295/25R28超低斷面轎車子午線輪胎的設計

周 斌，李培湛

（萬力輪胎股份有限公司，廣東 廣州 510940）

隨著汽車工業的不斷發展，汽車已經從最初的代步工具發展到文化范疇。許多追求完美的車友希望得到一款量身定制、最能體現自己個性的車輛，目前從車廠購買似乎還有差距，唯一能夠實現目標的辦法只有改裝。

在國外，改裝車經過了幾十年發展。從最初為了更好地參加比賽，到目前已成為普通車迷生活中的組成部分，并成為一種時尚。改裝車市場火爆，逐步形成一個新興行業，并促進了改裝輪胎市場的發展。

為了滿足美國市場的客戶需求，我公司對改裝輪胎進行規劃發展。本文介紹295/25R28超低斷面轎車子午線輪胎的設計情況。

1 技術要求

根據歐洲ETRTO 2016標準，確定295/25R28超低斷面轎車子午線輪胎的技術參數為：標準輪輞 10 1/2J，充氣外直徑（D′） （859±4.44）mm，充氣斷面寬（B′） （301±12.04） mm，標準充氣壓力 290 kPa，標準負荷 875 kg。

2 結構設計

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

超低斷面轎車子午線輪胎充氣后外直徑比普通轎車輪胎大。外直徑膨脹率（D′/D）一般為1.003～1.013。此規格輪胎的斷面高寬比為25，胎體采用DSP聚酯簾布和硫化后充氣工藝。本設計D取850 mm，則D′/D為1.011。

輪胎B的影響因素很多，包括輪胎設計著合寬度（C）、帶束層角度、斷面高寬比、硫化后充氣等。本設計B取310 mm，斷面寬膨脹率（B′/B）為0.971。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

b和h的設計對輪胎接地印痕的形狀影響很大，導致輪胎在高速行駛時，特別是在潮濕路面上的附著性、操縱性和穩定性發生變化[1]。適當增大b和減小h，可使行駛面盡量平坦，增大接地面積。一般b/B取0.70～0.95，本設計b/B取0.838 7，即b為260 mm，h取8 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和C

此規格輪胎安裝在“J”型輪輞上，胎圈底部傾斜度比輪輞大。在1/2寬度上胎圈部取8°，另1/2寬度上胎趾部取15°。d的過盈配合設計能保證胎圈緊密座合在輪輞上，以防止輪胎內空氣從胎圈泄漏。

根據公司設計經驗，采取過盈配合，d取值比輪輞標定直徑（716 mm）小1.2 mm，即d為714.8 mm。

從輪胎是否容易安裝在輪輞上和輪胎胎側剛性方面考慮，一般C的取值比輪輞大0.5或1英寸（12.7或25.4 mm）。本設計C取280 mm。

2.4 胎圈寬度（c）

c設計不合理會造成輪胎胎圈露線或偏窄，對輪胎脫圈性能也有一定影響。根據輪輞相應寬度，鋼絲圈結構為4-6-4，兩層胎體，胎圈護膠寬度為2.0 mm。本設計c取17.5 mm。

2.5 斷面水平軸位置（H1/H2）

斷面水平軸位于輪胎中間附近最寬點，胎側最薄部位，屈撓變形較大。其位置直接影響輪胎的高速和低氣壓耐久性能。子午線輪胎的H1/H2一般取0.90～1.12。本設計H1/H2取0.989。

輪胎斷面輪廓如圖1所示。

圖1 輪胎斷面輪廓示意

2.6 胎面花紋

輪胎胎面花紋不僅要保證車輛在高速行駛時的安全性，而且要保證輪胎良好的操縱性和穩定性，特別是在潮濕路面上高速行駛時與路面有良好的附著性能。

胎面花紋設計采用最新運動型單導向仿生花紋設計，花紋深度為8.2 mm，花紋飽和度為61%，花紋周節數為32，其主要特點[2]如下：

（1）中部“竹節”狀連續寬大加強筋設計，賦予輪胎穩固的直進性能和靈敏的操縱性能，可削弱兩條縱向花紋溝的氣柱共鳴，降低輪胎噪聲；

（2）兩條縱向花紋溝設計，提高了輪胎濕地排水能力及抗濕滑性能；

（3）寬胎面設計有利于提高操縱穩定性、牽引性和高速穩定性；

（4）胎肩部側向凹槽可有效排水，以防止在濕路面上的滑移。

3 施工設計

超低斷面轎車子午線輪胎的外觀合格率比普通輪胎低，甚至有些規格輪胎因廢品率高而不能生產。其主要質量缺陷有下胎側氣泡、胎里窩氣、胎里周向裂口、胎圈露線和膠囊打褶等。施工設計時要充分考慮成型方式、三角膠設計、胎坯與硫化膠囊匹配，尤其是胎側部件的設計。

3.1 胎面

胎面采用三方四塊結構，分為冠部膠（含導電膠）、基部膠和兩塊翼膠，三復合擠出。胎面中間厚度為7.5 mm，肩部厚度為8.5 mm，肩部寬度為272 mm，總寬度為310 mm。胎面膠采用抓著力強的白炭黑填充丁苯橡膠和用量較大的溶聚丁苯橡膠配方。胎面斷面如圖2所示。

圖2 胎面斷面示意

3.2 帶束層

帶束層角度影響輪胎的高速性能。輪胎力學仿真有限元分析結果表明，在20°～30°范圍內，隨著帶束層角度的增大，輪胎的高速性能提高。

本設計帶束層寬度為280/270 mm，帶束層簾線角度為27°。帶束層由2層3×0.30HT鋼絲簾布組成，上下交叉排列。帶束層以“S”形纏繞錦綸66簾布940dtex（840D/2）冠帶條，以減小輪胎胎面變形，提高高速性能。

3.3 胎體

為了提高胎側剛性和車輛操控性能，胎體采用2層1670dtex/2聚酯簾布。1#胎體采用高反包，位于胎肩防擦線附近；2#胎體采用低反包，位于下胎側凸臺與胎圈1/3處。

3.4 胎側

根據一次法機械反包側包冠成型特點，胎側設計中間比傳統胎側厚0.5～1.5 mm，無凹槽；胎側過渡相對平整，與胎肩接觸部位一邊，距離邊部10 mm逐步變薄到0.5 mm。本設計要與胎面翼膠部件相匹配。側包冠成型后，胎坯無氣泡。傳統胎側一般采用一次法或二次法冠包側成型。兩種胎側如圖3所示。

圖3 兩種胎側示意

3.5 胎圈

鋼絲圈為六角形（4-6-4），采用Φ1.295 mm回火胎圈鋼絲，用巴特爾鋼絲圈纏繞機，無接頭纏繞制作而成。鋼絲圈直徑為722 mm。

胎圈采用VMI臥式貼合機生產，低三角膠貼合而成，三角膠高度為15 mm。

3.6 成型

成型采用一次法機械反包成型機，側包冠成型工藝生產。胎坯從下胎圈、胎側，再到胎肩部位，過渡均勻，光滑平整，胎圈與胎側部位無氣泡，有效解決了低斷面轎車輪胎冠包側一次法成型三角膠與胎體簾布之間有氣泡或胎側與簾布之間有氣泡，從而導致的下胎側部位空鼓問題。

3.7 硫化

硫化采用雙模液壓硫化機，氮氣硫化工藝。硫化條件為：外溫 （176±3） ℃，內溫 （203±2）℃，壓力 2.0 MPa，總硫化時間 15.6 min。

3.8 膠囊

低斷面輪胎的膠囊匹配性差。膠囊選取過小，伸張率偏大，導致膠囊伸張最大時，肩部因為接觸不到胎坯而造成胎里窩氣，胎圈變窄或胎圈露線；膠囊選取過大，伸張率偏小，導致膠囊伸展不開，輪胎出現膠囊皺褶缺陷。

膠囊周向伸長率（SR）是判斷膠囊是否合適的重要參數。在實際生產中SR的取值應盡量小，這樣有利于保證膠囊使用壽命，建議SR為10%～20%[3]。本設計采用RB28-2膠囊，SR為15.6%，無膠囊打褶和窩氣現象。

4 成品性能

4．1 外觀質量

胎坯外觀合格，輪胎無胎側氣泡、胎圈露線、膠囊打褶等質量缺陷，輪胎外觀合格率達到公司指標要求。

4.2 外緣尺寸

外緣尺寸按GB/T 521—2012測量，安裝在標準輪輞上的成品輪胎在標準充氣壓力下的D′和B′分別為858和300 mm，符合國家標準和設計要求。

4.3 強度性能

強度性能按照GB/T 4502—2016進行測試，試驗條件為：充氣壓力 220 kPa，壓頭直徑 19 mm。試驗結束時輪胎破壞能為288 J，第5點觸及輪輞未穿，符合國家標準要求。

4.4 脫圈阻力

脫圈阻力按照GB/T 4502—2016進行測試，試驗條件為：充氣壓力 220 kPa，壓塊水平距離292 mm。試驗結束時，最大脫圈阻力為19 138 N，符合國家標準要求。

4.5 耐久性能

耐久性能和低氣壓耐久性能按照GB/T 4502—2016進行測試，試驗條件為：充氣壓力220 kPa，低氣壓 160 kPa。試驗結束時，輪胎在規定負荷和充氣壓力下累計行駛34 h，低氣壓下累計行駛1.5 h，符合國家標準要求。

4.6 高速性能

高速性能按照GB/T 4502—2016進行測試，試驗條件為：充氣壓力 360 kPa，試驗負荷為標準負荷的68%，速度級別為W。當輪胎行駛速度達到270 km·h-1運行10 min時輪胎未損壞，符合國家標準要求；再以10 km·h-1的速度遞增，每一速度下運行10 min，在300 km·h-1的速度下繼續行駛10 min，輪胎損壞，符合企業標準要求。

5 結語

從結構和施工方面對295/25R28超低斷面轎車子午線輪胎進行設計。成品性能試驗結果表明，輪胎的外觀質量、外緣尺寸、強度性能、脫圈阻力、耐久性能和高速性能均符合相應的國家或企業標準要求。低斷面轎車輪胎規格較少，可供選用膠囊型號和廠家也不多，胎坯與膠囊的匹配性還需進一步研究，以提高低斷面轎車子午線輪胎的外觀合格率。