CN104182610A - 一种计算全钢子午线轮胎的钢丝圈安全倍数的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及全钢子午线轮胎的钢丝圈安全倍数计算领域，尤其涉及一种计算全钢子午线轮胎的钢丝圈安全倍数的方法。一种计算全钢子午线轮胎的钢丝圈安全倍数的方法，该方法包括以下的步骤：1）采集单根帘线破断力B，钢丝圈的根数U，钢丝圈的周向力F数据；2）通过以下的公式进行的钢丝圈安全倍数计算：，所述的Wc为钢丝圈安全倍数，其中B为钢丝圈单根钢丝的破断力（N），U为钢丝圈缠绕的根数，F为钢丝圈的周向合力（N）。本发明与实际水压爆破试验值更加吻合，偏差控制在5%~10%，大大提高了计算精度。

Description

一种计算全钢子午线轮胎的钢丝圈安全倍数的方法
技术领域
本发明涉及全钢子午线轮胎的钢丝圈安全倍数计算领域，尤其涉及一种计算全钢子午线轮胎的钢丝圈安全倍数的方法。
背景技术
轮胎是汽车行驶结构中的重要部件，随着汽车工业的快速发展，汽车行业对轮胎性能的要求越来越高。轮胎技术状况对汽车的安全性、动力性、行驶稳定性都有着直接的影响。在现阶段具有良好的耐磨节油的全钢子午线轮胎正在逐步替代斜胶轮胎，获得了极快的发展，并已成为轮胎产业的主流产品。但在全钢子午线轮胎行驶过程中胎圈的安全稳定性能会严重的影响轮胎的性能和使用寿命，因而轮胎各部位的安全倍数计算式轮胎结构设计的必要组成部分。
轮胎结构设计技术的发展可以分为三个发展阶段：在20世纪50年代之前是经验设计阶段，在此阶段的生产经验为主要的设计参考技术；20世纪50年代至70年代，自然平衡轮廓理论的建立于发展使轮胎结构设计提高到半经验阶段；此后随着向国外公司的不断学习与自主研发，有限元分析技术被广泛的应用起来，轮胎结构设计正在逐步迈入现代设计阶段，其主要标志是结构设计分析的日益精细与不断细化，且逐渐地减少对原始试验的依赖性。然而，国内轮胎的结构设计分析技术的发展还是很不均衡，虽然在现代设计阶段，“自动化”与“智能化”思想是结构设计的主要目标，但是这并不能代表轮胎结构设计的实际水平。“反复试验”至今仍是轮胎结构设计的主要方法。
我国的轮胎生产目前已有半个多世纪的历史，现在的轮胎产量已经处于世界领先地位，轮胎企业也积累了较丰富的生产经验和技术经验，但是国内的轮胎生产力量分散，技术研发与设计水平与国外优秀企业仍有差距。产品的质量也多是依靠引进国外先进生产技术与生产设备来保证。对于我国的轮胎行业发展而言，自主建立一套轮胎的结构设计的理论与研究方法是我国轮胎技术领域最迫切的工作之一。
轮胎模型的结构应力分析包括结构应力应变场分析、温度场分析、含温度场分析的应力应变场分析、断裂性能分析、疲劳性能分析等。轮胎的强度设计主要依据结构的应力、应变、或应变能密轮胎的承载性能、耐久性、节能经济性等也与结构应力分析密切相关。轮胎结构的有限元结算的复杂性主要来自三方面因素：橡胶材料的非线性和近似不可压缩性，帘线/橡胶复合材料呈现明显的各向异性：结构的大变形引起的几何非线性：轮胎与轮辋以及轮胎与地面的接触非线性边界条件。
目前轮胎结构设计过程中，普遍采用的钢丝圈的安全倍数计算公式为
                                                                                          （1）
其中μbw钢丝圈总根数，α钢丝圈横向与对应部位胎体帘线方向的夹角。
因市场出现抽丝炸、钢丝齐断病疵，对产品产生原因进行了大量的试验分析，通过大量的水压爆破试验发现胎圈钢丝断裂的安全倍数与上式计算值差异20%~30%，（1）式计算值偏大。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种计算全钢子午线轮胎的钢丝圈安全倍数的方法，该方法大大提高了计算精度。
为了实现上述的目的，本发明采用了以下的设计方案：
一种计算全钢子午线轮胎的钢丝圈安全倍数的方法，该方法包括以下的步骤：1）采集单根帘线破断力B，钢丝圈的根数U，钢丝圈的周向力F数据；2）通过以下的公式进行的钢丝圈安全倍数计算：
，
所述的Wc为钢丝圈安全倍数，其中B为钢丝圈单根钢丝的破断力（N），U为钢丝圈缠绕的根数， F为钢丝圈的周向合力（N）。
本发明的钢丝圈单根钢丝的破断力B可通过拉伸试验获得数据（钢丝厂家及轮胎企业常规的测试项目），F为钢丝圈的周向合力，即钢丝圈各单元周向张力的累加。
本发明结合大量的水压爆破试验数据，归纳提炼了胎圈安全倍数计算方法，对比传统的基于薄膜理论的胎圈安全倍数计算公式，钢丝圈安全倍数的计算更为准确合理。与实际水压爆破试验值更加吻合，偏差控制在5%~10%，大大提高了计算精度，胎圈安全倍数是轮胎产品设计的基本参数，本发明对行业理论研究发展具有重大意义。
具体实施方式
一种计算全钢子午线轮胎的钢丝圈安全倍数的方法，该方法包括以下的步骤：1）采集单根帘线破断力B，钢丝圈的根数U，钢丝圈的周向力F数据；2）通过以下的公式进行的钢丝圈安全倍数计算：
，（2）
所述的Wc为钢丝圈安全倍数，其中B为钢丝圈单根钢丝的破断力（N），U为钢丝圈缠绕的根数，F为钢丝圈的周向合力（N）。
本发明以10.00R20、11.00R20规格的CM958花纹全钢子午线轮胎（杭州朝阳橡胶有限公司生产）为样本，利用自主研发的仿真分析软件，建立轮胎的材料模型，在0.83Mpa（16PR标准充气压力）、0.93Mpa（18PR标准充气压力）进行了充气状态下计算，同时进行了负荷3900kg（18pr的120%标准负荷）计算，不仅分析全钢子午线轮胎在充气下的安全倍数，同时了解负荷与充气状态下安全倍数的差异及变化特点。
表1  10.00R20-16PR轮胎安全倍数传统计算（公式1计算）
钢丝圈根数 单丝破断力 标压 钢丝圈横向与对应部位胎体帘线方向的夹角 　 　 钢丝圈的安全倍数
U BL P sinα RB RC St=
51 390 8.3 0.906307787 39.45 25.38 5.8
表2  11.00R20-18PR轮胎安全倍数传统计算 （公式1计算） 
钢丝圈根数 单丝破断力 标压 钢丝圈横向与对应部位胎体帘线方向的夹角 　 　 钢丝圈的安全倍数
U BL P sinα RB RC St=
61 390 9.3 0.906307787 40.6 27 6.1
表3  10.00R20-16PR轮胎安全倍数本发明计算方法（公式2计算）
钢丝圈根数 单丝破断力 钢丝圈的周向力 钢丝圈的安全倍数
U B F  Wc=
51 390 4551.5 4.37
表4  11.00R20-18PR轮胎安全倍数本发明计算方法（公式2计算）
钢丝圈根数 单丝破断力 钢丝圈的周向力 钢丝圈的安全倍数
U B F Wc=
61 390 4720.2 5.04
表5 试验测试值、传统计算值及新方法计算值的对比表
                           轮胎规格 爆破压力 试验安全倍数 传统安全倍数计算 新安全倍数计算 损坏现象 轮胎特性 标准气压 备注
10.00R20 3.50 4.58 5.8 (胎圈） 4.37（胎圈） 钢丝圈断 钢丝圈排列5-8-5 0.83 7.5轮辋
11.00R20 4.07 4.90 6.1（胎圈） 5.04（胎圈） 钢丝圈断 钢丝圈排列5-9-5 0.83 8.0轮辋

Claims (1)

1.一种计算全钢子午线轮胎的钢丝圈安全倍数的方法，其特征在于该方法包括以下的步骤：
1）采集单根帘线破断力B，钢丝圈的根数U，钢丝圈的周向力F数据；
2）通过以下的公式进行的钢丝圈安全倍数计算：
，
所述的Wc为钢丝圈安全倍数，B为单根帘线破断力，U为钢丝圈的根数，F为钢丝圈的周向力。
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