185/60R15 84H輪胎充氣壓力與負荷的函數關系研究

王志勇，羅 哲，劉昌波，張彥軍，于國鴻，曲家玉

[浦林成山（山東）輪胎有限公司，山東 威海 264300]

通常認為輪胎的垂直負荷一部分由胎體承擔，另一部分由充氣壓力承擔[1]。隨著輪胎充氣壓力的降低，胎體承受的負荷增大[1]。充氣壓力較低時，輪胎充氣壓力與負荷呈非線性關系，主要受輪胎自身材料性能影響；充氣壓力為零時，輪胎的負荷能力全部由輪胎自身材料的強度決定。本研究將185/60R15 84H輪胎的充氣壓力分為兩個區間，分別使用軟件擬合出標準下沉量（25.124 mm）下充氣壓力與負荷之間的函數關系，為輪胎充氣壓力與負荷的函數關系研究提供新的思路。

1 輪胎分析

在標準下沉量下，輪胎的充氣壓力與負荷不完全呈線性關系，當充氣壓力大于某值時，充氣壓力與負荷呈線性關系；當充氣壓力小于該值時，充氣壓力與負荷呈非線性關系[2]，如圖1所示。由圖1可見，在低充氣壓力下，輪胎充氣壓力與負荷的關系比較復雜。

圖1 標準下沉量（25.124 mm）下185/60R15 84H輪胎充氣壓力與負荷的關系曲線

試驗輪胎為185/60R15 84H標準型無內胎輪胎，其骨架材料分析結果[3-4]如下：胎體結構 1層反包；胎體簾線材料-密度 聚酯1440dtex/2-28EPI；胎體簾線直徑 0.61 mm；胎體簾線角度90°；冠帶層纏繞結構 胎冠部位1層，胎肩部位2層（第2層寬度約為30 mm）；冠帶層材料-密度 錦綸66-26EPI；冠帶層寬度 164 mm；冠帶層簾線直徑 0.53 mm；冠帶層角度 0°；帶束層材料-密度鋼絲簾線2×0.30ST-20EPI；2層帶束層寬度146/136 mm；帶束層角度 22°；鋼絲圈排列結構六角形4-5-4；鋼絲圈單絲直徑 1.2 mm；三角膠高度 25 mm。

采用萊州華銀實驗儀器有限公司的LX-A型邵氏橡膠硬度計測試輪胎主要膠料部件的硬度。每次測量均在同種膠料部件的不同位置選測3點，取其算術平均值（保留到個位數）[3]。邵爾A型硬度（度）測試結果如下：胎面膠 70，胎側膠 61，三角膠 85，胎圈膠 72。

2 輪胎充氣壓力與負荷的函數關系研究

觀察圖1中曲線變化趨勢發現，當充氣壓力低于120 kPa時，函數曲線呈非線性關系；當充氣壓力高于120 kPa時，函數曲線趨向線性關系。因此，將充氣壓力分為0～120和120～250 kPa兩個區間，即將圖1所示試驗數據分為兩部分，分別擬合計算兩個區間內輪胎充氣壓力與負荷的函數關系。

2.1 充氣壓力為0～120 kPa時函數關系擬合計算

用軟件對充氣壓力為0～120 kPa區間內所有的充氣壓力與負荷的數據組進行擬合計算，以選出最優的函數表達式。

2.1.1 高斯函數

采用高斯函數進行擬合計算，得出函數表達式如下：

高斯函數擬合曲線如圖2所示，圖中箭頭標注處為擬合曲線中出現偏差較大的位置（下同），擬合方差（R2）＝0.999 2。由圖2可見，擬合曲線中有兩處出現較大偏差，擬合效果不太理想。

圖2 高斯函數擬合充氣壓力與負荷的函數關系曲線

2.1.2 多項式函數

采用多項式函數進行擬合計算，得出函數表達式如下：

多項式函數擬合曲線如圖3所示，R2＝0.999 8。由圖3可見，擬合曲線中有兩處出現輕微偏差，擬合效果比高斯函數好一些。

圖3 多項式函數擬合充氣壓力與負荷的函數關系曲線

2.1.3 傅里葉函數

采用傅里葉函數進行擬合計算，得出函數表達式如下：

傅里葉函數擬合曲線如圖4所示，R2＝1。由圖4可見，擬合曲線未出現偏差，擬合效果良好。

圖4 傅里葉函數擬合充氣壓力與負荷的函數關系曲線

2.2 充 氣壓力為120～250 kPa時函數關系擬合計算

由圖1可見，充氣壓力為120～250 kPa時，充氣壓力與負荷明顯呈線性關系，因此采用線性函數進行曲線擬合，得出函數表達式如下：

其中，系數P1＝1.65，P2＝88.23。

線性函數擬合曲線如圖5所示，R2＝1。由圖5可見，擬合曲線基本未出現偏差，擬合效果良好。

圖5 線性函數擬合充氣壓力與負荷的函數關系曲線

3 結論

采用185/60R15 84H標準型輪胎研究充氣壓力與負荷之間的函數關系。結果表明，在標準下沉量下，當充氣壓力為0～120 kPa時，充氣壓力與負荷的函數關系宜采用傅里葉函數表征，而當充氣壓力為120～250 kPa時則采用線性函數表征。

本工作將充氣壓力分為兩個區間進行分析，其他輪胎也可分為不同區間進行函數關系研究。本方法既可為輪胎充氣壓力與負荷的函數關系研究提供新的思路，也可為輪胎充氣壓力檢測系統和有限元靜負荷分析等提供參考。