【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 ]dr…(2) 胎冠曲線區(qū)域rrr(從帶束層端點(diǎn)D到胎冠點(diǎn)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(jìn)行計(jì)算曲線與實(shí)測(cè)曲線對(duì)比，在胎圈和帶束層端部多少有點(diǎn)偏離如圖12所示。 15 Z175SR14—— 測(cè) 量 計(jì) 算 10cm 50 15 20 25 30 35 r cm圖12 子午胎斷面輪廓曲線測(cè)量與計(jì)算對(duì)比167。2 RCOT理論設(shè)計(jì)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(jiǎn)寫(xiě)為RCOT理論。這種新理論的設(shè)計(jì)思想是讓輪胎的胎面輪廓符合于滾動(dòng)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(jì)方法，由于原來(lái)的自然平衡輪廓理論是使充氣輪胎在靜態(tài)時(shí)具有均勻的胎體簾線應(yīng)力，但并不是輪胎行駛時(shí)滾狀態(tài)下的最佳形狀，因此必須探索滾動(dòng)時(shí)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(shí)滾動(dòng)狀態(tài)下的斷面輪廓，用來(lái)解決轎車(chē)產(chǎn)生偏離時(shí)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(huì)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(guò)增加補(bǔ)強(qiáng)材料會(huì)導(dǎo)致輪胎重量的增加不宜采用；后者若通過(guò)提高內(nèi)壓來(lái)增加帶束層張力，會(huì)使輪胎變硬、接地面積減小，帶來(lái)操縱穩(wěn)定性、振動(dòng)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(lái)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(jì)方法的基本出發(fā)點(diǎn)。（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(gè)軸對(duì)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(duì)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(jiàn)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(shuō)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(shí)，方程式（8）也表明輪胎的輪廓直接影響帶束層的受力，對(duì)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(shí)，帶束層的總張力會(huì)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(duì)自然平衡輪廓來(lái)說(shuō)，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(dòng)時(shí)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(jiàn)圖14），這種輪廓從上述帶束層張力基本關(guān)系式來(lái)逢，可起到增大帶束層張力的作用，人南昌達(dá)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(duì)比從張力平衡的觀點(diǎn)來(lái)看，RCOT輪廓與自然平衡不同之處，是將原來(lái)均勻分布的胎側(cè)張力分散到帶束層和胎圈部位（見(jiàn)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(duì)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(wèn)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(jì)輪胎能有效地防止“雛曲“產(chǎn)生，這是于它在充氣、滾動(dòng)以及轉(zhuǎn)彎時(shí)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(chē)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(jì)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(dòng)狀態(tài)下帶束層張力的分布狀況見(jiàn)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(jì)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(shí)帶束層張力的對(duì)比175/70SR13 圖17 自由滾動(dòng)時(shí)RCOT與傳統(tǒng)法輪廓的帶束層張力對(duì)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(shí)，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(dòng)，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(guò)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(shí)RCOT與傳統(tǒng)法輪廓的帶束層張力對(duì)比￡3TCOT 理論設(shè)計(jì)法 日本石橋公司在1987年提出并在1988年美國(guó)輪胎學(xué)會(huì)年會(huì)上發(fā)表輪胎最佳張力控制理論（TENSION CONTROL OPTIMIZATION THEORY）簡(jiǎn)寫(xiě)為T(mén)COT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(qiáng)度，并可提高節(jié)油率。TCOT理論是從輪胎最佳滾動(dòng)輪廓理論（RCOT）發(fā)展而來(lái)的，這兩種設(shè)計(jì)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(jì)方法按靜態(tài)自然平衡輪廓設(shè)計(jì)輪胎有著原則上的區(qū)別，這兩種設(shè)計(jì)方法都以輪胎行駛時(shí)的形狀作為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的基本出發(fā)點(diǎn)，都通過(guò)控制帶束層、胎體和胎圈的張力分布來(lái)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(jìn)措施以及達(dá)到的效果都有許多相同與類(lèi)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(chē)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(lái)改善輪胎的操縱穩(wěn)定性和滾動(dòng)阻力，然而，對(duì)于載重胎承受高氣壓。高負(fù)荷和苛刻使用條件時(shí)的耐久性問(wèn)題，因此RCOT理論必需發(fā)展才能適用于載重車(chē)胎。 載重車(chē)胎是個(gè)復(fù)雜的橡膠組合體，當(dāng)它承受氣壓、高負(fù)荷行駛時(shí)在帶束層與胎體簾布層端點(diǎn)會(huì)產(chǎn)生集中應(yīng)變，在持續(xù)的苛刻條件下使用，輪胎就會(huì)在薄弱的端點(diǎn)產(chǎn)生和擴(kuò)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(jì)輪胎就可防止薄弱點(diǎn)的應(yīng)力應(yīng)變集中和陰止裂口的發(fā)生與擴(kuò)大，為達(dá)到此目的所采取的措施有：A、控制輪胎充氣時(shí)的張力分布；B、通過(guò)氯壓來(lái)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(jì)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(jì)算帶束層的張力公式與上述RCOT理論相同，以同樣的論點(diǎn)來(lái)調(diào)節(jié)控制帶束層、胎體和胎圈的張力分布，從而設(shè)計(jì)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小），而胎圈部位的曲率半徑增大，見(jiàn)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(jiàn)圖19).與RCOT輪廓的胎體張力分布趨勢(shì)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(huì)導(dǎo)致胎體層端點(diǎn)的應(yīng)變，這種應(yīng)變是使輪胎產(chǎn)生和擴(kuò)大裂口的主要原因之一，而TCOT設(shè)計(jì)的輪胎可通過(guò)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(dá)到提高輪胎耐久性。可不考慮輪胎未充氣時(shí)的初始形狀，但一經(jīng)充氣后就會(huì)變成接近自然平衡輪廓。TCOT理論正好應(yīng)用此規(guī)律來(lái)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(jìn)行充氣輪廓的變化。TCOT設(shè)計(jì)的胎圈形狀與傳統(tǒng)設(shè)計(jì)的胎圈形狀在充氣過(guò)程中發(fā)生的變化不同，前者向輪輞邊緣方向移動(dòng)，而后者向離開(kāi)輪輞邊緣方向移動(dòng)。（見(jiàn)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(gè)因素促使充氣過(guò)程中傾向胎圈變形朝著輪輞邊緣方向移動(dòng)，因此可使用胎體層端點(diǎn)（反包差級(jí)處）的應(yīng)變大小，同時(shí)也是因?yàn)樘ンw邊緣的膠料移動(dòng)方向與胎體層端點(diǎn)移動(dòng)方向接近一致之故。圖20 充氣后胎圈部位簾布層端點(diǎn)應(yīng)變的對(duì)比另外從張力控制角度來(lái)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(diǎn)的應(yīng)變均小于傳統(tǒng)的（見(jiàn)圖21）。圖21表示了采用有限元法計(jì)算結(jié)果，第五章 子午線輪胎帶束層設(shè)計(jì)與計(jì)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(jì)與計(jì)算是子午線輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的核心問(wèn)題，引起廣大研究人員的極大關(guān)注，多年來(lái)，有關(guān)這方面的研究文章很多，涉及范圍較廣，只能對(duì)常見(jiàn)典型結(jié)構(gòu)進(jìn)行介紹。167。1帶束層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)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(zhǎng)度以及所采用的簾線結(jié)構(gòu)與類(lèi)型等，這些參數(shù)決定了帶束層的剛性，而帶束層的剛性會(huì)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(jì)形式很多，視輪胎類(lèi)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(chē)與轎車(chē)子午線輪胎類(lèi)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(jiàn)的為層疊式。根據(jù)不同輪胎規(guī)格和使用條件來(lái)選用，如對(duì)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(duì)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(jì)（見(jiàn)圖22a）,第一層稱為過(guò)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(guò)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(hù)層，一般采用高伸長(zhǎng)簾線，角度排列與二、三層相仿，它起著保護(hù)工作層的作用，同時(shí)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(guó)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(guò)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(hù)層取消了（見(jiàn)圖22b）。它有減輕輪胎重量和簡(jiǎn)化工藝的優(yōu)點(diǎn)。C下三層半結(jié)構(gòu)將第一層過(guò)渡層分為兩邊部，中間部分?jǐn)嚅_(kāi)無(wú)簾布層（見(jiàn)圖22c）。這種結(jié)構(gòu)是法國(guó)米西林公司常用的結(jié)構(gòu)，它的優(yōu)點(diǎn)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(jiàn)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(wú)內(nèi)胎載重子午線輪胎產(chǎn)品（見(jiàn)圖23）。據(jù)說(shuō)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(guò)渡層；3工作層；4保護(hù)層圖23兩肩0186。帶束層低斷面無(wú)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(duì)胎體的箍緊系數(shù)，又要照顧到便于加工。據(jù)說(shuō)，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(duì)輪胎的使用性能不利，容易導(dǎo)致帶束層脫層的危險(xiǎn)。對(duì)子午胎耐磨性來(lái)說(shuō)，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(qiáng)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(guò)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(qiáng)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(hù)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(zhǎng)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(guò)寬可能造成帶束層脫層。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)[16]，對(duì)