专利名称：半钢轮胎胎圈强度的设计方法
技术领域：
本发明涉及一种半钢轮胎胎圈的设计方法，特别是半钢轮胎胎圈强度的设计方法。具体而言，是针对半钢轮胎现有的胎圈钢丝结构:根据已有根排结构的公式，研究单根钢丝缠绕结构的胎圈强度计算方法及两者之间的关联(修正系数)，以及水压爆破试验与胎圈强度的关系(水压爆破压力值的计算与预测)。
背景技术：
轮胎胎圈强度是轮胎结构设计中的重要部分之一。胎圈的强度主要由胎圈的钢丝结构和材料决定。在机械行业中，通常用轮胎胎圈的安全倍数来表征轮胎胎圈强度，即轮胎胎圈的安全倍数是机械行业用来表征和体现“强度”这个概念的一贯数学计算的表示形式。目前现行的轮胎胎圈的安全倍数的计算公式，是根据文献资料《子午线轮胎结构设计与制造技术》及《现代轮胎结构设计》提供的公式，但未对轮胎的结构类型做出区分。因此，现有的计算方式不够准确，从而导致轮胎胎圈的设计不合理。轮胎胎圈的安全倍数(轮胎胎圈强度)=水压爆破的爆破压力/受力面积，由于目前对水压爆破与轮胎胎圈的安全倍数关系没有明确化，提升了轮胎设计者在前期的规格设计中的产品的设计风险。
发明内容
为了提高轮胎胎圈强度设计的准确性、合理性、有效性，防止因计算公式不够准确而导致轮胎胎圈的设计不合理，经过多次试验和设计的经验以及研究部的模拟分析，本发明提供了一种半钢轮胎胎圈强度的设计方法，确定了轮胎单根钢丝缠绕结构的胎圈强度计算方法及与根排结构的关联(修正系数)，以及水压爆破试验与胎圈强度的关系(水压爆破压力值的计算与预测)。本发明所采用的技术手段是通过大量水压爆破试验得到气压与轮胎胎圈单根钢丝缠绕结构、根排结构的胎圈强度计算方法，及单根钢丝缠绕结构、根排结构、轮胎充气压的总体关系趋势，并根据FEA模拟仿真软件加以验证，并最终运用轮胎设计经验及数据得到如下的计算公式。参照图1至图3，考虑到钢丝圈根排结构的钢丝接头而产生的应力集中，同时考虑充气压对其水压爆破结果的影响较大，结合水压爆破试验数据得出以下结论:1.对于钢丝圈为根排且额定充气压大于340kPa的规格，其轮胎胎圈安全倍数的计算应为:Sbd= {[ F.Nbd- E1.bc.rc.δ H/ (2 Δ) ] / [IO3XP0X (Ra2-Rc2) XK0/2]}.K1，其中 K1 取 0.789。2.对于①钢丝圈为根排且额定充气压小于等于340kPa的规格；和②钢丝圈为单缠结构的规格，其轮胎胎圈安全倍数的计算按如下公式(即无系数K1):Sbd= [ F.Nbd- E1.bc.rc.δ H/ (2 Λ) ] / [IO3XP0X (Ra2-Rc2) XK0/2]
3.同时，水压爆破的意义等同于轮胎胎圈强度安全倍数的计算，可通过安全倍数的计算或转化为最大爆破气压值，与水压爆破标准进行比较，即可预测该轮胎胎圈钢丝的强度是否达标，降低前期规格设计时的风险。轮胎水压爆破时的爆破压力理论上即为钢丝圈在内压作用下所产生的应力T1，T1= Tb -Th = F.Nbd- E1.bc.rc.δ H/ (2 Δ)。以上公式中:F为单根钢丝张力；Nbd为钢丝根数，根；Sbd为安全倍数；Th_钢丝圈对轮辋的过盈力，kPa ；Tr钢丝圈在内压作用下所产生的应力，kPa ；Tb-钢丝圈总应力，kPa ；Er钢丝圈底部材料的平均压缩模量(一般为30-50MPa)，MPa ；bc -钢丝圈宽度，m ;r。-钢丝圈中心半径，m；A-钢丝圈底部材料厚度，m；5H-胎圈对轮辋的过盈量，m ；P0-轮胎额定气压(即胎侧标示的充气压力)，kPa ；Ra-胎里半径，m ；RC-轮胎零点半径，m ；K0-校正系数，(对子午线轮胎KO=0.95)；其中胎圈对轮辋的过盈量δ Η的计算公式如下:δ H=dr-dt+2a Ctanat- tanar)式中d「轮辋标定直径，m;dt-轮辋着合直径，m;at-胎圈底部倾斜角，(° ); 轮辋底部倾斜角，(° );a_轮辋边缘到胎圈中心的距离，m。本发明的优点在于:本发明提供了轮胎单根钢丝缠绕结构的胎圈强度计算方法及与根排结构的关联(修正系数)，以及水压爆破试验与胎圈强度的关系(水爆压力值的计算与预测)，提高了轮胎胎圈强度设计的准确性、合理性、有效性，对水压爆破与安全倍数关系的明确化及数据的准确性的提升，有助于轮胎设计者在前期的规格设计中，降低产品的设计风险，预知并计算出理论的水压爆破值，规避设计风险。
图1是现有轮胎和轮辋结构示意图。图2是胎圈钢丝为根排结构示意图。图3是胎圈钢丝为单钢丝缠绕结构示意图。图4是FEA分析的根排结构的二维轮胎网格模型。图5是FEA分析的单钢丝缠绕结构的二维轮胎网格模型。图6是FEA分析的三维轮胎网格模型。
具体实施方式
:一:FEA理论模拟分析表1:FEA分析的轮胎规格表
权利要求
1.一种半钢轮胎胎圈强度的设计方法，其特征在于: 对于钢丝圈为根排且额定充气压大于340kPa的规格，其轮胎胎圈安全倍数的计算为:Sbd= {[ F.Nbd- E1.bc.rc.δΗ/ (2Δ)] / [IO3XP0X (Ra2-Rc2) XK0/2]} -K1，其中 K1取 0.789 ； 对于①钢丝圈为根排且额定充气压小于等于340kPa的规格；和②钢丝圈为单缠结构的规格，其轮胎胎圈安全倍数的计算按如下公式:Sbd= [ F.Nbd- E1.bc.rc.δ H/ (2 Λ) ] / [IO3XP0X (Ra2-Rc2) XK0/2]； 以上公式中: F为单根钢丝张力；Nbd为钢丝根数，根；Sbd为安全倍数；E1-钢丝圈底部材料的平均压缩模量(一般为30-50MPa)，MPa ；bc -钢丝圈宽度，m ;r。-钢丝圈中心半径，m ;Λ -钢丝圈底部材料厚度，m; δΗ-胎圈对轮辋的过盈量，Hi5Ptl-轮胎额定气压(即胎侧标示的充气压力)，kPa ；Ra-胎里半径，m ；RC-轮胎零点半径，m ；K0-校正系数，对子午线轮胎KO=0.95 ； 其中胎圈对轮辋的过盈量S11的计算公式如下: δ H=dr—dt+2a (tanα t— tanαr) 式中轮辋标定直径,m ；dt-轮辋着合直径,m ； a t-胎圈底部倾斜角，(° ) ; α 1 轮辋底部倾斜角，(° );a_轮辋边缘到胎圈中心的距离，m。
2.如权利要求1所述的一种半钢轮胎胎圈强度的设计方法，其特征在于:轮胎水压爆破时的爆破压力为钢丝圈在内压作用下所产生的应力T1 , T1= Tb -Th = F.Nbd-E1.bc.rc.δΗ/ (2 Δ), 其中Th-钢丝圈对轮辋的过盈力，kPa J1-钢丝圈在内压作用下所产生的应力，kPa;Tb-钢丝圈总应力，kPa。
全文摘要
本发明公开了一种半钢轮胎胎圈强度的设计方法，对于钢丝圈为根排且额定充气压大于340kPa的规格，其轮胎胎圈安全倍数的计算为Sbd={[ F·Nbd- E1·bc·rc·δH/(2△)] / [103×P0×(Ra2-Rc2) ×K0/2]}·K1，其中K1取0.789；对于①钢丝圈为根排且额定充气压小于等于340kPa的规格；和②钢丝圈为单缠结构的规格，其轮胎胎圈安全倍数的计算按如下公式Sbd=[ F·Nbd- E1·bc·rc·δH/(2△)] / [103×P0×(Ra2-Rc2) ×K0/2]；其中胎圈对轮辋的过盈量δH的计算公式如下δH=dr-dt+2a(tanαt- tanαr) 。本发明的优点在于提高了轮胎胎圈强度设计的准确性、合理性、有效性，降低产品的设计风险，预知并计算出理论的水压爆破值，规避设计风险。
文档编号B60C15/04GK103182909SQ201310109290
公开日2013年7月3日 申请日期2013年4月1日 优先权日2013年4月1日
发明者蔡莹莹, 余本祎 申请人:安徽佳通轮胎有限公司