轮胎胎面形状的确定
姜位文
（杭州中策橡胶有限公司车胎研究室）
    摘要：采用成型鼓宽度的计算方法，运用计算机软件作图，计算轮胎胎面的合理形状；参考类似规格轮胎胎面挤出的膨胀率，制作并修正口型板，使最终符合轮胎胎面的设计要求，从而达到降低由于胎面原因引起的轮胎病疵。
    关键词：轮胎胎面；断面轮廓；胎面形状
    轮胎主要由胎面、帘布、钢丝圈等部份组成；而胎面形状对轮胎的质量有着举足轻重的关系。例如，轮胎胎面的形状对于产品的外观及内在合格率有很大的影响，易出现诸如缺胶、气泡、胎里露线等缺陷。轮胎胎面形状的确定是在完成轮胎结构设计的基础上做的生产前期的准备工作之一，包括胎面形状的计算及胎面的出型。本文着重讲述其计算方法以及用实例作简单介绍。
1．计算方法
参照成型鼓宽度的计算方法[1]，设计轮胎胎面形状。
1.1 计算公式
如图1，紧贴胎面的帘布最大伸张直径，胎冠帘线角度（普通规格取48～52°）与第点帘线角度存在以下关系：
        （1-1）
轮胎断面轮廓紧贴胎面第个点的帘布伸张直径：
            （1-2）
胎里每等分段胎面长度系数：
                （1-3）
胎冠中心至第点的胎面帘线长度：
            （1-4）
图1：外胎断面轮廓胎面形状计算图
式中    △S――胎里每等分段的长度。
帘布裁断角度与胎冠帘线角度存在下列关系：
                      （1-5）
式中        ――帘线假定伸张值（一般情况下尼龙帘线取1.035）；
――帘线未伸张前的缩鼓直径。
胎冠到第轮胎参数点的胎面宽度可由下面的公式得到：
            （1-6）
式中    ――成型鼓上帘线角度，。
1.2 等分段实体体积计算
如图2，断面轮廓每等分段第点与点间胎面体积（计算机作图：圆周旋转可直接得到精确的胎面体积）。
取得每个上胎面弧长，在图3上，阴影部份为弧长段上每个节距的花纹沟形状。可由花纹沟的深度和形状通过简单计算得到阴影部份体积，则在弧长段上，花纹沟体积，那么我们就可以得到弧长段上的实体胎面体积。
1.3 等分段胎面平均厚度和计算
                （1-7）
式中    ――第点与点间的弧长段在成型鼓上的胎面宽度，由式（1-8）计算可得到。
图3：胎面花纹沟计算图
图2：胎面轮廓体积计算图
                             
                    （1-8）
通过式（1-4），相应的得到第点与的胎面长度：
                        （1-9）
    在通过计算得出了和后，就可以列表作如下图（图4）：
图5：胎面断面图之二
图4：胎面断面图之一
    由于的不规则性，不利于对胎面的分析和改善。在此基础上，从胎面中心向两端以10为单位均分，重新取得m个点，得到第个点的相应胎面高度为，再次作胎面形状图，如图5：
2． 以摩托车胎规格2.75-17某花纹进行胎面形状的计算
    参照图1、图2、图3以及相关的计算公式，以摩托车胎2.75-17某花纹为例进行对照计算。
2.1 胎面厚度的计算过程
从2.75-17结构轮廓（图1）看，其高宽比在1：1左右，属于普通型轮胎。参数设置如下：
紧贴胎面的帘线最大伸张直径： =570.8㎜；
轮胎设计着合直径： =432.8㎜；
帘线为伸张时的成型鼓缩鼓直径： =446.35㎜；
帘线假定伸张值： =1.035；
胎冠帘线角度： =50°；
计算过程中胎面轮廓等分段取10㎜。
由式（1-5）得到：
帘布裁断角度： =38.32≈38°（修正）
成型鼓上帘线角度：
通过以上所设定的参数及公式，整个计算过程如下表：
表1：2.75-17某花纹胎面平均厚度计算过程
No.
ΔS
Hi
Di=
RD+2Hi
sinβi=Di/
Dk*sinβk
Ki=
cos-1βi
Σki
Li=ΔS*ΣKi
1/2*Bi=Li/
δ1*cosαc
轮廓
体积V1
花纹沟
体积V2
实体
体积V
厚度Hi
1
10
68.4
569.62
0.76
1.54
1.54
15.36
11.70
181210
56279
124931
7.5
2
10
66.1
564.90
0.75
1.52
3.06
30.55
23.26
181484
43922
137562
8.3
3
10
61.0
554.86
0.74
1.49
4.54
45.41
34.57
173734
64887
108847
6.7
4
10
53.4
539.62
0.72
1.44
5.98
59.80
45.53
130308
28929
101379
6.5
5
10
44.1
521.02
0.69
1.39
7.37
73.70
56.11
46798
1486
45312
3.0
6
10
34.2
501.20
0.67
1.34
8.71
87.13
66.34
40517
0
40517
2.8
7
10
24.3
481.48
0.64
1.30
10.02
100.17
76.27
39018
0
39018
2.7
8
10
16.0
464.84
0.62
1.27
11.29
112.91
85.97
34755
0
34755
2.5
9
7.2
7.2
447.27
0.60
1.25
12.54
121.88
92.79
20100
0
20100
2.0
从表1中，可以得到胎面宽度B：
B＝2×92.79≈185mm（实际作业中取182±2mm）。
表1中已经得出了和数据，可以作出——图（图6）：
图6：——胎面形状图
从图6中，以10为单位均分，得到胎面厚度，见表2：
表2：胎面厚度值
\
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Data
7.5
7.8
8.0
6.7
6.5
3.3
2.8
2.5
2.2
2.0
2.2 胎面形状确定
    根据表2的数据，对胎面厚度进行一定的调整后，我们已经可以作出胎面形状图，如图7。其中，口型尺寸的确定需要胎面膨胀率，在此我们选用了最为接近的已知规格口型的膨胀率数据。通过简单计算得出规格2.75-17某花纹的口型尺寸，绘制在同一图中加以比较。
距离
90
80
70
60
50
40
30
20
10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
hj
2
2.2
2.5
2.8
3.3
6.5
6.7
8
7.8
7.5
7.8
8
6.7
6.5
3.3
2.8
2.5
2.2
2
修正值
2
2.2
2.5
2.8
3.3
6.2
6.8
7.8
7.8
7.8
7.8
7.8
6.8
6.2
3.3
2.8
2.5
2.2
2
口型
1.7
1.8
2.1
2.3
2.5
4.4
4.9
5.2
5.2
5.2
5.2
5.2
4.9
4.4
2.5
2.3
2.1
1.8
1.7
图7：2.75-17某花纹胎面及口型尺寸
    上图中的“距离”为图形的横坐标，以10为均分，胎面左右对称；图形曲线中的纵坐标数据分别为胎面和口型的厚度值。
3． 结束
    运用不同的计算方法计算出的胎面厚度有着轻微的差别，鉴于在厚度的公差范围之内，我们也将不予考虑。当然，对于某些胎面要求很薄的规格将视实际情况作出调整。
在实际生产中，胎面形状也应根据实际情况作出相应的调整。如：轮胎的成型方式，手工上胎面和机械自动上胎面，其对胎面的拉伸情况不一样，对胎面的形状也应区别对待。
参考文献：
[1]    《橡胶工业手册》（修订版）第四分册 轮胎