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 6 0 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70 80 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 柏油及泥土路面上行驶 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 此种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 但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 4 0 6mm 刀槽深度为5 8mm 刀槽形状有波浪形或斜线形等 越野花纹花纹特点 饱和度40 50 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 只是因使用时有方向性 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60 70 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 14 0 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 加深花纹会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11 15mm 加深花纹为15 2Omm 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15 30 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7 1Omm 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25 4Omm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15 20 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150 25Omm 花纹沟深度一般为70 90mm 工程机械轮胎花纹深度应随规格增大而加深 12 00 16 00的工程轮胎普通花纹深度为22 28 5mm 加深花纹为33 5 51mm 超加深花纹为59 71mm 24 00 36 00工程轮胎普通花纹深度为38 55mm 加深花纹为57 82mm 超加深花纹为95 1l7mm 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9 16mm 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3 5mm 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 厚度约为花纹沟深度 25 50 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48 50 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2 11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15 20 纵向花纹为8 12 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1 3mm 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15 20 后着地一侧为后角 取25 30 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20 25 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 一般要求具有一定的支撑性能及良好的散热性能 胎肩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15 2Omm 厚度为1mm左右 轿车轮胎 宽度为10 20mm 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1 3条防水线 其宽度为2 5mm 厚度为0 5 1 5mm 排气孔和排气线作用 用以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设计排气孔 数量及尺寸 排气孔直径为0 6 1 8mm 其数量和位置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8 16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 6mm 长5 12mm 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