第三章轮胎结构设计子午胎部分课件.ppt
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1、Double Star Tire R&D Center双星轮胎技术中心双星轮胎技术中心第三期双星管理骨干轮胎技术培训 第四章第四章 汽车充气轮胎结构设计基础知识汽车充气轮胎结构设计基础知识 双星轮胎技术中心双星轮胎技术中心200200年年1 1月月Double Star Tire R&D Center双星轮胎技术中心双星轮胎技术中心 第一节 轮胎轮辋基本知识 轮胎是汽车和其他车辆行走机构的重要组成部分,用以接触地面,承载重量,传递牵引力,转向力和制动力,吸收道路不平而产生的震动。 充气轮胎是依靠充满内腔的压缩空气形成的空气垫弹性原理工作的,因此获得较高的行驶速度和较好的乘座舒适性。双星轮胎双星
2、轮胎Double Star Tire3一、轮胎的组成 轮胎的外胎由帘布层、缓冲(带束)层、胎面胶、胎侧胶、内衬(密封)层和胎圈构成。帘布层是轮胎的骨架,承受轮胎的内压负荷、载重负荷、牵引力、转向力和制动力,由纤维(尼龙、聚酯、人造丝、芳纶)帘线或钢丝帘线构成。 胎面胶通过与地面的接触,承受冲击和磨损,传递牵引力、转向力、和制动力。通常根据轮胎的不同用途和使用路况,在胎面胶上设计有不同类型和样式的花纹。双星轮胎双星轮胎Double Star Tire4 胎侧胶、内衬(密封)层是从轮胎的内外保护轮胎的胎体帘线免受机械和化学损伤(如摩擦和氧化)。无内胎轮胎的密封层还具有良好的防空气渗漏性。 缓冲(带
3、束)层是增加轮胎行驶面部位的强度,承受轮胎的内压负荷,承受和分散冲击力、震动力和剪切力的重要部件。 胎圈的作用是将轮胎紧固于轮辋上。 现在轮胎按胎体帘布和缓冲(带束)层结构的不同,分为斜交轮胎和子午线轮胎两个基本类型,原来曾经出现过的形形色色结构类型的轮胎,随着轮胎和相关行业的发展而逐渐消失。双星轮胎双星轮胎Double Star Tire5二、轮胎的类型(一)斜交轮胎 斜交轮胎的结构特点是胎体帘布层帘线按一定角度相互交叉排列,帘线于胎冠中心线的垂直线相交的角度称为胎冠角,一般在48-54的范围内。为使轮胎的受力分布均匀,帘布层数为偶数。缓冲层是用密度较小的帘布构成。斜交轮胎是一种沿用时间最长
4、,使用最广泛的传统结构轮胎。 优点是胎体坚固、负荷辨析功能小、胎侧不易损伤、转向和制动性能良好。由于生产历史长,生产工艺易于掌握,生产效率高,加工费用低。 但因为结构本身的特点,给这种轮胎带来了该结构自身难以克服的缺点:原材料消耗大,磨损大,与地面的附着力低,滚动阻力大,行驶温度高,不能满足日益提高的使用要求。双星轮胎双星轮胎Double Star Tire6(二)子午线轮胎 子午线轮胎的结构特点是:胎体帘线的排列象地球的子午线一样,与胎冠中心线呈90夹角,在胎冠胶的底部有相互交叉排列的带束层,与胎冠中心线呈15-24夹角,象刚性环带一样紧箍在胎体上。因为这种独特的结构,使子午线轮胎具有以下的
5、优点:1、胎面耐磨 子午线轮胎冠部刚性大,行驶中的滑移量小,滚动周长大于斜交胎,因此它的胎面耐磨性比斜交轮胎高40-120%。2、滚动阻力小 一般比斜交轮胎小30-40%,节省燃料6-8%。因为子午线轮胎胎体帘线角度为90,滚动时帘线之间无剪切应力,滞后损失小。双星轮胎双星轮胎Double Star Tire73、通过性能好 子午线轮胎的胎体柔软,下沉量大,与地面的接触面积大,接触压力分布均匀,钢丝带束层的纵向刚性大,周向滑移量小,与地面的附着性好,牵引性能比斜交轮胎高10-20%,使之在干湿路面上的通过性能都比较优越。4、舒适性好 因为子午线轮胎的胎体柔软,周向刚性大,行驶中整体变形小,接地
6、部分可以很好地吸收震动,所以乘座舒适,减少乘员和车辆机件的疲劳。5、行驶温度低、高速性能好、节省燃料 胎体帘线子午线行驶的排列,消除了斜交结构轮胎交叉排列层间的剪切移动,因此能量消耗少,生热低。双星轮胎双星轮胎Double Star Tire8 此外,由于胎体层数少,胎侧较薄,便于散热,所以行驶温度比斜交结构轮胎低30-70%,例如斜交轮胎以69Km/h速度行驶,温度可达120;子午线轮胎以110 Km/h速度行驶温度仅为104。由于行驶温度低,可以提高行驶速度,在通常情况下可以提高20-30%。伴随能量消耗的减少,耗油量比斜交轮胎可以降低5-10%,同时降低了空气污染。6、耐冲击、刺扎,安全
7、性能好 因为子午线轮胎的胎冠底部有交叉排列的钢丝带束层,所以具有较好的抗冲击、刺扎性能,行驶安全性能好。7、使用寿命长 各项性能的优越最终反映在使用寿命上,子午线轮胎的使用寿命比斜交轮胎提高50-100%,在发达国家子午线轮胎现在追求50-100万公里的使用寿命。国内轮胎发展与现状国内轮胎发展与现状双星轮胎双星轮胎Double Star Tire9(三)宽断面轮胎 其结构特点是断面宽比一般轮胎的断面宽0.5-1倍,断面高宽比为0.60-0.75,胎侧与通常的轮胎一样。宽断面轮胎按行驶面形状分为单行驶面轮胎和双行驶面轮胎两种类型,宽断面轮胎负荷能力达,代替双胎并装具有以下优点:1、行驶性能好 轮
8、胎与路面的接触面积大,接触压力小,压力分布均匀,因而抓着、牵引、越野性能好,急转弯时不易发生侧向滑移。此外安全减震性能好,并且可以克服并装双胎磨耗不均匀的现象。双星轮胎双星轮胎Double Star Tire102、经济意义大 单胎替代双胎,轮胎和轮辋的重量都可以减轻,轮胎可以减轻15-20%,因而可以减轻车辆的载荷系数和耗油量。此外由于轮胎的重量轻,消耗的原材料及成本也相应减小15-20%,成本降低20-25%。3、改善车辆的使用性能 因为轮胎的高宽比小,车辆重心低。单胎代替双胎,轮轴弹簧可以外移,轮胎间距可以增大。已经因此车辆的安全性和稳定性好,软硬路面均可行驶。 4、 缺点是备胎携带不方
9、便,前后轮不能互换。 这种轮胎在发达国家已普遍使用,在我国还是空白。它也将成为我国轮胎发展的一个方向。双星轮胎双星轮胎Double Star Tire11 (四)低断面轮胎 随着汽车速度的加快,必须提高其稳定性。减小轮胎和轮辋直径,降低汽车重心,增大轮胎断面宽和轮辋的宽度,提高轮胎的侧向刚性,都可以提高其稳定性。 但减小轮辋直径受到制动性限制,直径过小不能保证有效的制动性,因此降低轮胎轮胎断面高,增大断面宽的方法得以实现,从而出现了低断面轮胎。通常宽比在0.8以下就为低断面轮胎。双星轮胎双星轮胎Double Star Tire12(五)无内胎轮胎 无内胎轮胎的结构特点是省去了内胎、垫带,胎里有
10、气密层,胎圈部位特殊的形状与专用的轮辋紧密着合,保证了充入胎里的压缩空气不会泄露。这种轮胎的优点是: 使用方便,安全性能好,热量容易从轮辋散发,行驶温度低,可减轻胎面磨耗,改善胎体老化,延长轮胎使用寿命,由于不使用内胎、垫带,轮胎重量可减轻10-15%,节省原材料,降低油耗,轮胎的平衡性能进一步提高,利于高速行驶。双星轮胎双星轮胎Double Star Tire13补强填充体系原材料补强填充体系原材料 子午线、 低断面、 无内胎 三位一体是世界轮胎工业发展的方向,发达国家在很大的程度上已经达到了这个方向,在我国也得到较快的发展双星轮胎双星轮胎Double Star Tire14三、轮胎的分类和
11、表示方法轮胎的分类 通常采用的是按用途、规格、气压进行分类,原来有过的许多分类方法已不多见了,比如以层级和速度分类,随着产品的发展已不采用。1、按用途分(1)汽车轮胎:包括载重汽车、轻型载重汽车、轿车、公共汽车、挂车用轮胎;(2)工程机械轮胎:包括装载机、挖掘机、压路机等车辆用轮胎;(3)农业机械用轮胎:拖拉机、收割机等车辆用轮胎;(4)航空轮胎;(5)摩托车轮胎;(6)力车轮胎。双星轮胎双星轮胎Double Star Tire15 2、按规格分(1)巨型轮胎:断面宽17英寸以上的各种轮胎;(2)大型轮胎:断面宽11-16英寸范围内的各种轮胎;(3)中小型轮胎:断面宽10英寸以下的各种轮胎,但
12、不包括乘用车和摩托车轮胎;(4)乘用车和摩托车轮胎。双星轮胎双星轮胎Double Star Tire16 3、按气压分轮胎按使用的标准气压不同,通常有固定气压轮胎和调压轮胎两种,目前广泛使用的是固定气压轮胎,这种轮胎按使用的标准气压不同分为高压轮胎、低压轮胎、超低压轮胎三种。(1)高压轮胎:使用的标准气压在500Kpa以上;(2)低压轮胎:使用的标准气压在150-500Kpa范围内;(3)超低压轮胎:使用的标准气压在150Kpa以下;双星轮胎双星轮胎Double Star Tire17表示方法 1、轮胎的规格表示(1)高压轮胎:326 公称断面宽,英寸; 公称外直径,英寸。(2)低压轮胎:9.
13、00-20 14PR层级公称轮辋直径,英寸;公称断面宽,英寸;(3)超低压轮胎: 1140700 公称断面宽,mm; 公称外直径,mm。双星轮胎双星轮胎Double Star Tire18 (4)子午线轮胎:10.00R20 146/143 K速度级别;负荷指数;公称轮辋直径,英寸;子午线轮胎;公称断面宽,英寸。 315/80R22.5 154/150 M速度级别; 负荷指数;公称轮辋直径,英寸;子午线轮胎;系列代号公称断面宽,mm。双星轮胎双星轮胎Double Star Tire19 2、层级、负荷指数和速度级别的表示方法(1)层级:是表示同一个规格轮胎不同负荷能力的参数,通常的表示方法如8
14、PR、10PR、12PR等。美国轮胎轮辋协会(TRA)标准年鉴规定了层级的表示符号,如下表。 负荷级别层级 PR负荷级别层级 PRA2G14B4H16C6J18D8L20E10M22F12N24双星轮胎双星轮胎Double Star Tire20 (2)负荷指数:欧洲轮胎轮辋技术组织(ETRTO)规定的轮胎负荷(Kg)的数字代号。(3)速度级别:世界各轮胎轮辋组织均采用了下表中所列的统一的速度等级符号。速度符号速度 Km/h速度符号速度双星轮胎双星轮胎Double Star Tire21 四、轮辋轮辋是车辆悬挂系统上用以与轮胎连接的零部件,轮胎的结构设计必须了解轮辋的型式和有关技术参数。轮辋按
15、断面形状不同分为:深槽轮辋、深槽宽轮辋、半深槽轮辋、平底式轮辋、平底宽轮辋、全斜底轮辋和对开夹紧式轮辋八种。1、深槽轮辋、深槽宽轮辋:为小型乘用车采用,规格表示如:4.50B、6J、5K、6L、9.75等。数字表示轮辋宽度,单位英寸。英文字母表示轮缘形状;以上规格表示中数字表示轮辋宽度,单位英寸。英文字母表示轮缘形状;双星轮胎双星轮胎Double Star Tire22 2、半深槽轮辋、平底式轮辋、平底宽轮辋:为载重车采用。半深槽轮辋规格表示如:4.50E、5.50F、6.00G、6.50H。平底轮辋规格表示如:5.00S、6.00T、8.50V;平底宽轮辋规格表示如:7.5。3、全斜底轮辋:
16、为重型矿山用车辆采用,规格表示如8.25、12.00、10.00、14.00;4、开夹紧式轮辋:为超低压的越野车辆采用。规格表示如3.75A。双星轮胎双星轮胎Double Star Tire23 三、子午线轮胎设计(一)外轮廓设计 断面形状是决定轮胎变形的重要因素之一。子午胎胎侧柔软,变形大,侧向稳定性差,胎肩和胎圈容易早期损坏。因此断面设计应本着使应力比较集中于胎冠的原则进行。1、外直径D和断面宽B子午线轮胎由于采用起箍紧作用的钢丝帘线作带束层,胎体帘线采用伸张较小的钢丝帘线,所以其变化较小。则,D/D=1.01.05 B/B=0.991.10双星轮胎双星轮胎Double Star Tire
17、24 2、胎圈着合直径d0的确定胎圈着合直径的确定,原则上应满足轮胎装卸方便和着合紧密,一般平底宽轮辋着合直径比轮辋相应部分直径小1.02.0mm。近年来由于轮胎进一步扁平化,从轮胎的应力分布和工艺需要,现在的轿车子午线轮胎普遍采用加宽轮辋设计。即在标准轮辋宽度的基础上加大其宽度作为设计轮辋宽度,一般:轿车子午线轮胎加宽02;轻卡子午线轮胎加宽01。双星轮胎双星轮胎Double Star Tire25 3、外胎断面高H和H/B的参数确定当外胎的外直径和轮辋的着合直径确定以后,外胎断面高H就可以得出:H=(D- d0)/2以上就决定了H/B的取值,H/B使决定轮胎法向变形和侧向变形的重要参数,通
18、常的取值范围在0.90-1.05之间。根据H/B值我们可以衡量D、B、H值确定的合理性,并进行调整、修正。双星轮胎双星轮胎Double Star Tire264、断面水平轴位置的确定 断面水平轴所在部位是轮胎断面最宽点的位置,是负荷下法向变形最大部位,该设计为保证在标准轮辋下使用变形仍发生在最宽点,通常取H1/H2=0.81.12。 H1/H2参数取值的合理性其实在很大程度上要衡量施工设计中带束层和胎圈的设计的方案。这个参数是使轮胎所受应力整体平衡的重要参数,并非是在取值范围内随便选取,这需要通过设计、试验和使用积累数据和经验。双星轮胎双星轮胎Double Star Tire27 5、胎圈着合
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