【文章內(nèi)容簡介】 較如下圖26所示。普通斷面輪胎 低斷面輪胎圖26 普通輪胎與子午胎的比較從汽車的發(fā)展歷史來看，20世紀(jì)初的汽車輪胎橫截面幾乎是圓形，胎壁與胎寬一樣，因此扁平率為1。一直到二次大戰(zhàn)后才出現(xiàn)了扁平率1以下的輪胎，有了稍微扁平的輪胎；?，F(xiàn)在興起的低扁平化輪胎與地面接觸面大，抓地力強(qiáng)，除了具有操縱穩(wěn)定性好外，還具有高速耐久力好和制動力好的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)楸馄捷喬ゲ蝗菀桩a(chǎn)生“駐波”?！榜v波”是一種導(dǎo)致輪胎變形的物理現(xiàn)象，“駐波”越多輪胎變形越大。扁平輪胎具有較強(qiáng)的制動能力，這是因?yàn)榈捅馄交喬ネǔＰ枰笾睆降妮喨砼浜?，較大的輪圈可以容納更大尺寸的制動盤（鼓），制動盤（鼓）直徑越大，制動力就越大。但同時低扁平化輪胎內(nèi)的空氣層厚度小，緩沖和減震相對減弱，導(dǎo)致舒適性較差，因此需要相應(yīng)的懸掛結(jié)構(gòu)來配合。現(xiàn)在的轎車普遍用子午線真空輪胎（無內(nèi)胎輪胎），商用汽車也普遍使用子午線輪胎，扁平化輪胎的優(yōu)越性已被人們認(rèn)識，輪胎向扁平化方向發(fā)展是一個必然趨勢。無內(nèi)胎輪胎(TUBELESS)也稱真空胎，有的地方也叫空心胎。顧名思義，無內(nèi)胎輪胎也就是輪胎里面沒有內(nèi)胎。其實(shí)，無內(nèi)胎輪胎并不是沒有內(nèi)胎，它只不過是把內(nèi)胎，更科學(xué)、更進(jìn)步地用另外一種材料、另外一種方法和外胎溶為了一體。無內(nèi)胎輪胎的內(nèi)側(cè)表面附有一層高密封性的密封膠膜(一般多用氧化丁基膠)，緊緊地貼在輪胎的內(nèi)部。當(dāng)釘子等物一刺入，空氣在從洞口外泄時，胎內(nèi)膜立刻隨著 空氣的外流而收縮堵住洞口。膠膜與輪胎一體，其間沒有漏氣的空隙。另外，進(jìn)氣口只有一個，輪胎口和輪圈的嚴(yán)密咬合，也不會漏氣。因此，當(dāng)輪胎被鐵釘?shù)任锎?入以后，空氣不是突然流失，只能從被刺的地方慢慢地漏出(因?yàn)閮?nèi)膜收縮堵住了洞口，所以空氣流失很慢)，可以給駕駛員充裕的時間進(jìn)行處理，這樣，既不會因 為空氣的突然流失而發(fā)生車禍(車速快時，前輪突然漏氣，往往造成車輛側(cè)翻等惡性事故)，也不會因突然漏氣而碾壞外胎。因此，從安全角度講，真空胎是高速行車最為理想的輪胎。如圖27所示。無內(nèi)胎漏氣慢 有內(nèi)胎空氣急劇泄露圖27 有內(nèi)胎與無內(nèi)胎的比較（1）安全性能高1）無內(nèi)胎在被異物刺穿后，氣壓不會迅速消失，仍能行駛幾十公里2）提高車輛行駛安全性，同時容許輪胎得到更換和修補(bǔ)由于無內(nèi)胎行駛面寬，接地面積大，地面附著性好， 縮短制動距離，轉(zhuǎn)向穩(wěn)定性高，安全更有保證。3）轉(zhuǎn)向時操控性能好4）制動距離短，剎車更平穩(wěn)無內(nèi)胎輪胎的輪輞與剎車鼓距離大，有利于散熱，減少胎圈分層。5）高速性良好6）安全性能更佳由于沒有內(nèi)胎/墊帶，加之接地面更加穩(wěn)定，運(yùn)行時無內(nèi)胎輪胎生熱少，散熱快。7）生熱量小，高速性能好8）運(yùn)行更加安全無內(nèi)胎輪胎斷面低，外直徑小，可降低卡客車重心。9）使貨運(yùn)更加平穩(wěn)、更加安全10）可降低客車車門入口高度， 使顧客上下車更加安全方便（2）經(jīng)濟(jì)性好1）較高的性價比 HN08(等效替換)為例， HN08低35元左右， HN08提高10%左右。 HN08。2）滾動阻力低，耗油率降低2%由于無內(nèi)胎輪胎周向剛性大、滾動阻力低，對比斜交線輪胎可節(jié)省6 – 10%的燃料，考慮到路況、停車、啟動等因素的影響，保守估計無內(nèi)胎輪胎的節(jié)油率應(yīng)在2% 左右。3）車身重量減輕，可降低車輛油耗采用無內(nèi)胎輪胎，輪胎/輪輞組合體重量減少20kg左右。如果28所示。圖28 有內(nèi)胎與無內(nèi)胎的結(jié)構(gòu)差異4）接地壓力比較均勻，無內(nèi)胎輪胎磨損均勻，磨損壽命遠(yuǎn)遠(yuǎn)長于有內(nèi)胎輪胎,使用壽命延長5）輪胎磨損均勻，花紋再刻機(jī)會增加6）有利于環(huán)境保護(hù)7）無內(nèi)胎行駛面寬，接地面積大，而且接地壓力均勻，接地比壓低，減少輪胎對于路面的破壞。無內(nèi)胎行駛面寬，胎面周向剛性大，輪胎磨損壽命增加。意味著減少固體廢物的產(chǎn)生。 8）無內(nèi)胎輪胎滾動阻力小，可以降低燃料消耗，從而減少汽車尾氣排放。9）無需內(nèi)胎、墊帶部件，減少生產(chǎn)、運(yùn)輸資源（原材料、能源及人力）的消耗使用無內(nèi)胎輪胎，對于輪圈的要求比較嚴(yán)格，輪圈必須沒有碰撞過，沒有銹蝕，必須經(jīng)過氣密性試驗(yàn)，不能有沙眼，否則，輪胎口和輪圈的咬合不嚴(yán)，無法充氣。3. 結(jié)構(gòu)設(shè)計及計算輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計方法不外乎有兩種：一種是從外輪廓到內(nèi)輪廓的設(shè)計，這是輪胎行業(yè)的傳統(tǒng)設(shè)計方法，另一種是從內(nèi)輪廓到外輪廓的設(shè)計。從外輪廓到內(nèi)輪廓的設(shè)計是一種經(jīng)驗(yàn)和傳統(tǒng)的設(shè)計方法，它比較適應(yīng)產(chǎn)品在市場上的特點(diǎn)和需求。從內(nèi)輪廓到外輪廓的設(shè)計，是設(shè)計方法的升華，克服了經(jīng)驗(yàn)設(shè)計缺少理論指導(dǎo)的不足，具有其科學(xué)性并能適應(yīng)時代發(fā)展的需要。但它必須在大量實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，形成比較完善的理論，這一課題是世界輪胎行業(yè)一直不斷研究的內(nèi)容。在設(shè)計依據(jù)確定后，根據(jù)收集的技術(shù)資料和該產(chǎn)品執(zhí)行的最新標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，確定技術(shù)性能要求，作為設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)。技術(shù)性能內(nèi)容包括：輪胎類型（輪胎規(guī)格、簾布層、胎面花紋）、基本參數(shù)（最大負(fù)荷、相應(yīng)氣壓、適用輪輞類型、允許使用輪輞類型）、主要尺寸（輪胎充氣外直徑和斷面寬、輪胎負(fù)荷下靜半徑和斷面寬等）、內(nèi)胎氣門嘴形式和行駛里程等。其中輪胎最大負(fù)荷與充氣壓力、充氣斷面寬和輪輞直徑等因素有關(guān)，因此首先要進(jìn)行負(fù)荷計算，以確保設(shè)計達(dá)到輪胎的質(zhì)量和性能要求。負(fù)荷能力的計算有幾個公式，但應(yīng)用較多的為TRA推薦方法，它比較明確的將轎車胎、載重胎、斜交胎和子午胎的計算方法區(qū)別開來，與實(shí)際使用的輪胎情況吻合較好。根據(jù)美國TRA工程設(shè)計手冊，公制轎車輪胎負(fù)荷能力計算公式為： W=K105(DR+Sd) (31)式中：W—負(fù)荷(kg)K—負(fù)荷系數(shù)，P—?dú)鈮?kPa)，240kpaDR—輪輞直徑(mm)，選定R16=Sd—扁平輪胎在理想輪轂上的端面寬度，mmSd=H?? (32)式中：H—新胎斷面高度129mmA=名義高寬比（扁平率），由公式32計算可得：Sd=129*[*()()] =178mm由公式31計算可得：W=**105***(+178)=813kg 子午線輪胎由于采用起箍緊作用的鋼絲簾線作帶束層，胎體簾線采用伸張較小的鋼絲簾線，所以充氣外直徑和斷面寬變化較小。一般D`/D=~ B`/B=~充氣直徑D`范圍:~充氣斷面寬B`范圍：~外直徑D=斷面寬B=215mm胎圈著合直徑的確定，原則上應(yīng)滿足輪胎裝卸方便和著合緊密，～。 當(dāng)外胎的外直徑和輪輞的著合直徑確定以后，外胎斷面高H輕而易舉得到，H=Dd2 (33)由公式33計算可得：H=()/2=129mm。如圖31所示。圖31 斷面水平軸位置斷面水平軸所在部位是輪胎斷面最寬點(diǎn)的位置，是負(fù)荷下法向變形最大部位，該設(shè)計為保證在標(biāo)準(zhǔn)輪輞下使用變形仍發(fā)生在最寬點(diǎn)，取H1/H2=~。一般而言，有內(nèi)胎的子午線輪胎由于使用中速度較慢，負(fù)荷較大，胎圈部位受力較大，設(shè)計時斷面水平軸遠(yuǎn)離胎圈部位，減小胎圈部位變形，H1/H2一般取等于或大于1，相反無內(nèi)胎子午線輪胎的速度較高，胎冠部位是主要受力區(qū)，因此，H1/H2取小于1，使斷面水平軸遠(yuǎn)離胎冠部位。一般情況下，在寬輪輞設(shè)計中，裝在窄輪輞上，會造成胎圈應(yīng)力集中而早期損壞，所以，適當(dāng)增加H1/H2的值。對于深花紋輪胎，由于花紋深度使H2增加，應(yīng)適當(dāng)減小H1/H2值。輪胎兩胎踵間的距離，稱為胎圈著合寬度C。近年來由于輪胎進(jìn)一步扁平化，從輪胎的應(yīng)力分布和工藝需要，現(xiàn)在的子午胎普遍采用加寬輪輞設(shè)計。即在標(biāo)準(zhǔn)輪輞寬度的基礎(chǔ)上加大其寬度做為設(shè)計輪輞寬度，一般：轎車子午胎加寬2；輕卡子午胎加寬1；，設(shè)計斷面寬增加約5mm子午線輪胎接地印痕長軸較短，為了不減少接地面積，應(yīng)隨著高寬比的減小而適當(dāng)增加行駛面寬度b，減小弧度高h(yuǎn)，可以改進(jìn)輪胎的制動性能和耐磨性能，同時帶束層剛性大時，也應(yīng)采用較小的h，以增加接地面積。一般取b/B=~，h/H=~b=~=*215~*215=~h=~=*129~*129 =~行駛面寬度一般不超過下胎側(cè)弧度和輪輞曲線交點(diǎn)之間的距離。高速輪胎行駛面寬度應(yīng)比常速輪胎窄，通常取斷面寬的65~70%，以改善肩部應(yīng)力狀況和減小滾動損失。bh =~=~ 外輪廓弧度如下圖32所示。 圖32 外輪廓弧度R1=b28?h+h2 (34)式中：R1—胎冠弧度（mm）b—行駛面寬（mm）h—弧度高（mm）取b=170mm，取h=4 由公式34計算可得：R1=(1702/8*4)+2=905mmR4=H2h2+Bb24L2Bb (35)式中：L—胎肩切線長度，在輪胎斷面中心軸上的投影長度約為H2的50%L=2*H22 (36)由公式36計算可得：L=由公式35計算可得：R4=[()2+(215180)2/]/(215180)= 胎圈曲線弧度設(shè)計，根據(jù)輪輞邊緣曲線設(shè)計，設(shè)計上要求兩者較好的吻合，～。 胎踵半徑R8大于輪輞相應(yīng)部位半徑，一般來講，對不同的輪輞不同的著合傾斜角取不同的半徑。下胎側(cè)與胎圈之間的過渡輪廓R6比斜膠胎大，一般取值為50~60mm?；y根據(jù)胎冠弧長設(shè)計，因此要計算胎冠弧長。胎冠由兩個弧度半徑組成的，弧長S的計算方法：S=?R1?α (37) 式中：R1—胎冠弧度（mm）α=2arcsin1b2R1 (38)由公式38計算可得：α=由公式37計算可得：S= 輪胎胎面花紋一般分為普通花紋、混合花紋和越野花紋三種。 公路花紋：花紋塊面積占行駛面總面積的70%~80%； 混合花紋：花紋塊面積占行駛面總面積的60%~70%； 越野花紋：花紋塊面積占行駛面總面積的40%~50%。在輪胎的輪廓確定的條件下，將各部件合理的分布，是材料分布的關(guān)鍵，這部分主要是部件材料的選擇及強(qiáng)度計算。胎體骨架材料發(fā)展到目前為止，歸納起來有四種：普通鋼絲；高伸長鋼絲：主要用于帶束層的頂層，緩沖輪胎受到的沖擊，保護(hù)帶束層不受到損傷；開放式鋼絲：這種輪胎捻度較松，簾線縫隙大，因此壓延和硫化時膠料易滲透到鋼絲簾線縫隙，從而使膠料與鋼絲簾線的粘合性有所提高；緊密型鋼絲。鋼絲簾線結(jié)構(gòu)要根據(jù)其使用部位來選擇，胎體用的鋼絲簾線和帶束層用的鋼絲簾線是不同的，胎體簾線要求柔軟、剛度要低，這樣可提高汽車行駛的舒適性，因此單絲粗度一般在0．15～0．22mm，為了提高子午線輪胎的質(zhì)量及經(jīng)濟(jì)效益，必須選好胎體鋼絲結(jié)構(gòu)，可按不同規(guī)格輪胎胎體簾線所需強(qiáng)度來選擇鋼絲簾線結(jié)構(gòu)。根據(jù)原材料發(fā)展方向，目前國內(nèi)外全鋼絲子午胎胎體材料均為1層鋼絲簾布，如圖33所示。圖33 外胎胎體單根簾線受張力計算圖簾線拉伸應(yīng)力計算公式：N=PRk2R022Rkik (39 )式中：N —單根簾線伸張應(yīng)力，根數(shù)P —輪胎充氣壓力，kPaRk —胎里半徑(胎冠部第一簾布層半徑)，cmR0 —零點(diǎn)半徑(外胎斷面水平軸至旋轉(zhuǎn)軸間的距離) ,cmik —胎冠部位簾線密度，根／cmik=i0R0Rk (310)式中：i0 —簾線壓延密度(設(shè)計為10根/cm)由公式310計算可得：ik=10*29/33 =由公式39計算可得：N=[*240*（332292）]/2*33*=胎體簾線安全倍數(shù)計算公式：K=SN (311)式中：K—簾線安全倍數(shù)由公式311計算可得：K=子午線輪胎一般要求K≥7倍，故負(fù)荷要求。鋼絲圈應(yīng)力T=PRk2R022 (312)式中：T—鋼絲圈承受的應(yīng)力，NP—輪胎充氣壓力 ，kPaRk —胎里半徑，cmR0 —零點(diǎn)半徑，cm由公式312計算可得：T=[*240*(332292)]/2=2976N 應(yīng)用公式N=P?ρn?w?cosα2 (313)式中：N—帶束層簾線所受應(yīng)力，kg/根P—內(nèi)壓，kPaρ—帶束層平均直徑，n—帶束層層數(shù),4層w—帶束層密度，根/cmα—帶束層角度由公式313計算可得：N=[240*]/4**()2 =安全倍數(shù)的計算：K`=SN (314)式中：K`—安全倍數(shù)（轎車子午胎910倍，）S—單根簾線強(qiáng)力，kg/根K`==，故安全倍數(shù)符合要求。簡言之，輪胎花紋的主要作用就是增加胎面與路面間的磨擦力，以防止車輪打滑，這與鞋底花紋的作用如出一轍。輪胎花紋提高了胎面接地彈性，在胎面和路面間切向力(如驅(qū)動力、制動力和橫向力)的作用下，花紋塊能產(chǎn)生較大的切向彈性變形。切向力增加，切向變形隨之增大，接觸面的“磨擦作用”也就隨之增強(qiáng)，進(jìn)而抑制了胎面與路面打滑或打滑趨勢。這在很大程度上消除了無花紋(光胎面)輪胎易打滑的弊病，使得與輪胎和路面間磨擦性能有關(guān)的汽車性能——動力性、制動性、轉(zhuǎn)向操縱性和行駛安全性的正常發(fā)揮有了可靠的保障。有研究表明，產(chǎn)生胎面和路面間磨擦力的因素還包括有這兩面間的粘著作用，分子引力作用以及路面小尺雨微凸體對胎面貌一新微切削作用等，但是，起主要作用的仍是花紋塊的彈性變形。（1）胎面花紋設(shè)計的基本要求胎面花紋必須與路面有良好的接著性能。胎面花紋要耐磨、滾動損失小。（2）胎面花紋的類型胎面花紋可以分為三大類，條形花