半鋼輪胎胎圈強度的設計方法

2023-05-21 21:19:31 2

專利名稱：半鋼輪胎胎圈強度的設計方法
技術領域：
本發明涉及一種半鋼輪胎胎圈的設計方法，特別是半鋼輪胎胎圈強度的設計方法。具體而言，是針對半鋼輪胎現有的胎圈鋼絲結構:根據已有根排結構的公式，研究單根鋼絲纏繞結構的胎圈強度計算方法及兩者之間的關聯(修正係數)，以及水壓爆破試驗與胎圈強度的關係(水壓爆破壓力值的計算與預測)。
背景技術：
輪胎胎圈強度是輪胎結構設計中的重要部分之一。胎圈的強度主要由胎圈的鋼絲結構和材料決定。在機械行業中，通常用輪胎胎圈的安全倍數來表徵輪胎胎圈強度，即輪胎胎圈的安全倍數是機械行業用來表徵和體現「強度」這個概念的一貫數學計算的表示形式。目前現行的輪胎胎圈的安全倍數的計算公式，是根據文獻資料《子午線輪胎結構設計與製造技術》及《現代輪胎結構設計》提供的公式，但未對輪胎的結構類型做出區分。因此，現有的計算方式不夠準確，從而導致輪胎胎圈的設計不合理。輪胎胎圈的安全倍數(輪胎胎圈強度)=水壓爆破的爆破壓力/受力面積，由於目前對水壓爆破與輪胎胎圈的安全倍數關係沒有明確化，提升了輪胎設計者在前期的規格設計中的產品的設計風險。

發明內容
為了提高輪胎胎圈強度設計的準確性、合理性、有效性，防止因計算公式不夠準確而導致輪胎胎圈的設計不合理，經過多次試驗和設計的經驗以及研究部的模擬分析，本發明提供了一種半鋼輪胎胎圈強度的設計方法，確定了輪胎單根鋼絲纏繞結構的胎圈強度計算方法及與根排結構的關聯(修正係數)，以及水壓爆破試驗與胎圈強度的關係(水壓爆破壓力值的計算與預測)。本發明所採用的技術手段是通過大量水壓爆破試驗得到氣壓與輪胎胎圈單根鋼絲纏繞結構、根排結構的胎圈強度計算方法，及單根鋼絲纏繞結構、根排結構、輪胎充氣壓的總體關係趨勢，並根據FEA模擬仿真軟體加以驗證，並最終運用輪胎設計經驗及數據得到如下的計算公式。參照圖1至圖3，考慮到鋼絲圈根排結構的鋼絲接頭而產生的應力集中，同時考慮充氣壓對其水壓爆破結果的影響較大，結合水壓爆破試驗數據得出以下結論:1.對於鋼絲圈為根排且額定充氣壓大於340kPa的規格，其輪胎胎圈安全倍數的計算應為:Sbd= {[ F.Nbd- E1.bc.rc.δ H/ (2 Δ) ] / [IO3XP0X (Ra2-Rc2) XK0/2]}.K1，其中 K1 取 0.789。2.對於①鋼絲圈為根排且額定充氣壓小於等於340kPa的規格；和②鋼絲圈為單纏結構的規格，其輪胎胎圈安全倍數的計算按如下公式(即無係數K1):Sbd= [ F.Nbd- E1.bc.rc.δ H/ (2 Λ) ] / [IO3XP0X (Ra2-Rc2) XK0/2]
3.同時，水壓爆破的意義等同於輪胎胎圈強度安全倍數的計算，可通過安全倍數的計算或轉化為最大爆破氣壓值，與水壓爆破標準進行比較，即可預測該輪胎胎圈鋼絲的強度是否達標，降低前期規格設計時的風險。輪胎水壓爆破時的爆破壓力理論上即為鋼絲圈在內壓作用下所產生的應力T1，T1= Tb -Th = F.Nbd- E1.bc.rc.δ H/ (2 Δ)。以上公式中:F為單根鋼絲張力；Nbd為鋼絲根數，根；Sbd為安全倍數；Th_鋼絲圈對輪輞的過盈力，kPa ；Tr鋼絲圈在內壓作用下所產生的應力，kPa ；Tb-鋼絲圈總應力，kPa ；Er鋼絲圈底部材料的平均壓縮模量(一般為30-50MPa)，MPa ；bc -鋼絲圈寬度，m ;r。-鋼絲圈中心半徑，m；A-鋼絲圈底部材料厚度，m；5H-胎圈對輪輞的過盈量，m ；P0-輪胎額定氣壓(即胎側標示的充氣壓力)，kPa ；Ra-胎裡半徑，m ；RC-輪胎零點半徑，m ；K0-校正係數，(對子午線輪胎KO=0.95)；其中胎圈對輪輞的過盈量δ Η的計算公式如下:δ H=dr-dt+2a Ctanat- tanar)式中d「輪輞標定直徑，m;dt-輪輞著合直徑，m;at-胎圈底部傾斜角，(° ); 輪輞底部傾斜角，(° );a_輪輞邊緣到胎圈中心的距離，m。本發明的優點在於:本發明提供了輪胎單根鋼絲纏繞結構的胎圈強度計算方法及與根排結構的關聯(修正係數)，以及水壓爆破試驗與胎圈強度的關係(水爆壓力值的計算與預測)，提高了輪胎胎圈強度設計的準確性、合理性、有效性，對水壓爆破與安全倍數關係的明確化及數據的準確性的提升，有助於輪胎設計者在前期的規格設計中，降低產品的設計風險，預知並計算出理論的水壓爆破值，規避設計風險。


圖1是現有輪胎和輪輞結構示意圖。圖2是胎圈鋼絲為根排結構示意圖。圖3是胎圈鋼絲為單鋼絲纏繞結構示意圖。圖4是FEA分析的根排結構的二維輪胎網格模型。圖5是FEA分析的單鋼絲纏繞結構的二維輪胎網格模型。圖6是FEA分析的三維輪胎網格模型。
具體實施方式
:一:FEA理論模擬分析表1:FEA分析的輪胎規格表
權利要求
1.一種半鋼輪胎胎圈強度的設計方法，其特徵在於: 對於鋼絲圈為根排且額定充氣壓大於340kPa的規格，其輪胎胎圈安全倍數的計算為:Sbd= {[ F.Nbd- E1.bc.rc.δΗ/ (2Δ)] / [IO3XP0X (Ra2-Rc2) XK0/2]} -K1，其中 K1取 0.789 ； 對於①鋼絲圈為根排且額定充氣壓小於等於340kPa的規格；和②鋼絲圈為單纏結構的規格，其輪胎胎圈安全倍數的計算按如下公式:Sbd= [ F.Nbd- E1.bc.rc.δ H/ (2 Λ) ] / [IO3XP0X (Ra2-Rc2) XK0/2]； 以上公式中: F為單根鋼絲張力；Nbd為鋼絲根數，根；Sbd為安全倍數；E1-鋼絲圈底部材料的平均壓縮模量(一般為30-50MPa)，MPa ；bc -鋼絲圈寬度，m ;r。-鋼絲圈中心半徑，m ;Λ -鋼絲圈底部材料厚度，m; δΗ-胎圈對輪輞的過盈量，Hi5Ptl-輪胎額定氣壓(即胎側標示的充氣壓力)，kPa ；Ra-胎裡半徑，m ；RC-輪胎零點半徑，m ；K0-校正係數，對子午線輪胎KO=0.95 ； 其中胎圈對輪輞的過盈量S11的計算公式如下: δ H=dr—dt+2a (tanα t— tanαr) 式中輪輞標定直徑,m ；dt-輪輞著合直徑,m ； a t-胎圈底部傾斜角，(° ) ; α 1 輪輞底部傾斜角，(° );a_輪輞邊緣到胎圈中心的距離，m。
2.如權利要求1所述的一種半鋼輪胎胎圈強度的設計方法，其特徵在於:輪胎水壓爆破時的爆破壓力為鋼絲圈在內壓作用下所產生的應力T1 , T1= Tb -Th = F.Nbd-E1.bc.rc.δΗ/ (2 Δ), 其中Th-鋼絲圈對輪輞的過盈力，kPa J1-鋼絲圈在內壓作用下所產生的應力，kPa;Tb-鋼絲圈總應力，kPa。
全文摘要
本發明公開了一種半鋼輪胎胎圈強度的設計方法，對於鋼絲圈為根排且額定充氣壓大於340kPa的規格，其輪胎胎圈安全倍數的計算為Sbd={[ F·Nbd- E1·bc·rc·δH/(2△)] / [103×P0×(Ra2-Rc2) ×K0/2]}·K1，其中K1取0.789；對於①鋼絲圈為根排且額定充氣壓小於等於340kPa的規格；和②鋼絲圈為單纏結構的規格，其輪胎胎圈安全倍數的計算按如下公式Sbd=[ F·Nbd- E1·bc·rc·δH/(2△)] / [103×P0×(Ra2-Rc2) ×K0/2]；其中胎圈對輪輞的過盈量δH的計算公式如下δH=dr-dt+2a(tanαt- tanαr) 。本發明的優點在於提高了輪胎胎圈強度設計的準確性、合理性、有效性，降低產品的設計風險，預知並計算出理論的水壓爆破值，規避設計風險。
文檔編號B60C15/04GK103182909SQ201310109290
公開日2013年7月3日 申請日期2013年4月1日 優先權日2013年4月1日
發明者蔡瑩瑩, 餘本禕 申請人:安徽佳通輪胎有限公司