最新午线轮胎结构设计方法概述课件PPT.ppt

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1、午线轮胎结构设计方法概述子午线轮胎的胎体帘线呈子午向排列，采用具有抗屈挠刚性的带束缓冲结构。带束层决定了子午线轮胎的形状和轮胎构件中由内压引起的初始应力。可以认为：带束层是子午线轮胎中的主要受力部件。由于轮胎几何形状复杂、组件构成不均匀以及大变形的特点，要准确描述内压应力是相当困难的。尽管在斜交轮胎中应用薄膜理论和网格分析取得了一定的成功，但对子午线轮胎而言，这些方法在带束区域是不正确的。因为不同帘布层里的帘线之间的负荷分布难以确定，这种结构是超静定的，大多数经典板壳理论不能直接应用于轮胎分析。有限元分析虽然是一种比较有效的工具，但

2、作为一种数值计算方法只能作为分析的辅助工具。在计算子午线轮胎内压应力时最好能有一套比较适用的解析或半解析的分析方法来刻画出轮胎的力学本质。先将本文中涉及的一些数值和符号加以说明，见图1。其中：rk：胎里半径rc：轮辋点半径a：椭圆内轮廓曲线径向半径b：椭圆内轮廓曲线横向半径c：轮辋半宽rm：零点半径R：轮辋点以上椭圆弓形面积形心点半径RD：支撑带束层的胎体宽度边缘点半径bd：支撑带束层的胎体轴向半宽m：m=rk-rcn：椭圆底部到轮辋点的距离p：充气内压g(s)：带束层内压分担率N：胎体帘线总根数Tb：带束层周向内压总应力TB：钢丝

3、圈周向内压总应力TC：胎体单根帘线张力第三节受力分析1.总体分析轮胎充气平衡时，内压P垂直作用于胎腔内壁，轮辋点C´受到几何约束固定不动;胎冠区有效支撑宽度的范围内的胎体受到带束层箍紧力的约束。视接触压力为主动力，则子午线轮胎充气平衡时所受主动力作用如图2所示。假设胎冠中心处产生一个虚位移dm(图3)，胎腔体积发生变化dV，变化过程中内压恒定垂直于胎腔内表面，所以胎腔储能增加。由于体积变化较小，可以认为内压P基本不变，PdV就是内压所做的虚功。带束层对应的区域(轴向坐标为X)上,接触压力f(x)的方向与作用点的位移dλ(x)的方向可

4、以认为近似相反,所做的虚功为:根据虚功原理有：进一步引入简化假设，即：以F表示胎冠断面周长单位长度所对应带束末端之总接触压力，即则有:求出带束周向总应力为：根据F.富朗克的结论，内压分担率g(s)的分布曲线比抛物线更接近梯形，所以这里近似假设：g(s)是常数，则接触压力：内压分担率为：2.胎体帘线的受力分析将轮胎沿胎冠中心周向切开，且沿断面零点半径rm处周向剖开，用外力平衡条件取代内力平衡，图4和图5分别是断面和剖面示意图。内压P在带束部位变成P-Pb，即(1-g)P。设单根帘线张力为TC，则轴向力平衡条件为：此式与F.波姆导出的帘

5、线张力计算公式相同，物理意义相当明确。3.钢丝圈受力分析在本文阐述的问题中，由于橡胶材料的受力忽略不计，所以可以假定：假设4：子午线轮胎胎体帘线的张力连续，而且处处相等。假设5：轮辋仅提供轴向约束，径向约束则完全由钢丝圈提供。假设5的含义即：胎体帘线经过轮辋凸缘后于径向将其张力完全传递给钢丝圈。因此，钢丝圈受到的径向力之周向线密度为:(式中rB为钢丝圈半径)相应的，根据图6所示的力平衡关系，钢丝圈周向应力为：第四节.计算公式推导如图7，以椭圆弧为充气子午线内腔断面平衡轮廓，以中心为原点，水平轴为X轴建立直角标架，椭圆的长轴和短轴分别

6、是b和a，C´是轮辋点。椭圆方程为：将C´的坐标代入椭圆方程,得到:则由几何关系有：代入整理得:当发生虚位移dm时,a、b、n都随之变化，c保持不变。将(1)式两端微分，整理后得到：帘线长度是轮胎力学研究的一个重要参数，由于本文中使用了椭圆假设，导致求长时遭遇椭圆积分。为此，我们用一个在轮胎适用范围内具有准2次精度的近似式来求解，设椭圆半周长为L0，轮辋点以下椭圆弓形的半弧长为L1，使用近似式(3)来代替L0：根据表1中数据的比较可知，该近似式具有较高的精度，即便对于高宽比0.5左右的超低断面轮胎，依然可以达到万分之二的精度。对于L

7、1，采用下式近似，该式的几何意义是采用圆弧长度代替椭圆弧长。其精度在表2中显示。这里补充一点说明：根据轮胎设计的实际情况，比值c/a一般处于0.65到0.85之间；高宽比为便于比较，取值和表1相同，为：1.0到0.5。该式精度不如周长近似式，但仍可满足工程精度的要求。显然：上面的公式基于帘线长度不变的假设，即L是常数。在近似函数的选取上同时也要考虑1阶导数在定义域上的充分逼近，所以对上式微分得：将(3)式微分并整理得：将(4)式微分并整理得：(c为常数)将(2)、(6)、(7)式代入(5)式并整理得到:其中：根据(8)式，令：则有：

8、因为：根据(2)和(9)式对(10)式微分得：令:则有：以上得到了a,b,n三个未知量用m表示的关系式。根据第二章的推导，带束周向应力为：由此可见，只要求出dV/dm，则Tb确定。以下来计算dV/dm。如图8所示，S是轮辋点直线和内轮