李仁國，朱作勇，成建超，于常遠

（山東興鴻源輪胎有限公司，山東 臨沂 276200）

在輕型載重子午線輪胎輪廓設計中，胎圈部位的曲線設計非常重要。輪胎胎圈位置承受輪輞傳遞的縱向和橫向剪切力，承接著輪輞及胎側的雙向應力過渡。合理的胎圈設計可以使輪胎胎側具有良好的支撐性，同時有利于提高輪胎的使用性能和加工性能。其中增大胎圈著合寬度（C）有利于改善胎圈部位的曲線設計及胎圈部位的材料分布：（1）增大胎圈著合寬度的輪胎裝配標準輪輞時胎圈著合寬度收窄，充氣后胎圈部位被施加預應力，使充氣輪胎實際水平軸上移，從而平衡胎肩與胎圈的應力分布；（2）增大胎圈著合寬度可以顯著改善低扁平比輪胎的硫化加工性能；（3）較大的胎圈間距有利于輪胎的存儲，如解決輪胎在運輸和儲存等過程中容易出現(xiàn)的胎圈并口問題[1-2]。

不同輪廓胎圈寬度的輪胎充氣后胎圈部位預應力存在差別，這將影響輪胎的性能。本工作主要研究兩種不同胎圈著合寬度對145R12LT 80/78N輕型載重子午線輪胎性能的影響。

1 結構設計

1.1 胎圈著合寬度

采用兩種不同胎圈著合寬度設計方案進行對比。方案一按標準輪輞寬度設計，C取值為102 mm；方案二采取加寬1英寸設計，C取值為127 mm。

1.2 外直徑（D）和斷面寬（B）

由于本設計輪胎規(guī)格較小，充氣壓力較低，因此輪胎充氣后的外直徑膨脹率（D′/D）略小，D′/D為1.003，兩個方案的D統(tǒng)一取值為535 mm。

B取值受簾線伸張率的影響，同時與C取值直接相關。根據(jù)我公司所采用胎體骨架材料伸張性能及該規(guī)格施工結構特點，并根據(jù)兩個方案的C取值，方案一和方案二的B取值分別為141和147 mm。

1.3 斷面水平軸位置（H1/H2）

斷面水平軸為輪胎胎側最薄位置，變形量大，影響胎圈及胎肩的應力分布[3-4]。在輪廓設計中H1/H2與C密切相關，根據(jù)胎側輪廓曲線設計，方案一的H1/H2取值為0.89；方案二因采取增大C取值設計，輪胎裝配輪輞后實際水平軸進一步增大，故方案二的H1/H2取值為0.82。

1.4 胎圈著合直徑（d）

胎圈著合直徑影響輪胎與輪輞的配合強度，d取值過大會導致輪胎在使用中與輪輞產(chǎn)生位移，d取值過小則導致胎圈所受過盈應力過大，增大胎圈失效風險[5]，同時與輪輞裝配困難，甚至存在裝胎過程中損傷胎圈等問題，本設計兩個方案的d取值均為302.8 mm。

2 施工設計

2.1 帶束層

帶束層簾線角度影響輪胎的徑向膨脹率及充氣輪胎的外緣尺寸。本設計輪胎負荷小、速度低，取消冠帶層設計，帶束層采用兩層3×0.30HT鋼絲簾線，簾線角度為20°。

2.2 胎圈

本設計鋼絲圈采用直徑為0.96 mm的鍍鋅銅回火高強度胎圈鋼絲，采用方形鋼絲圈，鋼絲排列方式為4×4，安全倍數(shù)達到設計標準。

2.3 硫化后充氣定型

采用硫化后充氣定型工藝，后充氣定型寬度影響輪胎的最終輪廓定型，對輪胎的外緣尺寸有重要影響。本設計兩個方案硫化后充氣定型寬度均為127 mm。

3 有限元分析

采用有限元方法對輪胎重點應力集中位置進行模擬分析，工況條件為：充氣壓力 350 kPa，負荷 675 kg。

3.1 胎肩應力

兩個方案輪胎胎肩應力分析結果如圖1所示。

從圖1可以看出，兩個方案輪胎胎肩應力均集中在帶束層端點處，方案一和方案二輪胎胎肩的最大應力分別為3.020和3.465 MPa，方案二輪胎胎肩應力略大。

圖1 兩個方案輪胎胎肩應力分析結果

3.2 胎圈部位應力

兩個方案輪胎胎圈部位應力分析結果如圖2所示。

從圖2可以看出，方案一和方案二輪胎胎圈部位的最大應力分別為6.591和4.399 MPa，方案二輪胎胎圈部位所受應力更小。

圖2 兩個方案輪胎胎圈部位應力分析結果

4 成品性能

4.1 外緣尺寸

成品輪胎的外緣尺寸按照GB/T 521—2016《輪胎外緣尺寸測量方法》進行測量。安裝在標準輪輞上的成品輪胎在350 kPa的充氣壓力下，兩個方案輪胎的外緣尺寸如表1所示。

從表1可以看出，兩個方案輪胎的D′和B′均滿足國家標準要求。

表1 成品輪胎的外緣尺寸 mm

4.2 強度性能

成品輪胎的強度性能按照GB/T 4501—2016《載重汽車輪胎性能室內(nèi)試驗方法》進行測試。試驗條件為：充氣壓力 350 kPa，壓頭直徑 19 mm，壓頭速度 50 mm·min-1。成品輪胎的強度性能測試結果如表2所示。

表2 成品輪胎的強度性能測試結果

從表2可以看出，兩個方案輪胎的最小破壞能均滿足國家標準（≥203 J）要求，方案一輪胎稍高。

4.3 高速性能

成品輪胎的高速性能先按照GB/T 4501—2016進行測試，完成后再按照企業(yè)標準測試，每隔30 min行駛速度增大10 km·h-1，直至輪胎損壞為止。成品輪胎的高速性能測試結果如表3所示。

表3 成品輪胎的高速性能測試結果

從表3可以看出：方案一和方案二輪胎的最高速度分別為200和190 km·h-1；方案一輪胎的試驗時間比方案二輪胎延長15 min；試驗結束時方案一輪胎胎肩脫層，方案二輪胎胎冠肩部鼓包；兩個方案輪胎的高速性能相當，均滿足國家標準要求。

4.4 耐久性能

成品輪胎的耐久性能先按照GB/T 4501—2016進行測試，完成后再按照企業(yè)標準測試，每隔6 h負荷率增大10%，直至輪胎損壞為止。成品輪胎的耐久性測試結果如表4所示。

從表4可以看出：方案一和方案二輪胎的累計行駛時間分別為85.47和85.35 h，試驗結束時兩個方案輪胎的損壞形式均為胎肩掉塊；兩個方案輪胎的耐久性能相當，均滿足國家標準要求。

表4 成品輪胎的耐久性測試結果

4.5 脫圈阻力

成品輪胎的脫圈阻力按照企業(yè)標準測試，試驗條件為：充氣壓力 260 kPa，壓塊水平距離 241 mm，壓塊速度 50 mm·min-1。成品輪胎的脫圈阻力測試結果如表5所示。

表5 成品輪胎的脫圈阻力測試結果

從表5可以看出，方案一輪胎的脫圈阻力大于方案二輪胎，均滿足企業(yè)標準要求。

4.6 胎圈耐久性能

胎圈耐久性能按照我公司內(nèi)控試驗方法進行測試，試驗條件為：充氣壓力 315 kPa，負荷率 133%，速度 70 km·h-1。方案一和方案二輪胎的累計行駛時間分別為144和200 h，方案二輪胎的胎圈耐久性能明顯提高。

4.7 胎圈間距

通過測量，方案一和方案二輪胎的胎圈間距分別為81和88 mm。方案二輪胎的胎圈間距較方案一輪胎更大，不易產(chǎn)生胎圈并口現(xiàn)象，且更容易存儲和安裝。

5 結論

通過兩個不同胎圈著合寬度方案對比發(fā)現(xiàn)，胎圈著合寬度增大的輪胎胎肩所受應力略大，胎圈部位所受應力減小，胎圈耐久性能明顯提高；兩個方案輪胎的強度性能和耐久性能等相當；胎圈著合寬度增大的輪胎胎圈間距更大，有效地解決了胎圈在存儲和安裝過程中的胎圈并口問題。