轮胎设计与工艺学8第三章普通轮胎结构设计.ppt

轮胎结构设计,第三章 结构设计,第四节 胎面花纹设计,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。,第四节、胎面花纹设计,1.胎面花纹的作用 防滑、装饰、散热作用 传递车辆牵引力、制动力及转向力 使轮胎与路面有良好的接着性能 保证车辆安全行驶。 胎面花纹直接影响轮胎的使用性能和寿命。,干燥路面上行驶，轮胎胎面的花纹影响不大，其摩擦系数值均为0.60.8左右，也有高达1.0的。 在潮湿路面上则明显不同，按不同花纹形式其排列顺序为：横向花纹 曲折花纹 纵向花纹无花纹，摩擦系数由0.3降至0，可见胎面花纹的重要作用。,2.胎面花纹设计的基本要求 轮胎与路面纵向和侧向均具有良好的接着性能。 胎面耐磨而且滚动阻力小。 使用时生热小，散热快、自洁性能好，而且不裂口、不掉块。 花纹美观、低噪音，而且便于模具加工。,3.花纹饱和度的计算 花纹饱和度：花纹块面积占轮胎行驶面面积的百分比叫花纹饱和度。其计算公式为：,花纹饱和度的大小影响轮胎的使用性能。适宜的花纹饱和度能提高轮胎的耐磨性，延长使用寿命，减小滚动阻力，降低油耗。,式中，S1花纹块面积； S2花纹沟面积； S胎面行驶面面积；,4胎面花纹设计内容,（1）花纹类型选取 花纹类型分为普通花纹、混合花纹和越野花纹三类。 普通花纹 特点：花纹沟窄小，花纹胶块大，花纹饱和度7080%，经验证明以78%左右的胎面花纹耐磨性能最佳。,适宜路况：在较好的水泥、柏油及泥土路面。 按其花纹沟分布形式一般分为横向花纹和纵向花纹。,横向花纹 花纹沟排列方向垂直或接进垂直于行驶面圆周方向，如烟斗花纹、羊角花纹、八角花纹等。,优点：横向花纹有良好的耐磨和纵向防滑性能，尤其能减少花纹沟夹石子和花纹沟基部裂口现象。横向花纹抓着力强、爬坡性能好，适用于一般路面。通常载重轮胎常选用横向花纹。,不足：花纹胶块较大而且又是横向排列，因而散热性能和防滑性能较差，特别是加深花纹时，若设计不当，极易产生肩空，肩裂和胎面磨耗不均等缺陷。 一般可采取增加胎面花纹等分数或改进肩部花纹设计，增强胎肩支撑性等方法加以改进。,b.纵向花纹 花纹沟近似条状。平行于轮胎行驶面圆周中心线。如波浪形、曲折形和弓形等花纹，见图所示。,纵向花纹:滚动阻力小、速度快，有良好的散热性能和防滑性能，不容易出现肩空，但纵向花纹容易夹入石子及沟底基部裂口，抗纵滑性能和耐磨性能也不如横向花纹。一般在水泥、柏油等路面上行驶的载重轮胎可选用纵向花纹。,c.轿车轮胎花纹所选用的纵向花纹 与载重轮胎普通花纹不同之处是花纹沟较多而窄小，多设计而不规则排列的变节距花纹，利于在高速行驶中降低噪音，提高防滑性能。,轿车轮胎的纵向花纹采用割细槽的方法，既可增大花纹的柔软性和散热性，同时利于排水和与路面接着。这种割槽式细缝花纹又称为刀槽花纹，一般刀槽宽度为0.40.6mm，刀槽深度为58mm,刀槽形状有波浪形或斜线形等。,越野花纹 花纹特点：饱和度4050%, 花纹沟宽度大，花纹沟较深，具有优越的抓着性能，可提高车辆的通过性能和牵引性能。但行驶中滚动阻力大，胎面胶块磨耗不均匀，行驶噪音大，不宜在良好路面上使用。 适用路况：无路面或条件差的路面。 适用车辆：军用越野车、工程车和吉普车的轮胎上,作用坏境较差的山路、矿山,建筑工地及松土、雪泥地等使用越野花纹。,无向越野花纹如马牙花纹，横向分布于行驶面上，无规定方向;有向越野花纹如人字形花纹，有方向性分布，因此其防侧滑性能和自洁性能优于无向越野花纹，但使用时有方向性，给轮胎保养换位带来不便。,花纹沟分布形式：有向花纹和无向花纹两种,混合花纹是介于普通花纹和越野花纹之间的一种过渡型花纹。 花纹特点:中部为纵向普通花纹，肩部为横向宽沟槽，类似越野花纹，花纹饱和度6070%。混合花纹对路面抓着性能优于普通花纹，但不及越野花纹。 不足：耐磨性能不如普通花纹，尤为明显是胎肩部花纹容易产生磨耗不均匀或掉块的弊病。 适用路况及车辆：混合花纹适用于城乡运输的轻型载重轮胎。混合花纹结合纵向花纹和横向花纹的特点，适用于多种路面。,（2）胎冠部花纹设计,花纹沟深度确定 设计依据：花纹沟深度根据轮胎类型和规格，花纹类型，胎体强度，车辆的行驶速度以及要求达到的行驶里程，综合起来考虑确定。 通常胎体强度高的轮胎，以胎面磨耗程度衡量轮胎的使用寿命，试验测得，轮胎每行驶1000km，胎面磨耗量约为0.140.l5mm。,用轮胎标准行驶里程和轮胎千公里磨耗量计算花纹沟深度，计算公式为:,花纹沟深度=轮胎标准行驶里程,因此增加花纹沟深度，可提高轮胎的行驶里程，近年来花纹沟已趋向加深方向发展。,花纹沟深度增加带来的弊病： 增大花纹胶块的柔软性，随之增大胶块移动性和滚动阻力，生热性能也提高，从而导致胎面磨耗不均匀、耐磨性能降低及花纹沟底裂口，反而使轮胎使用寿命降低，耗胶量增加。 因此确定花纹沟深度不能单从行驶里程方面考虑，应控制在一个合理的范围内。,载重轮胎普通花纹深度一般为1115mm，加深花纹为152Omm。规格大、胎体强度高的轮胎花纹深度可加深；越野花纹比同规格的普通轮胎略深1530%。 为提高轮胎的牵引性能，国外采用超深沟大型胶块花纹，如9.00-20以上规格轮胎，花纹深度可高达25mm。 裁重轮胎根据规格、结构及花纹类型的不同有不同的花纹沟深度范围。,载重轮胎胎面花纹深度,注：表中所示是美国“TRA“年鉴建议花纹深度范围。,表2-4 轿车轮胎胎面花纹深度,轿车轮胎花纹深度一般较浅，约为71Omm，尤其是高速轿车轮胎花纹不宜过深，以免因滚动阻力增加，胎体生热过高。,拖拉机驱动轮胎和工程机械轮胎的花纹深度比较大 拖拉机驱动轮胎 一般花纹深度约为254Omm 水田拖拉机轮胎由于在水田环境中作业,要求具有良好的浮力和牵引力，以及自洁性能要好，其花纹饱和度只有1520%，花纹沟深度比一般拖拉机轮胎增加一倍左右，中国南方水田的泥脚深度约为15025Omm，花纹沟深度一般为7090mm。,工程机械轮胎 花纹深度应随规格增大而加深， 12.0016.00的工程轮胎 普通花纹深度为2228.5mm； 加深花纹为33.551mm； 超加深花纹为5971mm； 24.0036.00工程轮胎 普通花纹深度为3855mm； 加深花纹为5782mm； 超加深花纹为951l7mm。,花纹沟宽度的确定 确定依据：花纹沟宽度和花纹块宽度应根据轮胎类型、规格及花纹形状，结合花纹饱和度等因素考虑，合理设计花纹沟宽度，有利于提高胎面的耐磨性能和抓着性能。 花纹沟宽度对性能影响：花纹沟宽度增大，相对会使花纹胶块减小，增大胎面的柔软性，从而增大其与路面的抓着力与散热性能，改善沟底裂口及夹石子现象，但相反会使胎面掉块或不耐磨。,花纹沟宽度不宜过宽而且要求分布均匀 载重轮胎普通花纹沟宽度约为916mm,花纹块宽度不得小于花纹沟宽度的2倍，分布大小不宜差异太大； 轿车轮胎花纹沟多而窄，花纹沟宽度一般为35mm； 越野花纹沟较宽，通常花纹沟宽度等于或大于其花纹沟深度，甚至高达4倍。,花纹沟基部胶厚度的确定 花纹沟基部厚度与花纹沟深度有关 花纹沟深度花纹沟基部厚度胎冠部厚度 花纹沟基部厚度应根据轮胎类型、花纹形状确定 花纹沟基部厚度约为花纹沟深度（2550）%， 一般载重轮胎横向普通花纹不易裂口，基部厚度可选低值，纵向花纹基部胶厚度则不宜过薄。不同花纹类型载重轮胎花纹沟基部胶厚度占花纹深度的比例如表2-5所列。,表2-5 载重轮胎花纹基部胶厚度占花纹沟深度比例范围,花纹排列角度及花纹沟断面形状设计 花纹沟在行驶路面上的排列角度应避免与胎冠帘线角度重合，一般胎冠角度为4850，花纹排列角度与之相差至少3以上，以免花纹块底部胎体帘线因受应力作用而折断或爆破，尤其越野花纹类型更甚。 花纹排列角度通常为斜角排列, 但切忌设计带有锐角的花纹胶块，以免造成胶块崩花和掉块，影响轮胎使用寿命。,花纹沟的断面形状见图211所示,纵向花纹排列角度一般取30(与行驶面中心线所夹角度),越野花纹常取45、60或90角排列。 胎肩部位的横向花纹沟宜采用向外放大的设计，利于排泥自洁。,花纹沟断面设计原则： 1、花纹沟具有良好自洁性，不易夹石子和基部不裂口。 2、花纹沟底部应采用小圆孤与沟壁相切，形成向上开放的U形沟槽。,花纹沟壁倾斜角度:横向花纹为1520,纵向花纹为812,沟底圆弧半径R不宜过小，以免呈V状造成沟底裂口,R约为13mm，亦可用下式计算。,式中 R花纹沟底弧度半径，mm； B花纹沟宽度，mm； 花纹沟璧倾斜角度，度; h花纹沟深度，mm,纵向普通花纹常用的窄花纹沟，但为改善花纹沟夹石子及裂口现象，可设计为单边双层和双边双层花纹沟。 越野花纹与普通花纹不同之处是花纹沟宽度大，其两侧沟壁斜角度不同，例如有向花纹先着地一侧为前角，倾斜角度取1520，后着地一侧为后角，取2530,前后角度约相差 10,前角小可提高花纹块对土壤的抓着力。后角大可增加花纹块基部的坚固性及花纹离地时的自洁性。,花纹间距的确定 花纹间距根据花纹类型、花纹形状及花纹饱和度等因素确定。 花纹间距分为均等和不均等两种。载重轮胎采用均等花纹，轿车轮胎多采用不均等的变节距花纹，可防止谐振噪音的产生，一般花纹最大的间距与最小间距之差不宜小于2025%。花纹间距越大，花纹等分数越少，花纹等分数又称为花纹节数，应取偶数值，便于花纹平分。花纹间距计算公式为：,式中 D外胎外直径，mm； n 花纹节数； tc花纹间距值，mm。,（3）胎肩部花纹设计 设计要求： 应配合胎面花纹进行设计； 要具有一定的支撑性能及良好的散热性能； 胎部位花纹通常呈辐射状排列，花纹沟深度为一深一浅间隔排列。 载重轮胎宜设计间断的花纹块，轿车轮胎则设计连续性花纹。,胎肩部位花纹间距计算：可用下式计算，即将外胎外直径减去两倍的行驶面弧度高h代入下式而得,表2-6 花纹沟设计参数实例,表2-7 国外轮胎胎面花纹设计参数,（4）其它方面设计 胎面排气孔和排气线，上胎侧防擦线，下胎侧防水线及胎面磨耗标记等。 上胎侧防擦线 作用：保护胎侧免受机械损伤； 位置：胎肩切线下端，也可在水平轴附近，但不宜设在水平轴位置处，以免胎体变形； 尺寸：中型载重轮胎：宽度为152Omm，厚度为1mm左右。 轿车轮胎：宽度为1020mm,厚度为0.5mm左右，防擦线两端应采用小弧度与胎侧轮廓线相切，用以加固防擦线胶条强度。,防擦线,防擦线,下胎侧防水线 作用：用以防止泥水进入胎圈与轮辋之间，起保护作用；同时起安装定位作用。 位置：设于胎圈部位靠近轮辋边缘处。 尺寸：根据轮胎规格大小,可设13条防水线，其宽度为25mm，厚度为0.51.5mm。,排气孔和排气线 作用：排除硫化过程中模腔内的空气，使胎胚胶料充分流动，保证轮胎花纹清晰而不缺胶 位置：一般设在胎面及胎侧部位，在胎肩、胎侧、下胎侧防水线、上胎侧防擦线和花纹块斜角端部等位置处 数量及尺寸：直径为0.61.8mm，其数量应根据花纹形状和轮胎规格确定，数量不宜过多，以保证不缺胶为准，在防擦线和防水线上一般可按816等分钻孔。,胎面磨耗标记 一般设在胎面主花纹沟底部。沿轮胎圆周共没6个或8个间隔均匀的胶台作为磨耗标记。 载重轮胎磨耗标记高度为2.4mm；轿车轮胎胎面磨耗标记一般高1.6 mm，长512mm；重型载重轮胎则为3.2mm，长度均为40mm左右，图2-14为胎面磨耗标记示意图。,花纹展开图,思 考 题,1轮胎负荷能力计算公式中，为何必须采用在理想轮辋上用充气断面宽S进行计算?计算S的通式有几种?如何选用? 2轿车轮胎与载重轮胎负荷能力计算公式有何不同? 分析说明。 3绘出外胎断面示意图，并标出断面各部位代号，说明各代号的含义。 4用轮胎各部位代号及比值等技术参数，列出外胎外轮廓设计程序。 5汽车轮胎的花纹类型有几