R子午线轮胎的结构设计

第一章 文献综述

1.1 轮胎的功能及使用性能

轮胎是汽车的重要部件之一，它直接与路面接触，和汽车悬架共同来缓和汽车行驶时所受到的冲击，保证汽车有良好的乘座舒适性和行驶平顺性；保证车轮和路面有良好的附着性，提高汽车的牵引性、制动性和通过性；承受着汽车的重量，轮胎在汽车上所起的重要作用越来越受到人们的重视。 1.1.1 轮胎的基本功能 随着车辆的高档化、高性能化、使用条件的多样化，轮胎需要的功能、性能也不断发展成多样化。为达到良好的牵引力和稳定性，还要根据不同的通途选择轮胎花纹。而且，轮胎被镶在轮辋上使用，需要与轮辋紧紧结合，因此这部分应具有坚固的结构。具体来说，轮胎作为汽车的一个重要的部件，其功能是： ① 承受车辆自重及承载货物的负荷； ② 和汽车悬架共同缓冲来自路面的冲击，并衰减由此产生的震动，以保证

汽车有良好的行驶平稳性和乘坐舒适性； ③ 为传递驱动力和制动力，提供足够的附着力； ④ 为改变或保持汽车行驶方向提供足够的转向操纵与方向稳定性。

1.1.2 轮胎的基本使用性能 轮胎的使用性能包括承载负荷性、耐磨性能、缓冲性能、附着于牵引性能、行驶安全性能、节能与经济性、高速性等。

1.2 轮胎的结构组成与分类

轮胎作为结构较为复杂的橡胶制品，它是车辆的重要配件，为更好的了解和掌握它的设计及生产工作，必须首先了解其结构、组成及各部位材料的性能和作用，只有这样，才能更加好地完成它的设计任务。

1.2.1 轮胎的组成

轮胎一般又外胎、内胎、垫带组成，有些情况下如果是一条无内胎轮胎，那么就只有外胎。外胎是轮胎设计最为复杂、生产工艺最多的产品，外胎的组成包括胎面、胎体、胎圈三部分。如图1-1是轮胎与轮辋装配断面图，图1-2所示为外胎各部位的组成。

图1-1 轮胎与轮辋装配断面图

图1-2 外胎各部位的组成

1.2.2 轮胎的分类 从不同角度可对轮胎进行不同的分类，通常分类包括按照骨架结构分类、按照用途及国际标准进行分类、按照不同车辆进行分类等。 根据轮胎骨架材料的排布情况，轮胎可分为斜交轮胎、带束斜交轮胎、子午线轮胎。斜交结构轮胎是历史最悠久的一种结构，设计理论、生产工艺较为成熟，随着汽车及轮胎工业的发展，出现了子午线轮胎和带束斜交胎。

轮胎按照国际标准一般分为轿车轮胎、载重轮胎、农业轮胎、工程轮胎、特种车辆轮胎、航空轮胎、摩托车胎和自行车胎。每一种轮胎都有相应的标准对其规范，确定各种类和规格的相应指标。 不同用途的车辆使用的轮胎种类是不同的，PC—轿车轮胎；LT—轻型载货汽车轮 胎；TB—载货汽车及大客车胎；AG—农用车轮胎；OTR—工程车轮胎；ID—工业用车轮胎；AC—飞机轮胎；MC—摩托车轮胎。[1] 他分类方法其1.2.3.4 其他分类方法包括活胎面轮胎、低断面轮胎、宽断面轮胎、拱形轮胎、反弧轮胎、无内胎轮胎、安全轮胎。

总的来说，当前随着汽车制造和交通运输部门对轮胎要求日益苛刻，安全舒适的耐用等问题日益突出。为此，轮胎结构趋势是三化一体。三化是子午线化、无内胎化、低断面化。一体是三化共同实施于一条轮胎上。[2]

① 下面将几个比较重要的阶段介绍如下。开始起步，组织科研

胎的历史与发展轮1.3 轮胎是汽车的主要部件之一，是汽车的腿。最早的轮胎是由木头制造的，这从我国古代的战车上和国外的绅士马车上都能看出。后来，哥伦布在1493-1496年第二次探索新大陆到达西印度群岛中的海地岛时，发现了当地小孩所玩的橡胶硬块。他把这个奇妙的东西带回了祖国，若干年以后，橡胶得到了广泛的应用，车轮也逐渐由木制变成了硬橡胶制造。但这时的橡胶轮胎却还是实心的，走起来还很不舒服，而且噪声也很大。 1845年美国人发明了用橡胶和皮革制成的简易充气轮胎，并装在马车上，第一条充气轮胎诞生。 1888年英国人邓录普制造了第一批充气轮胎，不久又制造出带有气门嘴的充气轮胎。 1890年巴特莱先后解决了内胎、钢丝圈，使轮胎可箍紧在轮辋上。 1892年，帘线的出现（骨架材料），这是轮胎发展史上重大的突破。轮胎使用帘线作为骨架材料的发明。 1895年出现了汽车，由于汽车的出现，开辟了充气轮胎的使用范围。1895年制造出汽车用样品轮胎。 1899年生产出小型汽车轮胎，但只能在好路面上行驶。 1908年—1912年这个时期轮胎开始有了几个显着的变化：开始了轮胎花纹的历史。增加了轮胎断面宽，允许采用较低的气压，以获得较好的缓冲性能。 1913年以后的十多年中，又发明了帘线、瓦斯炭黑和无机、有机等配合剂，并相继用于轮胎生产，轮胎制造工艺日趋完善，产量与日俱增，这一时期可称为轮胎工业发展的初期。后来，又出现了人造丝，新型轮胎骨架材料的出现，使轮胎的强度增加，负荷能力提高，使用寿命长。

1938年，又研制了钢丝帘线并用于生产轮胎，称为“钢丝胎”。

1942年，又发现了尼龙纤维帘线，由于高强力的帘线的出现，大大地推动了轮胎结构的重大改进。

1913年，英国的格雷和斯洛伯发现了子午胎并申请了专利。 1930年，米其林制造了第一个无内胎轮胎； 1946年，米其林又发明了举世闻名的子午线轮胎。 1948年，法国米西林首先生产制造出子午胎。[3] [4] 我国子午线轮胎开发研究的萌芽时期可追溯到1958年，当时天津橡胶工业研究所的科技人员以敢想敢干的精神开始了研究工作。直到1960年院、所(天津橡胶工业研究所与北京橡胶工业设计院)合并为化工部北京橡胶工业研究设计院之后，继续开展了全钢丝斜交载重胎和活胎面载重胎以及半钢丝载重子午线轮胎的研制工作。后来到了1964年，由中国橡胶工业总公司下达科研项目，以北京橡胶工业研究设计院为龙头在四个点同时开展不同品种子午线轮胎的研制:桦林橡胶厂搞活胎面载重子午胎；上海大中华轮胎厂搞全钢丝载重子午线轮胎；青岛橡胶二厂搞半钢丝载重子午线轮胎；北京橡胶工业研究设计院除自己研制子午线轮胎以外，还配合各厂开展工作。 国轮胎的现状及前景中1.4 中国轮胎生产已有70多年的历史。在1950年前,轮胎年产量不足3万条；到1980年,轮胎产量已达到1146 万条, 基本是斜交轮胎；2003 年,全国轮胎产量约为1. 6亿条, 子午线轮胎产量为7600 万条( 其中全钢载重子午线轮胎1117万条),全国轮胎子午化率为47.5%。中国对子午线轮胎的研发始于20世纪60年代中期, 形成规模的产业化生产始于90年代初期。随着中国汽车工业的快速发展和高速公路的迅速增加,1990-2000 年,子午线轮胎产量年均增长率达40%；2000-2003年,子午线轮胎产量的年均增长率仍保持在28%, 其中钢载重子午线轮胎产量2002和2003年的增长率分别达到和超过

60%。轮胎的规格、品种基本能满足目前国内市场的需求和部分出口需求。中国轮胎出口逐年增加,目前约有总产量30%的轮胎销往欧、美、澳、中东、东南亚等地区。子午线轮胎的发展大大带动了国内轮胎橡胶机械和原材料行业的发展。在中国,子午线轮胎已成为较完整、较先进的新兴产业。由于中国轮胎与其它橡胶制品生产的迅速增长，中国已成为世界第一耗胶大国。轮胎需求的预测，以2010年汽车总产量为1000万辆,其中轿车600万辆计,目前汽车保有量为2480 万辆,据预测,2010年国内轮胎的需求量约为2.1亿条,以出口5000万条。

据推测2015年轮胎总需求量预计为60681万-78489万条,其中子午线轮胎51716万-67982万条,子午化率约为85%-86%,今后5年内年均增长速率为12.95%-19.65%,子午线轮胎年均增长速率为12%-20%；汽车轮胎总需求量为39628万-53432万条,子午化率达到91%-92%；工程机械轮胎需求量为1053万条,其中子午线轮胎达423万条,子午化率40%,巨型工程机械轮胎3万条,全部为子午线轮胎,子午化率达100%；农业轮胎需求量为5000万条,其中子午线轮胎为800万条,子午化率达16%; 轮胎出口量为1.5亿-1.9亿条,其中子午线轮胎为13799万-17485万条,子午化率达92%。出口量宜控制在总生产量的25%左右。[5]

②不断实践，缓慢前进 ]6[方向发展，子午线轮胎要提高生产技术水平，使子午线轮胎能够大规模生产，早日进入先进行列。种今后中国轮胎工业将向高技术、高质量、高效率、低能耗、多产品在摸索研制的基础上，逐步积累了经验，产品投人试用，获得初步效果。在20世纪70年代初，大中华、青岛、桦林各厂的子午线轮胎先后通过产品鉴定并转入小批量生产，也就陆续有一定数量的子午线轮胎投放到社会使用。这期间子午线轮胎生产工艺和装备水平还很差，原材料品种和质量也不能满足要求，产品设计仅是模仿国外的老产品结构，因此轮胎质量水平不够高，不够稳定。即使如此，子午线轮胎的优越性仍能明显地表现出来，并逐步得到了用户的认识和欢迎。但是各厂生产线的水平提高缓慢。