專利名稱：半鋼輪胎胎圈強(qiáng)度的設(shè)計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種半鋼輪胎胎圈的設(shè)計(jì)方法，特別是半鋼輪胎胎圈強(qiáng)度的設(shè)計(jì)方法。具體而言，是針對半鋼輪胎現(xiàn)有的胎圈鋼絲結(jié)構(gòu):根據(jù)已有根排結(jié)構(gòu)的公式，研究單根鋼絲纏繞結(jié)構(gòu)的胎圈強(qiáng)度計(jì)算方法及兩者之間的關(guān)聯(lián)(修正系數(shù))，以及水壓爆破試驗(yàn)與胎圈強(qiáng)度的關(guān)系(水壓爆破壓力值的計(jì)算與預(yù)測)。
背景技術(shù)：
輪胎胎圈強(qiáng)度是輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要部分之一。胎圈的強(qiáng)度主要由胎圈的鋼絲結(jié)構(gòu)和材料決定。在機(jī)械行業(yè)中，通常用輪胎胎圈的安全倍數(shù)來表征輪胎胎圈強(qiáng)度，即輪胎胎圈的安全倍數(shù)是機(jī)械行業(yè)用來表征和體現(xiàn)“強(qiáng)度”這個概念的一貫數(shù)學(xué)計(jì)算的表示形式。目前現(xiàn)行的輪胎胎圈的安全倍數(shù)的計(jì)算公式，是根據(jù)文獻(xiàn)資料《子午線輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與制造技術(shù)》及《現(xiàn)代輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)》提供的公式，但未對輪胎的結(jié)構(gòu)類型做出區(qū)分。因此，現(xiàn)有的計(jì)算方式不夠準(zhǔn)確，從而導(dǎo)致輪胎胎圈的設(shè)計(jì)不合理。輪胎胎圈的安全倍數(shù)(輪胎胎圈強(qiáng)度)=水壓爆破的爆破壓力/受力面積，由于目前對水壓爆破與輪胎胎圈的安全倍數(shù)關(guān)系沒有明確化，提升了輪胎設(shè)計(jì)者在前期的規(guī)格設(shè)計(jì)中的產(chǎn)品的設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
為了提高輪胎胎圈強(qiáng)度設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性、合理性、有效性，防止因計(jì)算公式不夠準(zhǔn)確而導(dǎo)致輪胎胎圈的設(shè)計(jì)不合理，經(jīng)過多次試驗(yàn)和設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)以及研究部的模擬分析，本發(fā)明提供了一種半鋼輪胎胎圈強(qiáng)度的設(shè)計(jì)方法，確定了輪胎單根鋼絲纏繞結(jié)構(gòu)的胎圈強(qiáng)度計(jì)算方法及與根排結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)(修正系數(shù))，以及水壓爆破試驗(yàn)與胎圈強(qiáng)度的關(guān)系(水壓爆破壓力值的計(jì)算與預(yù)測)。本發(fā)明所采用的技術(shù)手段是通過大量水壓爆破試驗(yàn)得到氣壓與輪胎胎圈單根鋼絲纏繞結(jié)構(gòu)、根排結(jié)構(gòu)的胎圈強(qiáng)度計(jì)算方法，及單根鋼絲纏繞結(jié)構(gòu)、根排結(jié)構(gòu)、輪胎充氣壓的總體關(guān)系趨勢，并根據(jù)FEA模擬仿真軟件加以驗(yàn)證，并最終運(yùn)用輪胎設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)及數(shù)據(jù)得到如下的計(jì)算公式。參照圖1至圖3，考慮到鋼絲圈根排結(jié)構(gòu)的鋼絲接頭而產(chǎn)生的應(yīng)力集中，同時(shí)考慮充氣壓對其水壓爆破結(jié)果的影響較大，結(jié)合水壓爆破試驗(yàn)數(shù)據(jù)得出以下結(jié)論:1.對于鋼絲圈為根排且額定充氣壓大于340kPa的規(guī)格，其輪胎胎圈安全倍數(shù)的計(jì)算應(yīng)為:Sbd= {[ F.Nbd- E1.bc.rc.δ H/ (2 Δ) ] / [IO3XP0X (Ra2-Rc2) XK0/2]}.K1，其中 K1 取 0.789。2.對于①鋼絲圈為根排且額定充氣壓小于等于340kPa的規(guī)格；和②鋼絲圈為單纏結(jié)構(gòu)的規(guī)格，其輪胎胎圈安全倍數(shù)的計(jì)算按如下公式(即無系數(shù)K1):Sbd= [ F.Nbd- E1.bc.rc.δ H/ (2 Λ) ] / [IO3XP0X (Ra2-Rc2) XK0/2]
3.同時(shí)，水壓爆破的意義等同于輪胎胎圈強(qiáng)度安全倍數(shù)的計(jì)算，可通過安全倍數(shù)的計(jì)算或轉(zhuǎn)化為最大爆破氣壓值，與水壓爆破標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行比較，即可預(yù)測該輪胎胎圈鋼絲的強(qiáng)度是否達(dá)標(biāo)，降低前期規(guī)格設(shè)計(jì)時(shí)的風(fēng)險(xiǎn)。輪胎水壓爆破時(shí)的爆破壓力理論上即為鋼絲圈在內(nèi)壓作用下所產(chǎn)生的應(yīng)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(shù)，根；Sbd為安全倍數(shù)；Th_鋼絲圈對輪輞的過盈力，kPa ；Tr鋼絲圈在內(nèi)壓作用下所產(chǎn)生的應(yīng)力，kPa ；Tb-鋼絲圈總應(yīng)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(cè)標(biāo)示的充氣壓力)，kPa ；Ra-胎里半徑，m ；RC-輪胎零點(diǎn)半徑，m ；K0-校正系數(shù)，(對子午線輪胎KO=0.95)；其中胎圈對輪輞的過盈量δ Η的計(jì)算公式如下:δ H=dr-dt+2a Ctanat- tanar)式中d「輪輞標(biāo)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(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:本發(fā)明提供了輪胎單根鋼絲纏繞結(jié)構(gòu)的胎圈強(qiáng)度計(jì)算方法及與根排結(jié)構(gòu)的關(guān)聯(lián)(修正系數(shù))，以及水壓爆破試驗(yàn)與胎圈強(qiáng)度的關(guān)系(水爆壓力值的計(jì)算與預(yù)測)，提高了輪胎胎圈強(qiáng)度設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性、合理性、有效性，對水壓爆破與安全倍數(shù)關(guān)系的明確化及數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性的提升，有助于輪胎設(shè)計(jì)者在前期的規(guī)格設(shè)計(jì)中，降低產(chǎn)品的設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，預(yù)知并計(jì)算出理論的水壓爆破值，規(guī)避設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。


圖1是現(xiàn)有輪胎和輪輞結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是胎圈鋼絲為根排結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是胎圈鋼絲為單鋼絲纏繞結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是FEA分析的根排結(jié)構(gòu)的二維輪胎網(wǎng)格模型。圖5是FEA分析的單鋼絲纏繞結(jié)構(gòu)的二維輪胎網(wǎng)格模型。圖6是FEA分析的三維輪胎網(wǎng)格模型。
具體實(shí)施方式
:一:FEA理論模擬分析表1:FEA分析的輪胎規(guī)格表
權(quán)利要求
1.一種半鋼輪胎胎圈強(qiáng)度的設(shè)計(jì)方法，其特征在于: 對于鋼絲圈為根排且額定充氣壓大于340kPa的規(guī)格，其輪胎胎圈安全倍數(shù)的計(jì)算為:Sbd= {[ F.Nbd- E1.bc.rc.δΗ/ (2Δ)] / [IO3XP0X (Ra2-Rc2) XK0/2]} -K1，其中 K1取 0.789 ； 對于①鋼絲圈為根排且額定充氣壓小于等于340kPa的規(guī)格；和②鋼絲圈為單纏結(jié)構(gòu)的規(guī)格，其輪胎胎圈安全倍數(shù)的計(jì)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(shù)，根；Sbd為安全倍數(shù)；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(cè)標(biāo)示的充氣壓力)，kPa ；Ra-胎里半徑，m ；RC-輪胎零點(diǎn)半徑，m ；K0-校正系數(shù)，對子午線輪胎KO=0.95 ； 其中胎圈對輪輞的過盈量S11的計(jì)算公式如下: δ H=dr—dt+2a (tanα t— tanαr) 式中輪輞標(biāo)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(quán)利要求1所述的一種半鋼輪胎胎圈強(qiáng)度的設(shè)計(jì)方法，其特征在于:輪胎水壓爆破時(shí)的爆破壓力為鋼絲圈在內(nèi)壓作用下所產(chǎn)生的應(yīng)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(nèi)壓作用下所產(chǎn)生的應(yīng)力，kPa;Tb-鋼絲圈總應(yīng)力，kPa。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種半鋼輪胎胎圈強(qiáng)度的設(shè)計(jì)方法，對于鋼絲圈為根排且額定充氣壓大于340kPa的規(guī)格，其輪胎胎圈安全倍數(shù)的計(jì)算為Sbd={[ F·Nbd- E1·bc·rc·δH/(2△)] / [103×P0×(Ra2-Rc2) ×K0/2]}·K1，其中K1取0.789；對于①鋼絲圈為根排且額定充氣壓小于等于340kPa的規(guī)格；和②鋼絲圈為單纏結(jié)構(gòu)的規(guī)格，其輪胎胎圈安全倍數(shù)的計(jì)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(jì)算公式如下δH=dr-dt+2a(tanαt- tanαr) 。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于提高了輪胎胎圈強(qiáng)度設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確性、合理性、有效性，降低產(chǎn)品的設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)，預(yù)知并計(jì)算出理論的水壓爆破值，規(guī)避設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。
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(yōu)先權(quán)日2013年4月1日
發(fā)明者蔡瑩瑩, 余本祎 申請人:安徽佳通輪胎有限公司