轮胎设计与工艺学第一章概述.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,轮胎设计与工艺学,Tire Structure Design and Technology,1,第一章、概述,教学目的与要求,通过学习掌握轮胎的,分类方法,、轮胎的,结构特点,、轮胎的,基本性能,、轮胎的,规格表示方法,；熟练了解轮胎的,组成,、,轮辋分类,，了解轮胎的历史及发展趋势。,2,重点难点,1,、轮胎的作用及基本性能,2,、轮胎的分类方法,3,、轮胎的结构特点,4,、轮胎的规格表示方法,5,、轮胎的组成及轮辋分类,3,第一节 轮胎发展历史,第二节 轮胎的组成与类型,第三节 轮胎结构及其发展,第四节 轮辋种类与型号,第五节 轮胎分类与表示方法,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,第一节 轮胎的发展历史,一、轮胎发展历史,最早的轮胎是,19,世纪初安装在车轮轮辋上，由,生胶制成的实心的胶带,。但是生胶的质量不能满足使用要求。,1839,年发明了硫化方法,，对提高轮胎的耐用性具有巨大的意义。生胶经过硫化之后，获得了硬度、弹性和耐磨性。,1881,年，首次使用了经过,硫化,、安装在车轮轮辋上的,实心轮胎,。,1884,年，为了增加弹性，开始制造,厚壁空心轮胎和海绵轮胎,。但是这种轮胎在高速行驶时生热很高，容易损坏。由于汽车行驶速度的不断提高，势必要求制造出弹性更高和更耐用的轮胎。,19,1885,年首次发明,空气轮胎,的是英国商人,R.W.Thomson,，这种轮胎是充气轮胎的雏形,。它的舒适性与滚动阻力都比实芯轮胎好得多，唯负荷量小，也无法充气，因而限制了它的使用范围。,到,1888,年曾在英国兽医学院受训过的,J.B.Dunlop,发明了充气轮胎，并取得了专利。,这种充气轮胎比,空气轮胎,前进了一大步，它提高了负荷质量，减小了滚动阻力，提高了行驶速度和舒适性。,虽然,Dunlop,的充气轮胎结构比较简单，但却开创了轮胎制造技术的新纪元。,20,后来,C.K.Welch,发明了,有钢丝圈,结构的轮胎，同时开始采用,内胎,。,1890,年,Dunlop,和,Welch,两家公司联合生产带钢丝圈结构的充气轮胎。,由于轮胎采用了钢丝圈和轮辋，使充气轮胎由自行车胎发展到汽车轮胎。,1893,年第一次采用了无纬线的帘布,棉帘布制造轮胎,，,比用帆布制造的充气轮胎使用寿命和行驶性能大大提高。,21,1890,年,-1900,年出现了,有胎面花纹的轮胎,。,美国,1889,年,Goodrich,首先制造出充气轮胎,。,中国在,1931,年由上海的一家工厂生产出第一条汽车轮胎。,1925,年,轮胎钢圈具有了一定的几何形状，出现了迄今仍在使用的直角胎圈轮胎。,1930,年,“,超低压轮胎,”,的出现是一种最早的特种结构轮胎。,1937,年首次生产了钢丝帘布轮胎,，从而提高了轮胎的耐用性。,22,二次世界大战期间，出现了,调压轮胎,。,1947,年,B.F.GOODRICH,公司,(,美,),发明了无内胎轮胎,1948,年 法国米其林公司开发子午线轮胎,1948,年出现了,第一批无内胎轮胎的样品,。,1950,年,-1951,年研究出了子午线轮胎,。,(,我国,1964,年,开始试制,9.00,20,的子午轮胎和活面轮胎。,),1959,年出现了胎面能拆卸的,活胎面乘用轮胎,.,1963,年 使用涤纶帘子布（,POLYESTER,）。,1971,年 皮列里公司开发,VR,轿车胎（,V-240Km/Hr),。,23,1970-80,年 美国,FIRESTONG,无帘线聚氨酯浇注轮胎,1979,年 费尔斯通公司开发微型备用胎。,1983,年 法国米其林公司开发,飞机子午线轮胎。,1983,年 普利司通轿车轮胎的断面设计理论,RCOT,发表。,1987,年 普利司通货、客车胎断面设计理论,TCOT,诞生。,1994,年 普利司通波形带束层研制成功并应用于超低断面轮胎的生产。,2010,年 美国,AMERITYRE,公司,帘线增强聚氨酯浇注轮胎,24,25,轮胎的主要作用及工作原理,a,、承受内胎中充气压力和车辆负荷,b,、阻止内胎在充气后膨胀，保护内胎免受损伤,c,、传递牵引力、转向力、制动力,d,、吸收由于道路不平造成的震动。,轮胎工作原理的不同：,充气轮胎,pneumatic tyre,和,实心轮胎,solid tyre,26,充气轮胎,：,充满压缩空气的，固定在轮辋上的弹性胶布气囊，依靠,压缩空气形成的空气垫弹性原理,工作，具有较高的行驶速度和较好的行驶舒适性，广泛应用于汽车、拖拉机、工程车辆、飞机等高速交通工具上。,27,实心轮胎,：环状实心橡胶固定在轮辋上构成，依靠,橡胶弹性原理,工作。,弹性较低，不适宜于高速行驶，事宜于低速高负荷车辆，如起重汽车、电瓶车、叉车、装卸车等。,28,二、轮胎工业发展现状及趋势,1,轮胎工业现状,世界轮胎市场,亚太、北美和欧洲三足鼎立,2009,年度,全球轮胎,75,强,的排行榜中，,中国大陆占,19,席,，印度占,9,席，美国占,6,席，中国台湾占,5,席，日本、俄罗斯各占,4,席，韩国,3,席，伊朗、印尼、泰国、意大利及土耳其各,2,席。,29,前三强,普利司通、米其林和固特异的合计销售额,647.8,亿元，约占全球总销售额,46.3%,，前十强轮胎销售额为,968.7,亿元，为全球总销售额的,69.2%,。头三强天然胶用量超过,300,万吨，大于中国全国用量。,而中国头十名仅有,126,亿美元产值。,30,目前世界轮胎总产量约,10,多亿条,，,90%,集中在,美国固德异、法国米西林、日本的普利斯通以及佳通,等大公司。,80%,以上实现了,子午化、无内胎化、扁平化,。,全球轮胎制造业正逐步向亚太地区转移，,中国已经成为世界轮胎最大生产国和重要出口国。,目前市场规模约为,80,亿美元，,占世界轮胎市场份额的,9%,。,31,32,2.,世界轮胎工业发展趋势,-,绿色环保轮胎,目前世界上的环保型轮胎，基本上可以概况为三方面：,一、减少燃料、降低废气排量，以节省能源和防止大气污染为目的的,“,绿色,”,轮胎；,二、以具有良好的高速性、制动性、安全性和舒适性同时又能防止振动和减少噪声为目的的高性能轮胎；,33,三、取代镶钉或挂链轮胎，以防止轮胎破坏路面和避免造成扬尘、噪声为目的的非镶钉或全天候轮胎。,1.1,国外轮胎的,子午化、扁平化、无内胎,化已趋于成熟,1.2,新一代子午线轮胎发展迅速节能轮胎、绿色轮胎、环保型轮胎,1.3,新一代安全轮胎,34,35,1.4,轮胎全自动生产技术的发展,（,1,）法国米其林公司的,C3M,生产技术。,C3M,全称为,Command+Control+Communication,Manufacture,，译为,“,指挥控制通讯与制造一体化系统,”,。,（,2,）美国固特异公司的,IMPACT,生产技术（,1998,年已有,2,家工厂投产，据称是世界生产成本最低的）,IMPACT,全称为,Integrated Manufacturing Precision Assembly Cellular Technoligy,，译为,集成加工精密成型单元技术,。,（,3,）德国大陆公司的,MMP,生产技术（,1999,年在德国投产）,Modular Manufacturing Process,，译为,积木式成型法,。,（,4,）意大利倍耐力公司的,MIRS,生产技术（计划在,5,年内建,5,家厂）,Modular Integrated Robotized System,，译为,积木式集成自动化系统。,36,2.,中国轮胎工业发展现状,37,国家统计局：自,2005,年以来，除了,2008,年因金融危机的影响略降,2.2%,以外，,06,年、,07,年、,09,年三年的增长率均达到,2-3,成，,2009,年增长,19.9%,，年产量已达,6.55,亿条。,38,产品结构：,*,轿车和轻卡子午胎生产以外资企业为主，占总产量的,75%,，内资企业的市场占有率正在逐步扩大；,*,全钢子午胎处于快速发展阶段，内资企业的产量占总产量的,70%,；,*,大中型全钢工程子午胎技术提升明显，并且规模逐步扩大；,*,斜交胎总体下降了,3%,5%,。,全钢子午胎生产企业共有,32,家，轿车和轻卡子午胎生产企业有,33,家。中国的全钢子午胎产能将达到,7000,万条，轿车和轻卡子午胎子午胎产能将超过,3.3,亿条，并且还有,9000,多万条斜交胎产能。,39,国内轮胎行业现状,从企业数量看，中国轮胎企业地域集中较为明显，一般以上制造企业分布在山东地区，华东居其次。,从行业产量看，山东、华东以及华南地区占据了产量前三位，产量占据全国总量的,89%,。,40,目前,我国,轮胎,制品生产年消耗,橡胶约,268,万吨，截止,09,年轮胎总产量达,6.5464,亿个，同比增长,18%,。后期受到内需增长及出口恢复的影响，预计,10,年产量可能达到,7.4725,亿条。,中国橡胶制品产量预测,年份,名称,2006,年,2007,年,2008,年,2009,年,2010,年,轮胎 万条,28000,33000,35000,38000,40446,子午胎 万条,17860,23000,26365,30000,34279,摩托胎 万条,10000,12000,13200,13720,15972,力车胎 万条,47500,52000,60976,66464,73781,输送带 万,15357,17000,24090,27429,29040,V,带 万,Am,91623,99000,138889,158333,173833,胶管 万标米,51181,55000,88889,89778,107554,胶鞋 万双,159089,216000,207410,203677,254577,41,国有,合资,/,独资,民营,中策、三角、玲珑、风神、双星、双钱、成山、华南等大型企业。,米其林、普利司通、固特异三大跨国轮胎巨头，以及佳通、正新、库珀、建大等合资企业,永泰、恒丰、永盛、兴源、金宇等民营企业,以全钢胎、工程胎、中低档半钢为主。尤其卡车胎，目前中国全钢胎产能,8000,万条，全球总需求为,1,亿条。,产品以乘用胎为主。占据绝大多数配套及替换市场份额。,多从工程胎、农用胎、载重胎等角度切入,42,企业结构：,规模大的不多，企业分散，全国约有,360,多家，仅山东省就占一半左右，品牌五花八门，但知名商标廖廖可数。,企业机制：外企、国企、民企的,“,三足鼎立,”,，形成,“,四大方阵,”,角逐的新格局。,43,表,2,、,2006,年度外资及台资轮胎企业,世界排名,公司名称,在中国的厂址,数量,1,日本普利司通,天津、升阳、惠州、无锡,4,2,法国米其林,沈阳、上海,2,3,美国固特异,大连,1,5,意大利倍耐力,路通,1,6,日本住友,苏州、常熟,2,7,日本横滨,苏州、杭州,2,8,韩国轮胎,淮安、嘉兴,2,9,美国固珀,成山、昆山,2,10,韩国锦湖,南京,(2,家,),、天津、长春,4,11,日本东洋,与正新合资,2,12,台湾正新,厦门、昆山,2,13,新加坡佳通,安徽、福建、桦林、重庆、银川,5,25,韩国下世纪,青岛,1,34,台湾建大,昆山、深圳,2,40,台湾南港,张家港,1,44,台湾华丰,常熟,2,49,台湾联邦,(,泰丰）,江西南昌,1,65,马来西亚银石,山东泸河,1,44,世界十大轮胎品牌在华建厂情况,世界十大轮胎品牌,在华生产企业数量,米其林,4,普利斯通,4,固异特,1,大陆,1,住友橡胶,1,倍耐力,1,横滨橡胶,2,库珀轮胎,2,韩国锦湖轮胎,3,东洋轮胎,将投资,980,万美元建厂,45,第二节 轮胎的组成与类型,一、,轮胎的组成,充气轮胎一般有,外胎,cover,、内胎,innertube,和垫带,flap,三部分组成。无内胎轮胎则,只有外胎,没有内胎和垫带,。,1,、有内胎的轮胎,tubed tyre,有内胎的轮胎是由,外胎、内胎和垫带,组成。,作用：,外胎是一个,弹性胶布囊,，它能使内胎免受机械损坏，使充气内胎保持规定的尺寸，承受汽车的牵引力和制动力，并保证轮胎与路面的抓着力。,46,47,48,轮胎,总成 结构,49,轮胎组成,50,有内胎轮胎的主要缺点：,行驶温度高，不适应高速行驶，不能充分保证行驶的安全性，使用时内胎在轮胎中处于伸张状态，略受穿刺便形成小孔，而使轮胎迅速降压。,51,2,、无内胎轮胎,tubeless tyre,不使用内胎，压缩空气直接充入外胎内腔,。,轮胎的密封性是由,外胎紧密着合在专门结构的轮辋上,而达到的。为了防止空气透过胎壁扩散，轮胎的,内表面衬贴有专门的密封层,，这样在穿刺时空气只能从穿孔跑出。,52,53,无内胎轮胎的优越性：,提高行驶安全性（这种轮胎穿孔较小时能够继续行驶，中途修理比有内胎轮胎容易，不需拆卸轮辋，所以在某些情况下可以不用备胎）。,无内胎轮胎有较好的柔软，可改善轮胎的缓冲性能,在高速行驶下生热小和工作温度低，可提高轮胎的使用寿命。,54,外胎的组成及作用,外胎,由,胎面、胎体和胎圈,三个大部件组成,胎面,包括,胎面胶和胎侧胶,胎体,包括,帘布层和缓冲层,外胎各部件组成如图,1-2,所示。,胎面,tread,胎面是指外胎与地面接触部位,，是覆盖于胎体的胶层，传递车辆的牵引力和制动力、保护骨架层。因此要求胎面具有,优异的耐磨性能、耐切割性能,较高的强度,并需具有一定形状和一定的花纹作保证。,55,、,56,胎面,tread,分为,胎冠、胎肩、胎侧,三个部位。,A,、胎冠,cap,是,轮胎的行驶面，承受冲击与磨损、产生抓着力、保护帘布层免受损伤,。因而要求具有一定的弹性和强度、抗刺穿性、耐磨耐撕裂性、耐老化性及有花纹。,B,、胎肩,shoulder,是,胎冠和胎侧,的过渡部分，,对胎面起一定的支撑作用。,C,、胎侧,sidewall,是贴在胎体帘布层两侧的胶层。,保护胎体侧部帘布层免受机械损伤和大气侵蚀,。胎侧常在屈挠下工作,厚度宜薄,便于屈挠变形。由于胎面、胎肩、胎侧作用各异,宜采用不同的胶料制备。,57,胎体,carcass,胎体由,缓冲层和帘布层,组成,缓冲层,breaker,：,位于,胎面胶和胎体帘布层之间,，由,挂胶帘布或胶片制成,。由于轮胎在行驶过程中,该部位所受应力最大、最集中,温度也最高,;,极易脱层损坏。,要求：,缓冲层具有较高强度、弹性和较好的粘着性能，吸收并缓冲外来的冲击和振动。,缓冲层可采用尼龙帘线、人造丝帘线或钢丝帘线制成。,子午胎中的缓冲层又称为带束层或紧箍层。,58,帘布层,cord ply,：,胎体的骨架层,，使外胎,具有,必要的弹性和强度，承受轮胎的载荷和行驶中的反复变形，,承受由于路面不平引起的强烈振动和冲击。,帘布层使胎体强度增高，并可固定外胎的外缘尺寸规格,。,59,胎圈,bead,胎圈是外胎与轮辋紧密固定的部位,要求具有高强度和刚性,承受外胎与轮辋间的相互作用力,防止车辆行驶过程中外胎脱出。,胎圈,包括,帘布层,钢圈及胎圈,包布,三个重要部分,.,钢圈,是主体,由,钢丝圈,三角胶条,apex,(,又称填充胶条,),及钢圈包布,组成,.,60,钢丝圈,bead ring,：,采用钢丝编织带由数根覆胶钢丝绕成圈,在钢丝圈外围加贴用半硬质胶制成的三角胶条,起填充空隙作用,亦可采用两种不同硬度的胶料复合制成,.,钢圈包布,wire covering,：,把钢丝圈和三角胶条包复成钢圈整体,.,胎圈包布,chafer,：,又称为,子口包布,位于胎圈外部,保护帘布层,并与轮辋直接接触,要求具有较好的耐磨性能,胎圈结构见图,1-3,所示。,61,62,内胎,innertube,内胎是装有气门嘴的密封环形胶筒，位于外胎与轮辋之间，用以充入内压空气，使轮胎获得弹性并承受载荷,。,要求,气密性高、抗裂口增长性好及高弹性和较好的耐疲劳性,等。,63,垫带,flap,垫带是具有一定断面形状的无接头环形胶带，置于轮辋与内胎接触部位；,用以保护内胎不受轮辋及胎圈的磨损。,垫带底部有一圆孔可使气门嘴通过,与外胎、内胎组成一套轮胎。,只用于多件式平底轮辋的载重轮胎上，轿车轮胎所用的,深槽式轮辋和超低压轮胎,所用的特殊结构轮辋均为整体件，轮辋与轮胎着合紧密，不必使用垫带。,64,二、轮胎的类型,tyre type,外胎是轮胎的主体，决定轮胎的使用性能和质量。根据结构不同分为,帘线橡胶复合结构和无帘线结构两类。,A,、帘线橡胶复合结构：,由多层帘布增强高分子固体橡胶构成。,优点,：,坚固耐用，性能优良；,65,缺点,：,应用传统贴合法生产，固体橡胶经塑炼、混炼、压延、压出、成型和硫化等工艺加工，自动化程度较低。此外，由于材料和加工复杂等因素的影响，制造出质量完全一致的均一外胎是不可能的，因而轮胎行驶时产生跳动和噪音，特别是高速行驶时尤为明显。,66,B,、无帘线结构,：,不用帘线增强，,由液体橡胶或热塑性橡胶制成,。,优点,：,应用液体橡胶或热塑性橡胶采用,浇注或注射,方法成型，经短时间聚合和交联即得成品。生产完全是自动化的，省掉了固体橡胶加工工艺及其使用的重型设备。此外质量均一，行驶时无噪音，抓着性强，安全性好。,缺点：,尺寸稳定性较差，耐热性，耐久性差。,67,68,第三节、轮胎结构及其发展,胎面,胎面下层胶,缓冲层,斜交胎,胎侧,一、轮胎结构,69,BIAS PLY TYRE,70,外胎由,帘布层、,带束层、,胎面胶、,胎侧胶、,胎圈,等构成。,子午线轮胎,71,RADIAL PLY TYRE,72,a,子午线轮胎,b,斜交轮胎,73,1,、帘布层,：,轮胎的骨架。承受内压负荷、载重负荷、牵引力、转向力和制动力，由数层挂胶帘布构成。,2,、胎面胶：,与路面接触，从冠部保护胎体缓冲层、帘布层免受刺伤割破和承受冲击磨损，通过,花纹,传递牵引力、转向力和制动力。,3,、胎侧胶：,从侧部保护胎体帘布层，使之免受路面高障碍物损伤。,74,花纹形式,tread patern,有以下三种：,、,普通花纹：,花纹沟细浅，花纹块接地面积为胎面的,70,80%,。分,横向,transveme pattern,(,如烟斗、羊角,),和纵向,circumferential patern,(,如锯齿、曲折,),两种,。适于在水泥、柏油以及较好的泥土碎石路面上行驶的轮胎使用。,75,、,越野花纹,cross,country tread patern,：,花纹沟宽深，花纹块接地面积为胎面的,40,60%,。分,无向,(,如马牙,),和有向,(,如人字,),两种,。适于山路、矿山和建筑工地的松土路、泥雪路和硬基潮湿路面行驶的轮胎使用。,76,、混合花纹,dual purpose tread patern,：,兼有上述两种花纹的特点，胎面中部花纹沟细浅，两边宽深，花纹块接地面积约为胎面的,70%,。适于在城市、乡村混合路面上行驶的轮胎用。,77,4,、缓冲层,breaker,：,作用是增加胎冠强度，加强胎面与胎体粘合，承受和分散冲击力、振动力和剪切力，其构造因胎体帘布层结构、轮胎规格而异。,5,、胎圈,bead,：,作用是将轮胎固着于轮辋上。由钢圈、胎体帘布层及其包边包布构成。,78,钢圈：,钢丝圈,bead ring,、三角胶芯和包布组成。给胎圈提供必要的强度和刚度。,包布：,包在胎圈外侧，称为胎圈包布。钢圈所用包布，称为钢圈包布。两者均由挂胶帆布构成。胎圈包布作用是保护胎圈处帘布不受轮辋摩擦损坏。,79,二、根据胎体帘布层、缓冲层结构的不同分类,普通结构轮胎、子午线轮胎和带束斜交轮胎,三种基本类型,。,一,),、普通结构轮胎,斜交结构轮胎（,bias tyre),斜交轮胎,:,帘布层和缓冲层各相邻层帘线交叉，且与胎冠中心呈小于,90,角排列的充气轮胎。,结构特点：,胎体帘布层帘线按,一定角度相互交叉排列,。,胎冠角,（,胎体帘线与胎冠中心线的垂直线相交的角度,k,),，一般在,48,54,度,范围内。,80,BIAS PLY TYRE,81,为使受力均匀，,胎体层数均为偶数，层次由内向外编。,外层,：,外面几层用,密度较稀,帘布制造，并贴有隔离胶，增加胎体弹性和层间粘合强度。,内层：,里面较密的几层，承受内压强度。,缓冲层,：,结构视轮胎规格而定。大中型轮胎由较稀疏的挂胶帘布和胶片贴合构成的,82,优点：,胎体坚固，负荷下变形小，胎侧不易损伤，转向与制动等性能良好。此外生产历史长、技术好掌握、生产效率高、加工费用低。,缺点：,结构不合理，原材料消耗多，磨损大，抓着性差，滚动阻力大，行驶温度高，进一步改进的潜力已较小，不能满足日益提高的要求。,目前除路面条件优良的西欧和美国外，在世界上仍占有相当大的比例。,83,思 考 题,轮胎在滚动过程中产生几种变形,?,各有何特点，对轮胎性能有 何影响,?,2.,汽车轮胎按用途可分为哪几种？,3.,绘出外胎断面示意图并说明轮胎由哪些部件组成及各部件有何作用？,4.,简述子午线轮胎和斜交轮胎结构上的区别并分析子午线轮胎的优越性能。,5.,简述轮胎的规格表示方法并举例说明,。,THE END,84,