓曲线对比61胎冠 胎圈图41 一次法成型鼓上各部件施工顺序（2）半鼓式：主要适用于中、轻型载重子午线轮胎和轿车子午线轮胎二次法成型。成型鼓直径选取： a.中、轻型载重子午线轮胎成型鼓直径的选用，可按胎里直径对成型鼓直 径之比值为 Dk/Dδ=1.40—1.65。据日本横滨橡胶公司介绍，二次成型所采用 的一段成型鼓直径可根据轮胎着合直径来设计，取值范围为轮胎着合直径加 2.5 英寸—4 英寸，认为比较理想的成型鼓直径取值为轮胎着合直径加 3 英寸。 b.轿车子午线轮胎成型鼓直径的取值范围 Dk/Dδ=1.40—1.60。 （3） 鼓式： 一次法成型载重子午线轮胎和轿车子午线轮胎均采用鼓式成型机头。 要求其成型鼓直径小于轮胎的钢丝圈直径，约比减去钢丝圈底部成品厚度后的 直径再略小一些，以便于成型操作。例如法国 PLMT 一次法成型机的成型鼓直 径为 495mm 用于成型 900R20、 10.00R20、 11.00R20、 12.00R20， 其中按 9.00R20 计算 DK/Dδ =1.90，着合直径 d0 与成型鼓直径 Dδ之比为 d0/Dδ=1.038。 轿车子午线轮胎国产一次法成型机鼓直径为 343mm，以 174SR14 为例 DK/Dδ =1.75，d0/Dδ=1.035。目前对一次法成型鼓的一些参数还处于探索阶段，更 为合理的参数取值还有待今后进一步地研究。 §2 成型鼓宽度计算与假定伸张值 子午胎成型鼓宽度计算的方法与斜交胎是相同的，由于子午胎从一钢丝圈 底部到另一个钢丝圈底部轮胎成品中所需帘线长度的计算。 具体计算步骤如下： （1） 轮胎成品断面轮廓帘线长度 精确地测量或计算轮胎断面内轮廓从钢丝圈底部到胎冠点的周 长，即为成品帘线长度 L。62（2） 成型鼓肩曲线部分的半成品帘线长度 精确地测量或计算成型鼓肩曲线部分由钢丝圈底部到鼓肩曲线 终止点的内层半成品帘线长度 l。 （3） 成型鼓宽度 BS 的计算BS = 2Lδ1? (l ? c)式中：δ1——帘线假定伸张值； L ——成品帘线长度（从钢丝圈底部至胎冠点） ； l——成型鼓肩曲线部分半成品帘线长度（从钢丝圈底部至鼓肩曲线终 止点）（半鼓为钢丝圈底边中心；鼓式为钢丝中心线之间距离） ； C——鼓肩宽度。 如果采用鼓式成型，则成型鼓宽度 B 的计算简化为： BS = L/δ1 （24）式中：L——成品帘线长（两钢丝圈中心线距离） 假定伸长值δ1 的选取是与采用的成型方法和所选用的帘线品种与性能有 关，另外还受各生产厂家工艺条件的影响。因此要按具体实际情况来选取，总 之达到轮胎成品中胎体帘线不发生打弯现象。根据目前生产厂和研究单位初步 摸索子午线轮胎制造过程中所用各种不同帘线假定伸张值范围，见表 5 表 5 各种帘线假定伸张值 帘 钢丝 取 人造丝 值， 聚酯 尼龙 丝 线 假 定 伸 张 值 δ1 1.01----1.025 1.03----1.050 1.03----1.045 1.02----1.040（仅作参考） δ1 大 钢 圈63上的子口胶流动，加强层露线；δ1 取小值，帘线打弯。 §3 成型鼓上各部件材料的施工 （1） 一次法成型施工顺序 根据上述公式计算得出的成型鼓宽度， 再将胎体帘布宽度算出,然后按设计 的各部件尺寸和要求的差级，以反包的顺序进行排列，例如钢丝载重子午 胎的成型施工顺序见图 41。先贴胎侧胶 1，以顺序排列为子口护胶 2，然 后是内衬层胶（油皮胶）3、钢丝加强层 4、差级填充胶 5、胎体钢丝帘布 层 6、 中间胶 7、 带束层肩垫胶 8。 胎面与带束层在另一机台上贴合成套筒， 然后一次法成型机头定型膨胀到所需的外缘尺寸将胎面带束层套筒一次压 贴完成。 （2） 二次法成型施工顺序 子午胎采用二次法成型，其第一段成型操作施工顺序与斜交胎成型相似进 行帘布层贴合与包胎圈。唯带束层 1 与胎面胶 2 在第二段成型机上完成贴合， 胎侧胶上半部分不能与胎体进行压合，等待第二段成型时，将胎侧胶 3 翻到胎 面胶 2 的外边（见图 42） 。641-带束层；2- 胎面胶；3- 胎侧胶§4 二段成型时胎坯定型尺寸的确定 子午线轮胎在层贴带束层和胎面胶时， 必需先将胎体定型后才进行。 因此 要确定胎坯尺寸， 应先确定胎坯的外直径， （根据硫化模型的类型不同， 选取与 外胎直径 的膨胀率为 1—5%。 ）然后确定二段成型时两胎圈之间的距离或称二 段定型机头宽度 Ba,见图 43。 一般取 BQ 胎里周长的一半左右， 对一次法成型机 来说，BQ 的宽度可取 BS 宽度的 50—60%左右。 （二段机头宽可取一段成型机头宽的 45%——60%左右） 如：6.50R16 46.5%(胎里周长)是一段机头的 60.2%；185/70R13 80.2%(胎里周长)是一段机头的 58.7%；65165/70R13 48.8%(胎里周长)是一段机头的 56.2%； 9．00R20 31.1%(胎里周长)是一段机头的 36.8%；§5施工表的编写根据成型鼓宽度计算和材料布置图，即可将胎体帘布层、带束层、胎面胶、 胎侧胶和其他形胶等部件尺寸确定下来进行施工表的编写，见表 666
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