【文章內(nèi)容簡介】 ]dr…(2) 胎冠曲線區(qū)域rrr(從帶束層端點D到胎冠點A)Z=Zr）[{（rr）+r}/{[（rr）+r][(rr)+r]}dr…（4）式中=1g 根據(jù)這種理論所得的斷面輪廓曲線，進行計算曲線與實測曲線對比，在胎圈和帶束層端部多少有點偏離如圖12所示。 15 Z175SR14—— 測 量 計 算 10cm 50 15 20 25 30 35 r cm圖12 子午胎斷面輪廓曲線測量與計算對比167。2 RCOT理論設(shè)計方法日本石橋公司在1984年的171。月刊夕他187。雜志上介紹了輪胎最佳理論即Rolling Contour optimizat Theory簡寫為RCOT理論。這種新理論的設(shè)計思想是讓輪胎的胎面輪廓符合于滾動狀態(tài)下的形狀，打破以往采用靜態(tài)自然平衡輪廓的傳統(tǒng)設(shè)計方法，由于原來的自然平衡輪廓理論是使充氣輪胎在靜態(tài)時具有均勻的胎體簾線應(yīng)力，但并不是輪胎行駛時滾狀態(tài)下的最佳形狀，因此必須探索滾動時輪胎的最佳輪廓，這就導(dǎo)致產(chǎn)生RCOT理論的原因。（1） RCOT理論產(chǎn)生的背景 為了探索輪胎行駛時滾動狀態(tài)下的斷面輪廓，用來解決轎車產(chǎn)生偏離時引起胎面與路面接觸不充分而發(fā)生一種“雛曲”現(xiàn)象這種“雛曲”現(xiàn)象會使胎面表面部分從路面浮起，而導(dǎo)致輪胎接地性能顯著惡化，使行駛性能下降。 抑制“雛曲”現(xiàn)象的措施有兩種：一是提高帶束層和胎面的剛度；二是增大帶束層的張力，前者通過增加補強材料會導(dǎo)致輪胎重量的增加不宜采用；后者若通過提高內(nèi)壓來增加帶束層張力，會使輪胎變硬、接地面積減小，帶來操縱穩(wěn)定性、振動及乘坐舒適性等不良影響，因此探索用改變輪胎斷面輪廓的方法來滿足提高帶束層張力的要求，這就引起產(chǎn)生RCOT理論設(shè)計方法的基本出發(fā)點。（2） RCOT 理論的輪廓與張力特征 充氣輪胎基本上被認(rèn)為是一個軸對稱的薄殼體，由于胎側(cè)剛度比較低，從而可適用薄膜理論。軸驪稱薄殼結(jié)構(gòu)是意味著法向力至表面產(chǎn)生的平衡方程式為：+=P （5）式中：N徑向薄膜力N周向薄膜力R徑向主曲率半徑R周向主曲率半徑P充氣壓力對子午胎胎體簾線徑向呈徑向排列，可假定胎側(cè)部位的周向薄膜力N=0（6）因此胎側(cè)部位徑向薄膜力為 N= (7)根據(jù)薄膜理論帶束層所受的總張力與輪胎斷面輪廓參數(shù)的關(guān)系式如下（見圖13所示）。T=1/2AP(B2rsinθ) （8）式中: T帶束層總張力； P充氣壓力；a 帶束層直徑； r徑向主曲率半徑；B帶束層寬度；θ胎體與帶束層線間的夾角； a帶束層直徑 B—輪胎斷面寬 Bw—帶束層寬度 T=C—輪輞寬 N= d—輪輞直徑 —徑向主曲率半徑p—壓力 —帶束層張力 N—徑向薄膜力圖13 輪胎斷面輪廓與張力方程式（7）說明了胎體的徑向薄膜力N與斷面輪廓的主曲率半徑r成正比。同時，方程式（8）也表明輪胎的輪廓直接影響帶束層的受力，對于在選定的帶束層直徑“a“和寬度” B“情況下，則胎體輪廓曲率半徑r和夾角θ增大時，帶束層的總張力會減小，因此提高帶束層張力（T），只要采用減小胎側(cè)部位斷面曲率半徑r和夾角θ辦法。若對自然平衡輪廓來說，當(dāng)輪輞直徑、輪輞寬度和輪胎寬度不變的情況下胎體的輪廓曲線也就確定了，所以曲率半徑r和夾角θ不可能再有什么改變。因此必須打破自然平衡輪廓的框框，考慮其它狀態(tài)的最佳輪廓形狀，首先想到將輪胎滾動時的形狀作為輪胎斷面的原始輪廓，恰好這種形狀是要求輪胎斷面輪廓的上胎側(cè)部位曲率半徑減小，胎圈部位的曲率半徑增大（見圖14），這種輪廓從上述帶束層張力基本關(guān)系式來逢，可起到增大帶束層張力的作用，人南昌達到抑制接地面中的“雛曲”現(xiàn)象。圖14 RCOT輪廓與傳統(tǒng)輪廓對比從張力平衡的觀點來看，RCOT輪廓與自然平衡不同之處，是將原來均勻分布的胎側(cè)張力分散到帶束層和胎圈部位（見圖16）。從而使帶束層和胎圈部位的張力增大，上胎側(cè)的張力下降。這樣就可提高輪胎的接地性能并抑制“雛曲”現(xiàn)象。圖15表示了以185/70SR14為例的輪胎采用RCOT輪廓和傳統(tǒng)法輪廓的對比，帶束層的周向力與胎體徑向力的分布是不相同的，RCOT輪廓在帶束層與胎圈部位的張力都大于傳統(tǒng)法輪廓，而上胎側(cè)問好位的張力RCOT輪廓小于傳統(tǒng)法輪廓。帶束層與胎體張力分布是采用“有限元法（FEM）分析獲得。圖15 RCOT理論的輪胎力學(xué)分析(3)RCOT理論的輪胎力學(xué)分析采用RCOT理論設(shè)計輪胎能有效地防止“雛曲“產(chǎn)生，這是于它在充氣、滾動以及轉(zhuǎn)彎時其帶束層張力均比傳統(tǒng)法的增高，而抑制“雛曲”現(xiàn)象。以下列舉兩種輪胎在各種狀態(tài)下帶束層張分布的情況。 圖16表明了以175/70SR13為例的轎車胎在充氣狀態(tài)下束層的張力分布情況，帶束層的中心區(qū)域大于兩側(cè)邊緣部位，采用RCOT理論設(shè)計的輪廓與傳統(tǒng)法相比在同一氣壓下提高了帶束層的應(yīng)力。在自由滾動狀態(tài)下帶束層張力的分布狀況見圖17所示，其應(yīng)力最大值中心區(qū)轉(zhuǎn)移到邊緣部位，采用RCOT理論設(shè)計的輪胎其帶束層張力仍然是大于傳統(tǒng)法的，由于帶束層張力的增加不能抑制地面中的“雛曲”現(xiàn)象，從而提高輪胎的接地性能。 175/70SR13 圖16 RCOT與傳統(tǒng)法輪廓充氣時帶束層張力的對比175/70SR13 圖17 自由滾動時RCOT與傳統(tǒng)法輪廓的帶束層張力對比圖18示出RCOT與傳統(tǒng)法輪胎在側(cè)向力F等于輪胎法向負(fù)荷的40%時，在轉(zhuǎn)彎情況下帶束層張力分布圖。從圖18年到帶束層的最大張力值增加了。張力峰值由帶束層中心向邊緣移動，RCOT輪胎的帶束層張力仍然高于傳統(tǒng)法輪胎，這意味著RCOT輪胎不通過增加材料就可減小帶束層“雛曲”的產(chǎn)生。帶束層張力（175/70SR13 F=110k圖18 轉(zhuǎn)彎時RCOT與傳統(tǒng)法輪廓的帶束層張力對比￡3TCOT 理論設(shè)計法 日本石橋公司在1987年提出并在1988年美國輪胎學(xué)會年會上發(fā)表輪胎最佳張力控制理論（TENSION CONTROL OPTIMIZATION THEORY）簡寫為TCOT理論。該理論用于載重子午胎，在不降低操縱穩(wěn)定性和耐磨性等重要性能情況下，可比普通形狀輪胎具有更高的胎圈和帶束層強度，并可提高節(jié)油率。TCOT理論是從輪胎最佳滾動輪廓理論（RCOT）發(fā)展而來的，這兩種設(shè)計方法的基礎(chǔ)理論都是應(yīng)用薄膜理論，但與傳統(tǒng)設(shè)計方法按靜態(tài)自然平衡輪廓設(shè)計輪胎有著原則上的區(qū)別，這兩種設(shè)計方法都以輪胎行駛時的形狀作為結(jié)構(gòu)設(shè)計的基本出發(fā)點，都通過控制帶束層、胎體和胎圈的張力分布來優(yōu)化最佳輪廓和提高輪胎綜合使用性能。因此它們使用的理論公式和采取的改進措施以及達到的效果都有許多相同與類似之處。(1)TCOT 理論產(chǎn)生的背景為了要提高輪胎的某些性能，但又不犧牲其它性能，即解決“二律背反性”難題。石橋公司先提出了RCOT理論主要用于轎車胎，采用張力控制技術(shù)的非自然平衡輪廓減少“雛曲”現(xiàn)象來改善輪胎的操縱穩(wěn)定性和滾動阻力，然而，對于載重胎承受高氣壓。高負(fù)荷和苛刻使用條件時的耐久性問題，因此RCOT理論必需發(fā)展才能適用于載重車胎。 載重車胎是個復(fù)雜的橡膠組合體，當(dāng)它承受氣壓、高負(fù)荷行駛時在帶束層與胎體簾布層端點會產(chǎn)生集中應(yīng)變，在持續(xù)的苛刻條件下使用，輪胎就會在薄弱的端點產(chǎn)生和擴大微細(xì)的裂口從而導(dǎo)致輪胎的損壞，而采用TCOT 理論設(shè)計輪胎就可防止薄弱點的應(yīng)力應(yīng)變集中和陰止裂口的發(fā)生與擴大，為達到此目的所采取的措施有：A、控制輪胎充氣時的張力分布；B、通過氯壓來控制輪胎輪廓的變化。(2)TCOT理論的特征TCOT理論是在RCOT理論的基礎(chǔ)上發(fā)展提出的。因此大部分理論公式如法向與徑向靜力平衡方程，帶束層張力，胎圈張力以及平衡輪廓等計算，有限元分析結(jié)果等理論公式，二者均為相同的。a、帶束層張力控制與分析根據(jù)薄膜理論靜力平衡方和計算帶束層的張力公式與上述RCOT理論相同，以同樣的論點來調(diào)節(jié)控制帶束層、胎體和胎圈的張力分布，從而設(shè)計出TCOT理論的輪廓形狀。與傳統(tǒng)法輪廓相比，TCOT輪廓的上胎側(cè)曲率半徑減?。▕A角θ?。トΣ课坏那拾霃皆龃?，見圖19所示。從RCOT帶束層張力公式（8）得出，TCOT輪廓的帶束層周向張力增大，帶束層相近處的胎體張力減小,而在胎圈部位的張力增大(見圖19).與RCOT輪廓的胎體張力分布趨勢相比，TCOT輪廓的張力分布變化比較平緩. 圖19 TCOT輪廓與張力分布b、胎圈張力控制與分析載重子午胎不管是否承受負(fù)荷，只要充于高氣壓就會導(dǎo)致胎體層端點的應(yīng)變，這種應(yīng)變是使輪胎產(chǎn)生和擴大裂口的主要原因之一，而TCOT設(shè)計的輪胎可通過控制由于氣壓引起的輪廓變化，從而減小這種應(yīng)變，這樣可達到提高輪胎耐久性?？刹豢紤]輪胎未充氣時的初始形狀，但一經(jīng)充氣后就會變成接近自然平衡輪廓。TCOT理論正好應(yīng)用此規(guī)律來控制充氣后的輪廓形狀變化，使至按我們力學(xué)分析的要求進行充氣輪廓的變化。TCOT設(shè)計的胎圈形狀與傳統(tǒng)設(shè)計的胎圈形狀在充氣過程中發(fā)生的變化不同，前者向輪輞邊緣方向移動，而后者向離開輪輞邊緣方向移動。（見圖20）這是由于TCOT輪廓在胎圈部位的曲率半徑比傳統(tǒng)輪廓大，而在接近帶束層的胎側(cè)曲率半徑比傳統(tǒng)輪廓小，這兩個因素促使充氣過程中傾向胎圈變形朝著輪輞邊緣方向移動，因此可使用胎體層端點（反包差級處）的應(yīng)變大小，同時也是因為胎體邊緣的膠料移動方向與胎體層端點移動方向接近一致之故。圖20 充氣后胎圈部位簾布層端點應(yīng)變的對比另外從張力控制角度來分析TCOT輪廓在胎圈部位的簾布層張力高于傳統(tǒng)輪廓如圖19所示，并且胎圈彎曲剛度也高于傳統(tǒng)的，為此在負(fù)荷下TCOT輪廓的胎圈變形和胎體簾布層端點的應(yīng)變均小于傳統(tǒng)的（見圖21）。圖21表示了采用有限元法計算結(jié)果，第五章 子午線輪胎帶束層設(shè)計與計算帶束層是子午線輪胎主要受力部件，它在很大程度上決定著胎體的變形，并承受著胎體的60~75%的應(yīng)力。帶束層的設(shè)計與計算是子午線輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計中的核心問題，引起廣大研究人員的極大關(guān)注，多年來，有關(guān)這方面的研究文章很多，涉及范圍較廣，只能對常見典型結(jié)構(gòu)進行介紹。167。1帶束層結(jié)構(gòu)設(shè)計帶束層結(jié)構(gòu)主要是指它的層數(shù)、簾線排列的角度和密度、排列方式、帶束層的厚度、寬度和長度以及所采用的簾線結(jié)構(gòu)與類型等，這些參數(shù)決定了帶束層的剛性，而帶束層的剛性會直接影響輪胎使用性能，如耐磨性、操縱穩(wěn)定、安全性和節(jié)能性等。帶束層的結(jié)構(gòu)設(shè)計形式很多，視輪胎類型和使用條件不同以及所用帶束層材料性質(zhì)等因素而異，下面分載重車與轎車子午線輪胎類型介紹。（一） 載重子午線輪胎（1）層數(shù)、角度、密度載重子午胎一般由三至四層組成，采用結(jié)構(gòu)形式常見的為層疊式。根據(jù)不同輪胎規(guī)格和使用條件來選用，如對大規(guī)格輪胎或路面差使用條件苛刻的情況下應(yīng)選四層結(jié)構(gòu)為宜，反之對輪胎規(guī)格小和使用條件好的則可選用三層結(jié)構(gòu)。A四層結(jié)構(gòu)帶束層四層結(jié)構(gòu)的排列設(shè)計（見圖22a）,第一層稱為過渡層簾線角度為55186。~65186。，它是最靠近胎體簾線的一層，主要起著使由90186。排列的胎體簾線角度過渡到接近周向排列的小角度帶束層，這樣可減小層間的剪切力，避免帶束層與胎體的脫層現(xiàn)象；第二、三層是帶束層結(jié)構(gòu)中主要承受應(yīng)力的簾布層稱為工作層，常用簾線角度為15186。23186。，它起著束縛子午線胎體向外膨脹的作用，這兩層所構(gòu)成的帶束層剛性可直接影響子午胎的耐磨性、操縱性和節(jié)油等使用性能；第四層稱為保護層，一般采用高伸長簾線，角度排列與二、三層相仿，它起著保護工作層的作用，同時起著防止產(chǎn)生胎面帶束層脫空的現(xiàn)象。提高輪胎使壽命與翻新率。B三層結(jié)構(gòu)國外載重子午胎多數(shù)采用三層結(jié)構(gòu)帶束層，第一層仍為過渡層簾線排列基本上與四層結(jié)構(gòu)相仿，僅把第四層保護層取消了（見圖22b）。它有減輕輪胎重量和簡化工藝的優(yōu)點。C下三層半結(jié)構(gòu)將第一層過渡層分為兩邊部，中間部分?jǐn)嚅_無簾布層（見圖22c）。這種結(jié)構(gòu)是法國米西林公司常用的結(jié)構(gòu)，它的優(yōu)點是降低了胎冠中間部位的剛性，使接地印痕面積中單位壓力分布均勻，從而提高胎面磨耗的均勻性。D上三層半結(jié)構(gòu)將帶束層的第四層改為分布在兩肩的0186。帶束層見圖22d，這種結(jié)構(gòu)能提高輪胎戶部剛性，可阻止帶束層端部所受的應(yīng)力和生熱，這是意大利皮列里公司推出的全鋼絲低斷面無內(nèi)胎載重子午線輪胎產(chǎn)品（見圖23）。據(jù)說與一般子午胎相比，燃料消耗降低5%，行駛里程提高20%；高速性能好，翻新率高[15]。圖22 載重子午胎帶束層結(jié)構(gòu)形式a、四層結(jié)構(gòu)； b、三層結(jié)構(gòu)； c、下三層半結(jié)構(gòu)；d、上三層半結(jié)構(gòu)1 過渡層；3工作層；4保護層圖23兩肩0186。帶束層低斷面無內(nèi)胎載重子午胎帶束層簾線角度的取值，既要考慮到帶束層對胎體的箍緊系數(shù)，又要照顧到便于加工。據(jù)說，帶束層角度大于20186。就不能使胎體獲得必要的箍緊效果；但角度太小，不僅使帶束層的裁斷和接頭等工藝操作大大復(fù)雜化，而且對輪胎的使用性能不利，容易導(dǎo)致帶束層脫層的危險。對子午胎耐磨性來說，帶束層簾線的最宜角為15186。20186。；但此角度在很大程度上取決于帶束層簾線模量，并在一定程度上決定于帶束層膠料的剝離強力，還與輪胎規(guī)格有關(guān)。帶束層的密度要根據(jù)所受的應(yīng)力和鋼絲簾線的直徑而定。第一層過渡層的密度可稀一些，主要保證與胎體的附著力，一般選用45根/CM左右；工作層的密度既要考慮確保輪胎受力的強度和所要求的安全倍數(shù)，又需用考慮簾線之間保持良好的附著力，要求有一定的膠量約5060%，一般為56根/CM，還要視鋼絲簾線的直徑而定；保護層的密度不宜太大，因要保證與胎面膠的附著力，大約34根/CM為好。（2） 寬度和長度帶束層的寬度一般宜大致與胎面相等；太窄胎面剛性和穩(wěn)定性差產(chǎn)生磨肩現(xiàn)象；過寬可能造成帶束層脫層。據(jù)文獻報導(dǎo)[16]，對