輪胎-輪胎配方設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)

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1、第四章輪胎配方設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)輪胎在負(fù)載條件下在公路上滾動(dòng)，由于受到負(fù)荷作用以及路面的反作用，使輪胎在行駛過程中受到了復(fù)雜的動(dòng)態(tài)變形和磨損。隨著公路的發(fā)展，特別是高等級(jí)公路的發(fā)展，車速的提高，輪胎的變形和磨損變的更為復(fù)雜，其壽命和安全性及其對(duì)汽車的操縱穩(wěn)定性能的影響，更成為人們?nèi)找骊P(guān)心的問題。因此對(duì)汽車輪胎的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和配方設(shè)計(jì)及其相應(yīng)的工藝投入了巨大的力量進(jìn)行研究和改進(jìn)。子午胎的出現(xiàn)，從根本上改變了輪胎的力學(xué)性能和輪胎的使用性能，大大提高了輪胎的使用壽命，顯示了極大的優(yōu)越性能，被稱之為輪胎工業(yè)的革命。在世界范圍來講，子午胎問世于二十世紀(jì)40年代，

2、50年代起步，60年代推廣，70年代大發(fā)展，90年代基本實(shí)現(xiàn)子午化。目前在西歐和美國等發(fā)達(dá)國家汽車輪胎基本上100%子午化，農(nóng)業(yè)輪胎、航空輪胎也正在子午化。我國的子午胎起步于60年代，經(jīng)歷了70年代的徘徊不前，直到80年代的中后期才有足夠的認(rèn)識(shí)和一定的經(jīng)濟(jì)實(shí)力發(fā)展子午胎。通過引進(jìn)鄧錄普、皮列里和費(fèi)爾斯通等的半鋼和全鋼子午胎生產(chǎn)技術(shù)，并通過以北京橡膠院為代表的研究單位的消化吸收，我國的子午胎得到了大發(fā)展，行成了國有、股份、合資和民營齊頭并進(jìn)的局面。到2003年末，汽車輪胎子午化率達(dá)到了47%，特別是載重子午胎從2001年開始每年以50%的速度遞

3、增，2003年產(chǎn)量突破了1000萬條。隨著橡膠加工制造業(yè)的向中國的轉(zhuǎn)移，斜交胎也得到了一定的發(fā)展，中國的小型、中型斜交胎有1/3以上出口，填補(bǔ)了部分發(fā)達(dá)國家的市場(chǎng)空缺，滿足了發(fā)展中國家的需要，在2002年中國首次超過美國，成為世界第一橡膠消費(fèi)大國，可以講，我們正迎來橡膠工業(yè)，特別是輪胎工業(yè)的大發(fā)展階段。膠料和骨架材料作為輪胎的組成部分，其物理性能和工藝性能關(guān)系到輪胎的制造工藝的可行性和輪胎的使用性能，因此膠料的配方設(shè)計(jì)成為輪胎工業(yè)的一個(gè)重要組成部分。隨著輪胎結(jié)構(gòu)從實(shí)心到充氣輪胎，從斜交胎到子午胎，從高斷面輪胎到低斷面即扁平化，從有內(nèi)胎到無內(nèi)胎

4、，從全天候到高行駛性能輪胎；骨架材料從棉簾線到人造絲、尼龍、聚酯和鋼絲簾線、芳綸；以及橡膠原材料和橡膠加工工藝的一系列的發(fā)展過程中，輪胎膠料配方的設(shè)計(jì)也隨之有較大的發(fā)展和變化。這是由于膠料配方的設(shè)計(jì)首先必須滿足輪胎的使用性能要求，同時(shí)又要求制造工藝是可行的、經(jīng)濟(jì)上是合理的，原材料的來源是可靠的。換句話說，膠料配方的設(shè)計(jì)，除了要滿足輪胎使用要求外，還要受到橡膠加工工藝及原材料的發(fā)展的制約，這是每個(gè)配方工作者必須考慮到的三個(gè)方面的因素。本講座是以充氣輪胎配方為研究對(duì)象，結(jié)合我公司以及目前國際、國內(nèi)的最新輪胎配方發(fā)展技術(shù)來進(jìn)行講解，主要內(nèi)容包括：子

5、午胎配方設(shè)計(jì)、斜交載重胎、工程和農(nóng)業(yè)輪胎的配方設(shè)計(jì)。第一節(jié)配方設(shè)計(jì)的基本原則一、輪胎的使用性能1、輪胎作為汽車滾動(dòng)時(shí)力的承受者，其基本功能包括：（1）承受汽車的全部負(fù)荷和傳遞（2）具有減震和緩沖性能（3）操縱穩(wěn)定性好（4）具有抗滑濕性能（5）輪胎的安全性能好2、輪胎的本身必要的使用性能包括：（1）胎面膠的耐磨性能和抗刺扎性能好（2）滾動(dòng)阻力小，油耗低；（3）溫升低，行駛壽命長(zhǎng)；83（4）噪聲低；（5）安全性高所以配方設(shè)計(jì)者首先要針對(duì)輪胎的基本功能和使用性能進(jìn)行設(shè)計(jì)，滿足其綜合要求。輪胎的使用性能不是一成不變的，隨著輪胎工業(yè)的發(fā)展，高等級(jí)公路的

6、開發(fā)，對(duì)輪胎的使用性能的要求日益苛刻，膠料配方的設(shè)計(jì)要求與之相適應(yīng)。二、輪胎各部件膠料的不同性能要求充氣輪胎本身是一個(gè)彈性體，在負(fù)荷下滾動(dòng)時(shí)，由于受到地面的反作用力，輪胎在輪輞上就受到徑向力、切向力、側(cè)向力的作用，并由此產(chǎn)生相應(yīng)的三個(gè)力矩，也存在三個(gè)彈性（即徑向彈性、切向彈性和側(cè)向彈性），亦即造成輪胎在滾動(dòng)時(shí)產(chǎn)生了復(fù)雜的力學(xué)形變。輪胎各部件由于力的傳遞過程影響，各部件承受的應(yīng)力應(yīng)變有較大的差異和產(chǎn)生的較大的剪切力。而這種形變和應(yīng)力是周期性的和復(fù)雜性的，因此為了避免應(yīng)力集中和減少剪切應(yīng)力，滿足輪胎的使用要求，在輪胎的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上和配方設(shè)計(jì)上，使輪

7、胎成為一個(gè)多部件的帶有骨架材料的厚制品，從而使配方設(shè)計(jì)工作變得更為復(fù)雜。各部件膠料配方設(shè)計(jì)必須滿足其力學(xué)狀態(tài)及其功能要求。例如胎面膠是作為輪胎直接與地面接觸的部件，直接傳遞地面的反作用力的主要部件，要求膠料耐磨、耐刺、耐濕滑、耐空氣和臭氧、日光老化以及屈撓龜裂，滯后損失要小，而且不同結(jié)構(gòu)，不同規(guī)格以及不同用途的輪胎，其具體要求有所側(cè)重。例如高速轎車胎為了提高臨界速度（或駐波速度），要求膠料剛性大（即定伸高），生熱低，同時(shí)還必須具有較高的耐濕滑性能以及提高高速時(shí)的操作穩(wěn)定性和安全性，而耐磨耗不是其主要的技術(shù)指標(biāo)。膠料配方設(shè)計(jì)就可以采用以充油膠為

8、主，填充大量的生熱比較低的N300系列的炭黑。而對(duì)工程胎的胎面膠的耐磨、耐刺扎、降低生熱，提高壽命卻是主要的技術(shù)指標(biāo)。膠料應(yīng)該以天然膠為主，填充補(bǔ)強(qiáng)性能好的N100