【正文】 輪胎設(shè)計基礎(chǔ)及增強 1 輪胎設(shè)計基礎(chǔ) 與增強 輪胎設(shè)計基礎(chǔ)及增強 2 目 錄 輪胎幾何尺寸基礎(chǔ) （ Pp 313） 輪胎設(shè)計幾何尺寸參數(shù) （ Pp1427） 承受負荷的結(jié)構(gòu)部件 （ Pp2831） 輪胎胎體 （ Pp3234） 輪胎帶束層 （ Pp3553） — 帶束層設(shè)計 （ 3541） — 米其林常用的和新 結(jié)構(gòu) （ 4244） — 倍耐力 0176。帶束層 （ 4548） — 倍耐力 0176。帶束層改進 （ 4953） 結(jié)構(gòu)設(shè)計與增強 （ Pp5461） — 設(shè)計安全系數(shù) （ 55） — 胎體 （ 5658） — 帶束層 （ 5960） — 鋼絲包布 （ 61） 輪胎設(shè)計基礎(chǔ)及增強 3 輪胎幾何尺寸基礎(chǔ) 輪胎設(shè)計基礎(chǔ)及增強 4 充氣管 考慮充氣管的一部分，長度為 l 。 在管子的中間平面和管的內(nèi)表面之間的空氣體積處于平衡輪廓。管中間平面的界面作用力 F = 2r l P ，方向向上。 充氣管的一半的外表面施加在空氣體積向下的力必然等于 F 。 因為在空氣管壁一半的總的力必須處于平衡狀態(tài)，則管壁單位長度的強力必然等于 ，因此 ： f = P r （波意爾壓力管公式） 輪胎設(shè)計基礎(chǔ)及增強 5 充氣 薄膜 充氣薄膜表面上的一個點 X ，充氣壓力為 P 。 ci 和 cii 為 X 的主曲率，則曲率半徑為 ， 。 fi 和 fii 為主曲率方向的單位長度的力 ， 薄膜的通用方程為 。 我們假定薄膜由正 交 各向異性薄膜組成，這樣以來，方向 ii 的力與第一主方向 i 的力比較可以忽略不計。在這種情況下， 我們可以假設(shè) 。 薄膜平衡輪廓變?yōu)椋? f =ρ P 上式 相當(dāng)于充氣管波意爾公式，它們的曲率半徑為恒值，并在一個方向為 r ，而在其正交方向為 0。 輪胎設(shè)計基礎(chǔ)及增強 6 子午線輪胎的基本力學(xué) 輪胎設(shè)計基礎(chǔ)及增強 7 基本假設(shè) 子午線輪胎 由完全子午方向的胎體和 通常稱為帶束層的環(huán)形部件 組成 。 我們考慮下述草圖，所示意的子午線輪胎斷面由兩半部分組成。 右側(cè)僅顯示了胎體 ，更確切地說，如果不考慮帶束層的存在，它描述的是胎體簾線。 讓我們考慮所提到的簾線，選擇任意一點 P， 它的坐標(biāo)為 x和 y，它在點 A 和點 K 之間變化，點 A 的定義為 δ 角為 0。 δ 角是平衡輪廓的切線和通過 P點的水平線之間的夾角。 點 K 被認為是 胎圈區(qū)域以外 的胎側(cè)的第一個點，此處有胎體反包、胎圈填充膠和其他增強材料，此處的剛性可能使胎體簾線處于 子午 方向排列的增強薄膜 充氣 平衡輪廓的外邊 。 圖上左側(cè)部分增加了帶束層 。 點 S＇ 相應(yīng)于右側(cè)的 假設(shè) S 點，是胎側(cè)平衡輪廓上鋪設(shè)的胎側(cè)的最后一個點，即在帶束層影響之外的點。在設(shè)計者開始設(shè)計一個新項目時，做的第一件事就是確定 在 xy平面內(nèi)的 K 點和 S點的坐標(biāo) 。 平衡輪廓計算，就是基于假設(shè)胎體 是一個不伸張的增強 簾 線排列組成的充氣薄膜，每根簾線 都 在子午平面內(nèi) 。同時，也假定， 橫向（垂直于 子午 增強部件方向）的薄膜的模量是可以忽略的 。 充氣壓力被胎體 簾 線的 張 力全部平衡。 輪胎設(shè)計基礎(chǔ)及增強 8 平衡輪廓計算（ 1） 我們可以寫出下式 t = Pρ ，此處 t （ N/m） 是 胎體單位橫向?qū)挾鹊奶囟?張 力 。 ρ （ m）是 局部曲率半徑 ， P（ N m2）是 充氣壓力 。 我們稱 f0（ m1） 是 胎體簾 線的頻度 ，即每米 內(nèi) 的根數(shù)。我們假設(shè)，在成型時，胎體鋪設(shè)在成型鼓上，它的半徑是以 使 胎體簾線有一個 半徑為 y0（ m） 的圓柱形 ，從實際考慮， y0等于成型鼓的半徑 +內(nèi)襯層厚度 +膠片厚度 +半個胎體本身厚度。近似成型鼓的半徑 +； 如果使用鼓肩胎圈夾持形式的成型鼓，其半徑相當(dāng)于圖中 Z 點的縱坐標(biāo)。而如果輪胎在平式成型鼓設(shè)備上成型（如米其林），則所說的半徑相當(dāng)于鋼絲圈的內(nèi)部半徑 。 P點（ x， y）增強 簾 線局部 的 頻率為 。 如果 T（ N）為單根 簾 線的 張 力，則我們可以寫出 。 或 ，此處 N = f0（ 2π y0）是胎體簾線的總根數(shù)。 由于在笛卡爾坐標(biāo)系中，曲率半徑 ，我們可以寫成下面的二次微分方程： 輪胎設(shè)計基礎(chǔ)及增強 9 平衡輪廓計算（ 2） 是 在 胎體 斷面上相當(dāng)于 1 弧度角度 內(nèi) 的簾線根數(shù) 。 它也可以定義為“ 角度密度 ”或角度的胎體頻度。表示為（根數(shù) /弧度）。它對應(yīng)于 一部分胎體簾布的簾線根數(shù)，其長度等于胎體鋪設(shè)的半徑 y0。 常數(shù) K 可以這樣定義，它是 每根簾線伸張力和充氣的比值，乘以 胎體的 角度密度 。在量綱上 K表示為（ m 2），顯然它對應(yīng) 于微分方程一次根的尺寸，因為 y＇ 是一個尺寸， y″ 是（ m1）。常數(shù)可以認為是每個單位充氣壓力在單根 簾線上的張力指數(shù)，并且 對于直（長的曲率半徑）胎側(cè)，它有“直” 的 高數(shù)值，對于高曲率（短的曲率半徑），它具有低數(shù)值 。 因為上述微分方程是二次微分方程，它的結(jié)果寫成 帶有二個參數(shù) C1 和 C2 的一系列的曲線 ；因為參數(shù) K 是一個未知參數(shù)，因此我們可以說，一般來講平衡輪廓可以滿足三個不同條件，它依賴于三個參數(shù)。 輪胎設(shè)計基礎(chǔ)及增強 10 平衡輪廓計算（ 3） 通常，首要的兩個條件 是 ： 1. 輪廓必須 包括 K點 （ x = xK， y = yK） 2. 輪廓必須 包括 S 點 （ x = xS， y = yS） 第三個條件通常是 下列三個條件之一 ： B 點的橫坐標(biāo) ，最大的輪胎弦的一半，必須等于 xB（輪胎初步設(shè)計） S 點的角度 δ 必須等于預(yù)先確定的 δ S角度的數(shù)值（輪胎初步設(shè)計） K 和 S 點之間的移動 的簾線長度 ，必須等于一個確定的數(shù)值 l0（移動的輪胎輪廓計算） 由于 薄膜平衡輪廓微分方程不包括橫坐標(biāo) x 的明顯的參照值， 它就 很 容易表示為，如果 f（ x）是一個結(jié)果，則 f（ x+C）也是一個結(jié)果；這就意味著，平衡輪廓的胎側(cè)輪廓，在不改變形狀的前提下，在平行于 x 軸方向上可以移動。第一 頁的圖中， A點的橫坐標(biāo)設(shè)定為 0。這樣，設(shè)想的無帶束層的子午線輪胎的斷面，可以以右半圖描述。 在不改變形狀前提下，輪胎設(shè)計基礎(chǔ)及增強 11 同樣的斷面可以在右部分按預(yù)想的移動量移動。當(dāng)一個 低斷面輪胎 需要 設(shè)計 時， 點 A隨著整個平衡輪廓向右移動，結(jié)果，一個更大的帶束層斷面，從中心開始加了上去。 這就是設(shè)計者要做的。 平衡輪廓形狀 平衡輪廓最重要的是， 充氣薄膜形狀僅僅依靠于幾個參數(shù)，并且不能由其他方法控制。 既使如果子午線輪胎 在一個與平衡輪廓差別很大的形狀的模具內(nèi) 硫化，而一旦輪胎充氣， 它的形狀變化，直到達到平衡輪廓。 變形的膠料的高拉伸 應(yīng)力將引起膠料的早期損壞 ，但是在胎側(cè)區(qū)域，輪胎斷面形狀不受模具形狀的影響。 輪胎設(shè)計基礎(chǔ)及增強 12 小 的斷面高度 看草圖右側(cè)，顯然， 如果在胎冠區(qū)域不加帶束層結(jié)構(gòu)，則轎車或載重子午線路輪胎的胎冠弧，就不是預(yù)想的那樣。 通常指出，如果 的值小，例如輪胎斷面高度和胎圈半徑比較可以忽略不計，則 平衡輪廓接近比較穩(wěn)定的曲率半徑曲線。換言之，就是接近一個園形曲線。 自行車輪胎的斷面輪廓 幾乎就是一個園形 。 輪胎設(shè)計基礎(chǔ)及增強 13 平衡輪廓的數(shù)值計算 通過數(shù)值計算橢圓積分，依據(jù)常數(shù) xA， yA， yB，可以計算平衡輪廓方程 ： ，此處 曲率半徑 ρ 和角度 δ 由下式給出： 輪胎設(shè)計基礎(chǔ)及增強 14 輪胎 設(shè)計 幾何尺寸 參數(shù) 輪胎設(shè)計基礎(chǔ)及增強