楊德建，朱麗艷，陳 東，楊才欣

（山東玲瓏輪胎股份有限公司，山東 招遠(yuǎn) 265400）

由于當(dāng)前道路建設(shè)與汽車(chē)數(shù)量的增加不在同一等級(jí)上，造成了嚴(yán)重的汽車(chē)安全問(wèn)題，因此汽車(chē)安全性的研究成為重要課題。在汽車(chē)行駛過(guò)程中，輪胎通過(guò)與地面接觸為汽車(chē)提供摩擦力，輪胎安全性對(duì)汽車(chē)安全性有重要影響[1-2]。

隨著人們生活水平的提高和安全意識(shí)的不斷增強(qiáng)，安全輪胎市場(chǎng)需求日益擴(kuò)大。與此同時(shí)，輪胎壓力監(jiān)測(cè)系統(tǒng)（TPMS）的普及也對(duì)安全輪胎的使用起到推進(jìn)作用，整車(chē)廠不斷增大安全輪胎在配套輪胎中所占的份額，各大輪胎廠也紛紛投入到安全輪胎的研究中。市場(chǎng)上已有的安全輪胎主要有自體支撐型、輔助支撐型及自愈合型輪胎，其中自體支撐型缺氣保用輪胎已成為安全輪胎市場(chǎng)的主流[3-5]。

我公司開(kāi)發(fā)的自體支撐型缺氣保用輪胎是一種在缺氣狀況下能夠支撐車(chē)體的充氣輪胎，并且能夠維持車(chē)輛以80 km·h-1的速度繼續(xù)行駛至少80 km的距離，嚴(yán)苛的失壓行駛條件對(duì)輪胎的構(gòu)造和材料提出更高的要求。本工作主要研究缺氣保用輪胎的構(gòu)造（輪廓、支撐膠、三角膠）對(duì)其性能的影響。

1 輪廓設(shè)計(jì)

對(duì)于普通輪胎，方形輪廓可以給輪胎提供更大的接地面積，能夠得到更好的制動(dòng)或行駛穩(wěn)定性，這也適用于正常胎壓條件下的缺氣保用輪胎；但方形輪廓不利于胎側(cè)受力的分散，對(duì)車(chē)輛的乘坐舒適性及零氣壓耐久性能產(chǎn)生不利影響。由于胎側(cè)支撐膠的支撐作用，方形輪廓使輪胎接地壓力無(wú)法平緩過(guò)渡，極易在胎肩部形成局部應(yīng)力集中，可以通過(guò)調(diào)整肩部輪廓形狀（見(jiàn)圖1）來(lái)驗(yàn)證輪廓對(duì)缺氣保用輪胎的影響。兩種輪廓輪胎受力的有限元分析結(jié)果見(jiàn)圖2和3。由分析結(jié)果可見(jiàn)，方形輪廓輪胎在失壓條件下肩部受力明顯有突兀。

圖1 偏圓形輪廓和方形輪廓示意

圖2 圓形輪廓輪胎受力有限元分析結(jié)果

圖3 方形輪廓輪胎受力有限元分析結(jié)果

通過(guò)輪胎零氣壓耐久性能評(píng)測(cè)可知，在其他半部件設(shè)計(jì)均相同的條件下，方形輪廓輪胎的零氣壓耐久性能比圓形輪廓輪胎下降約18%。

2 支撐膠設(shè)計(jì)

支撐膠是缺氣保用輪胎失壓繼續(xù)行駛的關(guān)鍵部件，除了要滿足零氣壓繼續(xù)行駛外，車(chē)輛的乘坐舒適性是缺氣保用輪胎無(wú)法避免的設(shè)計(jì)難點(diǎn)。隨著橡膠行業(yè)的發(fā)展，原材料性能不斷提升，但對(duì)于支撐膠而言，輪胎失壓后車(chē)輛只能依靠支撐膠的強(qiáng)度來(lái)維持繼續(xù)行駛，缺氣保用輪胎與普通輪胎胎側(cè)剛度對(duì)比如表1所示。

表1 缺氣保用輪胎與普通輪胎胎側(cè)剛度對(duì)比 N·mm-1

從表1可以看出，缺氣保用輪胎的胎側(cè)垂直剛度和橫向剛度分別比普通輪胎提高21%和56%，這對(duì)乘坐舒適性不利，因此需要在滿足輪胎零氣壓繼續(xù)行駛的基礎(chǔ)上，盡可能地減小胎側(cè)剛度。支撐膠的厚度也是影響胎側(cè)剛度的關(guān)鍵因素之一，支撐膠厚度越小，輪胎胎側(cè)剛度越小，輪胎乘坐舒適性也越好。支撐膠厚度見(jiàn)圖4，充氣條件下不同支撐膠厚度的缺氣保用輪胎接地印痕如圖5所示。

圖4 支撐膠厚度示意

圖5 充氣條件下不同支撐膠厚度的缺氣保用輪胎接地印痕

從圖5可以看出，隨著支撐膠厚度的增大，缺氣保用輪胎接地壓力分布向輪胎肩部轉(zhuǎn)移，接地壓力分布不均勻，對(duì)輪胎的整體性能產(chǎn)生不利影響。因此缺氣保用輪胎在滿足零氣壓繼續(xù)行駛的條件下應(yīng)盡可能地減小支撐膠厚度，這也符合輪胎輕量化設(shè)計(jì)理念。

3 三角膠設(shè)計(jì)

三角膠設(shè)計(jì)對(duì)缺氣保用輪胎零氣壓耐久性能起到關(guān)鍵作用，如果三角膠強(qiáng)度設(shè)計(jì)不足，胎圈部位無(wú)法提供穩(wěn)定的支撐能力，同時(shí)會(huì)惡化胎圈部位的變形蠕動(dòng)，導(dǎo)致各個(gè)部件之間分離鼓包，如圖6和7所示。

圖6 薄三角膠破壞示意

圖7 厚三角膠破壞示意

從破壞模式看，只有三角膠能夠充分起到對(duì)胎圈部位的支撐作用，才能避免胎圈部位破壞。由于胎圈部位材料分布多，應(yīng)力集中下極易出現(xiàn)材料間的分離[6]，對(duì)輪胎耐久性能不利，因此理想狀態(tài)下，缺氣保用輪胎零氣壓耐久破壞模式是支撐膠斷裂，不出現(xiàn)材料間的分離鼓包。

4 結(jié)論

（1）方形輪廓對(duì)缺氣保用輪胎的零氣壓耐久性能及實(shí)車(chē)性能均產(chǎn)生不利影響，可以利用有限元方法進(jìn)行應(yīng)力分布分析以優(yōu)化輪廓設(shè)計(jì)。

（2）應(yīng)在滿足缺氣保用輪胎零氣壓行駛性能的基礎(chǔ)上盡可能地減小支撐膠厚度，以提升輪胎的整體性能。

（3）三角膠應(yīng)具有足夠強(qiáng)度，與支撐膠一起提供失壓支撐性能，從而提高缺氣保用輪胎的零氣壓耐久性能。