胎圈著合寬度對7.00R16LT全鋼輕型載重子午線輪胎性能的影響

孫寶余，孫佳佳，魯 強

（三角輪胎股份有限公司，山東 威海 264200）

輪胎作為汽車與路面之間直接接觸的部件，是汽車行駛和承載體系的重要組成部分，輪胎不僅起支撐和承載及提供驅、制動力的作用，而且在汽車行駛方向控制、振動吸收方面也起主導作用，是汽車安全性和舒適性的重要影響因素。隨著市場要求及客戶需求的不斷提升，輪胎設計不僅要考慮綜合使用性能，同時也要考慮加工性能和裝配性能，因此胎圈部位的設計對于全鋼載重子午線輪胎的輪廓設計非常重要[1-3]。

胎圈部位作為輪胎與輪輞接觸的主要部位在輪胎行駛過程中反復承受輪輞傳遞的縱向和橫向剪切力，在輪輞與胎側之間承接雙向的應力過渡。合理的胎圈設計有利于提升輪胎的使用性能和裝配性能，同時也可以提升胎側的支撐性。

輪胎與輪輞的裝配為過盈配合，將輪胎裝在輪輞上時胎圈部位會產生特定的“內收”位移并產生與輪輞的“緊箍”作用相抵抗的反向作用力。合理的胎圈著合寬度設計不僅有利于胎圈部位曲線設計及材料分布優化、改善低斷面輪胎的硫化加工性能，而且對于改善輪胎存儲及運輸過程中因擠壓造成的并口問題也有顯著的作用[4]。

不同胎圈著合寬度的輪胎裝配在標準輪輞上，在充氣狀態下胎圈部位的預應力存在明顯的差別，這會影響輪胎的使用性能。本工作研究7.00R16LT全鋼輕型載重子午線輪胎胎圈著合寬度對輪胎接地壓力分布、外緣尺寸及耐久性能等的影響。

1 輪廓設計

胎圈著合直徑和著合寬度影響輪胎與輪輞的配合強度，設計時應同時滿足輪胎裝卸方便和著合緊密的要求，過盈量太大，會導致胎圈所受過盈應力過大，增大胎圈失效風險的同時造成輪胎裝配困難。過盈量太小，輪胎不能與輪輞緊密配合，造成無內胎輪胎漏氣，且輪胎在切向牽引力的作用下易與輪輞產生位移[2]。

本研究以7.00R16LT全鋼輕型載重子午線輪胎作為研究對象，固定胎圈著合直徑為404.5 mm，分別設計兩種著合寬度：139.7（方案一：標準輪輞寬度設計）和152.4 mm（方案二：寬半寸設計），兩個輪廓分型面以上保持不變，分型面以下根據著合寬度分別進行胎側曲線設計，輪胎輪廓對比如圖1所示。

圖1 不同胎圈著合寬度設計輪胎輪廓對比

2 力學仿真模擬分析

輪胎輪廓和材料分布設計階段采用公司自主開發的輪胎力學仿真分析系統對產品的性能進行分析和評估，結果如圖2—5所示。

圖2 胎面接地壓力分布對比

圖3 胎肩部位剪切應變分布對比

圖4 胎圈部位剪切應變分布對比

圖5 胎圈部位應變能密度分布對比

力學分析顯示：胎肩部位可能的破壞位置為1#與2#帶束層的分界線，2#帶束層端點處方案一和方案二輪胎剪切應變最大值分別為1.186和1.282；胎圈部位可能的破壞位置為加強層端點，方案一和方案二輪胎的拉伸應變分別為0.310和0.301，應變能密度分別為0.322和0.286 mJ·mm-3。

方案二因胎圈著合寬度設計超過標準輪輞尺寸，因此安裝過程中胎圈被動內收，充氣后胎圈部位被施加預應力。同時由于胎圈外緣曲線與輪輞基座不能完全自然地密合，因此無論哪種方案輪胎與輪輞的裝配過程都會造成胎圈部位接觸變形，進而產生應力分布不均勻的現象。方案二輪胎充氣后斷面水平軸略微上移，從而可平衡胎肩與胎圈的應力分布，因此胎圈部位應力集中現象相對減弱。

3 成品輪胎室內性能

分別對方案一和方案二進行輪胎試制，除胎側曲線及胎圈著合寬度設計不同外，其余半成品及施工設計相同。成品輪胎都安裝在5.50×16標準輪輞上進行性能測試。

按照GB/T 4501—2016進行輪胎充氣外緣尺寸測量和靜負荷測試，測試條件為：充氣壓力770 kPa，負荷 1 320 kg。測試結果如表1所示。

表1 輪胎充氣外緣尺寸和靜負荷測試結果

兩方案輪胎的設計外直徑相同，方案二胎圈著合寬度采用寬半寸設計，輪胎在標準輪輞上進行安裝的過程中胎圈部位被收緊，胎側及胎肩部位也隨之收緊而產生橫向和徑向應力拉伸，斷面寬度縮小，外直徑相對增大。

靜負荷測試結果顯示，在負荷和充氣壓力相同的情況下兩方案輪胎的下沉率相同，方案二輪胎的接地面積略大于方案一輪胎。

按照GB/T 4501—2016進行輪胎耐久性試驗，達到47 h后按照每10 h增大負荷10%繼續進行試驗至輪胎損壞，試驗條件為：環境溫度 （38±3） ℃，額定負荷 1 320 kg，充氣壓力 770 kPa，試驗速度 65 km·h-1。

方案一輪胎累計行駛至168.65 h胎圈龜裂，方案二輪胎累計行駛至182 h未壞，其耐久性能較方案一輪胎提升8%。

4 裝配性能

輪胎的裝配性能差主要體現在裝胎和充氣困難兩方面。裝胎過程中出現的胎圈卡在輪輞邊緣而不能裝進輪輞槽的現象（俗稱裝胎卡死）稱為裝胎困難。充氣困難主要是指輪胎與輪輞組裝完成后，輪胎充氣機進行充氣時出現的一種氣體從輪胎唇口與輪輞結合處以及輪胎總成與托盤間縫隙逸出，造成充氣漏氣甚至充氣失敗的現象[5-6]。

與替換輪胎市場不同，整車廠對輪胎與輪輞的組裝采取的是流水線操作，輪胎的裝配性能會直接影響組裝的質量與效率，因此很多在替換輪胎市場未出現的裝胎問題在整車廠會明顯暴露出來，這對配套輪胎從設計和工藝上都提出了更高的要求。

通過后期的整車裝配及市場跟蹤確認，本設計的兩種方案輪胎在標準輪輞上的裝配性能優異，無裝胎及充氣困難的現象。

目前，國內輪胎市場使用的輪輞存在與標準輪輞有所差異的現象，為了進一步提升輪胎的裝配和使用性能，避免運輸和存放過程中對胎圈部位的擠壓并口問題，建議輪胎設計階段在確保產品性能的同時充分考慮提升產品的裝配適用性[7-10]。

5 結論

分別采用標準輪輞寬度及寬半寸設計，研究不同胎圈著合寬度對7.00R16LT全鋼輕型載重子午線輪胎在標準輪輞上裝配的產品性能的影響，得到如下結論。

（1）寬半寸設計輪胎在標準輪輞上裝配后胎圈部位內收位移增大，胎圈部位與胎肩部位的應力分布得到平衡，胎肩部位接地壓力分布得到較大改善。

（2）寬半寸設計輪胎的耐久性能比標準輪輞寬度設計輪胎提升8%。

（3）兩種方案輪胎在標準輪輞上的裝配性能均良好。