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钢圈切边模的设计制造
机械机电毕业论文（设计）
课程(专业)
钢圈|切边模
word+AutoCAD
&内容简介：
&　　毕业论文 钢圈切边模的设计制造，共31页，8725字，附任务书、设计图纸。　　
[摘要]：　　
这是一副生产拖拉机钢圈的模具，生产一个钢圈需要很多道工序，分为下料拉深、切边、第二次拉深和冲孔等几道工序，这是其中的第二道切边工序。这副模具的特点是结构简单、容易装配和维修而且精度高。这道切边工序的目的是为了使第一道下料拉深出来的制品周边材料均匀，从而使下道拉深工序完成后产品的高度一致。这个制品的外形直径为φ348mm，毛坯直径φ356mm，单边切除的余料4 mm。结构巧妙、导向精确是这副模具的特点。　　
[关键词]钢圈　　切边模 设计
凸模凹模　加工制造　　
一、前言•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 1　　
二、设计任务析•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 1　　
三、方案的初步选定•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••2　　
四、方案的详细设计•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••3
（一）零件的工艺分析••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••3
（二）冲裁间隙••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••4　　
（三）冲压工艺计算••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••7　　
（四）模具类型及结构确定••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••11　　
（五）主要零件的设计•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••14　　
（六）模具材料的选择及热处理••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••16　　
五、模具的制造•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 17　　
（一）主要零件的制造•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••17　　
（二）模具装配••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 18　　
六、总结评价••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 20　　
七、 致谢••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 21　　
八、 参考文献•••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 22 　　
九、 附录••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••••• 23
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油封钢圈冲压工艺及模具设计【毕业论文+CAD图纸全套】.doc 30页
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论…………………………………………………………………………………1
1.1国内模具的现状和发展趋势……………………………………………………1
1.1.1国内模具的现状 ……………………………………………………………1
1.1.2　国内模具的发展趋势……………………………………………………2
1.2　国外模具的现状和发展趋势…………………………………………………3
1.3　油封钢圈件模具设计与制造方面……………………………………………4
1.3.1油封钢圈模具设计的设计思路……………………………………………4
1.3.2油封钢圈件模具设计的进度………………………………………………4
零件的工艺性分析……………………………………………………………………5
拉深工艺计算…………………………………………………………………………6
修边余量的确定 ………………………………………………………………6
毛坯尺寸计算 …………………………………………………………………6
3.2.1 确定拉深件毛坯尺寸计算的依据 ………………………………………7
3.2.2 该零件毛坯尺寸的计算……………………………………………………7
排样………………………………………………………………………………7
确定拉深系数及拉深次数……………………………………………………8
凸凹模的最小壁厚 ……………………………………………………………8
确定工艺方案及模具结构形式……………………………………………………9
工艺方案的确定 ………………………………………………………………9
模具结构形式的选择与确定 ………………………………………………10
冲压设备的选择 ……………………………………………………………………10
冲裁工序总力的计算…………………………………………………………10
初选压力机 ……………………………………………………………………11
压力中心的计算………………………………………………………………12
模具主要零件的设计与标准化 …………………………………………………12
工作零部件刃口尺寸的计算 ………………………………………………12
工作零部件的设计与标准化………………………………………………13
6.2.1 冲孔凸模的设计……………………………………………………………14
6.2.2 落料凹模的设计……………………………………………………………14
6.2.3 凸凹模的设计………………………………………………………………16
其它零部件的设计与选用……………………………………………………16
6.3.1 刚性打件的设计……………………………………………………………16
6.3.2 定位零件的设计 ……………………………………………………………16
6.3.3 卸料部件的设计……………………………………………………………17
6.3.4 卸料螺钉的选用……………………………………………………………17
标准模架的选用 ………………………………………………………………17
模具总装图及其工作过程分析……………………………………………………18
模具工作过程分析……………………………………………………………18
模具总装图 ……………………………………………………………………18
工作零件的加工工艺性……………………………………………………………21
结束语…………………………………………………………………………………23
致谢 …………………………………………………………………………………………24
参考文献……………………………………………………………………………………25
油封钢圈冲压工艺及模具设计
摘要: 本设计题目为油封钢圈冲压工艺及模具设计，体现了典型复合模具的设计要求、内容及方向，有一定的设计意义。通过对该零件模具的设计，进一步加强了设计者冲裁模设计的基础知识，为设计更复杂的冲裁模具做好了铺垫和吸取了更深刻的经验。
本设计充分运用冲裁工艺及模具设计的基础知识，首先分析了板材的性能要求，为选取模具的类型做好了
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Bd1.39(D R ? Bd )Bd ? B0.70 ? 0.637d180 ? sin B0.70 ? B1 ? 135.6? ?1W1 B1?d ? 0.96 B0.70 ? H高分子科学与工程学院式中：K－负荷系数(此值与轮胎的结构和高宽比有关， 50系列、60系列和70系列的斜交轮胎和子午线轮胎K=1.655， 78系列斜交轮胎K=1.70， 78系列子午线轮胎和82系列套用=1.743） Bd－扁平轮胎在理想轮辋上的断面宽度，cm d－圆形轮胎设计断面高与扁平轮胎最大断面高之差，cmH－最大断面高(普通断面轮胎最大断面高H = 1.01×设计断面高， 扁平轮胎最大断面高H=l.O2×设计断面高)，cm高分子科学与工程学院高分子科学与工程学院以9.00-20载重轮胎负荷能力计算为例。 已知条件：D=l018.5mm，B1=259mm, W1=177.8mm, P=588kPa，DR= 508mm，KD (双胎)= 1.l， KS (单胎)= 1.l4负荷计算公式为：W ? 0.231K ? 0.425 ? 9.8 ? 10 ? (1.02 ? 10 P )180 ? sin B ? B1 ?? ?1?3?20.585?B1.39(D R ? B )W1 B1141.3 将已知数值代入上列公式中，首先求取S值，再求WD双胎负 荷，最后计算单胎负荷WS。高分子科学与工程学院?180 - sin (o- 117.78 25.9)B = 25.9141.3o= 25.9 ? 0.96 ? 25.047(cm)W D ? 0.231 ? 1.1 ? 0.425 ? 9.8 ? 10(1.02 ? 10?2?3?? 588)0.585? 25.0471.39(50.8 ? 25.047)=20（KN）WS ? 20 ? 1.14 ? 22.8( KN )（增加气压70KPa）高分子科学与工程学院§3-3外胎外轮廓设计D―外直径； B―断面宽； H―断面高； d―胎圈着合直径； C―两胎圈间距离； b―行驶面弧度宽度； h―行驶面弧度高度； H1―断面中心以下断 面高； H2―断面中心线以上 断面高；高分子科学与工程学院轮胎尺寸：轮胎硫化模具的内缘尺寸 一、外胎外轮廓的轮廓尺寸 B、D、d、C、H、b、h、H1 、H2 1.断面宽B的确定B ? B? B? BB - 轮胎断面宽B?B? B一般断面高宽比 B &1 的斜交轮胎， B 在1.09～1.17之间。断面高宽比 B -充气轮胎断面宽 H ＞1的斜交胎，断面宽膨胀率/H- 断面膨胀率B断面宽膨胀率在1.00～1.07之间。高分子科学与工程学院影响膨胀率的因素：（1）H B ? 1,H B大的膨胀率大。B B//（2）? k （3）BC? k 越大，C B越大。 越小。B B/越小，B B（4）材料模量E （5）花纹 （6）工艺：E越大，B B/越小。花纹深，大（工程胎必须考虑花纹，其他的不考虑）压延（烘干温度，PA6 100 ～ 105°CPA66 105～115°C 张力≥5.88N/根）B B/硫化（用硫化机或硫化罐硫化的尼龙胎体轮胎，断面膨胀率 用硫化机硫化的尼龙轮胎B B/应分别取值。相对大一些,一般取1.15～1.16。）高分子科学与工程学院2.外直径和断面高的确定模型外直径D根据轮胎充气外直径D′和充气外 直径变化比值而定。轮胎是在充气条件下使用，其充气后外直径伸张或收缩，用D′/D值表示，用下式求模型外直径D值。D?D? D? / D一般H/B&l的人造丝斜交轮胎，D′/D&l，约为0.990～0,999；尼龙 斜交轮胎则不同，其H/B值无论是大于或小于1，充气外直径均增大，一般 约增加0.1～2.5%。 模型断面高H根据轮胎外直径D和着合直径d计算求得。H ?1 2(D ? d )高分子科学与工程学院外胎的与H/B、W1/B的关系见表2-1所列。表2-1不同高宽比(H/B)轮胎的膨胀率轮胎规格 骨架材料 轮辋宽度 （W1） mm152 127 178 152 140 406 254模型断 面宽 (B)mm226 186 224 217 192 460 300模型外 直径 (D)mm2 1 1096W1/BH/BD′/DB′/B9.00-20 7.50-20 9.00-20 9.00-20 7.50-20 18.4-30 11-24R R N N R R N0.673 0.683 0.795 0.700 0.729 0.883 0.8471.135 1.185 1.123 1.159 0.995 0.830 0.8030.998 0.994 1.004 1.004 1.008 0.999 1.0261.106 1.097 1.123 1.156 1.063 1.022 1.06723.5-2529.5-29NN495635590760161520080.8390.8360.8320.8400.9971.0011.0251.007高分子科学与工程学院断面水平轴位置的确定H1:胎圈基部至断面中心线高度 H2：断面中心线至胎冠的高度 H1和H2值可以通过H1/H2值计算求得。 H= H1+H2H1= H1/H2*H2H2= H- H1 断面水平轴位于断面最宽处，是轮胎在负荷下法向变形最大的位置，用H1/H2表示。一般H1/H2值在0.80~0.95范围内，其大小根据材料分布图内轮廓曲线确定。高分子科学与工程学院F1、F2范围内胎侧厚，基本相等，才能保证从坚硬的胎圈和胎肩向柔软胎侧均匀过渡，才能保证最大曲挠度位于水平轴上。此外， F1、F2应尽可能大些，以求胎侧部位有较大曲挠范围。 H1/H2的影响因素： a. H/B值 H/B取值大，胎侧长， H1/H2易取大些，使水平轴适当高些，以防应力集中于胎圈。反之H/B小，则胎侧短， H1/H2值应取小些，使水 平轴适当低些，以免应力集中于胎肩。 b. C/B值 c. 花纹深度 C/B值大， H1/H2取值应小些。 花纹沟比较深，即胎冠比较厚时， H1/H2值应取小些。反之，取大些。高分子科学与工程学院H1/H2值过小即断面水平线位置偏低，接近下胎侧，使用过程中，应力、应变较集中，易造成胎侧子口折断；H1/H2值过大则断面水平轴位置较高，应力和应变集中于胎肩部位，容易造成肩空或肩裂。 3.行驶面宽度b和弧度高h的确定 行驶面宽度b和弧度高h是决定胎冠形状的 主要参数，设计不当直接影响轮胎的耐磨性能、 牵引性能、附着性能及滚动阻力。 ① b的确定b ? B(b B)b的大小不宜超过胎圈外缘曲线和轮辋边缘曲线相交点宽度，负荷下 有95～98%的宽度与路面接触。高分子科学与工程学院b值过大时即行使面过宽时，胎肩增厚，生热量过高，散热困难，以致 造成胎肩、胎冠脱层而早期损坏，影响轮胎的使用寿命； b值过小即行使面过窄，胎面与路面接触面积小，平均单位压力增大，极 易早期磨损。 ② h值的确定h ? H(h H)h值过大即胎冠曲率过大，胎面与路面接触面积小，耐磨性能差； h值过小时，虽然耐磨性能和附着性能得以提高，但胎肩过厚，影响散热。高分子科学与工程学院一般轮胎b/B值小则h/H值宜选小值；b/B值大则h/H可选大值，应视 轮胎类型、胎面花纹、使用要求而定，不同类型轮胎的b/B，和b/H取值 范围见表2-2所列。 表2-2 不同类型轮胎b/B和h/H取值范围轮胎类型 轿车轮胎 载重轮胎 普通花纹 混合花纹 0.75～0.80 0.80～0.85 0.035～0.055 0.055～0.065 b/B 0.75～0.95 h/H 0.030～0.050 轮胎类型 越野花纹 工程轮胎 拖拉机 轮胎 b/B 0.85～0.95 0.85～0.95 0.90～0.98 h/H 0.060～0.085 0.040～0.060 0.080～0.100高分子科学与工程学院（4）着合宽度C和着合直径d的确定 ① C值的确定轮胎两胎踵间的距离，称为胎圈着合宽度C,其值根据设计轮辋宽度W而定，一般 等于或略小于W，但不易减小过大，以15~25 mm为宜。 轮胎适用于一种轮辋的，两者采用相同的数值，轮胎适用两种轮辋的， 以窄轮辋为准，或者兼顾。以窄轮辋为准，相当于使轮胎的断面水平轴上 移，使剪切应力上移到胎肩部位；切忌按宽轮辋取值，以免在窄轮辋上使 用时，造成胎圈应力集中，而早期损坏。高分子科学与工程学院高分子科学与工程学院高分子科学与工程学院② d 的确定 胎圈着合直径d,根据轮辋的类型和直径设计。其设计原 则应满足轮胎装卸方便和着合紧密两点要求。 a. 平底轮辋 胎圈着和直径大于轮辋直径1.0～1.5毫米。高分子科学与工程学院b.斜底轮辋胎踵部分着合直径较轮辋相应部分直径小1.0 ～ 2.0毫米，以便着合紧密。胎趾着合部分直径应 较轮辋相应部分直径大1.0 ～1.5毫米。高分子科学与工程学院d.无内胎轮辋为保证气密性，胎圈着合直径比轮辋直径小 2 ～3毫米,并且进行角度设计。为着合紧密，胎圈着合直径小于轮辋直径1.0～ 1.5毫米。c.深式轮辋高分子科学与工程学院二. 外胎各部位弧度的确定Rn? ? Rn RnR1 R2 R3 R4 R5n? ? Rn Rn （1）胎冠弧度半径R的设计①一个弧度半径Rn的设计适于在胎冠较窄，弧度高较小的情况下使用。 圆心位于断面水平轴上。 ② 两个弧度半径Rn n R?的设计胎冠弧度有两个弧度构成，可收到提高胎面耐磨性能和分散胎肩应力的良好效果。高分子科学与工程学院Rn ?b2Rn?8h??h? 2=（25~40%）Rnn③? ? Rn Rn 三个弧度半径R的设计这种设计既能保证胎冠行驶面的平坦性，提高胎面耐磨性能，又不至于增加胎肩厚度。（2）胎侧弧度半径的确定 ①上胎侧弧度半径R1计算公式为：(H R1 ? ? h) ?212(B ? b) ? L224 B?bL ?1 2H2高分子科学与工程学院式中L：胎肩切线长度 （L在轮胎断面中心轴的投影长度约为H2的50% ，见右图）②下胎侧弧度半径R2的确定1 (B ? C ? 2a)2 ? (H ? H c )2 1 R ? 4 2 B ? C ? 2a式中 Hc为轮辋轮缘高度,由测量所得。高分子科学与工程学院③胎圈曲线弧度半径R4、R5的设计 胎圈曲线弧度依据轮辋边缘曲线弧度设计。设计原则是两者要很好的吻合。 胎踵半径R5要大于轮辋相应部位半径RE0.5～1.5毫米。 轮辋边缘接触的胎圈半径R4小于轮辋边缘半径RD0.5 ～1.0毫米，圆心低 1.0 ～1.5毫米。④下胎侧自由半径R3 R2和胎圈轮廓半径R4用R3连接， 一般R3约为R2的25～40%, R3值易小，便于增加下胎侧至胎圈过 渡位置的厚度，加强胎圈强度。高分子科学与工程学院三、外轮廓曲线绘制步骤（1）画出中心线 （2）由断面宽B和上下高H1、H2确定外轮廓曲线的左侧点、右侧点、上端点及下端点。（3）根据b和c确定胎面宽及胎圈宽共四点。 （4）绘出胎冠圆弧Rn，其中心在纵轴上。 （5）绘出上胎侧圆弧R1，其中心在水平轴上。 （6）画出胎肩切线L。（7）画过渡弧Rn′（8）绘出下胎侧圆弧R2。 （9）绘出胎圈弧R5、R4并进行过渡连接。（10）绘出R3高分子科学与工程学院§3-4 一、胎面花纹的作用外胎花纹设计胎面花纹直接影响轮胎的使用性能和寿命。胎面花纹起着防滑、装饰、散热作用。它能传递车辆牵 引力、制动力及转向力，并使轮胎与路面有良好的接着性能， 从而保证车辆安全行驶。 试验证明在干燥路面上行驶，轮胎胎面的花纹影响不大， 其摩擦系数值均为0.6～0.8左右，也有高达1.0的。但在潮湿路面上则明显不同，按不同花纹形式其排列顺 序为：横向花纹→ 曲折花纹→ 纵向花纹→无花纹，摩擦系 数由0.3降至0，可见胎面花纹的重要作用。高分子科学与工程学院2.胎面花纹设计的基本要求 ①轮胎与路面纵向和侧向均具有良好的接着性能。 ②胎面耐磨而且滚动阻力小。③使用时生热小，散热快、自洁性能好，而且不裂口、不掉块。④花纹美观、低噪音，而且便于模具加工。 上述要求因相互间存在不同程度的矛盾难以全部满足。胎面花纹设 计必须根据轮胎类型结构和使用条件、主次要求、兼顾平衡来确定方案。 二、花纹饱和度的计算 花纹饱和度：花纹块面积占轮胎行驶面面积的百分比叫花纹饱和度。其计 算公式为：K ? S1 S ? (1 ? S2 S ) ? 100% ? 100%式中，S1―花纹块面积； S2―花纹沟面积； S―胎面行驶面面积；高分子科学与工程学院花纹饱和度的大小影响轮胎的使用性能。适宜的花纹饱和度能提高 轮胎的耐磨性，延长使用寿命，减小滚动阻力，降低油耗。三、花纹种类 1）普通花纹：又分横向和纵向花纹适用于沥青路、水泥路、条件好的沙石路。 饱和度70%-80% 饱和度指花纹块的面积占行驶面面积的百分比。高分子科学与工程学院高分子科学与工程学院高分子科学与工程学院2）越野花纹 适用于崎岖的山路及泥泞的路。饱和度 40%-50%无向越野 花纹有向越野花纹高分子科学与工程学院3）混合花纹 适用于城乡结合部的路况； 饱和度 50%-60%。高分子科学与工程学院四、花纹设计（1）胎冠部花纹设计 包括花纹沟深度、宽度，基部胶厚度，花纹的排列方 向以及花纹沟底设计。 ①花纹沟深度确定依据：花纹沟深度根据轮胎类型和规格，花纹类型，胎体强度，车辆的行驶速度以及要求达到的行驶里程，综合起来考 虑确定。高分子科学与工程学院通常胎体强度高的轮胎，以胎面磨耗程度衡量 轮胎的使用寿命，试验测得，轮胎每行驶1000km，胎面磨耗量约为0.14～0.l5mm,通过经验公式，用轮胎标准行驶里程和轮胎千公里磨耗量计算花纹沟深度，计算公式为:花纹沟深度=轮胎标准行驶里程×磨耗量 1000高分子科学与工程学院载重轮胎普通花纹深度一般为11～15mm，加深花纹为 15～2Omm。规格大、胎体强度高的轮胎花纹深度可加深；越 野花纹比同规格的普通轮胎略深15～30%。 为提高轮胎的牵引性能，国外采用超深沟大型胶块花纹， 如9.00-20以上规格轮胎，花纹深度可高达25mm。裁重轮胎 根据规格、结构及花纹类型的不同有不同的花纹沟深度范围；见表2-3所列。高分子科学与工程学院表2-3 载重轮胎胎面花纹深度斜交轮胎 轮胎规 格标志 6．00 6．50 7．00 7．50 8．25 9．00 10．00 11．00 12．00 13．00 14．00 花纹设计深度 普通 花纹 10．0 10．5 11．0 11．5 12．0 12．5 13．0 13．5 14．0 14．5 15．5 15．0 17．0 18．5 19．5 加深 花纹 牵引 花纹 16．0 16．5 17．0 18．0 19．0 20．0 20．5 21．0 22．0 24．0 25．5 轮胎规 格标志 6．00R 6．50R 7．00R 7．50R 8．25R 9．00R 10．00R 11．00R 12．00R 13．00R 14．00R 16．00R 普通 花纹 10．0 10．5 11．0 11．5 12．0 12．5 13．0 13．5 14．0 14．5 15．5 16．0 14．0 14．5 15．0 15．5 子午线轮胎 花纹设计深度 加深 花纹 牵引 花纹 14．5 15．0 15．5 16．0 16．5 17．0 17．5 18．0 18．5 19．0 20．0 20．5 17．0 18．0 19．0 20．0 20．5 21．0 22．0 24．0 25．5 28．5 超深牵 引花纹注：表中所载是美国&TRA&年鉴建议花纹深度范围。高分子科学与工程学院轿车轮胎花纹深度一般较浅，约为7～1Omm，尤其是高速轿车轮胎花纹不宜过深，以免因滚动阻力增加，胎体生热过高。轿车轮胎不同规格花纹深度范围 见表2-4所列。表2-4 轿车轮胎胎面花纹深度轮胎规格标志 普通花纹 越野花纹 轮胎规格标志 普通花纹 越野花纹4.00-5.00 5.00-6.00 6.00-7.005.5～7.0 7.0～8.0 8.0～8.59.0～13.0 11.0～14.0 11.0～14.57.00-8.00 8.00-9.008.5～9.0 9.0～9.512.0～15.5 12.0～15.5高分子科学与工程学院拖拉机驱动轮胎和工程机械轮胎的花纹深度比较大拖拉机驱动轮胎 花纹深度约为25～4Omm,又如水田拖拉机轮胎由于在水田环 境中作业,要求具有良好的浮力和牵引力，以及自洁性能要 好，其花纹饱和度只有15～20%，花纹沟深度比一般拖拉机 轮胎增加一倍左右，中国南方水田的泥脚深度约为150～ 25Omm，花纹沟深度一般为70～90mm。高分子科学与工程学院工程机械轮胎花纹深度应随规格增大而加深，12.00～16.00的工程轮胎 普通花纹深度为22～28.5mm； 加深花纹为33.5～51mm； 超加深花纹为59～71mm；24.00～36.00工程轮胎普通花纹深度为38～55mm； 加深花纹为57～82mm； 超加深花纹为95～1l7mm。高分子科学与工程学院②花纹沟宽度的确定依据：花纹沟宽度和花纹块宽度应根据轮胎 类型、规格及花纹形状，结合花纹饱和度等 因素考虑，合理设计花纹沟宽度，有利于提 高胎面的耐磨性能和抓着性能。花纹沟宽度增大，相对会使花纹胶块减 小，增大胎面的柔软性，从而增大其与路面 的抓着力与散热性能，改善沟底裂口及夹石 子现象，但相反会使胎面掉块或不耐磨。高分子科学与工程学院花纹沟宽度不宜过宽而且要求分布均匀载重轮胎普通花纹沟宽度约为9～16mm,花纹块宽度不得小于花纹沟宽度的2倍，分布大小不宜差异太大；轿车轮胎花纹沟多而窄，花纹沟宽度一般为3～5mm；越野花纹沟较宽，通常花纹沟宽度等于或大于其花纹沟深度，甚至高达4倍。高分子科学与工程学院③花纹沟基部胶厚度的确定 花纹沟基部厚度与花纹沟深度有关，花纹沟深度与花纹 沟基部厚度之和等于胎冠部厚度,花纹沟基部厚度应根据轮 胎类型、花纹形状确定，其厚度约为花纹沟深度的25～50%，一般载重轮胎横向普通花纹不易裂口，基部厚度可选低值，纵向花纹基部胶厚度则不宜过薄。不同花纹类型载重轮胎花纹沟基部胶厚度占花纹深度的比例如表2-5所列。花纹类型 基部胶厚度 占花纹沟深度，% 普通花纹 横向20～25混合花纹 块状25～30越野花纹 窄向30～35纵向30～40条状30～35宽向40左右高分子科学与工程学院④花纹排列角度及花纹沟断面形状设计 花纹沟在行驶路面上的排列角度应避免与胎冠帘线角 度重合，一般胎冠角度为48°～50°，花纹排列角度与之相 差至少3°以上，以免花纹块底部胎体帘线因受应力作用而 折断或爆破，尤其越野花纹类型更甚。花纹排列角度通常为斜角排列, 但切忌设计带有锐角的花纹胶块，以免造成胶块崩花和掉块，影响轮胎使用寿命。 纵向花纹排列角度一般取30°(与行驶面中心线所夹角度) 越野花纹常取45°、60°或90°角排列。 胎肩部位的横向花纹沟宜采用向外放大的设计，利于排泥 自洁。高分子科学与工程学院花纹沟断面设计原则： 花纹沟具有良好自洁性，不易夹石子和基部不裂口。 花纹沟底部应采用小圆孤与沟壁相切，形成向上开放的U形 沟槽,花纹沟壁倾斜角度α , 横向花纹为15°～20°,纵向花 纹为8°～12°，沟底圆弧半径R不宜过小，以免呈V状造成 沟底裂口,R约为1～3mm，亦可用下式计算，参考图2-12 根 据花纹沟宽度,深度和沟壁倾斜角度α 求取R值。b R? 2 1 cos ? b ? ? tg? 2 1 ? sin ?? htg?cos ? ? h sin ?式中 R―花纹沟底弧度半径，mm； B―花纹沟宽度，mm； α―花纹沟璧倾斜角度，度; h―花纹沟深度，mm高分子科学与工程学院花纹沟的断面形状块的宽度≥花纹深度的2倍； 块与块之间的距离＞沟宽的2倍。高分子科学与工程学院⑤花纹间距的确定花纹间距根据花纹类型、花纹形状及花纹饱和 度等因素确定。 花纹间距分为均等和不均等两种。载重轮胎采 用均等花纹，轿车轮胎多采用不均等的变节距花纹， 可防止谐振噪音的产生，一般花纹最大的间距与最 小间距之差不宜小于20～25%。花纹间距越大，花纹 等分数越少，花纹等分数又称为花纹节数，应取偶 数值，便于花纹平分。花纹间距计算公式为：tc ??Dn式中D―外胎外直径，mm； n― 花纹节数； tc―花纹间距值，mm。高分子科学与工程学院（3）胎肩部花纹设计 胎肩部位花纹应配合胎面花纹进行设计，一般要求具有 一定的支撑性能及良好的散热性能,载重轮胎宜设计间断的 花纹块，轿车轮胎则设计连续性花纹。 胎肩部位花纹通常呈辐射状排列，花纹沟深度为一深一 浅间隔排列。 胎肩部位花纹间距，可用下式计算，即将外胎外直径减 去两倍的行驶面弧度高h代入下式而得n 花纹沟设计参数举例如表2-7所列。国外轮胎胎面花纹设 计参数见表2-8所列高分子科学与工程学院tc ??? ( D ? 2h)表2-6 花纹沟设计参数实例轮胎规格 9.00-20 9.00-20 11.00-20 11.00-20 175R14 215R15花纹类型花纹深度，mm 花纹沟宽度，mm 花纹沟壁角度 沟底弧度半径，mm 花纹节数 花纹饱和度，%条形15 12 14°，22° 2 60 71烟斗17 12，14，17 16°，22° 3 48 79条形16 15 22° 2．5 60 74烟斗17 14，18，23 18°，20° 3 50 78．5条形8 3．5，4 11° 1条形7．9 3，3．5，4 9°，10° 1，1．58081高分子科学与工程学院表2-7 国外轮胎胎面花纹设计叁数载 重 轮 胎轻 型 载 重 轮 胎 越野花纹 40～60 1.5～3.0 普通花纹 60～80 0.8～2.5 越野花纹 45～60 1.5～3.0项 目普通花纹 花纹饱和度，% 花纹块宽/花纹沟深 60～80 1.2～3.0 混合花纹 50～70 1.5～3.0花纹块宽/花纹沟宽花纹沟宽/花纹沟深 花纹沟壁角度 花纹间距/花纹块宽2～50.5～0.8 0.5°～6° 0.2～0.52～50.3～3 0.5°～20° 0.4～1.10.5～40.5～4 5°～30° 0.4～4.52～40.2～0.6 0.5°～6° 0.1～0.50.8～30.5～3 3°～20° 0.1～1.1高分子科学与工程学院（4）其它方面设计胎面排气孔和排气线，上胎侧防擦线，下胎侧防水线及胎面磨耗标记等。①上胎侧防擦线一般设在胎肩切线下端，中型载重轮胎防擦线宽度为15～ 2Omm，厚度为1mm左右。 轿车轮胎防擦线宽度为10～20mm,厚度为0.5mm左右，也可 在水平轴附近设防擦线，用以保护胎侧免受机械损伤，但不 宜设在水平轴位置处，以免胎体变形，防擦线两端应采用小 弧度与胎侧轮廓线相切，用以加固防擦线胶条强度。高分子科学与工程学院防擦线防擦线高分子科学与工程学院②下胎侧防水线 设于胎圈部位靠 近轮辋边缘处,根据轮 胎规格大小,可设1～3 条防水线，其宽度为 2～5mm厚度为0.5～ 1.5mm、用以防止泥水 进入胎圈与轮辋之间， 起保护作用。高分子科学与工程学院③排气孔和排气线一般设在胎面及胎侧部位，用以排除硫化过程中模腔内的空气，使胎胚胶料充分流动，保证轮胎 花纹清晰而不缺胶。排气孔直径为0.6～1.8mm，其 数量和位Z应根据花纹形状和轮胎规格确定，一般 在胎肩、胎侧、下胎侧防水线、上胎侧防擦线和花纹块斜角端部等位Z处设计排气孔，数量不宜过多，以保证不缺胶为准，在防擦线和防水线上一般可按8～16等分钻孔。排气孔及排气线位Z见图2-13所示。高分子科学与工程学院高分子科学与工程学院高分子科学与工程学院④胎面磨耗标记一般设在胎面主花纹沟底部。沿轮胎圆周共没6个或8个 间隔均匀的胶台作为磨耗标记。 载重轮胎磨耗标记高度为2.4mm；轿车轮胎胎面磨耗标记 一般高1.6 mm，长5～12mm；重型载重轮胎则为3.2mm，长度均 为40mm左右，图2-14为胎面磨耗标记示意图。高分子科学与工程学院C G F EDBC排气孔BDEGF 胎面花纹展开图花纹展开图高分子科学与工程学院高分子科学与工程学院§3-5外胎内轮廓设计根据轮胎结构设计的经验设计法，外胎外轮廓 曲线确定后，可进行外胎内轮廓设计。设计内容包 括： 确定胎面胶、胎侧胶的厚度和宽度；胎身帘布 层和胶片的结构和尺寸；胎圈结构设计；特征点厚度计算以及最后进行内轮廓曲线绘制。高分子科学与工程学院一、胎身结构设计1.帘布层确定 （1）帘布层数及其安全倍数计算 斜交轮胎的帘布层是保证胎体强度的骨架主体，承受轮胎 80～90%的内压总应力。胎体强度与帘布层数，密度和帘线强度 有关，层数增加或选用密度大、高强度帘线均有助于提高胎体强 度，而帘布层数又取决于轮胎规格、结构及内压等因素。 因此帘布层数必须通过计算单根帘线所受张力以及安全倍数来合理确定。计算单根帘线所受张力应以胎冠点为基准，因帘线 分布在胎体，各部位受力情况不同，在内压作用下，受张力最大 的部位是胎冠部，从冠部向胎圈部位逐渐减小。高分子科学与工程学院A、单根帘线所受张力计算目前广泛应用“彼得尔曼”计算公式，方法简单 而且合理。计算所用安全倍数根据轮胎类型和使用 条件不同而异，见表2-8所列。表2-8 轮胎安全倍数取值范围项目 载重轮胎 良好路面 不良路面 长途汽车轮胎 矿山挖掘和 森林采伐等轮胎10～12 14～18 16～18 18～20 安全倍数（K）项目 轿车轮胎 良好路面 不良路面 高速轿车轮胎安全倍数（K）10～12 12～14 12～14高分子科学与工程学院外胎胎体单根帘线所受张力计算图见图2-15， 单根帘线所受张力计算公式为:0.1P( RK ? R0 )2 2N ?2 RK ? ? nik?1 cos ? k2式中 N ―单根帘线所受张力，N/根 P―内压，kPa Rk―胎里半径(胎冠部第一帘布层半径) R0―零点半径(外胎断面水平轴至旋转轴间的距离)，cm； βk―胎冠帘线角度(一般48°～56°)，度； ―胎冠各层帘线密度之和，根/cm。高分子科学与工程学院b．帘线密度的计算包括内、外帘布层和缓冲层帘线密度的计算， 公式为: r0 COS? 0 i k ? i0 ? RK COS? Ksin ? 0 ?? 1 r0Rk? sin ? k? nik? n1ik1 ? n2 ik 2 ? ik 3高分子科学与工程学院式中： i k ―胎冠帘线密度，根/cm； i k 2 ―内帘布层的胎冠帘线密度，根/cm； i k 1 ―外帘布层的胎冠帘线密度，根/cm； i k 3―缓冲层的胎冠帘线密度，根/cm； i 0 ―帘布层帘线原始密度，根/cm； n ―帘布层数； n1―内帘布层数； n 2 ―外帘布层数； r0―第一层半成品帘布筒半径cm； ? 0―帘布裁断角度，度； ? 1―帘线假定伸张值(尼龙帘线值一般取1.105～1.035, 人造丝帘线取1.03～1.045).高分子科学与工程学院c．帘线安全倍数确定轮胎在充气状态下单根帘线所受张力的计算是以静态为基 准，不考虑轮胎实际使用中的动态因素。为保证轮胎在动态条 件下安全行驶，不发生爆破和损坏，必须选取合理的安全倍数, 如表2-9中所列。K ?式中 k―帘线安全倍数；S NS―单根帘线强度(尼龙帘线930dtex/2为137N/根， 1400dtex/2为215.6N/根，1870dtex/2为269.5N/根，人造丝帘线 1840dtex/2为147N/根)，N/根。高分子科学与工程学院d．计算实例以载重轮胎9.00-20为例计算胎体强度，并确定 帘布层层数。 己知条件:P=588kPa，RK=47.9cm， i 01=37.25cm，? 0 =30°， =50.92°， r0 =30cm， R0 =10根/cm ?K （1400dtex/2），i 02 =7.4根/cm（1400dtex/2），i 03 =6根/cm（930dtex/2）, 1400dtex/2帘线的S=215.6N/根。高分子科学与工程学院解 ? nik 值计算：ik1 ? i01 r0 RK ? COS? 0 C 0S? K ? 10 ? 30 47.9 ? COS 30? COS 50.92? ? 8.6(根 / cm)ik 2 ? 7.4 ?30 47.930 47.9?cos 30? cos 50.92?cos 30?? 6.36(根 / cm)ik 3 ? 6.0 ??cos 50.92?? 5.16(根 / cm)高分子科学与工程学院将93Odtex/2的帘线密度换算为相当于1400dtex/2规格的帘线密度,再进行帘线密度总和的计算。因93Odtex/2的S=142N/根，5.16根/cm(93Odtex/2)相当于5.16×14.5/22=3.4根/cm(1400dtex/2)设n1 =6， n 2=2代入式中? n1ik1 ? n2 ik 2 ? ik 3? nikk? ni =6×8.6+2×6.36+3.4=71.12高分子科学与工程学院单根帘线所受张力为：N ? 0.1P( RK ? R0 )2 22 RK ? ? nik?1 cos ? k20.1 ? 5.88(47.9 ? 37.25 )2 22 ? 47.9 ? 71.12?1 cos 50.92?2=19.69(根)安全倍数为：k ? S N ? 215.6 19.53 ? 10.95计算结果符合要求。高分子科学与工程学院② 挂胶帘布厚度外胎帘布层和缓冲层均由数层挂胶帘布组成，挂胶帘布层上覆上一定厚度的胶层，使布层间与帘线间增加粘合力，提高帘线的疲劳强度和弹性。帘布层之间胶层厚度不宜过厚或过薄，可控制帘线之间胶层厚度与布层之间胶层厚度比值 在0.7～1.0左右，一般纤维帘布表面附胶厚度约为0.2～ 0.3mm，钢丝帘布表面附胶约为0.6～0.8mm。帘布挂胶厚度 应根据帘线种类、帘线粗度，轮胎类型和规格、胶料性能及 工艺条件等因素确定。缓冲层位于胎体帘布层之上，承受轮 胎最大剪切应力的部位，挂胶布层厚度比帘布层厚度大，见 表2-10所列。高分子科学与工程学院（2）胶片设计用于胎体的胶层有油皮胶、隔离胶以及缓冲层上的缓冲胶片。表2-9 胎体和缓冲层挂胶帘布厚度帘布种类 帘线规格,dtex/2 帘线直径,mm 胎体帘布挂胶厚 度,mm 缓冲层帘布挂胶厚 度,mm人造丝 人造丝 尼 尼 尼 钢 钢 龙 龙 龙 丝 丝0 0.70±0.03 0.87±0.05 0.55±0.03 0.65±0.03 0.75±0.03 0.90 1.201.10～1.20 1.20～1.30 0.95～1.05 1.05～1.13 1.10～1.20 2.2～2.5 2.7～3.01.50～1.70 1.50～1.70 1.35～1.50 1.45～1.60 1.50～1.70 2.0～2.2 2.5～2.6注:钢丝帘线用于子午线轮胎胎体和带束层上。高分子科学与工程学院① 隔离胶作用：通常贴合在受剪切应力最大的胎冠部外层帘布上。由于轮 胎在定型和硫化过程中，胎体冠部伸张最大，因而挂胶帘布 厚度受拉伸而减薄，位于受剪切应力最大的胎冠部帘布层必 须增贴隔离胶层，以补偿帘布层厚度和布层间的胶量，提高 帘布层的附着性能和抗剪切应力的能力，防止胎体脱层损坏。 厚度和层数：隔离胶层的厚度和层数可根据轮胎规格和使用条件 确定。大规格、层数多和在坏路面使用的轮胎，隔离胶层要 增加，高速轮胎和用于良好路面上的轮胎，防止生热量过大， 尽量少贴隔离胶，4层以下轮胎可不用。 隔离胶厚度一般为0.4～0.6mm，其宽度大于缓冲层宽度， 各胶层宽度的差级为10～2Omm均匀分布。高分子科学与工程学院② 油皮胶位于第一层帘布之下，用以保护帘布层,其宽度 应与胎圈包布处搭接10～15mm，不致使胎里帘线外露。 油皮胶厚度约为0.6～1.Omm，不同规格选值不同， 小规格轮胎油皮胶厚度一般为0.4～0.6mm，中规格轮 胎取0.6～0.8mm，大规格轮胎取0.8～1.0mm。 无内胎轮胎胎里用气密层代替油皮胶，气密层胶料 要求严格，不得存有气泡和杂质，可采用数层薄胶片 贴合制备气密层，以提高其气密性，厚度一般为 0.5～2.Omm。高分子科学与工程学院③ 缓冲胶片 作用：缓冲层用以缓和、吸收路面对胎体的冲击和振 动，保护帘布层。其结构组成根据轮胎规格、类型 确定。位置：缓冲层位于胎面胶下，其端点位Z设计不当， 极易造成轮胎胎肩脱层或断裂损坏，因此缓冲层宽 度应尽量避开应力集中区的胎肩部位，宜窄于行驶 面宽度或宽于行驶面宽度。结构：中小型载重轮胎多采用两层帘布加两层胶片组 成的复合结构，其第1层缓冲层宽度不超过行驶面， 或采用两层均窄于行驶面的缓冲层结构，两层边端 差级为10～l5mm；两层缓冲胶片分别贴合在高分子科学与工程学院上缓冲层帘布之上和下缓冲层帘布之下，厚度为0.5～1.5mm,将缓冲层帘布两端全部覆盖，大型载重轮胎采用3～4层帘布和2～3层胶片的复合结构，小规格轿车轮胎一般可用缓冲胶片代替缓冲层。近年来，胎体帘线强度提高，道路条件改善。新型合成纤维的发展，使轮胎逐渐具备取消缓冲层 的条件，有的国家斜交轮胎已不采用缓冲层胶片。高分子科学与工程学院2．胎圈结构设计 胎圈是使轮胎固定在轮辋的部位，要求坚固而又有足 够的强度和刚性，因此胎圈结构、胎圈主体的钢丝圈强度、 钢丝圈直径及其断面形状等因素，均为保证胎圈强度的必 要条件。(1) 钢丝圈设计 包括钢丝直径、钢丝根数、钢丝圈个数的确定以及钢 丝圈断面形状的设计。 ① 钢丝圈直径的计算钢丝圈直径Dg应根据胎圈帘布包圈方法、钢丝圈底部 材料总厚度和压缩率计算确定。高分子科学与工程学院计算公式：D g ? d ? 2TK 0式中―钢丝圈直径，mm；d―轮胎着合直径，mm； T―压缩前钢丝圈底部材料总厚度，mm；K 0 ―压缩系数(一般取0.9～0.95，胎体帘布层数多或着合直径小的轮胎值可取0.98～1.00，甚至可高达1.00以上)高分子科学与工程学院② 钢丝根数确定采用强度校核法。通过内压作用下钢丝圈所受应力的 计算,再确定所需钢丝的根数，见图2-16所示。 A.1个胎圈钢丝圈所受应力计算公式为：T ? 10?4P( RK ? R0 )2 22 cos ? n? cos ? ksin ? n ?r0 RK? sin ? k式中 T―一个胎圈钢丝圈所受应力，kN； P―内压，kPa； Rk―胎里半径，cm； R0―零点半径，cm； ? K ―胎冠帘线角度，度； ? 0 ―轮辋点帘线角度，度； r0 ―轮辋点半径，cm。高分子科学与工程学院B．一个胎圈钢丝根数计算公式为n?T ?K S1式中 ：n―钢丝根数；S 1―钢丝强度，N/根; K―钢丝圈强度安全倍数，不低于5～7倍。高分子科学与工程学院C．当设计的轮胎用于斜底轮辋，或同时可用平底轮辋 和斜底轮辋计算胎圈所受应力时，应考虑加上胎圈与轮辋过盈配合时 因过盈力而造成的附加应力，以便增加胎圈的钢丝根数，确保 胎圈必要的强度。 计算钢丝圈所受的总应力应等于钢丝圈在内压作用下所受 应力T与轮胎对轮辋过盈力(箍紧力)Tt之和。T总 ? T ? TtTt ? Ebr 2t ??T?t ? d r ? d ? 2a( ?t ? tg ? r ) tg高分子科学与工程学院式中T总 ―一个胎圈钢丝圈所受的总压力，KN； T―钢丝圈过盈力，kN； E―钢丝圈底部材料的弹性模量，一般为30～5OMPa； b―钢丝圈所占宽度，cm； t―钢丝圈底部材料厚度，cm； r―钢丝圈平均半径，cm； dr―轮辋标定直径，cm； ? T ― 胎圈对轮辋的过盈量，cm； d―轮胎着合直径，cm； a ―轮缘至胎圈中心的距离，cm； ? t ―胎圈底部倾斜角，度； ? r ―轮辋底部倾斜角，度。高分子科学与工程学院D．计算实例以9.00-20轮胎为例，计算钢丝圈所受应力和钢丝的根数。 ? 已知条件:P=657kPa，Rk=47.9cm,R0=37.25cm， =50.92° rn=26.67cm，S1=1372kN/根，K=5～7倍 将以上已知数据代人下式中?4T ?sin ? n ?10P( RK ? R0 )2 22 cos ? nr0 ? sin ? k ?26.67 47.9? cos ? k? sin 50.92? ? 0.4322RK? n ? 25.61?高分子科学与工程学院T ?10?4? 657 ? ( 47.9 ? 37.25 )2 22 ? cos 25.61? T ?K S1? cos 50.92?? 20.8( KN ) n? ?20.8 ? 6 1.372? 90.9(根)9.00-20轮胎采用双钢丝圈，钢丝根数必须取 整数，为了便于排列制造，可在安全倍数范围内 合理调整，设为98根，再计算安全倍数值。K ? 1.372 ? 98 20.8高分子科学与工程学院? 6.46倍E．钢丝规格选用轮胎用钢丝圈通常为19号钢丝，钢丝直径1±0.02mm； 钢丝扯断力为1.372KN。采用粗度较大的钢丝，不但可以减 少钢丝圈的钢丝根数，而且在制造过程中，钢丝便于排列整 齐并提高生产效率。各种不同规格钢丝,直径不同，其扯断强 度也不同。见表所列。标准强度 钢丝 直径 mm 最小扯断 强力，N 高强度 最小扯断 强力，N 钢丝 直径 mm 标准强度 最小扯断 强力，N 高强度 最小扯断 强力，N0.890.96 1.00 1.301200001350001.421.62 1.82 2.00280000320000高分子科学与工程学院③钢丝圈个数确定有单钢丝圈和多钢丝圈（两个以上）。 通常依据帘布层数和包圈方法确定钢丝圈个 数。斜交轮胎帘布层数在2、4、6层时用单钢 丝圈；帘布层数在6、8、10、12、14、16层 时用双钢丝圈；帘布层数在12、14、16、18 层时用叁钢丝圈。高分子科学与工程学院④钢丝圈断面形状设计根据钢丝圈排列形式不同，一般有以下几种 截断面形状，如图所示。高分子科学与工程学院9.00R20不同断面钢丝圈结构的强度对比 钢丝圈断 面形状 方形 U形 六角形 扁六角形 圆形 钢丝直径 ，mm 1.0 1.0 1.2 1.3 1.8 （芯子3.5） 钢丝根数 实际爆破压 安全倍数 力，MPa 108 108 80 70 43 2.1 2.3 3.09 3.48 3.38 3.0 3.28 4.5 5.1 4.93从上表可见，由于钢丝圈断面形状不同，钢丝所受应力有差异，试验证明钢丝根数相等时，圆形断面钢丝圈强度最高，充分发挥了钢丝的作用,六角形、扁六角形次之、方形断面强度最低， 一般损坏均为钢丝圈折断。高分子科学与工程学院斜交轮胎一般仍采用长方形或方形断面的钢丝圈，钢丝压出可 根据设备及工艺条件而定，通常每层可压出5～8根钢丝，缠绕 成圈，钢丝圈层数不得少于3层，也不宜超过10层。高分子科学与工程学院(2)胎圈结构的包圈方法包圈有正包和反包两种包法。正包是指由外向内包，反包则由内向外包。外层帘布层采用正包法，正包范围至胎圈趾部。内层帘布层采用反包法。反包高度原则上不超过水平轴，不低于三角胶 芯，一般在水平轴下10～20mm。 胎圈结构要求坚实，成型操作简便，帘、帆布 差级阶梯形分布并均匀过渡至胎侧部位。包圈方法应根据轮胎类型、规格及胎体帘布层数而确定，一般有以下凡种形状，见下图所示。高分子科学与工程学院钢圈结构示意图（a）6层轮胎4－2结构； （b）8层轮胎3－3－2结构 （c）10层轮胎4－4－2结构；（d）12层轮胎4－4－4结构一般6层以下的轮胎用单钢丝圈，包围方法有2-2 结构和4-2结构;6层以上轮胎用双钢丝圈，包圈方法有 3-3-2,4-4-2,4-4-4,4-4-6,5-5-4,6-6-4等结构;三个 钢丝圈的包圈方法有6-4-4-4结构。高分子科学与工程学院(3)胎圈包布和钢圈包布的选用胎圈包布和钢圈包布均为挂胶帆布，目前采用耐磨性 能较好的尼龙帆布，亦可采用棉帆布和维纶帆布。擦胶厚度视纤维品种而定，棉帆布21.5S/4×4或21.5S/5×5擦胶厚度为0.8～1.O5mm，尼龙帆布擦胶厚度为0.7～1.Omm，维纶帆布擦胶厚度约为0.75mm。包布裁断角度一般为45°。钢圈包布通常为一层，包裹在钢丝圈和三角胶条之外， 使钢圈粘结成牢固整体，胎圈包布(子口包布)、包裹在胎圈 外部。起保护胎圈免受机械损伤和潮湿侵蚀的作用，一般可 采用一层尼龙挂胶帆布；中、大型载重轮胎尤需增加胎圈部位的坚固性及耐磨性，可设计两层尼龙挂胶帆布。高分子科学与工程学院三、胎面胶和胎侧胶厚度、宽度的确定胎面胶厚度等于花纹沟深度与基部胶厚度之和；胎肩胶 厚度较厚，一般为胎冠胶厚度的1.3～1.4倍，以不超过1.5倍 为宜。 胎侧胶的作用是保护胎体免受机械损伤及大气侵蚀，而 且便于屈挠变形，胎侧胶厚度宜薄，可根据轮胎规格和类型确定。轿车轮胎约为1.5～2.5mm，小型载重轮胎为2～2.5mm，中型载重轮胎为2.5～3.5mm，重型载重轮胎为4～5mm，在苛 刻条件下作业的轮胎，胎侧胶厚度可高达6mm左右，胎侧胶宽度应延伸至轮辋边缘内侧处，保护胎圈以免被磨损。高分子科学与工程学院四、外胎各部位特征点厚度确定绘制外胎模型断面内轮廓曲线，可根据 上述各项参数、通过计算断面各部位半成品 贴合总厚度和各部位帘布层压缩率，确定外 胎成品断面主要部位厚度。 外胎从成型至硫化过程中，半成品帘布 层因伸张变薄，断面各部位压缩程度不一致， 所取压缩率的范围与生产工艺条件有关。高分子科学与工程学院一般规律:胎冠部帘布层压缩率为20～30%；胎侧部帘布层压 缩率为20～25%；胎圈宽部位压缩率为10～15%；下胎侧部位 （胎圈上部与轮缘接触处)压缩率为15～20%；钢丝圈底部布 层压缩率最小，一般取0～5%。 外胎成品断面各部位厚度 等于半成品断面各部位厚 度与各部位压缩率的乘积， 胎面胶和胎侧胶半成品厚 度则根据成品厚度确定， 不必计算压缩率。高分子科学与工程学院五、外胎内轮廓绘制原则①内轮廓曲线从胎冠、胎肩、胎侧直至胎圈各部位必须均匀过渡。 ②尽可能使水平轴两侧胎侧对应部位厚度接近，在轮胎使用过程 中，变形位Z可保持不变。 ③下胎侧部位应根据材料分布情况，调整厚度。 可用加大三角胶条，提高帘布反 包高度和增加胎圈宽度等方法，增大 下胎侧补强区域，提高下胎侧的刚性， 防止子口折断。补强区域是以胎圈底 部为起点，约在(0.4～0.46)H1的范 围内，见图2-19所示。高分子科学与工程学院④内轮廓各部位弧度半径应参照外轮廓相对应部位的弧度半径；内轮廓冠部和胎侧部弧度半径的圆心位Z与外轮廓对应弧度半径的圆心位 Z一致，均设在中心线和水平轴上。胎肩部内轮廓弧度半径 圆心点可自由确定，但必须与冠、侧部内轮廓弧度均匀相切， 其半径约为40～8Omm，应视轮胎规格而定。胎圈部位弧度半径根据钢丝圈位Z及材料分布选取， 应保证钢丝圈形状不变。胎圈部位内轮廓曲线应平滑过渡， 与下胎侧内轮廓弧度不宜直接相切;一般可用15～8Omm的公 切线连接，使该部位较平直的过渡，胎圈部内轮廓弧度半轻 约为15～25mm。高分子科学与工程学院⑤绘制内轮廓曲线必须与外胎断面材料分布结合调整，绘制断面材料分布图时，既要考虑各部件结构、层数和厚度，并应合理设计 布层之间的差级分布，使各部位厚度均匀过渡，保证内轮廓 的合理性。外胎材料分布图是外胎施工表及成型机头宽度计 算的依据, 必须要求准确。六、优选方案外胎断面形状及花纹设计，根据轮胎性能要 求，可采用不同的设计参数,例如利用不同的水平 轴位Z，行驶面宽度和弧度高度，胎圈轮廓和花纹 形式等，设计出多种不同的外轮廓曲线加以对比， 优选出综合住能最佳的设计方案。高分子科学与工程学院七、外胎总图及有关设计图纸的绘制外胎总图是一张很重要的技术图纸，它包括外胎断面尺寸图、胎面花纹展开图，外胎侧视图、花纹沟剖面图及主要设计参数表等。在外胎侧剖视图中需 标出轮胎规格、商标和国家标准所规定的内容，例如 标准负荷、标准内压、轮胎结构、轮辋类型、层级或 负荷指数等。另外附有商标和字体排列图，作为硫化模型设计和外胎施工设计提供技术依据的完整图纸。以轿车轮胎为例，外胎总图见图2-20(a)所示。字体 排列图见2-20(b)所示。高分子科学与工程学院高分子科学与工程学院高分子科学与工程学院§3-6外胎施工设计外胎施工设计包括：外胎成型机头选型，成型机头直径及肩部轮廓曲线的确定，宽度计算，外胎断面材料分布图绘制和外胎施工表的制定等。 一、成型机头类型 用于轮胎的成型机头类型较多，有鼓式、半鼓式、芯轮 式和半芯轮式等4种。各种成型机头主要区别在于机头肩部轮 廓不同，常用的为半鼓式和半芯轮式成型机头。高分子科学与工程学院鼓式 类型 半鼓式 芯轮式 半芯轮式（ 断面窄，外径大的胎） （单钢丝圈、帘布层为6层以下的汽车胎） （规格大的摩托胎） （双钢丝圈、帘布层大于6层的）高分子科学与工程学院二、成形机头直径确定成型机头直径，还需考虑与胎胚胎圈 直径的比值，此比值大小对型后能否顺利卸胎 有直接的影响。半芯轮式成型机头的卸胎方法 有自动折叠、缩折和卸鼓肩后折叠等几种，其 中以自动折叠方法卸胎最为便利。外胎成型后， 机头的折叠周长必须小于胚胎胎圈内周长才能 顺利地将胎胚卸下。高分子科学与工程学院成型机头直径根据胎里直径和胎胚冠部伸张值δ确定，计算 公式为：DC ?式中DKCDK?―胎里直径，mm； D ―成型机头直径，mm； δ―成型胎胚冠部伸张值。成型机头直径越小，越能保证外胎的成型质量，提高生产 效率，但是，成型机头过小，至胎冠部伸张值增大，则导致胎 体强度降低。通常半鼓式成型机头的δ值取1.30～1.65；半芯轮 式成型机头的δ值取1.30～1.55。高分子科学与工程学院断面大而胎圈直径小的轮胎，成型机头直径与 其胎圈直径比值超过1.5时，成型后机头自动折叠也 难以将胎圈卸下，此时，只能采用卸除鼓肩后再折 叠的卸胎方法。 因此，确定成型机头直径，应在不影响胎体强 度和便利操作的前提下，尽可能取小值。 各种规格成型机头直径见表2-13所列。高分子科学与工程学院表2-12 各种规格成型机头直径机头 直径， mm386 415 525 540 465，445 500 525 600轮胎规格6．00-12 7．00-12，8．25-12 7．50-15 8．25-15 6．00-16 6．50-16 7．00-16，7．50-16 9．75-18轮胎规格12．00-18 6．50-20，7．50-20 8．25-20，9．00-20 10．00-20，11．00-20 12．00-20 13．00-20，14．00-20 12．00-24，11．25-24 14．00-24机头 直径， mm700 635 660 690 690，740 740 790 830轮胎规格20．5-25，23．5-25 10-28 13．00-28 14-28 13．6-32，11-32 9．00-36 11-38，12-38 13．6-38机头 直径， mm922 825 875 900 985 93高分子科学与工程学院三、成形机头肩部曲线 1.成型机头肩部轮廓曲线设计原则 ①机头肩部轮廓曲线与外胎胎圈内轮廓曲线接近一致 ②半芯轮式机头肩部深度b尽可能取小值，便于成型操作，保 证成型质量。 ③机头肩部轮廓曲线展开长度PB与成型后的胚胎最外层帘布 展开长度PH之差尽可能为小值PH-PB＜20mm为宜;见图2-22半 芯轮式机头肩部胎圈示意图。若PH与PB之差值过大，在定型 和硫化过程中，容易造成胎圈外层帘布打折，影响产品质量。高分子科学与工程学院2．半芯轮式成型机头肩部轮廓曲线设计及绘制方法 参看图2-23半芯轮式成型机头肩部轮廓曲线图所示。高分子科学与工程学院肩部轮廓曲线设计步骤如下所述。①画出表示成型机头直轻DC的水平直线Ⅰ-Ⅰ线，若机头上有 盖板，应减去盖板厚度(3mm)，则鼓肩直径D1=Dc-2×3(mm)。 ②平行于Ⅰ-Ⅰ线，以钢丝圈直径Dg值绘出Ⅱ-Ⅱ线。 ③作一垂直于Ⅰ-Ⅰ和Ⅱ-Ⅱ线上的Ⅲ-Ⅲ线段 ④作一平行于Ⅲ-Ⅲ线的Ⅳ-Ⅳ，两线之距离为机头肩部深度 b，通常可取20～30mm。 ①首先画一条水平直线Ⅰ-Ⅰ，代表成型机头直径DC②平行于Ⅰ-Ⅰ线，绘出外胎钢丝圈直径Dg的Ⅱ－Ⅱ线。③作一Ⅲ-Ⅲ线垂直于Ⅰ-Ⅰ与Ⅱ-Ⅱ线上。 ⑤在Ⅱ-Ⅱ线上，以半径约为6mm的R3切于IV-IV线作圆弧。高分子科学与工程学院高分子科学与工程学院④通过Ⅱ-Ⅱ与Ⅲ-Ⅲ线的交点，作一偏斜5°角的Ⅳ-Ⅳ线。⑤在Ⅱ-Ⅱ线上，以半径约为6mm的R3切于IV-IV线作圆弧。⑥取适当的半径R1(25～35mm左右)作弧，与Ⅰ-Ⅰ线相切，交于IV－Ⅳ线上，R1圆心位Z至Ⅲ-Ⅲ线的距离为机头肩部宽度C。 ⑦以半径为10mm的R2作弧，切于R1 弧与IV-IV线上，形成半鼓式 机头肩部轮廓曲线。 ⑧为便于成型操作，在曲线下端作与Ⅱ-Ⅱ线成26°角并切于R3 圆弧的切线，此切线投影长度a约为3Omm，采用机械包边半鼓 式成型机头可不必设计此角度。高分子科学与工程学院高分子科学与工程学院四、成形机头宽度 成型机头宽度:BS是指机头两端最宽点间的距离，即等于机 头中部平筒宽度加上两端机头肩部宽度。 机头宽度合理的确定，能使胎体帘线均匀伸张，充分发 挥帘线的作用，保证轮胎质量。Bs ? (式中2L δ12L?1? 2 l ) ? cos ? c ? 2 C成品帘线长度2 l 肩部帘线长假定伸长值 （在压延硫化状态下产生的）δ 1=L成品/L半成品＞1高分子科学与工程学院高分子科学与工程学院求解机头宽度Bs的步骤： ①求出成品帘线长度2L ②选取假定伸长值δ 1，其取值范围在1.03～1.05之间， ③L半成品的计算 ④肩部帘线长2 l 的计算 ⑤机头上帘线角度 ? c 的计算 ⑥机头宽度的计算高分子科学与工程学院表2-13 各种成型机头肩部曲线统一设计参数轮 胎 规 格32×6 7．50-20 8．25-20 9．00-20 10．00-20 11．00-20 11．00-20 12．00-20635 629 528 495 30635 629 528 495 30650 644 530 495 40692 686 531 495 50692 686 533 495 50692 686 535 495 50715 709 537 495 50715 739 544 495 552595 13 162595 13 1626100 15 1929120 24 2531120 22 2533130 22 2334135 27 2736135 35 27Bs 盖板宽度270~340 340~420200 250385~470280415~505300465~560320540~600350470~570350510~60390高分子科学与工程学院五、外胎材料分布图 外胎材料分布图内容 外胎材料分布图：①成品外胎断面材料分布 ②成型机头上半成品外胎材料分布 ③半成品胎面胶断面形状及尺寸 成品外胎断面材料分布图在外胎技术设计阶段完成，绘制出 外胎断面外轮廓、内轮廓和各部件的结构、分布及帘布包边 差级位置。成品外胎断面材料分布图是绘制机头上半成品外 胎材料分布图的基础，而半成品材料分布及半成品胎面胶断 面尺寸又是制定外胎施工表的依据。 在绘制半成品外胎材料分布图时，必须完成成型机头肩 部曲线设计及机头宽度的计算。由此可见，外胎材料分布图 是轮胎设计的重要技术图。高分子科学与工程学院高分子科学与工程学院高分子科学与工程学院六、施工标准1）帘布的长宽角2）缓冲层的长宽角3）包布的长宽角4）油皮、隔离胶5）胎面高分子科学与工程学院1.半成品外胎胎面胶形状及尺寸 （1）实心胎面胶体积计算在成品外胎材料分布图上，运 用几何法计算出胎面胶实心体 积。即将成品胎面胶分成各种 不同的几何形状，如三角形、 平行四边形、长方形和梯形。 求出各几何图形面积A及其重心 直径D，见图2-33胎面胶实心体 积计算图所示。根据图中各几 何形状的面积A和其重心直径D， 应用公式求出各几何形状所需 胶料的体积V（V= πD? A），则 胎面胶实心体积=2∑V高分子科学与工程学院（2）胎面花纹沟体积计算 运用几何法计算出胎面花纹沟所占的总 体积，利用外胎断面材料分布图及外胎总图 中胎面花纹展开图为计算依据。 ①花纹沟体积计算方法是采用外胎断面计算一 周节的花纹沟体积。 花纹沟体积V′＝花纹沟宽度、花纹沟 长度和花纹沟深度的乘积，或等于花纹沟面 积与花纹沟深度的乘积。也可将花纹沟截断 面分成梯形和半圆形或长方形计算花纹沟断 面面积，乘以花纹沟长度即求出相应的体积 V′。高分子科学与工程学院②花纹沟总体积计算方法是将上述计算的一周节花纹 沟体积之和乘以花纹周节数即为花纹沟总体积，计算 公式如2∑V′=2［周节数×(A1+A2+A3+??+An)×花纹沟深度]。 ?? ??（3）成品胎面胶实际体积计算 将实心胎面胶体积减去花纹沟总体积，即为成 品胎面胶实际体积，用公式表示为2∑V-2∑V′。高分子科学与工程学院(4)半成品胎面胶体积计算 ①半成品胎面胶断面形状及尺寸应根据成品胎面胶断面 而定。见图2-34所示。一般半成品胎面胶冠部宽度c应小于成品行 驶面宽度b以保证在硫化时，冠部胶料向两侧胎肩流动。此值的确 定应视轮胎花纹类型和断面形状的不同而异，比如普通花纹轮胎 的半成品胎面胶冠部宽度c约为成品行驶面宽度b的88～99% 。若 断面高宽比小于1的轮胎，半成品胎面胶冠部宽度c与成品行驶面b 值可接近相等。高分子科学与工程学院半成品胎面胶总宽度=成型机头宽度B-两倍的机头肩部 宽度c+两倍的肩部相应曲线+成型割边宽度15～5Omm。半成品胎面胶厚度分为中部、肩部和侧部3个部分， 为避免硫化时胶料由胎肩部位向冠部倒流，造成缓冲层 边部弯曲上卷和胎面花纹缺陷，因此半成品胎面胶中部 厚度应稍大于成品胎面胶的冠部厚度，宽度略小于行驶 面宽度，便于冠部胎面胶向肩部位Z顺利流动。肩部厚 度应根据轮胎花纹类型不同而定，普通花纹轮胎半成品 胎肩部厚度一般稍大于中部厚度，越野花纹轮胎肩部与 中部厚度可取相等数值。半成品胎侧胶厚度与成品相应 部位厚度接近，略比成品胎侧厚度大0.5～1.5mm。高分子科学与工程学院半成品胎面胶总宽度=成型机头宽度B-两倍的机头肩部 宽度c+两倍的肩部相应曲线+成型割边宽度15～5Omm。半成品胎面胶厚度分为中部、肩部和侧部3个部分， 为避免硫化时胶料由胎肩部位向冠部倒流，造成缓冲层 边部弯曲上卷和胎面花纹缺陷，因此半成品胎面胶中部 厚度应稍大于成品胎面胶的冠部厚度，宽度略小于行驶 面宽度，便于冠部胎面胶向肩部位Z顺利流动。肩部厚 度应根据轮胎花纹类型不同而定，普通花纹轮胎半成品 胎肩部厚度一般稍大于中部厚度，越野花纹轮胎肩部与 中部厚度可取相等数值。半成品胎侧胶厚度与成品相应 部位厚度接近，略比成品胎侧厚度大0.5～1.5mm。高分子科学与工程学院2.胎体帘布层宽度和长度的确定①宽度 在机头上半成品材料分配图上实测出各层帘布宽度 各层帘布宽度=成型机头宽度-两倍的机头肩部宽度c+两倍机头肩部曲线起点至帘布差级端点的实测宽度+帘布层在制作过程中伸张变形需要的变化量5～25mm 此值大小可视轮胎规格和成型方法确定，帘布宽度数值 不宜取小数，末位数可为0或5便于工艺管理。高分子科学与工程学院②长度 胎体帘布层有套筒法和层贴法两种成 型方法。套筒法成型的帘布需预先定长，可按帘布筒至 成型机头直径的5～15%的伸张取值。成型前将两层 或两层以上帘布贴合成帘布筒备用，第一帘布筒至 最后一层帘布的帘布筒长度，根据帘布筒至机头的 伸张求得。 ? ?D 例如:第一帘布筒长度= ? ? ? ?D 式中 D ―成型机头直径，mm ； D ―第一帘布筒直径，mm； ? ? ―帘布筒成型工艺伸张值（l.05～1.15)。c 1c1高分子科学与工程学院如此类推，计算其它各层帘布筒长度均应采用相同的伸张值，机头直径应加上前一层帘布筒两倍的厚度求得。为简化计算，可采用各层的长度按一定数量递增确定，以第一层帘布筒为基准，每增加一个帘布筒，无隔离胶层的帘布层长度递增3～5mm， 有隔离胶层的帘布层长度递增5～8mm。 层贴法成型的帘布是通过供料装Z，将帘布逐 层直接送到成型机头上成型，此种成型法帘布对机 头的伸张较小，约为2%左右，帘布层不必预先定长。高分子科学与工程学院3．缓冲层帘布宽度和长度的确定 (1)宽度 缓冲层位于胎冠部位，从半成品布筒变为成 品缓冲层，宽度不受胎圈拉伸变化，不必考虑 值， 其伸张变化只是帘布角度的变化，由帘线裁断角度 变成胎冠角度 。角度的增大导致缓冲层帘布宽度 的缩小，计算公式为:cos ? 0 cos ? k半成品缓冲帘布宽度=成品缓冲帘布宽度×高分子科学与工程学院此外，可在成型机头上， 根据成品外胎材料分布图缓冲 层的等分段，求得半成品缓冲层相应各小段长度△S′之和，再乘以2，即为缓冲层帘布的宽度，缓冲层帘布差级为5～l5mm。(2)长度 可采用计算帘布筒长度的方法求缓冲层帘布长度，也可用递增 法确定，每层缓冲层帘布长度增加10～l5mm，例如: 第一层缓冲层帘布长度=胎体最外一层帘布长度+10～l5mm；第二层缓冲层帘布长度=第一层缓冲层帘布长度+10～15mm。若再增加缓冲层帘布，其长度则按上述规律递增计算。 缓冲层帘布上下胶片长度与缓冲层帘布相同，但宽度应将缓冲 上缓冲胶片较第一层缓冲帘布宽15～3Omm。高分子科学与工程学院层帘布覆盖住，一般下缓冲胶片较第一层缓冲帘布宽30～5Omm；4． 钢圈包布胎圈包布(或密封胶)宽度和长度的确定,胎圈 包布与钢圈包布裁断角度均为45°～60°，宽度可 从材料分布图上实测求得，再加上3～5mm。胎圈包 布(或密封胶)的长度，按其差级高度的平均直径计 算。钢圈包布长度则按钢圈内直径计算。 上述半成品外胎各部件尺寸确定后，分别列人 外胎施工表中，便于生产管理及统一加工标准。5、编制设计说明书、外胎施工表等文件高分子科学与工程学院思考题? 1．轮胎负荷能力计算公式中，为何必须采用在理想轮辋上用充气断面 宽S进行计算?计算S的通式有几种?如何选用? ? 2．轿车轮胎与载重轮胎负荷能力计算公式有何不同? 分析说明。 ? 3．绘出外胎断面示意图，并标出断面各部位代号，说明各代号的含义。 ? 4．用轮胎各部位代号及比值等技术参数，列出外胎外轮廓设计程序。 ? 5．汽车轮胎的花纹类型有几类?各有何特点? ? 6．简述外胎胎面花纹设计的基本要求及设计内容。 ? 7. 简述外胎内轮廓设计原则。 ? 8．外胎内轮廓设计时，为何要计算单根帘线所受张力和钢丝圈强度? ? 9．绘出8层、10层、12层轮胎的包圈示意图。 ? 10．轮胎常用的成型机头有几种类型?各有何特点?应如何选用? ? 11．成型机头肩部轮廓曲线的设计原则有几点? ? 12．简述半芯轮式成型机头肩部轮廓曲线设计程序，并绘出半芯轮式机 头肩部曲线图。 ? 13．列出帘线裁断角度和机头上帘线角度的计算公式。说明 、和胎 冠角度 的关系。 ? 14．简述半成品外胎材料分布图绘制原则及绘制方法。高分子科学与工程学院高分子科学与工程学院}