一种轿车子午线轮胎 【技术领域】
本发明涉及一种轿车子午线轮胎，特别是针对现有轿车子午线轮胎的带束层提出的改进结构。技术背景
子午线轮胎具有高速、舒适、耐久、安全、节能的优点，近半个世纪以来发展很快。子午线轮胎的胎体帘线的角度与径向成零度角，相邻层的帘线相互平行，带束层起箍紧作用，是重要受力部件，其结构和材料对轮胎的性能有很大的影响。通常，子午线轮胎主要由轮胎各部件橡胶、钢丝圈、胎体帘布、钢丝带束层和尼龙带束层构成，钢丝带束层为两层，尼龙带束层在钢丝带束层外层，尼龙带束层的外端在钢丝带束层的端外。尼龙带束层的作用主要是改善胎肩结构，减小应力集中，箍紧胎体，避免钢丝带束层脱层。轿车子午线轮胎最常见损坏部位是胎肩部位，该部位的损坏主要由应力集中造成，造成应力集中的主要原因就是带束层结构不合理。目前，随着轮胎计算力学的发展，根据轮胎各部件的应力计算结果可以实现对轮胎整体进行优化，轮胎有限元方法为轮胎结构优化设计提供了理论依据，在研究带束层结构对提高轮胎高速耐久性、乘坐舒适性等性能、降低成本方面起到重要作用。目前，轿车子午线轮胎一般均采用普通结构带束层，即外面两层是等宽度的尼龙带束层，里面两层是不等宽度的钢丝带束层。例如：205/60R15型轿车子午线轮胎，这种轮胎的两层尼龙带束层宽度相等为180mm左右，第二层钢丝带束层比第一层钢丝带束层两边要窄5mm左右，尼龙带束层比第1层钢丝带束层两边要宽5mm左右。发明内容
本发明一种轿车子午线轮胎的目的在于提出一种能减少轮胎胎肩应力的新结构带束层的轿车子午线轮胎。
本发明的技术方案是：尼龙带束层为一层，由一条或两条对称分布在胎冠中心线两侧胎肩部的尼龙带束层构成。本发明针对205/60R15型轿车子午线轮胎的改进，轮胎由两条构成的尼龙带束层，每条宽度为20～90mm，每条地外端部比第一层钢丝带束层的端部宽5mm；轮胎由一条构成的尼龙带束层宽度为180mm，尼龙带束层的外端部比第一层钢丝带束层的端部宽5mm。
本发明的有益效果在于该结构轮胎的胎肩应力小，能减少胎肩的损坏，有效延长轮胎使用寿命，提高高速性能；简化了带束层结构，能减少带束层材料用量，简化加工成型工艺，节约成本，增加效益。附图说明
图1是普通轿车子午线轮胎的结构图。
图2是普通轿车子午线轮胎胎肩部结构图。
图3是本发明一种轿车子午线轮胎的尼龙带束层为一条的轮胎结构图。
图4是本发明一种轿车子午线轮胎的尼龙带束层为两条的轮胎结构图。
图5是本发明一种轿车子午线轮胎的尼龙带束层为两条的胎肩部结构图。具体实施方式
普通轿车子午线轮胎，如图1、图2所示，主要由轮胎各部件橡胶、钢丝圈1、胎体帘布2、钢丝带束层3、尼龙带束层4构成。钢丝带束层3为两层，第一层钢丝带束层3-1比第二层钢丝带束层3-2要宽。尼龙带束层4为两层，第一层尼龙带束层4-1与第二层尼龙带束层4-2的宽度相等，尼龙带束层4的外端4A比钢丝带束层3的外端3A要长。本发明仅对普通轿车子午线轮胎的尼龙带束层结构进行了改进，其他结构与普通轿车子午线轮胎相同。本发明如图3、图4所示，钢丝带束层3与普通轿车子午线轮胎的结构一样，在钢丝带束层3外层只保留第一层尼龙带束层，去掉第二层尼龙带束层。本发明的尼龙带束层5由一条构成如图3所示，尼龙带束层5由二条构成如图4、图5所示，两条尼龙带束层5对称分布在胎冠中心线两侧的胎肩部。尼龙带束层5的外端5A比钢丝带束层3的外端3A要长。应用轮胎分析的大型通用有限元软件(ANSYS 5.6.1版)计算，计算结果表明采用本发明的轮胎比普通轮胎的胎肩应力小。实施例
以对普通的205/60R15型轿车子午线轮胎的改造为例。普通的205/60R15型轿车子午线轮胎如图1、图2所示，钢丝带束层3厚度1.30mm，第二层钢丝带束层3-2的端部比第一层钢丝带束层3-1的端部窄5mm，尼龙带束层4由厚度为0.88mm、宽度为180mm的两层构成。本发明轮胎尼龙带束层5的结构，如图3、图4、图5所示，尼龙带束层5为一层，由图3所示的一条构成，也可以如图4、图5所示由两条组成，每条尼龙带束层的宽度为L，每条尼龙带束层的外端5A比第一层钢丝带束层的端部3A宽5mm。本发明轮胎的带束层所用的材料、厚度及加工方式均与普通轿车子午线轮胎带束层相同。轿车子午线轮胎的尼龙带束层也可以用聚酯帘线带束层或芳纶帘线带束层代替。
采用有限元法用ANSYS软件，在轮胎径向截面的1/4上定义了176个节点，将节点以轮胎的旋转中心为原点旋转一定角度，生成第二排节点，由两排节点组成的单元可构成一个扇形切片的轮胎有限元模型，该模型有111个单元。将该切片根据重点分析部位的位置不同，分别旋转15°、10°和7°，旋转一周生成半个轮胎，节点数7407，单元数3946。
轮胎的模拟工况的基本条件：充气压力P 0.22MPa，轮胎安装后子口位移量U 22mm，带束层帘线角21°，帘线预伸张率3％。
对普通205/60R15型轿车子午线轮胎和本发明改进的轮胎分别如图2和图5所示，取能表示胎肩部位周向应力的结点号62～68七个节点的应力值来表示胎肩部位的周向应力集中情况。计算了轮胎在未接地工况下胎肩部的周向应力。对普通轮胎和本发明的轮胎尼龙带束层的宽度L为20mm、27mm、37mm、53mm、72mm、90mm的两条结构进行了对比。
(1)在未接地工况下，轮胎充气后的胎肩周向应力(单位：Pa)如表1所示，表中平均值是七个节点的平均值。
表1 (单位：Pa) 节点号 普通轮胎 本发明轮胎(L) 20mm 27mm 37mm53mm72mm90mm 62 6.98E+05 6.39E+05 7.71E+05 7.28E+057.28E+057.15E+057.08E+05 63 7.93E+05 8.63E+05 8.78E+05 8.31E+058.23E+058.12E+058.09E+05 64 7.95E+05 9.44E+05 8.82E+05 8.73E+058.53E+058.41E+058.42E+05 65 1.83E+06 1.74E+06 1.75E+06 1.73E+061.72E+061.71E+061.71E+06 66 2.81E+06 2.59E+06 2.59E+06 2.58E+062.58E+062.58E+062.58E+0667 2.77E+06 2.61E+06 2.61E+06 2.61E+062.60E+062.60E+062.60E+0668 2.67E+06 2.52E+06 2.53E+06 2.52E+062.52E+062.52E+062.52E+06平均值 1.77E+06 1.71E+06 1.72E+06 1.70E+061.69E+061.68E+061.68E+06
(2)在未接地工况下，轮胎充气且旋转速度在100Km/h时，胎肩周向应力对比如表2所示。
表2 (单位：Pa) 节点号 普通轮胎 本发明轮胎(L) 20mm 27mm 37mm 53mm 72mm 90mm 62 6.96E+05 6.36E+05 7.71E+05 7.26E+05 7.26E+05 7.13E+05 7.06E+05 63 7.91E+05 8.61E+05 8.78E+05 8.28E+05 8.21E+05 8.09E+05 8.06E+05 64 7.91E+05 9.41E+05 8.82E+05 8.70E+05 8.50E+05 8.37E+05 8.38E+05 65 1.83E+06 1.74E+06 1.75E+06 1.73E+06 1.72E+06 1.71E+06 1.71E+06 66 2.81E+06 2.59E+06 2.59E+06 2.58E+06 2.58E+06 2.58E+06 2.58E+06 67 2.77E+06 2.62E+06 2.61E+06 2.61E+06 2.60E+06 2.60E+06 2.60E+06 68 2.67E+06 2.53E+06 2.53E+06 2.52E+06 2.52E+06 2.52E+06 2.52E+06 平均值 1.77E+06 1.70E+06 1.72E+06 1.69E+06 1.69E+06 1.68E+06 1.68E+06
(3)在未接地工况下，轮胎充气且旋转速度在150Km/h时，胎肩周向应力对比如表3所示。
表3 (单位：Pa) 节点号 普通轮胎 本发明轮胎(L) 20mm 27mm 37mm 53mm 72mm 90mm 62 6.94E+05 6.33E+05 7.69E+05 7.24E+05 7.24E+05 7.10E+05 7.03E+05 63 7.87E+05 8.58E+05 8.76E+05 8.25E+05 8.18E+05 8.06E+05 8.03E+05 64 7.87E+05 9.37E+05 8.78E+05 8.65E+05 8.45E+05 8.32E+05 8.34E+05 65 1.83E+06 1.74E+06 1.75E+06 1.73E+06 1.71E+06 1.71E+06 1.71E+06 66 2.82E+06 2.59E+06 2.59E+06 2.58E+06 2.58E+06 2.58E+06 2.58E+06 67 2.78E+06 2.62E+06 2.62E+06 2.61E+06 2.61E+06 2.60E+06 2.61E+06 68 2.67E+06 2.53E+06 2.53E+06 2.53E+06 2.53E+06 2.53E+06 2.53E+06 平均值 1.77E+06 1.70E+06 1.71E+06 1.69E+06 1.69E+06 1.68E+06 1.68E+06
(4)在未接地工况下，轮胎充气且旋转速度在轮胎的设计极限速度300Km/h时，胎肩周向应力如表4所示。
表4 (单位：Pa) 节点号 普通轮胎 本发明轮胎(L) 20mm 27mm 37mm 53mm 72mm 90mm 62 6.80E+05 6.14E+05 7.57E+05 7.09E+05 7.10E+05 6.96E+05 6.89E+05 63 7.70E+05 8.43E+05 8.61E+05 8.08E+05 8.01E+05 7.89E+05 7.85E+05 64 7.60E+05 9.17E+05 8.54E+05 8.42E+05 8.21E+05 8.08E+05 8.09E+05 65 1.82E+06 1.72E+06 1.73E+06 1.72E+06 1.70E+06 1.69E+06 1.69E+06 66 2.83E+06 2.59E+06 2.59E+06 2.59E+06 2.58E+06 2.58E+06 2.58E+06 67 2.79E+06 2.63E+06 2.62E+06 2.62E+06 2.61E+06 2.61E+06 2.61E+06 68 2.69E+06 2.54E+06 2.54E+06 2.54E+06 2.54E+06 2.54E+06 2.54E+06 平均值 1.76E+06 1.69E+06 1.71E+06 1.69E+06 1.69E+06 1.67E+06 1.67E+06
在未接地工况下，轮胎静止和旋转时，由以上4表的平均值数据可以计算出，本发明轮胎的胎肩周向应力比普通轮胎平均小3-5％。尼龙带束层的宽度L可取20～90mm，宽度L过小起不到对钢丝带束层的保护作用和对胎体的箍紧作用。当宽度L为90mm时相当于是一层180mm的一条尼龙带束层。普通轮胎的两层尼龙带束层的总面积是0.682m2，本发明轮胎以尼龙带束层用一层，宽度L为27mm的两条为例，该尼龙带束层的总面积为0.102m2，可以节约尼龙带束层材料0.58m2。本发明轮胎比普通轮胎的胎肩应力小，能降低生热，减少胎肩的损坏，有效延长轮胎使用寿命，具有优良的高速性能。采用本发明轮胎的成型工艺比普通轮胎简单，能节约材料，降低成本，增加效益。