205/55R16 91V舒適型轎車子午線輪胎的設計

曲賓建，王 君，葉烔昕

（青島雙星輪胎工業有限公司，山東 青島 266400）

輪胎對汽車性能起著至關重要的作用。因此，輪胎既要具備良好的承載力、制動性和驅動性等基本功能，還需要具有舒適性、低噪聲、良好的抓著性能、較低的滾動阻力等[1-6]。根據國內市場需求，我公司開發出205/55R16 91V舒適型轎車子午線輪胎，具體設計過程如下。

1 技術參數

根據《中國輪胎輪輞氣門嘴標準年鑒》要求，205/55R16 91V轎車子午線輪胎技術參數如下：標準輪輞 6 1/2J，充氣外直徑（D'） 632（625.1～638.7） mm，充氣斷面寬（B'） 214（205.4～222.6） mm，標準負荷 615 kg，標準充氣壓力 250 kPa，速度級別 V。

2 結構設計

2.1 外直徑（D）和斷面寬（B）

帶束層位于子午線輪胎的冠部下方，對胎體能起到箍緊的作用，可以防止胎冠部位胎體出現伸張現象。輪胎充氣后外直徑膨脹幅度一般為0～3 mm，因此輪胎D'和D值比較接近，參考經驗，本設計D取629 mm。

子午線輪胎斷面變化與胎體骨架材料類型、帶束層對胎體的箍緊作用、胎圈著合寬度（C）以及輪廓形狀等相關。依據經驗，C每增大或減小10 mm，輪胎B'相應增大或減小4 mm，所以參考實際C的取值，B'應增大8 mm左右，B取221 mm。

2.2 行駛面寬度（b）和弧度高（h）

當b值較大時，可以增大輪胎和路面的接觸面積，減小單位面積上的壓力，進而提高輪胎的牽引性、驅動性以及承載能力。一般b和h的變化呈正相關，適當調整b和h可以優化輪胎接地形態，均衡胎面接地壓力，提高輪胎的牽引性和耐磨性能，參考經驗，本設計選取b為168 mm，h為7.46 mm。

2.3 胎圈著合直徑（d）和C

胎圈與輪輞之間需要緊密配合，為防止輪胎裝配后出現漏氣等現象，以及考慮輪胎實際裝卸情況，d取404.2 mm；為降低胎側剛性、增大彈性，提高乘坐舒適性，C取185.4 mm。

2.4 斷面水平軸位置（H1/H2）

斷面水平軸位于輪胎斷面最寬處，在輪胎充氣后以及受到法向作用力時變形量最大，此處輪胎胎側較薄，也容易發生變形和破壞等。斷面水平軸若位置過高，容易造成胎肩部位應力集中，生熱過大，進而引起胎肩脫層、高速性能降低等；若位置過低，會引起胎圈部位應力集中，易導致胎圈損壞、耐久性能降低等。本設計H1/H2取1.083。

2.5 胎面花紋

胎面花紋設計對輪胎的操縱性能、抗濕滑性能、高速性能、滾動阻力和噪聲等均產生影響。我公司根據市場實際需求情況，開發出一款非對稱變節距花紋。此花紋設計有4條縱向花紋溝，花紋主溝深度為7.6 mm，花紋飽和度為67%，具有優異的操縱性能和抗濕滑性能、噪聲低。為使輪胎的接地應力分布均勻，胎冠弧采用3段弧設計。胎面花紋如圖1所示。

圖1 胎面花紋示意

3 施工設計

3.1 胎面

胎面采用四復合擠出機進行擠出，胎面結構見圖2，4個部件分別為胎面膠、基部膠、胎側膠、導電膠。胎面膠采用抗濕滑性能和耐磨性能優異、滾動阻力低的配方；基部膠采用低生熱的配方；為提高輪胎的導電性能，胎面中加入導電膠，可以將輪胎產生的靜電及時導入地下，提高安全性。

3.2 冠帶層

冠帶層采用930dtex/2錦綸簾布，為加強對帶束層的箍緊作用，同時確保輪胎的高速性能，冠帶層纏繞方式采用一層平鋪加兩側肩部纏繞的設計。冠帶層簾布參數為：單根簾線最小破斷力 138 N，線密度 12.6根·cm-1，壓延厚度 0.95 mm。

3.3 胎體

根據輪胎使用負荷和胎體簾線的特點，本設計胎體采用2層1100dtex/2聚酯簾布，壓延密度為100根·dm-1，壓延厚度為1.0 mm。胎體安全倍數為7.9，可為輪胎提供良好的支撐性能。

3.4 帶束層

帶束層是子午線輪胎的主要受力部位，帶束層應具備高強度、低伸張、與膠料粘合牢靠、耐疲勞和耐腐蝕性能良好等特點。本設計2層帶束層均采用2×0.30ST鋼絲簾線，帶束層角度為27°。

3.5 鋼絲圈

鋼絲圈為六角形結構，采用Φ1.2 mm高強度鋼絲，排列方式為4-5-4-3。

3.6 成型和硫化

輪胎采用一次法成型。硫化采用氮氣硫化工藝，硫化溫度為178 ℃，硫化時間為15 min。

4 成品性能

4.1 外緣尺寸

成品輪胎外緣尺寸按照GB/T 521—2012測量。將輪胎安裝在標準輪輞上，充氣壓力為180 kPa，D'和B'分別為633和211 mm，滿足國家標準要求。

4.2 強度性能

成品輪胎強度性能按照GB/T 4502—2016測試。充氣壓力為180 kPa，標準破壞能為295 J。試驗結果顯示，第1—4點破壞能均可達到標準值，第5點破壞能為523.2 J，為標準值的177.36%。成品輪胎強度性能達到國家標準要求。

4.3 脫圈性能

成品輪胎脫圈阻力按照GB/T 4502—2016測試。充氣壓力為180 kPa，輪胎標準脫圈阻力為11 120 N。試驗結果顯示，第5點脫圈阻力為12 081 N，為標準值的108.64%。成品輪胎脫圈性能達到國家標準要求。

4.4 高速性能

成品輪胎高速性能按照GB/T 4502—2016測試。充氣壓力為300 kPa，負荷為449 kg。輪胎累計行駛時間為1.75 h，試驗結束時胎側爆破。高速性能試驗過程及結果見表1。

表1 高速性能試驗過程和結果

4.5 耐久性能

成品輪胎耐久性能按照GB/T 4502—2016測試。充氣壓力為180 kPa，標準負荷為615 kg。輪胎累計行駛時間為102.3 h，試驗結束時胎冠花紋掉塊。耐久性試驗過程及結果見表2。

表2 耐久性試驗過程和結果

4.6 滾動阻力和噪聲

成品輪胎滾動阻力按照ISO 28580—2018測試。輪胎滾動阻力系數為8.87 N·kN-1，達到C級標準。噪聲測試為室外測試，測量值為68 dB，達到A級標準。成品輪胎滾動阻力和噪聲滿足企業標準要求。

5 結論

205/55R16 91V轎車子午線輪胎的充氣外緣尺寸、強度性能、脫圈性能、高速性能、耐久性能均符合國家標準要求，且輪胎在滾動阻力和噪聲方面表現良好。