第六部分 帶束層設(shè)計(jì)子午線輪胎設(shè)計(jì)

子午線輪胎設(shè)計(jì)第六章子午線輪胎帶束層設(shè)計(jì)與計(jì)算帶束層的設(shè)計(jì)與計(jì)算是子午胎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的核心問(wèn)題帶束層是子午線輪胎主要受力部件，它在很大程度上決定著充氣輪胎形狀及輪胎各部位由內(nèi)壓引起的初始應(yīng)力。文獻(xiàn)報(bào)道，載重子午線輪胎帶束層約承受此種應(yīng)力約60%～75%，而斜交輪胎則胎體承受80%～90%。帶束層簾線中由內(nèi)壓引起的應(yīng)力，在帶束層全寬范圍內(nèi)是不均勻的。由于帶束層邊端未固定，此部位簾線中的初始應(yīng)力等于零，而中心部位則達(dá)最大值。帶束層的剛性對(duì)輪胎使用性能影響很大，為此，帶束層應(yīng)有足夠的剛性，以防胎體胎冠部位的伸張，從而保證輪胎行駛平穩(wěn)，與路面的接觸良好。本章僅能對(duì)常見(jiàn)的帶束層剛性、箍緊系數(shù)、帶束層結(jié)構(gòu)以及帶束層簾線應(yīng)力計(jì)算等作一般介紹。帶束層設(shè)計(jì)與計(jì)算帶束層剛性箍緊系數(shù)帶束層結(jié)構(gòu)帶束層簾線應(yīng)力計(jì)算帶束層的剛性主要取決于帶束層的結(jié)構(gòu)（如簾線類型、簾線的角度與密度、排列方式、與帶束層層數(shù)等）及對(duì)胎體的箍緊程度等。這里著重列述對(duì)帶束層剛度的計(jì)算、箍緊系數(shù)以及帶束層剛度對(duì)輪胎使用性能的影響。帶束層的剛性帶束層結(jié)構(gòu)簾線類型與密度簾線角度排列方式帶束層層數(shù)對(duì)胎體箍緊程度第一節(jié)

帶束層剛性一、帶束層的剛度計(jì)算1.帶束層拉伸剛度和彎曲剛度的計(jì)算拉伸剛度Fbr計(jì)算公式：彎曲剛度[EI]計(jì)算公式：a=Enisin4βc=Enicos4β

式中tanα-雙曲線正切,cotα-雙曲線余切,E-主帶束層（工作層）簾線彈性模量，10N/根(kgf/根)；i-主帶束層（工作層）簾線密度，根/cm;β-主帶束層（工作層）簾線角度（徑向夾角），(°)；G-胎面膠剪切模量，10-1MPa(kgf/cm2)；b-主帶束層（工作層）寬度，cm；h-橡膠層的折合厚度，cm；n-主帶束層（工作層）層數(shù)。2.帶束層剛度對(duì)輪胎性能的影響帶束層的拉伸剛度對(duì)輪胎充氣形狀幾何特性如外直徑、斷面寬、行駛面曲率以及接地面積等均有一定的影響。根據(jù)前蘇聯(lián)資料報(bào)道，以260-508P（相當(dāng)于9.00R20）鋼絲帶束層纖維胎體子午線輪胎為例，研究結(jié)果表明，帶束層拉伸剛度高于250×10-2N時(shí)，對(duì)輪胎充氣輪廓、剛性及接地面積幾乎沒(méi)有影響；而當(dāng)?shù)陀?50×10-2N時(shí)，輪胎斷面增高、變窄、胎面曲率增大，同時(shí)接地面積和剛性也隨之變化，見(jiàn)圖6-1所示。圖6-1帶束層拉伸剛度與輪胎幾何特性關(guān)系圖中(a)表示帶束層拉伸剛度與輪胎充氣形狀的變化關(guān)系。1-△D充氣輪胎外直徑的增量；2-△B充氣輪胎斷面寬的增量。圖6-1帶束層拉伸剛度與輪胎幾何特性關(guān)系圖中(b)表示拉伸剛度與輪胎某些幾何特性的變化關(guān)系；3-1/R胎面曲率；4-b輪胎接地寬度；5-L輪胎接地長(zhǎng)度；6-S輪胎接地面積。圖6-1帶束層拉伸剛度與輪胎幾何特性關(guān)系圖中(c)拉伸剛度與輪胎剛性的關(guān)系；7-Fs側(cè)向剛度；8-Fp周向剛度；9-f輪胎徑向彎曲。當(dāng)帶束層拉伸剛度增加100×10-2N(100×10-3kg)時(shí)，滾動(dòng)阻力和溫度開(kāi)始下降，然后在一段相當(dāng)大的剛度值內(nèi)保持恒定不變，直至剛度達(dá)400×10-2N(400×10-3kg)時(shí)，滾動(dòng)阻力出現(xiàn)增大跡象，而溫度成直線急劇上升，見(jiàn)圖6-2所示圖6-2帶束層拉伸剛度與輪胎性能的關(guān)系10-Pf滾動(dòng)阻力；11-T溫度圖6-3胎面花紋相對(duì)磨耗強(qiáng)度與帶束層彎曲剛度的關(guān)系

帶束層的彎曲剛度對(duì)輪胎在接地面的摩擦性能及磨耗強(qiáng)度影響很大。據(jù)稱，彎曲剛度低于40N·m2時(shí)，輪胎的磨耗強(qiáng)度明顯下降。胎面花紋相對(duì)磨耗強(qiáng)度與帶束層彎曲剛度之間的關(guān)系，見(jiàn)圖6-3所示。研究結(jié)果表明，帶束層拉伸剛度低于(200～250)×10-2N和彎曲剛度低于40N·m2時(shí)輪胎使用性能隨之惡化。二、子午線輪胎的箍緊系數(shù)1.箍緊系數(shù)箍緊系數(shù)K一般用來(lái)表征子午線輪胎的斷面形狀和帶束層受力的狀況。由于帶束層的作用使斷面高減小，箍緊系數(shù)也是表示帶束層對(duì)胎體箍緊的程度，其表達(dá)式為：式中H0-無(wú)帶束層充氣輪胎斷面高度；H-有帶束層充氣輪胎斷面高度。子午線輪胎斷面輪廓形狀的變化范圍是很寬廣的，對(duì)子午胎等簾線長(zhǎng)度的斷面輪廓，隨帶束層直徑的變化直接影響斷面輪廓形狀。若是無(wú)帶束層的子午線輪胎，其充氣平衡輪廓直徑最大，斷面寬度最小，如圖6-4(a)所示。隨著帶束層直徑的減小，使子午胎變成斷面高較低的輪廓形狀，見(jiàn)圖6-4(b)、(c)、(d)所示。因此箍緊系數(shù)K值的大小是表示了帶束層對(duì)子午胎斷面形狀和與胎體之間受力分配的相互關(guān)系，圖6-5表示了不同箍緊系數(shù)對(duì)胎體和帶束層之間的應(yīng)力分配，從圖中看出，隨箍緊系數(shù)的增大，帶束層應(yīng)力增大，而胎體應(yīng)力逐步減小。圖6-4帶束層直徑對(duì)子午胎斷面現(xiàn)狀的影響圖6-5

不同箍緊系數(shù)的胎體、帶束層應(yīng)力分配箍緊系數(shù)2.箍緊系數(shù)對(duì)輪胎斷面幾何參數(shù)的影響不同箍緊系數(shù)的同規(guī)格子午胎斷面形狀，以及輪胎斷面基本幾何參數(shù)與箍緊系數(shù)的關(guān)系如圖6-6所示。圖中曲線表明，隨著箍緊系數(shù)的增大，則輪胎的斷面寬度B和支撐帶束層的胎體寬度bK逐漸增大，而胎冠點(diǎn)的內(nèi)輪廓曲率(I/P)和輪胎斷面高與斷面寬比值(H/B)逐漸減小。上述參數(shù)和箍緊系數(shù)之間并非線性函數(shù)關(guān)系。圖6-6子午線輪胎斷面幾何參數(shù)與箍緊系數(shù)K的關(guān)系圖6-6子午線輪胎斷面幾何參數(shù)與箍緊系數(shù)K的關(guān)系1-H/B;2-B;3-bK;4-1/ρ為了計(jì)算支撐帶束層的胎體寬度bK可采用下列半經(jīng)驗(yàn)公式：式中ρ1-無(wú)帶束層時(shí)輪胎平衡內(nèi)輪廓的胎冠點(diǎn)半徑；

f=H0-H（無(wú)帶束層時(shí)輪胎斷面高和有帶束層后輪胎斷面高之間的差值）。

當(dāng)f為常量時(shí)，bK值越大，斷面周長(zhǎng)越長(zhǎng)。而帶束層寬度L和bK的比值取決于箍緊系數(shù)K，可等于和大于或小于1。子午線輪胎的帶束層寬度L應(yīng)大于支撐帶束層的胎體寬度bK，而活胎面子午胎的兩者之比接近于1。3.箍緊系數(shù)對(duì)簾線應(yīng)力和輪胎剛性的影響

實(shí)驗(yàn)證明，隨著箍緊系數(shù)的變化，胎體和帶束層簾線應(yīng)力亦隨之改變，見(jiàn)圖6-7所示。從圖中看出，在條件相同時(shí)，增大子午胎的箍緊系數(shù)可導(dǎo)致胎體簾線應(yīng)力減小，帶束層應(yīng)力增大，帶束層承受的周向總應(yīng)力增大，輪胎徑向剛度γ是隨箍緊系數(shù)增大而減小。圖6-7箍緊系數(shù)對(duì)簾線應(yīng)力和輪胎剛性的影響1-胎體簾線應(yīng)力T;2-帶束層簾線應(yīng)力T1；3-帶束層周向應(yīng)力To；4-輪胎徑向剛度γ。另外，試驗(yàn)表明，箍緊系數(shù)對(duì)輪胎的耐磨耗性能也有影響。據(jù)文獻(xiàn)報(bào)道，以人造絲簾線做轎車子午胎的帶束層，其箍緊系數(shù)由0.04增至0.11時(shí)，胎面磨耗量由0.2mm/103km下降至0.09mm/103km。為保證子午線輪胎的使用性能，一般對(duì)轎車子午胎的K值較大(0.11～0.16)，而載重車子午胎的K值較小(0.07～0.08)。轎車子午胎由于內(nèi)壓較低，為了確保行駛安全性，箍緊系數(shù)宜稍大。載重車子午胎箍緊系數(shù)稍小，有利于帶束層和胎體之間的應(yīng)力合理分配?；钐ッ孀游缣サ墓烤o系數(shù)應(yīng)大于子午胎的箍緊系數(shù)。否則活胎條很容易脫落，但也不宜過(guò)大，因帶束層應(yīng)力過(guò)大會(huì)導(dǎo)致活胎條的斷裂。第二節(jié)

帶束層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

帶束層結(jié)構(gòu)主要是指它的簾布層數(shù)，簾線角度、密度和排列方式，帶束層的厚度、寬變和長(zhǎng)度，以及所采用的簾線結(jié)構(gòu)與類型等。這些參數(shù)決定了帶束層的剛性，而其剛性直接影響子午線輪胎的使用性能，如耐磨性能、操縱穩(wěn)定性、安全性和節(jié)油性能等。帶束層結(jié)構(gòu)簾布層數(shù)簾線角度密度排列方式厚度、寬變和長(zhǎng)度簾線結(jié)構(gòu)與類型第二節(jié)帶束層的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)載重子午胎帶束層結(jié)構(gòu)層數(shù)、結(jié)構(gòu)簾線角度簾線排列鋪設(shè)方向一、載重子午線輪胎帶束層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)1、帶束層的層數(shù)與結(jié)構(gòu)帶束層的層數(shù)與結(jié)構(gòu)層數(shù)四層三層三層半結(jié)構(gòu)0°帶束層波形帶束層載重子午線輪胎的帶束層一般由三至四層鋼絲簾線所組成，采用的結(jié)構(gòu)形式常見(jiàn)的為重疊式，根據(jù)輪胎的規(guī)格不同和使用條件來(lái)選用，如對(duì)大規(guī)格輪胎或路面差使用條件苛刻的情況下可選用四層結(jié)構(gòu)，反之，對(duì)輪胎規(guī)格小和使用條件好的則可選用三層結(jié)構(gòu)為宜。(1)四層結(jié)構(gòu)

帶束層四層結(jié)構(gòu)的排列設(shè)計(jì)。第1層稱為過(guò)渡層，簾線角度為55°～65°，它是最靠近胎體簾線的一層，主要起著使由徑向排列(90°)的胎體簾線角度過(guò)渡到接近周向排列的小角度帶束層，這樣可減小層間的剪切力，避免帶束層與胎體簾布層之間的脫層；第2層和第3層為工作層，常用簾線角度為15°～22°，它起著束縛子午線輪胎的胎體向外膨脹并形成帶束層的剛性。此剛性可直接影響輪胎的耐磨性、操縱穩(wěn)定性和節(jié)省油耗等使用性能；第4層稱為保護(hù)層，一般采用高伸長(zhǎng)率和高抗沖擊型鋼絲簾線，其角度與工作層相仿，它起著保護(hù)工作層的作用，同時(shí)也起著防止產(chǎn)生胎面與帶束層脫空現(xiàn)象，提高輪胎使用壽命與翻新率。(2)三層結(jié)構(gòu)

一般中型載重車的全鋼絲子午線輪胎多數(shù)采用三層結(jié)構(gòu)的帶束層，第1層仍為過(guò)渡層，2層和3層簾線角度排列基本上與四層結(jié)構(gòu)相仿，僅把第4層保護(hù)層取消。見(jiàn)圖6-8(b)所示。它有減輕輪胎重量和簡(jiǎn)化工藝的優(yōu)點(diǎn)。(a)四層結(jié)構(gòu)

(b)三層結(jié)構(gòu)圖6-8載重子午線輪胎帶束層結(jié)構(gòu)示意圖1-過(guò)渡層；2,3-工作層；4-保護(hù)層(3)三層半結(jié)構(gòu)

這是法國(guó)米其林公司對(duì)載重子午胎常用的帶束層結(jié)構(gòu)，目前已被美國(guó)和日本的大輪胎公司廣泛采用。結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是將第一層過(guò)渡層分為兩個(gè)邊部，中間部分被斷開(kāi)，見(jiàn)圖6-9所示。其優(yōu)點(diǎn)是降低胎冠中央部位的剛性，使接地印痕面積中單位壓力分布得較為均勻，從而提高輪胎胎面磨耗的均勻性。另外，三層半結(jié)構(gòu)也可減小帶束層胎冠中部的應(yīng)力。圖6-9三層半帶束層結(jié)構(gòu)示意圖(4)0°帶束層結(jié)構(gòu)

0°帶束層是意大利倍耐力公司的專利技術(shù)，專利公布的時(shí)間雖然早在20世紀(jì)70年代末，但這是一項(xiàng)已經(jīng)實(shí)際應(yīng)用于生產(chǎn)的專利技術(shù)。到目前為止，它仍然是國(guó)際上公認(rèn)比較先進(jìn)的帶束層結(jié)構(gòu)，尤其是對(duì)低斷面載重子午線輪胎來(lái)說(shuō)。倍耐力公司的全鋼絲載重子午胎，包括80系列和70系列低斷面子午線輪胎均采用這種結(jié)構(gòu)的帶束層，見(jiàn)圖6-10所示。圖6-100°帶束層結(jié)構(gòu)示意圖1-胎體；2-帶束層工作層；3-0°帶束層0°帶束層，是由兩層沿周向排列重疊纏兩圈而組成的環(huán)狀增強(qiáng)帶束條。圖6-11315/70R22.5輪胎的帶束層結(jié)構(gòu)圖中的1和2為鋼絲簾線帶束層的工作層，其總寬度L與行駛面寬度大體相等，兩層之間的差級(jí)為5～10mm，工作層鋼絲簾線的扯斷伸長(zhǎng)率要求在2.6%～3.2%之間，簾線角度為10°～30°。在工作層2上面的兩側(cè)各覆蓋一個(gè)由扯斷伸長(zhǎng)率為4%～8%的高伸長(zhǎng)鋼絲簾線周向重疊兩圈（圖6-11中的4、5所示）組成的環(huán)狀增強(qiáng)帶束條3。此增強(qiáng)帶束條鋪設(shè)于輪胎中心平面m-m的外側(cè)邊緣，與工作層2的邊端基本對(duì)齊，其寬度l為工作層中最寬層寬度L的20%左右。0°帶束層結(jié)構(gòu)的主要作用:減小帶束層邊部的變形，提高子午線輪胎的胎肩剛性，減少變形生熱，保護(hù)帶束層免受由應(yīng)力應(yīng)變作用產(chǎn)生的疲勞損壞和熱破壞。保證在高速行駛時(shí)具有穩(wěn)定的尺寸，提高胎面穩(wěn)定性、減少不均勻磨耗。與普通結(jié)構(gòu)帶束層子午胎相比，有以下方面改善：a．降低滾動(dòng)阻力，節(jié)省燃料，約節(jié)油5%；b．降低生熱，輪胎耐久安全，有更好的高速性能；c．胎面穩(wěn)定，減少變形滑移，不易產(chǎn)生偏磨，提高行駛里程約20%，翻新率高；d．提高輪胎的側(cè)向剛性t轉(zhuǎn)彎剛性），提高路面抓著性能，改善車輛的操縱穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)向性能。(5)波形帶束層結(jié)構(gòu)

為滿足汽車運(yùn)輸發(fā)展的需要，載重子午線輪胎的扁平率也在不斷降低。在美國(guó)與歐洲標(biāo)準(zhǔn)中都有扁平化為50系列甚至是45系列的22.5輪輞。然而輪胎越扁平，其徑向膨脹變形越大，如圖6-12所示，從而嚴(yán)重影響帶束層的耐久性。圖6-12輪胎徑向膨脹和扁平率的關(guān)系普利司通公司為了解決這方面的課題，開(kāi)發(fā)出可抑制帶束層變形的新技術(shù)“波形帶束層結(jié)構(gòu)”，從而成功地使帶束層的耐久性得到提高。抑制輪胎外徑增大的最有效方法就是在帶束層上置放冠帶層。扁平轎車子午胎通常采用在交叉排列的鋼絲帶束層上纏繞0°纖維冠帶層，以形成環(huán)箍效應(yīng)。因簾線是有機(jī)纖維，當(dāng)胎坯膨脹時(shí)簾線伸長(zhǎng)，故不會(huì)影響硫化，但載重子午胎因纖維簾線強(qiáng)度不夠，使用后會(huì)造成簾線斷裂，所以必須采用鋼絲簾線。圖6-13波形簾線圖為了不影響硫化時(shí)胎坯的膨脹，考慮采用波形簾線。所謂波形簾線是指預(yù)先制成的一種具有波形起伏的鋼絲簾線。圖6-13表示胎坯膨脹前后波形簾線的狀態(tài)。由圖看出，由于硫化時(shí)輪胎膨脹，使預(yù)先具有較大波形的鋼絲簾線的波形伸展，變?yōu)榻踔本€狀的簾線。直線狀鋼絲簾線受拉伸作用時(shí)，會(huì)產(chǎn)生與伸長(zhǎng)相對(duì)應(yīng)的應(yīng)力。波形簾線由于初期的伸長(zhǎng)為簾線波的伸展，故表現(xiàn)為具有松弛傾向的應(yīng)力過(guò)程。而一旦伸直之后則和直線狀鋼絲簾線相同，將按線性特性變化。普利司通公司對(duì)扁平載重子午線輪胎采用波形帶束層結(jié)構(gòu)，見(jiàn)圖6-14所示。它是在胎體層上先設(shè)置兩層交叉排列的帶束層，再在其上面配置兩層波形帶束層，然后在它的上面設(shè)置保護(hù)層，保護(hù)層之上為胎面膠。6-14扁平載重子午線輪胎的波形帶束層結(jié)構(gòu)波形帶束層結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：由于鋼絲簾線被預(yù)制而成波形，硫化時(shí)會(huì)產(chǎn)生必要的伸展，硫化后則具有0°冠帶層的效果，可以抑制輪胎充氣后及行駛時(shí)產(chǎn)生的徑向膨脹，從而提高輪胎的耐久性。波形帶束層結(jié)構(gòu)的效果:普通帶束層結(jié)構(gòu)的輪胎帶束層徑向膨脹不均、邊部變形大。波形帶束層結(jié)構(gòu)時(shí)，能夠抑制充氣時(shí)輪胎肩部的徑向膨脹，輪胎斷面輪廓保持胎面平坦形狀，而且輪胎的接地形狀在行駛后仍能保持新胎時(shí)的形狀。(a)普通帶束層結(jié)構(gòu)(b)波形帶束層結(jié)構(gòu)圖6-15普通帶束層結(jié)構(gòu)和波形帶束層結(jié)構(gòu)的輪胎形狀圖6-16不同帶束層在行駛過(guò)程中徑向膨脹的對(duì)比圖6-16表示實(shí)車行駛中輪胎的徑向膨脹。從圖中可以看出，采用波形帶束層結(jié)構(gòu)的輪胎在充氣后及行駛后的徑向膨脹比采用普通帶束層結(jié)構(gòu)的膨脹量小。從變形方面考慮，波形帶束層的耐久性比較優(yōu)良。采用波形帶束層可實(shí)現(xiàn)大型載重子午線輪胎的扁平比，從而在使用負(fù)荷能力維持相等水平的條件下減小輪胎外徑。2.帶束層的角度與密度帶束工作層簾線角度：既要考慮到帶束層對(duì)胎體的箍緊作用，又要便于加工.載重子午線輪胎的帶束工作層簾線角度大于23°就不能使胎體獲得良好的箍緊效果。但簾線角度太小，不僅使帶束層的裁斷和接頭等工藝操作復(fù)雜化，而且對(duì)輪胎的使用性能不利，容易產(chǎn)生帶束層脫層的危險(xiǎn)。對(duì)子午線輪胎耐磨性來(lái)說(shuō)，帶束工作層簾線的最宜角度為15°～20°，但在很大程度上取決于簾線的模量，并在一定程度上決定于帶束層膠料的黏合強(qiáng)度，還與輪胎的規(guī)格系列等有關(guān)系。帶束層簾線密度：根據(jù)簾線的強(qiáng)度和直徑以及所受應(yīng)力而定。第1層（過(guò)渡層）可稀一些，主要保證與胎體有良好黏合強(qiáng)度，一般選用4～5根/cm；第2、3層（工作層）既要考慮確保輪胎受力的強(qiáng)度（要求的安全倍數(shù)），又需考慮簾線之間保持良好的附著力，要求含膠量的比例約占50%～60%，因此一般為5～6根/cm；第4層（保護(hù)層）不宜太大，因要保證與胎面膠具有良好的附著力，大約3～4根/cm為好。3.帶束層的寬度和長(zhǎng)度帶束層的寬度：載重子午線輪胎的帶束層寬度一般與輪胎行駛面寬度相當(dāng)。因帶束層太窄會(huì)降低胎面的耐久性和穩(wěn)定性，還會(huì)產(chǎn)生磨肩現(xiàn)象，而過(guò)寬又易造成帶束層脫空。據(jù)文獻(xiàn)介紹，Bw/b<1.05，對(duì)保持輪胎的耐久性有利，但從防止胎肩異常磨損來(lái)看，

Bw/b在0.9以上為宜。綜上所述，Bw/b取值范圍為0.94～1.05。每層依次與下一層的差級(jí)為10～15mm，保護(hù)層寬度為最寬帶束層的50%以上。如果過(guò)渡層為兩個(gè)斷開(kāi)的窄層，其寬度約為最寬層的30%。帶束層長(zhǎng)度指帶束層直徑，其值的大小對(duì)子午線輪胎的箍緊程度有直接影響，由于它受硫化模型和工藝操作要求的限制，只能根據(jù)胎坯直徑到模型胎面花紋溝度深之間的空隙來(lái)取值，一般情況下，帶束層直徑胎坯半成品至外胎成品的膨脹率在3%以下為好，1%為最理想。以下列舉三種不同硫化模型的帶束層膨脹率取值：

①兩半模型：膨脹率3.5%～5%；②活絡(luò)模I型：膨脹率2%～3%；③活絡(luò)模Ⅱ型：膨脹率1%～1.5%。

以下列舉20世紀(jì)80年代末剖析了275/80R22.5無(wú)內(nèi)胎載重子午線輪胎世界幾大輪胎公司帶束層結(jié)構(gòu)情況，見(jiàn)表6-1所示。從表中看出，除米其林和倍耐力兩家公司外，其他公司采用的帶束層結(jié)構(gòu)均為四層，但簾線角度排列方向卻各不相同。帶束層的工作層簾線角度大致在15°～20°范圍內(nèi)。表6-1275/80R22.5無(wú)內(nèi)胎載重子午胎帶束層結(jié)構(gòu)5.帶束層用鋼絲簾線選擇單絲直徑粗一些的，約Φ0.22～0.38mm。帶束層用鋼絲簾線的特定要求有：保證強(qiáng)度，良好的膠料滲透性，低伸長(zhǎng)，芯線不遷移，良好的黏合保持性和適當(dāng)?shù)膭偠?。近年?lái)用于帶束層的主要推出高強(qiáng)度或超高強(qiáng)度及全滲透型等新結(jié)構(gòu)鋼絲簾線。具體的規(guī)格類型，如工作層可選用：3×0.20+6×0.35HT，3+2×0.35

ST,3+8×0.35HT，3×0.32+9×0.30+1HT

0.365+6×0.35HTBetru*；保護(hù)層：采用高伸長(zhǎng)簾線，但滲膠不充分，覆膠后其斷裂伸長(zhǎng)率會(huì)損失50%左右。因此，應(yīng)選用滲膠充分，捻距大，尤其重要的是覆膠后保持很高的斷裂伸長(zhǎng)率(大于6%)，因而可以確保抗沖擊、耐疲勞的膠料作肩墊膠，從而防止胎體簾布層與帶束層之間產(chǎn)生剪切應(yīng)變。耐腐蝕和高伸長(zhǎng)性能。典型結(jié)構(gòu)：5×0.35HI和5×0.38HI，還可選用5×0.38OC等新結(jié)構(gòu)鋼絲簾線。6．帶束層橡膠部件

載重子午線輪胎的帶束層除由多層鋼絲簾布組成外，一般還有多個(gè)橡膠部件，如中間膠、肩墊膠、層間墊膠和封口膠等。(1)中間膠

有效地調(diào)節(jié)帶束層剛性，減少剪切力，提高附著力，更好地提高胎面與帶束層之間的黏合性能。位置：中間膠放置在胎體與第一層帶束層之間，也有將中間膠放于胎面膠與上帶束層之間。

(2)肩墊膠

作用：將胎體簾布層與帶束層端頭隔開(kāi)，使胎肩與胎側(cè)的連接弧墊得比較平坦，使帶束層能平直地放置在胎體層上面，并轉(zhuǎn)移和吸收動(dòng)態(tài)條件下集中于胎肩的應(yīng)力，防止在胎側(cè)上部與胎肩連接區(qū)出現(xiàn)早期損壞。位置：帶束層末端下面應(yīng)放置柔軟低定伸、高耐疲勞的膠料作肩墊膠。(3)層間墊膠

載重子午胎帶束層的層數(shù)多，各層的端部受力和變形較大，尤其在2～3層（工作層）端部受力更大，因此，通常在2～3層之間放置墊膠，一般采用硬度高、模量高、變形小的膠料，從而提高層間的附著力，防止帶束層端部的脫層。

(4)帶束層封口膠

目的：帶束層邊緣露出沒(méi)有鍍層的鋼絲端頭，端頭并未固定，端部受力和變形較大，因此，決定子午線輪胎成敗關(guān)鍵還在于能否達(dá)到并保持帶束層簾線與周圍橡膠在使用過(guò)程中始終具有良好的黏合性，并要求膠料有很高的耐疲勞強(qiáng)度，以防止胎肩脫層。為此，帶束層端部應(yīng)加貼黏合性能好和耐疲勞強(qiáng)度高的封口膠。二、轎車子午線輪胎帶束層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)轎車子午胎帶束層的骨架材料種類較多，如纖維材料有人造絲、芳綸、玻璃纖維等，還有最普遍采用的是鋼絲簾線。對(duì)轎車輪胎的性能要求較多，如高速性、操縱穩(wěn)定性、舒適性等，這樣就會(huì)使帶束層結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)比較多樣化。以下分別按帶束層的結(jié)構(gòu)形式、層數(shù)、角度、密度等來(lái)敘述。1.帶束層的結(jié)構(gòu)形式

轎車子午胎帶束層材料種類和規(guī)格眾多，帶束層結(jié)構(gòu)形式、類型也就比較多?，F(xiàn)僅對(duì)常見(jiàn)的和特殊的結(jié)構(gòu)形式列舉如下。（1）普通疊層式結(jié)構(gòu)：速度級(jí)別低和扁平系列高的轎車子午胎普遍采用兩層鋼絲簾線帶束層并交叉排列形式，兩邊端部保持一定的差級(jí)。優(yōu)點(diǎn)：工藝操作簡(jiǎn)便，同時(shí)也能保持良好的耐久性、耐刺扎性、牽引性和行駛溫度低等優(yōu)異性能。（2）冠帶層圖6-17冠帶層轎車子午線輪胎斷面這種帶束層結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)：冠帶層在高速行駛時(shí)起著壓縮作用，能防止駐波的產(chǎn)生，另外，它還可避免高速行駛時(shí)由離心力引起帶束層脫層。是一般高速轎車子午線輪胎普遍采用的一種帶束層結(jié)構(gòu)形式。(3)折疊式

結(jié)構(gòu)：為速度較高的轎車子午胎所采用（如H級(jí)和V級(jí)轎車胎），采用折疊帶束層，有時(shí)還附加尼龍冠帶層，見(jiàn)圖6-18示。另外，對(duì)多層纖維帶束層往往采用折疊式，典型折疊纖維帶束層的排列式如圖6-19(a～c)所示。圖6-18折疊帶束層附有冠帶層圖6-19典型折疊式纖維帶束層結(jié)構(gòu)形式目的：增加帶束層邊端的剛性，從而提高胎面磨耗均勻性與輪胎行駛穩(wěn)定性；同時(shí)可防止帶束層端部脫層，提高輪胎的臨界速度來(lái)獲得輪胎在高速行駛時(shí)的安全性。法國(guó)第二大輪胎公司—克勒伯-哥倫布公司研究了一種適用于高速(200km/h)轎車子午胎的折疊式帶束層結(jié)構(gòu)。主要特點(diǎn)：帶束層由相同寬度相互折疊成對(duì)的簾布層組成的；帶束層寬度超過(guò)胎面與地面接觸面寬的10%～20%；復(fù)膠與胎體簾布膠一樣，其邵爾硬度在75°以上，伸長(zhǎng)200%時(shí)，定伸強(qiáng)力至少為l0MPa。優(yōu)點(diǎn)：高速行駛時(shí)具有良好的穩(wěn)定性，抗胎面脫層性及很高的胎面壽命，故特別適用于高速轎車胎，也可用于高速載重胎。

20世紀(jì)70～80年代，米其林公司在超高速轎車胎中，曾采用兩層鋼絲簾布的折疊式帶束層結(jié)構(gòu)，一般采用下帶束層向上折疊包住上帶束層的形式，折疊反包部分約為胎面寬度的1/4，見(jiàn)圖6-20所示。

據(jù)報(bào)道，一般以下帶束層包住上帶束層的折疊式結(jié)構(gòu)，雖然能使帶束層在其全寬范圍內(nèi)保持比較均一的剛性，但在滾動(dòng)過(guò)程中，由于這兩層對(duì)應(yīng)力的適應(yīng)性不同，輪胎耐久性不能令人滿意，這是因?yàn)楸徽郫B的簾線易于在彎曲處斷裂。圖6-20下帶束層包上帶束層結(jié)構(gòu)的超高速轎車子午胎斷面(4)包邊式

目的：米其林，為了加強(qiáng)帶束層端部的設(shè)計(jì)，改進(jìn)帶束層簾線的排列形式，以減少因胎肩部位的應(yīng)力集中所引起的脫層，從而提高輪胎的使用性能，延長(zhǎng)輪胎的使用壽命。解決在折疊式帶束層中反包折疊簾線彎曲處易發(fā)生斷裂。為克服這個(gè)缺點(diǎn)，米其林公司又研制了U形包邊帶素層，圖6-21U形包邊式帶束層結(jié)構(gòu)1,2-鋼絲帶束層；3-兩端U形包邊層簾線角度上層:

28°；下層:32°U形簾線:17°,采用尼龍簾線930dtex/3。由于帶束層和包邊層對(duì)應(yīng)力的適應(yīng)性相同，因而能使輪胎在保持帶束層足夠剛性情況下，具有較好的耐久性和較長(zhǎng)的使用壽命。(5)編織帶束層目的：提高耐久性能、高速性能及轉(zhuǎn)彎系數(shù)，采用芳綸簾線制造出編織帶束層。結(jié)果：在P215/75R15轎車子午線輪胎上進(jìn)行了普通疊層式鋼絲帶束層與芳綸編織帶束層兩種結(jié)構(gòu)的對(duì)比試驗(yàn)，結(jié)果表明，編織結(jié)構(gòu)帶束層無(wú)論在輪胎耐久性還是在高速性能試驗(yàn)方面均有較大的改善。圖622編織帶束層表6-2P215/75R15輪胎不同帶束層結(jié)構(gòu)的耐久性試驗(yàn)對(duì)比表6-3P215/75R15輪胎不同帶束層結(jié)構(gòu)的高速性試驗(yàn)對(duì)比2.帶束層的層數(shù)、角度、密度

層數(shù)及角度：纖維帶束層：4～6層，角度為13°～18°交叉排列，鋼絲帶束層：2層，簾線角為20°～25°；帶束層角度與輪胎的速度級(jí)別和輪胎的扁平系列有關(guān)。轎車胎S級(jí)的角度為24°左右；H級(jí)為22°左右；V級(jí)為20°左右。如果是更高速度級(jí)別W級(jí)與Y級(jí)，則帶束層簾線角度的取值將更小。對(duì)高速轎車子午胎帶束層除鋼絲簾線之外，還采用1～2層尼龍簾線（冠帶層），角度排列為0°（即周向）。帶束層簾線密度：纖維材料：?jiǎn)胃熅€強(qiáng)度低，簾線直徑細(xì)，故一般可用8～14根/cm，鋼絲簾線：其強(qiáng)度高，簾線直徑也粗一些，因此簾線密度則用5～8根/cm。既要保證帶束層所需的安全系數(shù)，同時(shí)還要考慮簾線之間的良好黏合性能，要保持一定的膠量。3.帶束層用骨架材料早期：人造絲、玻璃纖維等?，F(xiàn)在：普遍使用的基本為鋼絲簾線。發(fā)展方向：芳綸簾線鋼絲密度大，汽車速度提高，節(jié)能輪胎，輪胎輕量化以及環(huán)保意識(shí)，開(kāi)發(fā)綠色輪胎等。芳綸會(huì)替代轎車子午線輪胎中的鋼絲帶束層及轎車胎中的其他金屬部件如鋼絲圈。(l)鋼絲簾線轎車子午胎的帶束層鋼絲簾線要求：強(qiáng)度和滲膠性能，高的舒適性和操縱靈敏度，低的定負(fù)荷伸長(zhǎng)率。20世紀(jì)80年代常用的鋼絲簾線規(guī)格有：

1×4×0.23、1×5×0.23、2+7×0.20+1×0.15、1×4×0.25、1×5×0.25、2+2×0.25、2+7×0.23+1×0.15、1×4×0.28、2+2×0.25等；90年代中、后期至21世紀(jì)初，轎車子午胎鋼絲簾線的發(fā)展趨勢(shì)：一、強(qiáng)度整體提高，高強(qiáng)度簾線替代普通強(qiáng)度簾線；二、簾線在滲膠方面的性能得到了大幅度的提升，簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)半開(kāi)放型簾線、開(kāi)放型簾線以及貝卡爾特公司的貝特魯(Betru*)簾線得到了廣泛應(yīng)用。典型規(guī)格有：

半開(kāi)放型—2×0.30HT，2+2×0.25HT；

開(kāi)放型—5×0.23HTOC、3×0.30HTOC；

貝特魯(Betru*)—3×0.28HTBetru*、

3×0.30HTBetru*。(2)芳綸簾線20世紀(jì)80年代荷蘭阿克蘇公司研制成功芳綸簾線以來(lái)，世界各大輪胎公司將其作為子午線輪胎的帶束層材料。芳綸簾線具有高強(qiáng)力、高模量、耐高溫及變形小的剛性，同時(shí)具有相對(duì)密度小、耐疲勞、耐剪切的柔性，兼具鋼絲簾線和尼龍、聚酯簾線的優(yōu)異性能。通常用于轎車子午胎帶束層的芳綸簾線規(guī)格為1680dtex/3，其性能指標(biāo)如表6-4所示。此外，芳綸簾線規(guī)格還有3360dtex/3、3780dtex/3，4320dtex/3和5040dtex/3。表6-41680dtex/3芳綸簾線的性能指標(biāo)(3)人造絲簾線人造絲具有優(yōu)良的高溫模量保持率和低收縮特性，使有很高的尺寸穩(wěn)定性，早期的全纖維子午線輪胎曾用人造絲簾線做帶束層骨架材料。具體品種有一超、二超、三超和高定伸等，常用簾線規(guī)格為1840dtex/2、1840dtex/3。作帶束層用的品種以三超和高定伸為宜。(4)冠帶層材料冠帶層雖然是子午線輪胎的小部件，但因其對(duì)保持輪胎外緣尺寸穩(wěn)定、提高速度級(jí)別、改善乘用和駕駛的舒適性都有明顯的作用，現(xiàn)在國(guó)際上60%的轎車子午線輪胎配置了冠帶層，而在1995年時(shí)這個(gè)數(shù)字僅為40%。目前采用的冠帶層材料是尼龍66，一般規(guī)格有1400dtex/2、1400dtex/l和930dtex/2。而更理想的冠帶增強(qiáng)層材料為尼龍46，因它在高溫下模量大大高于尼龍66簾線，在相等或較低的熱收縮下熱收縮力要高出許多，蠕變率更低。特別在受熱初期熱收縮力不下降，提高了冠帶層的效率。stanyl46尼龍簾線的典型規(guī)格為930dtex/2。高性能超低斷面（40系列）的轎車子午胎的冠帶層材料可選用芳綸和芳綸-尼龍復(fù)合簾線，常用規(guī)格有1110dtex/2和1110dtex/3。第三節(jié)

帶束層簾線應(yīng)力計(jì)算與安全系數(shù)計(jì)算原理基本上都是以薄膜-網(wǎng)絡(luò)理論為基礎(chǔ)。一、美國(guó)公式本公式是借助于薄膜-網(wǎng)絡(luò)理論中假設(shè)在單元上的周向力和在微小單元中簾線所受應(yīng)力在周向上的分力進(jìn)行力平衡，可求得在胎冠點(diǎn)處的帶束層簾線應(yīng)力，計(jì)算公式如下：式中T1—帶束層簾線應(yīng)力，N／根；

p—充氣內(nèi)壓，kPa;

rk—胎冠點(diǎn)半徑，m；

n—帶束層（工作層）層數(shù)；

ik—成品帶束層胎冠點(diǎn)簾線密度，根/m;αk—成品帶束層胎冠點(diǎn)簾線角度（與周向夾角），(°)。硫化后成品輪胎帶束層的胎冠點(diǎn)簾線角度αk的經(jīng)驗(yàn)計(jì)算公式如下：式中α0—胎坯中半成品帶束層簾線角度（帶束層簾線才斷角），(o)；αk—硫化胎中成品帶束層胎冠點(diǎn)簾線角度，(°)；m—半成品帶束層直徑(Do)至成品帶束層直徑(Db)的膨脹率（即二、前蘇聯(lián)公式

介紹前蘇聯(lián)輪胎力學(xué)專家彼德?tīng)柭谥髦邪l(fā)表的計(jì)算公式和輪胎工藝學(xué)老前輩薩利蒂科夫在《汽車輪胎現(xiàn)代工藝學(xué)基礎(chǔ)》書中推薦的計(jì)算公式，兩者之間略有不同，分別列舉如下。

1．彼德?tīng)柭絋i=103·p(2ρk·rk-rk2+rm2)/2ρk·n·ik·sin2βk(6-7)式中T1—帶束層簾線應(yīng)力，N／根；p—充氣內(nèi)壓，kPa;

ρk—胎冠曲率半徑，m;rk—胎冠點(diǎn)半徑，m;rm—斷面最寬點(diǎn)半徑，m；n—帶束層（工作層）層數(shù)；

ik—帶束層胎冠點(diǎn)簾線密度，根/m;βk—帶束層胎冠點(diǎn)簾線角度（與徑向夾角），(。)。2．薩利蒂科夫公式式中

T1—帶束層簾線應(yīng)力，N/根；Tbr—帶束