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 1 1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（GB 3487-89）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4-1 5°平底轮辋基本参数 Figure 4 -1 5 ° Flatbed wheels basic parameters

表4-1各标准相关参数 Table 4-1 The standards-related parameters 本科毕业设计

2 2.2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=1.30 P——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/cm2 dr——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GB 9744-88：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—16PR 8.0 149/145 810/770 2870 3270 1085 293 GB9744-88 11.00R20—16PR 8.0 149/146 790 2960 3240 1085 293 TRA—2006 11.00R20—16PR 8.0 150/146 790 3000 3350 1082 286 ETRTO—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=1085mm D/D=1 D=1085mm B=293mm B/B=1.01 B=290.1≈290mm

3.2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=508mm

3.3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≈137.5mm H1=H－H2=288.5－137.5=151mm 本科毕业设计 4 3.4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=0.73 B=290mm 则b=290×0.73=211.7≈212mm h/H=0.035 H=288.5mm 则h=288.5×0.035=10.1≈10.0mm h=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 5 11.00R20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=281.80mm 3.7.2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=68.75mm

mmR32.16721229075.6821229041105.1372221）（）（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=16.45mm HC——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 =345.47mm 3.7.4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21mm R5大于轮辋相应部位半径(8mm) R5取9mm 3.7.5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