1、同的，而其相应的气压子午线轮胎要比斜交胎高。例如斜交胎9.00-20-12PR单胎负荷为2340kg，气压为670kpa（6.7kp/cm2）而子午胎9.00R20单胎负荷相同，气压为700kpa（7.00kg/cm2）比斜交胎相应气压高30kpa（0.3kg/cm2），所以子午线轮胎负荷计算方法与斜交胎相同，只是在计算负荷后有时需增加一些气压，另外负荷系数k值可能略有不同。列举美国TRA手册中应用负荷计算公式（英制）1 载重子午线轮胎3 Q=K0.425P0.585B1.39(dr+B) Q=0.15510-2K0.425P0.585B1.39(dr+B) 式中Q轮胎负荷（Lb）；K负荷系数
2、；P充气内压（Lb/in2）；kpad轮辋名义直径；cmB当C/B为62.5%理论辋上的轮胎断面宽度（in）cmC轮辋宽度cmB按下列公式计算： B=BB=0.96xB-0.637B=BB实际使用充气轮胎断面宽度（in）;C实际使用轮辋宽度（in）;d=0.96B-HH实际使用充气轮胎断面高度轿子午胎不同系列的负荷系数“K”系列5060707882“K”系列16551655165517431743现以185/70SR14为例计算B=7.32 in,D=24.56 in;d=14 in; c=5 in; p=30Ib/inB=7.32=7.39H=5.28d=0.967.39-5.28=1.81
3、B=0.967.39-0.6371.81=5.94Q=1.6550.425305.94(14+5.94) =1220.60Ib=549.27Kg 第三章 子午线轮胎断面轮廓设计的主要结构参数选取1 子午线轮胎模型断面轮廓外直径与断面宽度的选取轮胎是在充气状态下进行工作，汽车对轮胎规格的要求是按各类标准或手册上提供的充气轮胎尺寸来选用的，而生产制造轮胎需要按模型尺寸，由于轮胎采用不同的骨架材料和不同断面轮廓形状，因此模型尺寸是不相同的，但必须达到充气轮胎统一标准尺寸的要求。只能根据经验考虑不同骨架材料的伸张性能和轮胎与模型的断面宽和外直径膨胀等影响来选择充气轮胎与模型的断面宽和外直径膨胀比。以下
4、列举载重和轻卡充气断面宽B和模型断面宽B对不同骨架材料的断面宽膨胀比取值范围见表1。表1 不同骨架材料的断面宽膨胀比值帘线类别 B/B的比值钢丝帘线 1.011.02人造丝帘线 1.021.04聚酯帘线 1.051.07尼龙帘线 1.061.10子午线轮胎的外直径膨胀率要比斜交胎小得多,是因为子午线轮胎冠部有周向不易伸张的带束层箍着胎体,因此充气后轮胎的外直径变化很小,一般增大12mm.故模型断面外直径一般取与标准定的新胎外直径相等或稍小的尺寸.2 子午线轮胎断面最宽点半径(水平轴)的确定子午线轮胎断面最宽点半径的位置要比斜交胎高.使轮胎的变形区域在水平轴以上带束层端点以下的上胎侧.减少下胎侧
5、的应力和胎圈的应力.一般H1/H2的比值为1.01.2,载重子午胎H1/H2的最高比值可达1.4.美国专利介绍H2的确定公式为（H-FH）0.59=H2.式中H为轮胎断面高,FH为轮辋的轮缘高,H2为轮胎断面的上胎侧高.3 行驶面弧度与宽度的确定行驶面弧度的选取,主要取决于带束层的刚性,此外,行驶面弧度半径与行驶面宽度、行驶面弧度高与断面高、行驶面宽度与断面宽、带束层宽与行驶面宽的比值以及胎体胎体帘线类型，也有相当大的影响。带束层刚性对行驶面宽度内花纹磨耗的均匀性有很大关糸。两层带束层的行驶面边部直径增大要比四层带束层的大得多，因此对多层钢丝带束层轮胎可采用较小的行驶面弧度。因为行驶面弧度大会
6、缩小接地面积，从而对胎面耐磨性和磨耗均匀性以及抓着性都会有不良影响。为保证轮胎与路面在行驶面宽度与断面高之比值,一般宜取h/H为0.030.05,行驶面宽(b)与断面宽（B）之比值b/B为0.70.85. 行驶面弧度半径()与行驶面宽(b)和带束层宽(BW)与行驶面宽(b)之比值.对轮胎耐久性都有较大的影响.为了兼顾两者的性能,BW/b的比值为0.941.05范围为宜, /b的比值轿车胎为2.12.5左右,而载重胎约在1.31.8左右. 4 胎圈间距的选取 胎圈间距C一般选用与轮辋宽相等,或选用小于轮辋宽度,但不超过1525mm.据文献介绍C小于轮辋宽度可提高轮胎耐磨性,并增大侧向刚性,胎圈间
7、距C与断面宽B之比C/B轿车胎为0.70.8,载重胎为0.70.75.5 断面高与断面宽之比 作为轮胎设计重要参数之一H/B,对子午线轮胎可不直接选取,这是由于子午线轮胎外直径变化很小,断面高H也就为定值.断面宽B主要受胎体骨架材料性能影响较大，（以上已介绍其膨胀比）由此H/B比值就成为定值。据资料介绍载重子午胎H/B值为0.961.05，对低断面和轿车子午胎来说,它们都以系列分类,故H/B比值是与其系列相应的. 第四章 子午线轮胎断面轮廓曲线的设计方法 目前广泛应用于充气轮胎平衡轮廓设计方法的基本原理是采用薄膜-网络理论.子午线轮胎由于结构的特殊性,应有与斜交胎不同的设计方法,但就结构设计的
8、原理来说,还是普遍采用薄膜理论,在具体设计方法上却涌现出了许多创新的思路.世界各大轮胎公司七十年代末提出有名声的NCT产品,同时推荐了采用自然平衡轮廓的设计方法,使充气轮胎各部位受力均匀,以达到提高轮胎的性能要求.随之各种新型产品的涌现,逐步改进设计方法由传统的自然平衡轮廓演变到非自然平衡轮廓的应用即要有一定的边界条件来满足,使设计的断面轮廓更符合实际受力的要求.近十多年来轮胎结构设计者开始以轮胎工作使用状态的形状作原始设计的断面轮廓形状。这是由于计算机的广泛使用，特别是有限元分析法引入轮胎结构设计中的应用，使研究人员可以真实地模拟轮胎工作状态的任意断面形状，并分析其应力应变分布的合理性，从中
9、优化最佳轮廓形状来设计轮胎。目前比较成熟和系统的新设计方法有日本石桥公司在职1984年首次发表的RCOT理论设计法7，适用于轿车子午胎。1987年又提出了适用于载重车和公共汽车子午胎的设计方法TCOT理论8，接着1988年日本横滨公司提出了STEM理论设计方法9，主要适用于载重子午胎，相继日本东洋公司又推出新的理论叫DSOC（最佳化轮廓）10，并研制出新型载重轮胎获得优异的性能。1平衡轮廓曲线设计法1112迄今为止常规的子午胎设计方法仍是采用“平衡轮廓理论”为依据。这种平衡轮廓的计算方法是以薄膜网络理论为基础，最初是用于斜交胎，后来也用于子午胎的轮廓设计。这种理论认为充气压力是唯一作用应力，而
10、且应力仅仅作用于薄膜壁上，对剪切和曲挠力可视为忽略不计。当轮胎充气时，胎体所受应力是均匀分布的，如图3所示。这样的轮廓曲线称为“自然平衡轮廓”。从静态力学平衡方程中得出充气轮胎平衡轮廓曲率半径公式（1），由于子午线轮胎的胎体帘线角度为90，其曲率半径公式可简化为公式（2）斜交胎= 图3 自然平衡轮廓式中rk-胎冠半径；rm-断面最宽点半径；k-胎冠点帘线角 r-任意点半径子午胎 (2)从公式（2）中看出只需确定胎冠点半径rk和断面最宽点半径rm后，即可求得轮廓上任意一点的曲率半径，根据各点不同的曲率半径作出平衡轮廓曲线。由于轮胎胎体具有一定厚度，故应以胎体层的中线来计算平衡轮廓曲线较为合理。（
11、1） 确定有关设计参数R-轮胎外半径；B-轮胎断面宽；C-轮辋宽度（或轮胎胎圈间距）；Rt胎圈着合半径；1轮胎行驶面曲率半径； m胎面到帘布层中线的厚度；n胎侧到帘布层中线的厚度；r轮辋边缘半径（轮辋边缘到旋转的距离）（2）求出断面上某些点至旋转轴的半径从理论上来讲，平衡轮廓曲线上各点的曲率半径均不相同，但从实际上为了方便计算和合理制造成品模型，不必搞得很复杂，而只需寻求几个相应点位置，求出曲率半径和曲率节点位置，如胎冠、断面最宽点等见图表所示。求出相应点到旋转轴的半径：a、 胎冠点半径r=R-mb、 断面最宽点半径r=(R+r)或按上述第三节确定c、 下胎侧j点半径r=r-(3)求出断面上相
12、应点的曲率半径 胎冠点曲率半径 =-m断面最宽点胎侧曲率半径 = 胎肩曲率半径= 下胎侧（j）点曲率半径 根据上述求得的曲率半径进行轮廓曲线的绘制。（见图5）图4图5 曲率半径园心和分别在纵、横轴上，与以内切园几何作图法找同园心。 （4）胎圈部位轮廓曲线的设计 由于轮胎胎圈厚度大大超过胎体层的厚度，所以平衡轮廓的中线应设在胎圈的中央部位。要先确定钢丝圈中心点E的座标，可根据胎圈结构和钢丝圈的排列来确定S和q值，即可定下E点的位置（见图6所示），然后以为半径，通过E点向下胎侧的弧线作外公切园，这样就可得到胎圈部位的轮廓曲线。（作图方法详见图7）图6 胎圈中线和E点座标图7 胎圈弧线的绘制图 （5
13、）平衡轮廓曲线与断面外轮廓的绘制 根据上述的步骤，将已知参数和计算参数编成表格（见表2），通过计算得出各部位的曲率半径，即可进行平衡轮廓的绘制。先将已知的轮胎外缘尺寸绘成轮胎断面框图，然后按计算或选取的在断面中心线上画出轮胎行驶面弧，接着用减去帘布层中线厚度m的画出胎冠曲率弧，在已确定好的最宽点半径轴线上用绘出胎侧曲率弧，再用计算出的曲率半径作内公切园找出园心O将胎冠与胎侧两个弧连接起来。再在选好的K点位置上用曲率半径找出园心作出下胎侧弧。胎圈部位的轮廓曲线，先按确定的S与q值找出E点，然后借用作从E点到下胎侧曲率弧的外公切园，最后绘制成以中线为基准的平衡轮廓曲线。（见图）在平衡轮廓中线基础上
14、配制各部位的厚度、和曲率半径、以及胎圈宽度j等参数即可绘制出轮胎断面的外轮廓。（见图9所示）表2 平衡轮廓曲线计算表轮 胎 规 格日 期原 始 参 数R=B=r=r=C=m=n=S=q=计 算 参 数r=R-m=r=J=r-R=r=r+q=r= 图8 平衡轮廓曲线 图9 轮胎断面轮廓 七十年代末,日本赤坂隆(TAkasaka)发表子午轮胎结构力学综述文章(13)(14),对子午胎断面轮廓设计与计算进行了介绍.他叙述了F.Bohm和F.Frank根据网络理论来研究子午胎的断面轮廓.径向断面轮廓线的主曲率半径r1是以旋转距离半径r、径向夹角、带束层角度、轮体帘线角、胎侧屈挠点C（断面最宽点）半径r
15、、以及带束层承担充气接触压力分配率g（等项为参数，以A=f（r）为函数表达式，（见图10、图11）并对此函数关系式进行数值积分即可获得子午胎断面轮廓曲线。图10 子午胎断面形状和几何参数 图11带束层和帘布层内压分配率根据FRANK的计算结果，认为充气接触压力分配率函数g(s)的曲线形状是梯形比抛物线更为接近,因此可近似地假设g(s)沿着带束层宽度方向的数值为常数.引入上述假定后,子午胎断面轮廓就可按下述积分公式求取.(1) 胎侧曲线rrr（从轮辋点B到带束层端点D）Z=Z-r）（r-r）+-r-(r-r)dr(2) 胎冠曲线区域rrr(从带束层端点D到胎冠点A)Z=Z-r）（r-r）+-r/
16、（r-r）+-r-(r-r)+-rdr（4）式中=1-g 根据这种理论所得的断面轮廓曲线，进行计算曲线与实测曲线对比，在胎圈和带束层端部多少有点偏离如图12所示。 15 Z175SR14 测 量- 计 算 10cm 50 15 20 25 30 35 r cm图12 子午胎断面轮廓曲线测量与计算对比2 RCOT理论设计方法日本石桥公司在1984年的月刊夕他杂志上介绍了轮胎最佳理论即Rolling Contour optimizat Theory简写为RCOT理论。这种新理论的设计思想是让轮胎的胎面轮廓符合于滚动状态下的形状，打破以往采用静态自然平衡轮廓的传统设计方法，由于原来的自然平衡轮廓理论是使充气轮胎在静态时具有均匀的胎体帘线应力，但并不是轮胎行驶时滚状态下的最佳形状，因此必须探索滚动时轮胎的最佳轮廓，这就导致产生RCOT理论的原因。（1） RCOT理论产生的背景 为了探索轮胎行驶时滚动状态下的断面轮廓，用来解决轿车产生偏离时引起胎面与路面接触不充分而发生一种“雏
