子午线轮胎的结构特点及生产工艺ppt课件.ppt
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1、子午线轮胎的结构特点及生产工艺,北京橡胶工业研究设计院,目录,北京橡胶工业研究设计院,子午线轮胎简介,何谓子午线轮胎?,在地球仪表面的图形上,常标有一条条连接南北极极点的线,这就是子午线。如果把子午线轮胎经过胎侧的帘子线暴露出来,并把其端点想象延伸至轮胎轴线位置,这时再看这种轮胎的帘线排列,就非常像地球仪上的子午线排列。子午线轮胎也就因此而得名。又因为子午线是地球的经线,早年也有人称子午胎为“经线胎”。 子午线轮胎是由米其林公司首次于1946年发明,子午线轮胎的出现,使轮胎的生产技术水平有了新的突破。,50年代后期子午线轮胎流入西欧,60年代日本和原苏联开始制造,70年代初美国投入批量生产,7
2、0年代中期世界上许多发展中国家都纷纷着手研究子午线轮胎,到了1983年世界上子午线轮胎已占汽车轮胎产量的63%。,北京橡胶工业研究设计院,子午线轮胎简介,子午线轮胎的分类,不同,1,2,3,全钢丝子午线轮胎,半钢丝子午线轮胎,全纤维子午线轮胎,胎体,带束层全为钢丝,且帘线只用一层。,胎体为纤维,带束层为钢丝,帘线层数比斜交胎要少。,胎体,带束层全为纤维。,注意:斜交胎没有钢丝帘线的,当然也就没有全钢或半钢斜交胎之说。 只要说“全钢胎”或半钢胎,那肯定是指子午胎。,北京橡胶工业研究设计院,子午线轮胎结构特点,让我们来看看子午线轮胎,子午线轮胎主要由胎冠、胎侧、胎圈三大区域组成。胎冠部分有胎面、带
3、束层、帘布层和胎肩垫胶;胎侧部分有胎侧胶、帘布层;胎圈部分有钢丝圈、钢丝圈填充胶、帘布层和胎圈钢丝加强层等。轮胎的胎里一般都有气密层。,北京橡胶工业研究设计院,子午线轮胎结构特点,子午胎的结构与刚性,北京橡胶工业研究设计院,子午线轮胎结构特点,子午胎的变形特点,“刚性”胎冠和“柔性”胎侧在子午线轮胎整体上协同作用的结果,使子午线轮胎在内压、负荷和外力作用下的变形与斜交胎相比,具有二大、四小的特点。,北京橡胶工业研究设计院,子午线轮胎结构特点,子午胎的变形特点,二大: 轮胎侧向变形大,即在轮胎断面宽方向上的变形大; 轮胎法向变形大,即轮胎垂直于地面方向上的变形大,胎体下沉量大。 四小: 胎冠周向
4、变形小,即轮胎胎冠圆周方向上的变形小,也叫纵向变形小; 胎冠周向滚动变形小,即轮胎在地面每滚动一周所产生的胎冠周期变形小; 高速旋转下的轮胎变形小 轮胎材料剪切变形小。,子午胎的变形特征,决定了它的使用性能的优越性。,北京橡胶工业研究设计院,子午线轮胎结构特点,子午胎的优越性, 滚动阻力低、节省燃料 高速安全、生热低 耐磨、耐刺、耐用 减震、舒适 操纵稳定性好。,北京橡胶工业研究设计院,子午线轮胎结构特点, 1 滚动阻力低、节省燃料,北京橡胶工业研究设计院,子午线轮胎结构特点, 1 滚动阻力低、节省燃料,表1-1 轻型载重子午线轮胎的滚动阻力和滚动阻力系数 (f值是用牵引法测定),表1-2 轻
5、型载重子午线轮胎的滑行距离测定,北京橡胶工业研究设计院,子午线轮胎结构特点, 1 滚动阻力低、节省燃料,表1-3 轻型载重轮胎油耗试验,表1-4 载重子午线轮胎滑行距离测定,表1-5 载重子午线轮胎油耗试验,北京橡胶工业研究设计院,子午线轮胎结构特点,子午胎的优越性, 滚动阻力低、节省燃料 高速安全、生热低 耐磨、耐刺、耐用 减震、舒适 操纵稳定性好。,子午胎帘线的排列方式,消除了斜交胎交叉排列层间剪切移动造成的内部磨擦,因此生热低,消耗能量少。此外,由于胎体帘布层数较少,胎侧较薄,也便于内部积热的散发。 又因周向变形小,故滚动阻力比普通斜线胎小20%-30%,滑行距离多35%左右,因此,使用
6、子午线轮胎不但可提高汽车的行驶速度,还可提高汽车燃油经济性(一般可降低油耗6%-12%,新一代子午胎更节油,如绿色轮胎进一步降低滚动阻力23%26%)。,北京橡胶工业研究设计院,子午线轮胎结构特点, 2 高速安全、生热低,北京橡胶工业研究设计院,子午线轮胎结构特点, 高速安全、生热低,表1-6 不同结构(9.00R20,9.00R20-14PR 9.00-20-14PR )轮胎的机床试验温度测定,北京橡胶工业研究设计院,子午线轮胎结构特点,子午胎的优越性, 滚动阻力低、节省燃料 高速安全、生热低 耐磨、耐刺、耐用 减震、舒适 操纵稳定性好。,轮胎的生热和热破坏是轮胎在高速行驶条件下损坏的主要原
7、因之一。图1-5和表1-6列出了子午线轮胎与同类斜交胎在负荷下的行使温度情况。从中可以看出,斜交轮胎的行使温度一般比子午线轮胎高出30度左右。,北京橡胶工业研究设计院,子午线轮胎结构特点, 3 耐磨、耐刺、耐用,表1-7 9.00R20里程试验结果,注:中国的广东阳春,浙江杭州,湖北荆州三个地区的实际里程试验平均值,北京橡胶工业研究设计院,子午线轮胎结构特点,子午胎的优越性, 滚动阻力低、节省燃料 高速安全、生热低 耐磨、耐刺、耐用 减震、舒适 操纵稳定性好。,由于子午线轮胎胎面与胎体帘布层之间具有刚性较大的带束层,因此轮胎在路面上滚动时,周向变形小,相对滑移小。又因轮胎体的径向弹性大,使轮胎
8、接地面积增大,压强减小,故胎面耐磨性强,且耐刺扎,不易爆胎。实验证明,要从胎面打入直径2mm的钉子,斜交胎只需196N的力就能贯穿,而子午线钢丝胎,则需要980N的力才能贯穿它。,北京橡胶工业研究设计院,子午线轮胎结构特点, 4 减震、舒适,表1-8 载重子午线轮胎在EQ-140汽车上的噪音测定结果,北京橡胶工业研究设计院,子午线轮胎结构特点,子午胎的优越性, 滚动阻力低、节省燃料 高速安全、生热低 耐磨、耐刺、耐用 减震、舒适 操纵稳定性好。,因子午线胎体的径向弹性大,径向(垂直于地面方向)变形大,可以缓和不平路面的冲击,使汽车挟顺性得到改善,乘坐舒适,同时也降低了车辆受冲击损坏的可能性,有
9、助于延长车辆的使用寿命。表1-8的测定结果表明,在胎面花纹型式相同的条件下,子午线轮胎的噪音也低于斜交轮胎。,北京橡胶工业研究设计院,子午线轮胎结构特点, 5 操纵稳定性好,表1-9 轻型载重子午线轮胎全油门加速试验结果,表1-10 载重轮胎直接档(2060/kmh-1)加速试验结果,北京橡胶工业研究设计院,子午线轮胎结构特点, 5 操纵稳定性好,表1-11轻型载重轮胎制动性能测定结果,表1-12 不同结构轿车轮胎附着系数比较,北京橡胶工业研究设计院,子午线轮胎结构特点, 5 操纵稳定性好,北京橡胶工业研究设计院,子午线轮胎结构特点,子午胎的优越性, 滚动阻力低、节省燃料 高速安全、生热低 耐
10、磨、耐刺、耐用 减震、舒适 操纵稳定性好,轮胎与路面附着是否良好,是行车安全的一个重要条件。子午胎胎体柔软,下沉大,胎面与路面接触面积大,接触压力分布均匀。此外胎冠刚性大,胎面周向滑移小,因此,胎面与路面抓着性能好,所以它的抓着力强,制动性能好,操纵稳定性能好。子午线轮胎可以安全、高速地在高速路上行驶。从图1-6中还可以看出,子午线轮胎的横向滑移与纵向滑移都比斜交胎小 。,北京橡胶工业研究设计院,子午线轮胎结构设计,轮胎的标识,轿车轮胎胎侧标识 商标;轮胎规格;负荷指数;速度符号;无内胎轮胎标记;生产地;胎侧帘线层数和结构;胎冠帘线层数和结构;花纹代号;轮胎制造厂商;美国轮胎品级标记(3T标记
11、):胎面温度等级、胎面牵引等级、胎面磨耗指数;适合澳大利亚、加拿大、美国使用的气压和负荷值;巴西认证标记;美国交通安全认证标记、产品代码;欧盟安全认证批准代码;子午线轮胎标记;生产日期;CCC认证标记。,北京橡胶工业研究设计院,子午线轮胎结构设计,轮胎的标识,载重汽车轮胎胎侧标识 (1)载重汽车子午线轮胎胎侧有以下标识:轮胎制造厂商及商标;巴西认证标记;美国交通安全认证标记、产品代码、生产日期(周/年);子午线轮胎标记;安全警告;花纹代号;可再刻花纹标记;胎冠帘线结构和材料;胎侧帘线结构和材料;轮胎规格;负荷指数;负荷等级;轮胎的最大单/双胎气压和负荷;速度符号;附加税的负荷指数;附加的速度符
12、号;负荷/速度耐久性试验气压;欧盟安全认证批准代码;无内胎轮胎标记;生产地;CCC认证标记。 (2)载重汽车斜交轮胎胎侧有以下标识:商业名称;花纹代号;商标;生产地;生产编号;轮胎制造厂商;标准轮辋规格;轮胎规格;帘线骨架材料;层级;轮胎的最大单/又胎气压和负荷;负荷等级;有内胎轮胎标记;CCC认证。,北京橡胶工业研究设计院,子午线轮胎结构设计,轮胎的标识,工程机械轮胎胎侧标识 轮胎制造厂商及商标;胎体帘线结构;无内胎轮胎标记;层级;生产地;胶料类型/胎体结构类型;有内胎轮胎标记;CCC认证标记。,北京橡胶工业研究设计院,子午线轮胎结构设计,轮胎规格的表示方法,北京橡胶工业研究设计院,子午线轮
13、胎结构设计,轮胎规格的表示方法,北京橡胶工业研究设计院,子午线轮胎结构设计,轮胎规格的表示方法,北京橡胶工业研究设计院,子午线轮胎结构设计,载重子午胎 (全钢丝子午线轮) 断面轮廓设计特点 负荷能力得计算 W=K0.425P0.585Sd1.39(DR+ Sd) 断面轮廓的基本设计尺寸: (1) 轮胎外直径D的确定: D=D/1.0-1.01 (2) 胎圈着和直径d的确定 胎圈着和直径的确定,原则上应满足轮胎装卸方便和着和紧密,一 般平底轮辋的胎圈着和直径比轮辋直径小1-3mm, (3) 轮胎断面高H的确定 H=(D-d)/2 (4) 设计轮辋宽度C和断面宽B的确定 B=( B+5)/0.99
14、-1.01 (5) 水平轴高度H1的确定 H1=(0.51-0.53) H,北京橡胶工业研究设计院,子午线轮胎结构设计,(6) 行驶面宽度b和胎冠弧度高h的确定 b=B(0.70.85) 而行驶面弧度 h=H(0.0250.04) (7) 胎冠曲率半径的确定 胎冠的曲面可以只用一个半径获得,也可以采用双弧度。 (8) 花纹沟底部曲率半径R3、R4的确定 R3是花纹沟底处的半径,R3=R1-I R4是胎肩花纹沟处的半径 (9) 花纹沟深度i的确定 花纹沟深度是根据轮胎的规格、花纹类型、以及预计的行驶里程、车辆的行驶速度等综合考虑的。 (10) 胎侧的曲率半径R5、R6、R7的确定 上胎侧弧度半径
15、R5的圆心在断面水平轴上,其大小与断面宽成比例,下胎侧弧度半径R6的圆心也在断面水平轴上,可采用绘图的方法确定。 (11) 胎圈部位尺寸G、r1、r2、a的确定 胎圈部位的尺寸应根据轮辋尺寸进行设计 r2=R2-(0.52.0)mm r1一般比轮辋胎圈座园角半径R1大24mm r1=R1+(24)mm h即r2圆心高度,比轮辋轮缘弧度R2的圆心高度低0.52.0mm, (12) 胎圈底部角度a的确定:为保证胎圈与轮辋的配合,通常胎圈底部都设计有一定的角度,,北京橡胶工业研究设计院,子午线轮胎结构设计,载重子午胎的花纹设计 胎面花纹设计的基本要求 胎面花纹必须与路面有良好的接着性能。胎面花纹要耐
16、磨、滚动损失小。 胎面花纹的类型 胎面花纹可以分为三大类,条形花纹、越野花纹、混合花纹。 花纹沟深度 花纹沟深度是根据轮胎规格、花纹类型等设计的。 花纹沟宽 花纹沟宽度是根据对轮胎耐磨性和抓着力要求设计。 花纹角度 设计花纹角度应使其与带束层帘线角度不能一致,以免造成花纹沟底部应力集中,造成花纹沟底裂口,产生早期损坏。 花纹沟断面形状 花纹沟两侧应设计成具有一定的倾斜角度,该形状硫化易起模,使用中自洁性好、支撑性高、抓着力大。 花纹设计中的几个计算 (1) 行驶面弧长L L=0.01745Rna (2) 行驶面中心线花纹一节距长l1 l1=D/n (3) 行驶面胎肩圆周线花纹一节距长l2 l2
17、=(D-h)/n (4) 行驶面花纹一周节面积S S=(l1+l2) L/2 (5) 花纹块面积占行驶面面积之比K K=S1/S100% 子午线轮胎花纹一般采用变节距设计,节距采用无序排列。,北京橡胶工业研究设计院,子午线轮胎结构设计,带束层结构 带束层的箍紧系数 箍紧系数Fr的表达式为:Fr=(SH-SHc)/Sh 带束层材料的选取 为提高带束层的刚性,一般选择破断强力高的钢丝帘线。 带束层角度及角度方向 带束层角度的选取对轮胎性能有很大影响; 带束层角度方向的搭配,要考虑各个国家交通规则而异。 带束层帘线密度、层数及结构 带束层帘线密度的影响主要是提高带束层的刚性。 一般全钢丝子午线轮胎采
18、用三层、四层、三层帘布加零度冠带条的设计。 带束层的宽度 一般带束层的最大宽度与行驶面宽度的关系为: (A-B)/A=(16%-20%) 带束层安全倍数的计算 K= MBcosa/(RP),北京橡胶工业研究设计院,子午线轮胎结构设计,胎体结构 胎体由一层钢丝胎体帘线构成。 胎体钢丝帘线密度 胎体钢丝帘线密度应根据轮胎的规格,帘线的直径、压延的工艺性能来确定。 压延帘布的厚度 胎体帘布压延厚度至少比胎体帘线直径大0.8mm以上。 胎体帘线规格的选取 胎体帘线要有好的耐屈挠性。 胎体帘线的角度 胎体帘线的角度为90度。 胎体帘布的宽度 根据轮胎的材料分布图可计算胎体帘布的宽度。 胎体安全倍数的计算
19、 K=2BRdM/(P(R2A-R2B),北京橡胶工业研究设计院,子午线轮胎结构设计,胎圈结构 胎圈部位的设计应使胎圈部位的刚性由胎圈至胎侧均匀过渡,避免产生应力集中造成胎圈部位早期损坏。 胎圈填充胶 全钢丝子午胎胎圈填充胶一般来说,普通断面结构采用两种胶料复合而成,而低断面结构采用一种胶料。 钢丝圈 钢丝圈采用单根缠绕成型,钢丝圈形状有六角形、圆形等形状。 胎圈包布 为了提高胎圈部位的刚性,在胎圈部位设计了胎圈钢丝包布. 子口护胶 因此为了保护胎圈部位,设计了子口护胶。 钢丝圈安全倍数的计算 K=2MB/Psina(RB-RC),北京橡胶工业研究设计院,子午线轮胎结构设计,钢丝帘线的结构、品
20、种和发展 钢丝帘线具有强度高、受温度影响小、伸长小、传热快的特点,是子午线轮胎的理想骨架材料。 钢丝帘线的化学成分 钢丝帘线结构的表示方法 钢丝帘线结构可用下式表示: (NF)D+(NF)D+(NF)D+FD 最内层 + 中间层 + 最外层 +外缠层 钢丝帘线的制造过程简介 钢丝帘线的术语和定义 单丝,外缠丝,股,钢丝帘线,捻向,捻距。 钢丝帘线的分类 钢丝帘线按其强度等级划分可分为:普通强度钢丝帘线 、高强度钢丝帘线、超高强度钢丝帘线 。 胎体用钢丝帘线 胎体用钢丝帘线的要求是强度高,耐屈挠性好,结构均匀性、粘和性能、粘和保持性及耐久性好。 带束层用钢丝帘线 对带束层用钢丝帘线的特定要求包括
21、:良好的橡胶渗透性、低伸长、芯线不迁移、良好的粘和保持性、适当的刚度。 胎圈钢丝 胎圈钢丝要有较高的断裂伸长率和强度。,北京橡胶工业研究设计院,子午线轮胎结构设计,轿车和轻卡子午胎 断面轮廓设计特点 模型断面高及断面宽的确定 D/D=1.01-1.05, B/B=0.99-1.10 胎圈着合直径的确定 模型轮辋的胎圈着合直径应比轮辋公称直径小1.0-2.0mm。 模型断面高的确定 断面水平轴位置的确定 一般取H1/H2为0.9-1.1之间, 行驶面宽及弧高的确定 行驶面的宽度与轮胎断面宽的比在0.7-0.9之间。行驶面弧度高与断面高之比通常为0.025-0.05之间。 胎冠弧度的确定 Rn=b
22、2/8h+h/2 胎侧弧度的确定 上下胎侧采用不同的弧度半径,上胎侧弧度半径可用下式计算: R=(H2-h)2+1/4(B-b)2-L2)/(B-b) 下胎侧弧度半径可用下式计算: R=(1/4(B-C-2a)2+(H1-Hc)/(B-C-2a) 胎圈部位弧度的确定 胎圈曲线弧度应根据轮缘曲线设计,要求两者吻合较好,一般轮缘部位曲线比轮辋轮缘曲线小0.5-1.0mm, 胎踵部位半径应大于轮辋胎圈座圆角半径0.51.0mm。 胎圈底部通常采用两个角度,使之与轮辋有适当的过盈量。,北京橡胶工业研究设计院,子午线轮胎结构设计,胎面花纹设计 半钢子午胎的花纹设计应能保证轮胎的牵引性、制动性并具有耐磨性
23、能,在雨天泥泞路面上行驶还要求有好的自洁性,抓着力,轿车胎还要求有低的滚动阻力,低噪音和优良的乘坐舒适性。 带束层和冠带层结构 带束层和冠带层结构 半钢丝子午胎带束层一般由2-3层钢丝帘布组成, 带束层钢丝帘线选取 钢丝帘线要求有高的强度、刚性和抗冲击性能 尼龙冠带层材料的选取 一般尼龙冠带层采用尼龙66帘线。 胎体结构 半钢丝子午胎胎体一般由1-3层纤维帘布组成。 胎体骨架材料 半钢丝子午线轮胎胎体骨架材料主要尼龙、人造丝和聚酯帘线。 胎圈结构 为提高胎圈刚性,在设计中胎圈部位采用加大胶芯和子口耐磨胶的硬度,或采用不同的包圈方法。,北京橡胶工业研究设计院,子午线轮胎结构设计,各部位安全倍数的
24、计算 胎体全倍数的计算 K=2SNir/(P(R2K-R02) 带束层安全倍数的计算 K= DBcosa/(PR) 钢丝圈安全倍数K的计算 K=2NS/P(R2K-R20) 2.3.2.7 轮胎成型机头宽度的计算 子午线轮胎成型工艺分一次法和二次法成型工艺: 成型机头宽度BS按下式计算: BS=2L/cos-2(Icos-C) 一次法平鼓式成型机头宽度的计算 BS=2L/ 2.3.2.8 胎体纤维材料的性能特点 半钢子午线轮胎所用胎体纤维骨架材料主要有三种:尼龙、聚酯、人造丝,对胎体骨架材料的要求为:强度和初始模量要大,有良好的耐热性,在湿热条件下不降解,耐疲劳性能要好,尺寸稳定性好等。,北京
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