高分子材料专业毕业设计论文：轮胎结构设计说明1

本科毕业设计11引言：轮胎在各种车辆或机械上装配的接地滚动的圆环形弹性橡胶制品通常安装在金属轮辋上，能支承车身，缓冲外界冲击，实现与路面的接触并保证车辆的行驶性能。轮胎常在复杂和苛刻的条件下使用，它在行驶时承受着各种变形、负荷、力以及高低温作用，因此必须具有较高的承载性能、牵引性能、缓冲性能。同时，还要求具备高耐磨性和耐屈挠性，以及低的滚动阻力与生热性。随着社会的发展，人们对轮胎的需求和要求逐步提高。我运用CAD绘图软件设计11.00R20全钢载重子午线轮胎，通过课题设计，了解和掌握轮胎设计特别是全钢载重子午线轮胎的设计方法、设计流程及各部位尺寸的确定与计算，为今后的工作打下牢固的基础。2设计前的准备2.1轮胎基本参数的确定轮胎结构设计的第一步是确定所设计的轮胎的规格，再根据其用途确定其荷载能力。11.00R20—16PR这种规格轮胎在国标中和TRA及ETRTO中均有16层级的设计标准。其参数的选取参照国标选取。轮胎外轮廓设计依据“薄膜-网络”理论及“自然平衡轮廓曲线”来设计，而负荷能力则根据同规格TRA的要求来进行设计。下面给出国标（GB3487-89）中5°平底宽轮辋的参数图和各标准中11.00R20型号轮胎轮廓的基本参数表[4-7]。图4-15°平底轮辋基本参数Figure4-15°Flatbedwheelsbasicparameters表4-1各标准相关参数Table4-1Thestandards-relatedparameters本科毕业设计22.2轮胎负荷能力的计算11.00R20—16PR为非制载重子午线轮胎，根据美国TRA工程手册载重汽车轮胎篇中推荐的计算公式，单胎负荷计算公式为：Q=K×0.425×（P-15）0.585×B0.6251.39×（dr+B0.625）（4-1）当用公制计算时需乘以公制换算系数0.231，此时Q=K×0.231×0.425×（P-15）0.585×B0.6251.39×（dr+B0.625）（4-2）式中：Q——负荷，kg；K——负荷系数。依据TRA-2006：取K=1.30P——充气压，kgf/cm2；依据TRA-2006：11.00R20—16PR的单胎最大充气压力为：810（kPa）=8.1kgf/cm2dr——轮辋直径，cm；11.00R20—16PR规格轮胎的dr=20×2.54=50.8（cm）B0.625——在62.5%轮辋上的断面宽度，cm。3.141'/sin180'B10.625）（BCBR（4-3）式中：CR——设计轮辋宽度cm；由图1-1可知C=20.3（cm）；B——设计轮辋上的轮胎断面宽度（充气断面宽）cm；依据GB9744-88：取B=29.3（cm）；cm23.283.1413.29/3.20sin1803.29B10.625）（则：即负荷能力：Q=K×0.231×0.425×（P-15）0.585×B0.6251.39×（dr+B0.625）规格标准轮辋负荷指数相应气压kPa最大负荷kg充气外缘尺寸mm标准双胎单胎外直径断面宽11.00R20—16PR8.0149/145810/770287032701085293GB9744-8811.00R20—16PR8.0149/146790296032401085293TRA—200611.00R20—16PR8.0150/146790300033501082286ETRTO—2001本科毕业设计3=1.30×0.231×0.425×（8.1-15×0.07032）0.058×28.231.39×（50.8+28.23）=3282.78kg单胎负荷：3282.78kg大于GB标准3270kg，满足要求。双胎负荷：为单胎负荷的91%（单胎负荷为2180kg以上）。即：3282.78×0.91=2987.33kg[1]。3子午线轮胎外轮廓断面形状设计3.1外直径D与断面宽B的确定由于子午线轮胎胎冠部有周向不易伸张的带束层箍紧着胎体的特点，所以充气后轮胎的外直径膨胀率要比斜交胎小得多。一般充气后外直径变化甚小，大致增加1-2mm，有时不膨大还略减小。因此模型断面轮廓外直径的取值可与标准规定的新胎外直径相等或稍小一点。则：D=1085mmD/D=1D=1085mmB=293mmB/B=1.01B=290.1≈290mm3.2胎圈着合直径d的确定为满足轮胎与轮辋紧密的着合及拆装方便的需要,GB中8.00in轮辋的标定直径为20in(508mm)，取轮胎着合直径为:d=508mm3.3断面高H与断面水平轴H1和H2的确定由公式：mmdDH5.288250810852)(（4-4）子午线轮胎断面最宽点半径的位置要比斜交轮胎的高，希望能使轮胎的变形落在水平轴以上，带束层端点以下的上胎侧高（H2）区域之内，并减小下胎侧高（H1）区域的应力和胎圈的应力。由于子午线轮胎胎体帘线呈径向排列，其钢丝圈承受力要比斜交胎的大，容易造成子口破裂，故断面最宽点半径要取得高一些来减轻所承受的力。一般选取H1/H2＞1，载重子午线轮胎最高去值可达1.4。本规格根据2005年各公司轮胎的测量值取H1/H2=1.1。则：H2=H/2.1=288.5/2.1=137.38≈137.5mmH1=H－H2=288.5－137.5=151mm本科毕业设计43.4断面最宽点半径mr的确定轮胎断面最宽点为轮胎变形量最大的点，其值的大小直接影响轮胎的使用。其计算公式为：mmHRrm5.3911515.5422（4-5）mmDR5.5422/10852/轮胎外半径—式中：3.5胎圈着合宽度C的确定近20年来子午线轮胎朝着扁平化方向发展，扁平比由80系列逐步降低到20系列。低断面子午线胎的断面高很矮，导致胎侧刚性的增大，为了提高胎侧的柔软性，将子口宽度C设计超过轮辋宽度CR。当安装在比子口宽度窄的轮辋上，充气后使胎侧弯曲并易变形，从而降低了过高的刚性，恢复其胎侧应有的弹性，因此改善了轮胎的乘坐舒适性。子口宽度C的选取可参考轮辋宽度与断面的比值和子口宽度与轮辋宽度之间的差值来确定，但其差值一般不宜太大，约0.5in（12.7mm）左右，不超过1.0in（25.4mm）。标准轮辋宽度为8.0in，本设计值取8.5in（215.9mm）。取整数为C=216mm。3.6行驶面宽度b与弧度高h和h的确定子午线轮胎行驶面弧度的选取，主要与轮胎扁平比和带束层刚性有关。行驶面弧度半径R1的确定是直接与行驶面宽度（b）和行驶面弧度高（h）有关。为确定b和h两个参数应考虑带束层宽度（BW）与行驶面宽度、行驶面弧度高和断面高、行驶面宽度和断面宽度之比值及胎体帘线类型等方面的影响因素。行驶面弧度高（h）与断面高（H）之比值，为保证轮胎与路面在行驶面宽度范围内有最大的接地面积，一般h/H取0.03～0.05为宜。行驶面宽（b）与断面宽（B）之比值，对70、80系列及其以上规格轮胎的b/B一般取0.7～0.85为宜。根据2005佳通对各轮胎厂的测量值选取：b/B=0.73B=290mm则b=290×0.73=211.7≈212mmh/H=0.035H=288.5mm则h=288.5×0.035=10.1≈10.0mmh=0.6h=0.6×10.0=6.0mm（根据作图当h=0.6h时，Rn和Rn的切点位置较合适）3.7外轮廓弧度的计算3.7.1胎冠弧Rn及Rn的确定本科毕业设计511.00R20规格轮胎行驶面b较宽，用一段弧则行驶面太尖，接地面小，耐磨性差，而且会使带束层弯曲。所以适合用两个弧度半径Rn和Rn。mmhbRn33.93926.0106.01082122'h'822（4-6）Rn一般为25～40%Rn，根据确定：Rn=0.30×Rn=0.30×939.33=281.80mm3.7.2胎侧上弧半径R1的确定bBLbBhHR2222141）（）（（4-7）L——胎肩切线长度H2/2=137.5/2=68.75mmmmR32.16721229075.6821229041105.1372221）（）（即：上胎侧与胎面连接用半径为150mm的反弧连接，这样可以减少胎肩厚度，有利散热，节省胶料。3.7.3胎侧下弧半径R2的确定aCBHHaCBRC22412122）（）（（4-8）式中：a——下胎侧弧度曲线与轮缘曲线交点至轮缘曲线起点间的距离，一般a等于轮辋轮缘宽度的2/3～3/4。由相关设计取a=0.7×23.5=16.45mmHC——轮辋轮缘高度（a点对应的高度），由测量得HC=39.0mm即：45.1622162903915145.16221629041222）（）（R=345.47mm3.7.4胎圈曲线弧半径R4、R5的选取胎圈曲线弧度设计，根据轮辋边缘曲线设计要求，胎踵曲线半径R4小于轮辋相应部位半径(21.5mm)R4取21mmR5大于轮辋相应部位半径(8mm)R5取9mm3.7.5下胎侧自由半径R3的选取R2和胎圈轮廓半径R4用R3连接，一般R3约为R2的25～40%。R3易取小，便于增加下胎侧至胎圈过度位置的厚度，即增加子口胶的厚度，防止子口破裂问题。所以取本科毕业设计6R3=0.25×R2=0.3×345.47≈86mm4子午线轮胎花纹设计4.1轮胎花纹的基本功能①传递牵引力、制动力和转向力的功能；②安全行驶功能好，特别是耐湿滑和抗侧滑性，并提供足够的附着力和确保汽车的操纵稳定性；③保证轮胎的里程寿命。4.2轮胎胎面花纹的要求①保证与路面有优良的附着性能（纵向和横向滑移小），特别在高速下行驶，抗湿滑和侧滑性能好确保行车安全；②耐磨性能好且耐磨耗均匀，花纹不易崩花掉块、不易裂口、耐刺扎性能好；③滚动阻力小，花纹生热低，散热性好；④震动小，花纹块要保持连续性；⑤花纹沟自洁性好，不夹石子，泥沙易清除；⑥还要做到低噪声、美观。4.3花纹设计注意事项①花纹块面积与行驶面总面积之间成一定的比例，一般花纹块为行驶面积的60～80%，载重胎为70～80%；②花纹块大小配合要均匀，不易相差太大；③花纹块的构型要避免锐角，一般采用超过90°的钝角；④花纹块角度不应与帘线角度重合，一般至少要大3°；⑤合理选择花纹沟宽度与深度之比。4.4胎面花纹设计11.00R20载重子午胎要适用高速公路和普通路面的使用，根据市场情况主要采用四条或三条纵向曲折花纹，本设计为三条纵向曲折混合花纹。根据相关手册，装配平底轮辋的轮胎设计花纹深度，11.00R20为13.5～18.0mm。本规格设计花纹沟深16.5mm，宽12mm。具体花纹设计见设计图。本科毕业设计75子午线轮胎带束层的设计带束层是子午线轮胎的主要受力部件，在很大程度上决定着胎体的变形，并承受大部分的应力.带束层的刚性对子午线轮胎使用性能影响很大，因此，对它的设计与计算是子午线轮胎结构设计的核心问题。5.1带束层的结构设计带束层结构主要是指它的帘布层数，帘线角度、密度、和排列方式，带束层的厚度、宽度和长度，以及所采用的帘线结构与类型等。5.1.1带束层的层数与结构本规格采用意大利倍耐力公司的0°带束层结构，如下图：图4-20°带束层结构示意图Figure4-20°SteelbeltstructureMap第1、2层是带束层中主要承受应力者，称工作层，帘线角度为15～23°。起着束缚胎体向外膨胀的作用，其刚性可直接影响轮胎的耐磨性、操纵性和节油等使用性能。第3层称保护层，一般采用高伸长帘线，角度与工作层相仿，是起着保护工作层的作用，也起着防止胎面与带束层之间产生脱空现象，提高轮胎的使用寿命和翻新率。0°带束层有两层沿周向排列重叠缠两圈而组成的环状增强带束条。其主要作用是减小带束层边部的变形，提高子午线轮胎的胎肩刚性，减少变形生热，保护带束层免受由应力应变作用产生的疲劳损坏和热破坏。保证在高速行驶时具有稳定的尺寸，提高胎面稳定性、减少不均匀磨耗。与普通结构带束层子午线轮胎相比，有以下性能方面的改