高 遠(yuǎn),曲賓建,王 君
(青島雙星輪胎工業(yè)有限公司,山東 青島 266400)
近年來(lái),我國(guó)汽車工業(yè)不斷發(fā)展,輪胎作為汽車與地面的接觸部位,對(duì)汽車性能的發(fā)揮起著重要作用。輪胎除應(yīng)具備承載、制動(dòng)和驅(qū)動(dòng)等基本功能外,還需要具有良好的抓著性能和舒適性以及較低的滾動(dòng)阻力和噪聲[1-6]。
根據(jù)國(guó)內(nèi)市場(chǎng)需求,我公司開發(fā)出具有較好舒適性的205/55R16 91V轎車子午線輪胎[7],具體設(shè)計(jì)過(guò)程如下。
根據(jù)《中國(guó)輪胎輪輞氣門嘴標(biāo)準(zhǔn)年鑒》要求,205/55R16 91V轎車子午線輪胎技術(shù)參數(shù)如下:標(biāo)準(zhǔn)輪輞 6 1/2J,充氣外直徑(D′)632(625.1~638.7)mm,充氣斷面寬(B′)214(205.4~222.6)mm,標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷 615 kg,標(biāo)準(zhǔn)充氣壓力 250 kPa,速度級(jí)別 V。
帶束層位于子午線輪胎的冠部下方,對(duì)胎體起到箍緊的作用,可以防止胎冠部位胎體出現(xiàn)伸張現(xiàn)象。輪胎充氣后外直徑膨脹幅度一般為0~3 mm,因此輪胎的D′和D取值比較接近,參考以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),D取629 mm。
子午線輪胎斷面變化與胎體骨架材料類型、帶束層對(duì)胎體的箍緊作用、胎圈著合寬度(C)以及輪廓形狀等相關(guān)。依據(jù)經(jīng)驗(yàn),C每增大或減小10 mm,輪胎B′相應(yīng)增大或減小4 mm左右[8],所以考慮C的取值,B取221 mm。
當(dāng)b值較大時(shí),可以增大輪胎和路面的接觸面積,減小單位面積上的壓力,進(jìn)而提高輪胎的牽引性、驅(qū)動(dòng)性以及承載能力。一般b和h的變化呈正相關(guān),適當(dāng)調(diào)整b和h可以優(yōu)化輪胎接地印痕形狀和面積,均衡胎面接地壓力,提高輪胎的牽引和耐磨性能,參考之前設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),b取168 mm,h取7.46 mm。
胎圈與輪輞之間需要緊密配合,為防止輪胎裝配后出現(xiàn)漏氣等現(xiàn)象,以及考慮輪胎實(shí)際裝卸情況,d取404.2 mm。為降低胎側(cè)剛性、增大彈性,提高乘坐舒適性,C取185.4 mm。
斷面水平軸位于輪胎斷面最寬位置,在輪胎充氣后以及受到法向作用力時(shí)變形量最大,此處胎側(cè)最薄,胎側(cè)在此處也容易發(fā)生變形及破壞等。斷面水平軸的位置要適中,若位置過(guò)高,容易造成胎肩部位應(yīng)力集中,生熱過(guò)大,進(jìn)而引起胎肩脫層、高速性能降低等;若位置過(guò)低,會(huì)引起胎圈位置應(yīng)力集中,易導(dǎo)致胎圈損壞、耐久性能降低等。本次設(shè)計(jì)H1/H2取1.083。
胎面花紋的設(shè)計(jì)會(huì)對(duì)輪胎的操控性能、抗?jié)窕阅?、高速性能、滾動(dòng)阻力和噪聲等產(chǎn)生影響。我公司根據(jù)實(shí)際市場(chǎng)需求情況,開發(fā)出一款非對(duì)稱花紋。此花紋設(shè)計(jì)有4條縱向花紋溝,花紋主溝深度為7.6 mm,花紋飽和度為67%,具有優(yōu)異的操控性能和抗?jié)窕阅?,噪聲低。為使輪胎的接地壓力分布均勻,胎冠弧采?段弧設(shè)計(jì)。胎面花紋展開見(jiàn)圖1。
胎面花紋采用非對(duì)稱花紋設(shè)計(jì),內(nèi)外側(cè)肩部花紋塊面積較大,可增大肩部的接地面積;內(nèi)側(cè)花紋塊整體溝槽數(shù)量較多,可提高乘坐舒適性和排水性能;外側(cè)花紋塊整體較大,溝槽數(shù)量較少,有利于降低噪聲,提高操控性能;采用不同花紋節(jié)距的組合形式,使得噪聲能量分布更平均,避免同一頻率噪聲的周期性集中出現(xiàn),有利于降低輪胎行駛噪聲[9]。
胎面采用四復(fù)合擠出機(jī)進(jìn)行擠出,各部位分別為胎面膠、基部膠、胎側(cè)膠、導(dǎo)電膠。胎面膠采用抗?jié)窕阅芎湍湍バ阅軆?yōu)異、滾動(dòng)阻力低的配方;基部膠采用生熱較低的配方;為提高輪胎的導(dǎo)電性能,胎面中加入導(dǎo)電膠,可以將輪胎產(chǎn)生的靜電等及時(shí)導(dǎo)入地下,使輪胎使用更安全;較厚的基部膠設(shè)計(jì),可以降低輪胎行駛噪聲,提高舒適性和操控性。胎面結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2。
冠帶層采用930dtex/2錦綸簾布,為加強(qiáng)對(duì)帶束層的箍緊作用,同時(shí)確保輪胎的高速性能,本次設(shè)計(jì)冠帶層采用一層平鋪加兩側(cè)肩部纏繞的方式。冠帶層簾布參數(shù):?jiǎn)胃熅€最小破斷力 138 N,線密度 126根·dm-1,壓延厚度 0.95 mm。
根據(jù)輪胎使用負(fù)荷和胎體簾線的特點(diǎn),本次設(shè)計(jì)兩層胎體簾布采用1100dtex/2聚酯簾線,壓延密度為100根·dm-1,壓延厚度為1.0 mm。胎體安全倍數(shù)為7.9,可為輪胎提供良好的支撐作用。
帶束層是子午線輪胎的主要受力部位,帶束層應(yīng)具備高強(qiáng)度、低伸張、與膠料粘合牢靠、耐疲勞性能和耐腐蝕性能好等特點(diǎn)。本次設(shè)計(jì)帶束層采用2層2×0.30ST鋼絲簾線,角度為27°。
鋼絲圈類型為六角形結(jié)構(gòu),采用Φ1.2 mm高強(qiáng)度胎圈鋼絲,排列方式為4-5-4-3。
輪胎成型采用VMI一次法成型機(jī)。
硫化采用氮?dú)饬蚧に?,硫化溫度?78 ℃,硫化時(shí)間為15 min。
按照GB/T 521—2012《輪胎外緣尺寸測(cè)量方法》對(duì)輪胎充氣外緣尺寸進(jìn)行測(cè)量。將輪胎安裝在標(biāo)準(zhǔn)輪輞上,充氣壓力為180 kPa,測(cè)得D′和B′分別為633和211 mm,滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。
成品輪胎強(qiáng)度性能按照GB/T 4502—2016《轎車輪胎性能室內(nèi)試驗(yàn)方法》進(jìn)行測(cè)試。充氣壓力為180 kPa,輪胎標(biāo)準(zhǔn)破壞能為295 J。試驗(yàn)結(jié)果顯示,第1—4點(diǎn)破壞能均可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值,第5點(diǎn)破壞能為523.2 J,為標(biāo)準(zhǔn)值的177.36%。成品輪胎強(qiáng)度性能達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。
成品輪胎脫圈阻力按照GB/T 4502—2016進(jìn)行測(cè)試。充氣壓力為180 kPa,輪胎標(biāo)準(zhǔn)脫圈阻力值為11 120 N。試驗(yàn)結(jié)果顯示,第5點(diǎn)脫圈阻力值為12 081 N,為標(biāo)準(zhǔn)值的108.64%。成品輪胎脫圈性能達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。
成品輪胎高速性能按照GB/T 4502—2016進(jìn)行測(cè)試。充氣壓力為300 kPa,試驗(yàn)負(fù)荷為449 kg。試驗(yàn)結(jié)果顯示,累計(jì)行駛時(shí)間為1.75 h,試驗(yàn)結(jié)束時(shí)胎爆。高速性能試驗(yàn)條件及結(jié)果見(jiàn)表1。
表1 高速性能試驗(yàn)條件及結(jié)果
成品輪胎耐久性能按照GB/T 4502—2016進(jìn)行測(cè)試。充氣壓力為180 kPa,標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷為615 kg。試驗(yàn)結(jié)果顯示,累計(jì)行駛時(shí)間為102.28 h,試驗(yàn)結(jié)束時(shí)胎冠花紋掉塊。耐久性試驗(yàn)條件及結(jié)果見(jiàn)表2。
表2 耐久性試驗(yàn)條件及結(jié)果
成品輪胎滾動(dòng)阻力按照ISO 28580:2018進(jìn)行測(cè)試。滾動(dòng)阻力系數(shù)為8.87 N·kN-1,達(dá)到C級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。
噪聲測(cè)試為室外測(cè)試,測(cè)量值為68 dB,滿足國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。
205/55R16 91V轎車子午線輪胎的充氣外緣尺寸、強(qiáng)度性能、脫圈阻力、高速性能和耐久性能均符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求,且輪胎在滾動(dòng)阻力和噪聲方面表現(xiàn)良好。