1、轮胎结构设计,第三章结构设计,第三节外胎外轮廓设计,学习目的与要求,通过学习掌握斜交轮胎的结构设计程序，掌握技术设计内容：外胎外轮廓设计、胎面花纹设计、内轮廓设计；掌握斜交轮胎的施工设计；了解内胎、垫带、水胎和胶囊设计。,（2）胎冠部位尺寸的确定 行驶面宽度b和弧度高h的确定 胎冠弧度半径,行驶面宽度b和弧度高h的确定 行驶面宽度b和弧度高h是决定胎冠形状的主要参数，设计不当直接影响轮胎的耐磨性能、牵引性能、附着性能及滚动阻力。,行驶面宽度b的确定 b值应根据轮胎断面宽B确定，用b/B值控制在一定范围。 b值过大即行驶面过宽时，胎肩增厚，生热量过高，散热困难，以致造成胎肩、胎冠脱层而早期损坏，
2、影响轮胎的使用寿命 b值过小即行驶面过窄，胎面与路面接触面积小，平均单位压力增大，极易早期磨损 一般设计行驶面宽度b值，以不超过下胎侧弧度曲线与轮辋曲线交点（轮辋点）的间距为准。,行驶面弧度高h的确定 h值根据轮胎断面高H确定,用h/H值控制其值。 h值过大即胎冠曲率过大,胎面与路面接触面积小,耐磨性能差; h值过小时,虽然耐磨性能和附着性能得以提高,但胎肩过厚,影响散热。一般要求轮胎b/B值在95%以上，因此必须同时考虑h值，相互调整，达到最佳配合。,一般轮胎b/B值小则h/H值宜选小值；b/B值大则h/H可选大值，应视轮胎类型、胎面花纹、使用要求而定，不同类型轮胎的b/B，和b/H取值范围
3、见表2-2所列。,表2-2 不同类型轮胎b/B和h/H取值范围,胎冠弧度半径 胎冠断面形状有正弧形、反孤形或双胎面形状。a.正弧形 胎冠弧度可用13个正弧度进行设计，其弧度半径Rn根据行驶面宽度b和弧度高h计算，计算公式为：,式中 行驶面弧度的夹角；0.01745常数，即为/180；Rn胎冠弧度半径，mmLa行驶面弧长，mm。 正弧形胎冠断面形状见图2-2所示。,普通花纹的载重轮胎，弧度高较小，行驶面较窄，比较平直，宜采用一个弧度半径Rn或由Rn和Rn两个弧度设计的胎冠，如图2-2(a), Rn值一般为Rn的2540%。混合花纹和越野花纹的载重轮胎，行驶面较宽，弧度高较大，有时也采用两个弧度设
4、计胎冠，这样可制得中部平直、两侧肩部呈圆形的胎冠，有利于减薄胎肩。另一种方法是设计两个弧度高h和h，其中hh ，用弧度高h求算Rn值，计算公式为：,再用Rn通过弧度高h点与Rn的弧相切，形成中部平直两侧略弯的胎冠形状，如图2-2(b)所示。其行驶面弧度为：,一般轮胎行驶面很少采用3个弧度半径组成的设计方法。,反弧形胎冠的轮胎不但接地面积大，同时可提高胎面使用寿命，多用于高速轿车轮胎和飞机轮胎，由于轮胎高速行驶中，受内压和离心力作用，外直径增大，此时胎冠形状将由反弧形变成正弧形胎面: 反弧形胎冠中部凹入量，高速轿车轮胎约为0.130.25mm。,b.反弧形胎冠弧度 胎冠中部凹下呈反弧状，见图2-
5、3所示，此种行驶面弧度高h值很小，以致出现负值。,一般宽断面轮胎可采用此种设计方法，双行驶面轮胎的径向和侧向刚性较大，侧向刚性增大利于改善车辆的操纵性和稳定性;双行驶面轮胎周向刚性较小，则有利于减轻车辆传动系统的负荷条件。,c.双行驶面胎冠 采用两个相等半径的弧度相连，如图2-4所示。, 断面水平轴位置的确定 断面水平轴位于轮胎断面最宽处,是轮胎在负荷下法向变形最大的位置,用H1/H2值表示。H1/H2取值过小即断面水平线位置偏低，接近下胎侧，使用过程中，应力、应变较集中于胎圈部位，易造成胎侧子口折断； H1/H2值过大则断面水平轴位置较高，应力和应变集中于胎肩部位，容易造成肩空或肩裂。,H1
6、和H2值可通过H1/H2值计算求得。 计算式为：, 胎侧孤度半径R1、R2、R3的确定 胎侧弧度可用1个或2个不同半径的弧度绘制，其弧度半径用计算方法求得，也可采用绘制法直接测量。胎侧弧度分为上胎侧弧度和下胎侧弧度，以断面水平轴为界线 ，一般上断面高均大于下断面高，下胎侧弧度半径R2应大于上胎侧弧度半径R1，而R1和R2的圆心均设在断面水平轴上。,a.上胎侧弧度半径计算公式为:,图2-5 上胎侧弧度半径R1计算示意图,式中： L胎肩切线长度(L在轮胎断面中心轴的投影长度约为H2的50%，见图2-5所示)，mm。将 代入上式即可计算出R1,b下胎侧弧度半径的确定 可用绘图直接测出和计算求得。绘图
7、法在断面水平轴上取圆心点，以为下胎侧弧度半径，通过水平轴上断面宽位置作弧，要求相交于轮辋轮缘曲线外侧的2/33/4处。计算法通过下式计算出值，见下图所示。,式中： HR 轮辋轮缘高度，mm；a下胎侧弧度曲线与轮缘曲线交点至轮辋轮缘垂线间距离( ）,mm；A 轮辋轮缘宽度，mm；W1轮辋宽度，mm；B轮胎断面宽度，mmH1轮胎下断面高，mm；,c.下胎侧自由半径 R3是用以连接上胎侧弧度半径R2和胎圈轮廓半径R4弧之间的自由半径，R3与R2、R4弧彼此相切，使下胎侧至胎圈部位形成均匀圆滑的曲线。一般R3约为R2的2540%，取1750mm，应视轮胎规格及胎侧轮廓曲线而定，R3值宜小，便于增加下胎
8、侧至胎圈过渡位置的厚度，加强胎圈强度。, 胎肩轮廓的确定 可根据轮胎类型、结构的不同，胎肩部有切线形，阶梯形、反弧形和圆形等设计方法，见图所示。,图27 胎肩断面轮廓图,(a)阶梯形胎肩，(b)反弧形胎肩，(c)圆形胎肩,a.切线形胎肩 是用直线与胎侧弧度半径R1弧相切而成，是广泛应用的一种胎肩设计方法。 b.阶梯形胎肩 是在切线形胎肩绘制的基础上，将切线分为几个阶梯，这种设计可增加胎肩部的支撑性能，是中型载重斜交轮胎常用的一种胎肩设计方法，图2-7(a)所示。,c.反弧形胎肩 用反弧替代胎肩切线如图2-7(b)所示。反弧长度在断面中心轴上的投影长度等于H2的30%，是载重子午线轮胎常用的一种
9、胎肩设计方法。 d.圆形胎肩 是在胎冠弧与胎肩切线交接处，用一小弧度相连成圆滑弧形，如图2-7(c)所示，高速轿车轮胎常用此法设计胎肩，连接弧半径约为1545mm，载重轮胎连接弧半径较小，约为58mm。,（4）胎圈部位尺寸的确定 胎圈必须与轮辋紧密配合，使轮胎牢固地安装在轮辋上，因此胎圈轮廓应根据轮辋轮缘和胎圈座尺寸进行设计。,两胎圈之间距离 又称胎圈着合宽度C，此宽度根据设计轮辋宽度W1而定，一般胎圈着合宽度等于设计轮辋宽度W1，有时C可略小于W1，以改善轮胎的耐磨性能和增大胎侧刚性，但减少的数值不宜过大，以1525mm为宜。,胎圈着合直经d此值与轮胎和轮辋类型关系密切，不同类型轮胎所用轮辋
10、不同，所对应的轮胎胎圈着合直径d的取值方法不相同。A、装于平底式轮辋的载重轮胎为便于装卸，胎圈着合直径d比轮辋直径应大0.51.5mm。 B、装在5斜底轮辋上的载重轮胎为使胎圈紧密着合，胎踵部位着合直径比轮辋相应部位直径应小12mm；而胎趾平直部位的着合直径比轮辋相应部位直径应大mm左右。,C、装于深槽式轮辋的有、无内胎轿车轮胎有内胎：比轮辋相应部位直径应小01.5mm无内胎：比轮辋相应部位直轻应小23mm。 D、装于15斜底深槽式轮辋的无内胎载重轮胎胎圈直径比轮辋相应部位直径小24mm。 E、装于全斜底式轮辋工程车辆用的无内胎轮胎一般胎圈着合直径比轮辋相应部位直径小36mm。,胎圈部位倾斜角
11、度 轮胎胎圈从胎踵至胎趾，常设计成带有一定倾斜角度的着合面，便于与轮辋圈座紧密配合。 平底式轮辋的载重轮胎，胎圈部位角度为01； 5斜底式轮辋的轮胎，胎圈角度为5； 15斜底深槽式轮辋的无内胎载重轮胎，胎圈角度为1617； 无内胎轿车轮胎，胎圈部位一般采用两个倾斜角度，胎踵处第一角度为10，距胎趾45mm处为第二角度，一般采用25,无内胎轮胎，为保证轮胎良好的气密性，不但缩小胎圈着合直径，而且增大胎趾部位倾斜角度，与轮辋达到接合紧密的目的。,轿车胎,载重胎,图2-8 轮胎胎圈设计示意图 （a）平底轮辋载重轮胎； (b)5斜底轮辋载重轮胎；(c)深槽轮辋轿车轮胎； (d)深槽轮辋无内胎轿车轮胎；
12、(e)深槽轮辋无内胎载重轮胎, 胎圈轮廊曲线 胎圈轮廓根据轮辋轮缘曲线确定，由胎圈弧度半径R4和胎踵弧度半径R5组成，见图2-8所示。 a.胎踵弧度半径R5比轮辋相应部位弧度半径大0.51.0mm。 b.胎圈弧度半径R4比轮辋轮缘相应部位弧度半径小0.51.0mm，其半径圆心点较轮辋轮缘半径圆心点位置略低11.5mm，使轮胎紧贴于轮辋上。,3外轮廓曲线绘制步骤（1）画出中心线（2）由断面宽B和上下高H1、H2确定外轮廓曲线的左侧点、右侧点、上端点及下端点。（3）根据b和c确定胎面宽及胎圈宽共四点。（4）绘出胎冠圆弧Rn，其中心在纵轴上。（5）绘出上胎侧圆弧R1，其中心在水平轴上。（6）画出胎肩切线L。（7）画过渡弧Rn （8）绘出下胎侧圆弧R2。（9）绘出胎圈弧R5、R4并进行过渡连接。（10）绘出R3,
