205/55R16 91V轎車子午線輪胎的設(shè)計

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，我國汽車工業(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、制動和驅(qū)動等基本功能外，還需要具有良好的抓著性能和舒適性以及較低的滾動阻力和噪聲[1-6]。

根據(jù)國內(nèi)市場需求，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)計過程如下。

1 技術(shù)參數(shù)

根據(jù)《中國輪胎輪輞氣門嘴標(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，速度級別 V。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

帶束層位于子午線輪胎的冠部下方，對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)計經(jīng)驗，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，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。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

當(dāng)b值較大時，可以增大輪胎和路面的接觸面積，減小單位面積上的壓力，進而提高輪胎的牽引性、驅(qū)動性以及承載能力。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)計經(jīng)驗，b取168 mm，h取7.46 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和C

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。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

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，若位置過高，容易造成胎肩部位應(yīng)力集中，生熱過大，進而引起胎肩脫層、高速性能降低等；若位置過低，會引起胎圈位置應(yīng)力集中，易導(dǎo)致胎圈損壞、耐久性能降低等。本次設(shè)計H1/H2取1.083。

2.5 胎面花紋

胎面花紋的設(shè)計會對輪胎的操控性能、抗?jié)窕阅堋⒏咚傩阅?、滾動阻力和噪聲等產(chǎn)生影響。我公司根據(jù)實際市場需求情況，開發(fā)出一款非對稱花紋。此花紋設(shè)計有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。胎面花紋展開見圖1。

胎面花紋采用非對稱花紋設(shè)計，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]。

3 施工設(shè)計

3.1 胎面

胎面采用四復(fù)合擠出機進行擠出，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)生的靜電等及時導(dǎo)入地下，使輪胎使用更安全；較厚的基部膠設(shè)計，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)見圖2。

3.2 冠帶層

冠帶層采用930dtex/2錦綸簾布，為加強對帶束層的箍緊作用，同時確保輪胎的高速性能，本次設(shè)計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)：單根簾線最小破斷力 138 N，線密度 126根·dm-1，壓延厚度 0.95 mm。

3.3 胎體

根據(jù)輪胎使用負(fù)荷和胎體簾線的特點，本次設(shè)計兩層胎體簾布采用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。

3.4 帶束層

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。本次設(shè)計帶束層采用2層2×0.30ST鋼絲簾線，角度為27°。

3.5 鋼絲圈

鋼絲圈類型為六角形結(jié)構(gòu)，采用Φ1.2 mm高強度胎圈鋼絲，排列方式為4-5-4-3。

3.6 成型工藝

輪胎成型采用VMI一次法成型機。

3.7 硫化

硫化采用氮氣硫化工藝，硫化溫度為178 ℃，硫化時間為15 min。

4 成品性能

4.1 外緣尺寸

按照GB/T 521—2012《輪胎外緣尺寸測量方法》對輪胎充氣外緣尺寸進行測量。將輪胎安裝在標(biāo)準(zhǔn)輪輞上，充氣壓力為180 kPa，測得D′和B′分別為633和211 mm，滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.2 強度性能

成品輪胎強度性能按照GB/T 4502—2016《轎車輪胎性能室內(nèi)試驗方法》進行測試。充氣壓力為180 kPa，輪胎標(biāo)準(zhǔn)破壞能為295 J。試驗結(jié)果顯示，第1—4點破壞能均可達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)值，第5點破壞能為523.2 J，為標(biāo)準(zhǔn)值的177.36%。成品輪胎強度性能達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.3 脫圈阻力

成品輪胎脫圈阻力按照GB/T 4502—2016進行測試。充氣壓力為180 kPa，輪胎標(biāo)準(zhǔn)脫圈阻力值為11 120 N。試驗結(jié)果顯示，第5點脫圈阻力值為12 081 N，為標(biāo)準(zhǔn)值的108.64%。成品輪胎脫圈性能達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.4 高速性能

成品輪胎高速性能按照GB/T 4502—2016進行測試。充氣壓力為300 kPa，試驗負(fù)荷為449 kg。試驗結(jié)果顯示，累計行駛時間為1.75 h，試驗結(jié)束時胎爆。高速性能試驗條件及結(jié)果見表1。

表1 高速性能試驗條件及結(jié)果

4.5 耐久性能

成品輪胎耐久性能按照GB/T 4502—2016進行測試。充氣壓力為180 kPa，標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷為615 kg。試驗結(jié)果顯示，累計行駛時間為102.28 h，試驗結(jié)束時胎冠花紋掉塊。耐久性試驗條件及結(jié)果見表2。

表2 耐久性試驗條件及結(jié)果

4.6 滾動阻力和噪聲

成品輪胎滾動阻力按照ISO 28580：2018進行測試。滾動阻力系數(shù)為8.87 N·kN-1，達(dá)到C級標(biāo)準(zhǔn)。

噪聲測試為室外測試，測量值為68 dB，滿足國家標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 結(jié)論

205/55R16 91V轎車子午線輪胎的充氣外緣尺寸、強度性能、脫圈阻力、高速性能和耐久性能均符合國家標(biāo)準(zhǔn)要求，且輪胎在滾動阻力和噪聲方面表現(xiàn)良好。