CN113343469A - 一种窄冠带条多层缠绕搭接量计算方法及应用 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种窄冠带条多层缠绕搭接量计算方法，通过在带束鼓表面构建直角坐标系，根据与第一窄冠带条相邻的第二窄冠带条上最靠近带束鼓边缘的点A2的纵坐标Y2，以及第一窄冠带条、第二窄冠带条和第三窄冠带条重叠区域中的最靠近带束鼓边缘的点B的横坐标Y3计算得出搭接量β。应用该计算方法可以评价窄冠带条多层缠绕，从而获得适合轮胎性能的窄冠带条多层缠绕方式。

Description

一种窄冠带条多层缠绕搭接量计算方法及应用

技术领域

本申请属于轮胎制造技术领域，尤其涉及一种窄冠带条多层缠绕搭接量计算方法及应用。

背景技术

含有窄冠带缠绕结构的充气轮胎的带束层在使用Z型缠绕时，缠绕层端部转弯位置缠绕时，会与前一圈轴向缠绕及下一圈周向缠绕在端部转弯位置产生搭接；目前对搭接量的确认方法为在现场缠绕完成后，切取缠绕断面，通过缠绕搭接面测量搭接量，符合标准要求后方可继续缠绕。

目前对搭接量的确认方法为在现场缠绕完成后，切取缠绕断面，通过缠绕搭接面测量搭接量，符合标准要求后方可继续缠绕，此种方法需反复调整参数，调整周期长，占用机台正常操作时间。

发明内容

针对现有技术的不足，本申请提供一种窄冠带条多层缠绕搭接量计算方法及应用。

本申请提供的技术方案具体如下：

一种窄冠带条多层缠绕搭接量计算方法，包括：

构建坐标系步骤：在带束鼓表面构建直角坐标系，最靠近带束鼓边缘的窄冠带条的圆弧段圆心坐标为(a，b)，即第一窄冠带条的圆心O1坐标为(a，b)；

搭接量计算步骤：根据圆心O1坐标(a，b)，求得与第一窄冠带条相邻的第二窄冠带条上最靠近带束鼓边缘的点A2的纵坐标Y2；

根据第一窄冠带条、第二窄冠带条和第三窄冠带条的相对位置关系，求得第一窄冠带条、第二窄冠带条和第三窄冠带条重叠区域中的最靠近带束鼓边缘的点B的横坐标Y3；

搭接量β通过以下模型求得，

β＝W2-(Y2-Y3)；

其中，W2为窄冠带条宽度。

在其中一些实施例中，Y2通过以下模型求得，

Y2＝b+r，其中r为各个窄冠带条的圆弧段的半径。

在其中一些实施例中，当γ＝arcos(W2/r)^1/2时，Y3＝b+r*sinγ，搭接量β通过以下模型计算，

β＝W2-(r-r*sinγ)，其中γ为窄冠带条的缠绕角度。

在其中一些实施例中，当γ＞arcos(W2/r)^1/2时，Y3通过以下模型计算，

搭接量β通过以下模型计算，β＝W2-(Y2-Y3)＝r+(r-W2)/sinγ)-2r*sinγ，其中γ为窄冠带条的缠绕角度。

在其中一些实施例中，当γ＜arcos(W2/r)^1/2时，Y3通过以下模型计算，

搭接量β通过以下模型计算，

其中γ为窄冠带条的缠绕角度。

在其中一些实施例中，γ的取值范围为γ＞α，α为最小缠绕角度，α通过以下模型计算，

其中，W1为窄冠带条的缠绕宽度；W3为带束鼓直径；π为圆周率。

在其中一些实施例中，窄冠带条宽度W2取值范围5mm～50mm。

本申请还提供一种应用前文所述的窄冠带条多层缠绕搭接量计算方法的窄冠带条多层缠绕的评价方法，包括如下步骤：

最小缠绕角度计算步骤，最小缠绕角度α通过以下模型计算，

其中，W1为窄冠带条的缠绕宽度；W3为带束鼓直径；π为圆周率；

初始缠绕角度确定步骤，根据γ＞α，选定初始缠绕角度γ0；

搭接量计算模型选取步骤，根据初始缠绕角度γ0，判断γ0与arcos(W2/r)^1/2的大小，根据γ0与arcos(W2/r)^1/2的大小关系选定模型；

搭接量评估步骤，根据搭接量β的计算结果，判断搭接量β是否在要求的范围内；

其中，W2为窄冠带条宽度，r为各个窄冠带条的圆弧段的半径。

在其中一些实施例中，所述搭接量计算模型选取步骤，具体为：

当γ0＝arcos(W2/r)^1/2时，β＝W2-(r-r*sinγ0)；当γ0＞arcos(W2/r)^1/2时，β＝r+(r-W2)/sinγ0)-2r*sinγ0；当γ0＜arcos(W2/r)^1/2时，

在其中一些实施例中，搭接量β要求的范围为：β≤1/5*W2。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：本发明公开的窄冠带条多层缠绕搭接量计算方法，可对搭接量快速计算，无需在现场通过反复调整参数进行缠绕，切取缠绕断面的形式测量搭接量，提高了轮胎生产制作的效率，节约了人力成本。

附图说明

图1是一种实施方式的窄冠带条多层缠绕的带束鼓的结构示意图；

图2是一种实施方式的窄冠带条多层缠绕的带束鼓展开后部分结构示意图；

图3是本申请一种实施方式的窄冠带条多层缠绕的带束鼓表面直角坐标系示意图1；

图4是本申请一种实施方式的窄冠带条多层缠绕的带束鼓表面直角坐标系示意图2；

图5是本申请一种实施方式的窄冠带条多层缠绕的带束鼓表面直角坐标系示意图3；

图中编号：1、第一窄冠带条；2、第二窄冠带条；3、第三窄冠带条；4、第四窄冠带条；5、第五窄冠带条；6、第六窄冠带条。

具体实施方式

以下结合具体实施方式对本申请的技术方案进行详实的阐述，然而应当理解，在没有进一步叙述的情况下，一个实施方式中的元件、结构和特征也可以有益地结合到其他实施方式中。

值得理解的是，尽管附图可能示出了方法步骤的特定顺序，但是步骤的顺序可与所描绘的顺序不同。此外，可同时地或部分同时地执行两个或更多个步骤。这样的变型将取决于所选择的软件和硬件以及设计者选择。所有这样的变型都在本申请的范围内。

值得理解的是，本文中使用的术语“系统”、“单元”、“模块”是一种用于区分不同级别的不同组件、元件、零件、部分或组件的方法。但是，这些术语可以被其他能达到相同目的的表达方式取代。

所述的实施方式仅仅是对本申请的优选实施方式进行描述，并非对本申请的范围进行限定，在不脱离本申请设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本申请的技术方案作出的各种变形和改进，均应落入本申请权利要求书确定的保护范围内。在本申请中为了便于描述，将带束鼓轴向方向定义为第一方向，将带束鼓周长方向定义为第二方向。

如附图1所示，六条窄冠带条在带束鼓外周按照Z型结构缠绕，六条窄冠带条在带束鼓表面沿带束鼓轴向依次排列。为了便于描述，将带束鼓上六条窄冠带条沿从右往左依次命名为第一窄冠带条、第二窄冠带条、第三窄冠带条、第四窄冠带条、第五窄冠带条和第六窄冠带条。附图1中，第一窄冠带条在靠近带束鼓边缘位置弯曲，从而与第二窄冠带条层叠，并且第一窄冠带条、第二窄冠带条和第三窄冠带条三者会在特定区域搭接，该区域即为搭接区域。

根据窄冠带条的缠绕要求，每个窄冠带条缠绕完毕之后均包括直线段和圆弧段，直线段与圆弧段通过切点连接，即直线段与圆弧段的交点即为圆弧段的切点，冠带条在切点处转弯过渡。由于搭接区域处是三条窄冠带条层叠，因此搭接区域相较于两条窄冠带条层叠区域和未层叠区域厚度较厚，如果不严格控制搭接区域的大小，会影响轮胎性能，如果搭接量过大，肩部材料变厚，散热困难，容易导致肩部脱层；如果搭接量过小，肩部材料不足，肩部偏薄，造成胎面受力加重，导致早期冠部磨损。控制搭接区域的大小最终目的是保证肩部和冠部材料厚度均匀。

为了评价搭接区域的大小，将搭接区域沿带束鼓轴向方向的长度定义为搭接量β。如附图1所示，在设计时即设定窄冠带条的缠绕宽度W1，窄冠带条的宽度W2，带束鼓的直径W3，以及窄冠带条的圆弧段的半径r，最终的搭接量β通过窄冠带条的缠绕角度γ来调整。缠绕角度γ的定义为窄冠带条的直线段与带束鼓轴向方向的夹角。缠绕宽度W1定义为窄冠带条沿带束鼓轴向方向缠绕的距离。

为确保窄冠带条的搭接量β符合轮胎性能要求，本申请提供一种搭接量计算方法，通过缠绕角度γ获得搭接区域的搭接量β。窄冠带条的数量不限于六条，如附图2所示，仅以三条为例，来说明本申请提供的窄冠带条多层缠绕搭接量计算方法。为计算窄冠带条多层缠绕搭接量，将带束鼓表面展开，并在带束鼓表面构建直角坐标系，以带束鼓轴向方向为x轴，以带束鼓轴向方向为y轴。每个窄冠带条的直线段边缘依次贴合，因此，为了实现每个窄冠带条直线段边缘贴合，后续的窄冠带条依次需要沿x轴方向平移特定的距离L，根据缠绕角度γ和窄冠带条宽度W2，可以得出L＝W2/cosγ。

附图2中，第一窄冠带条圆弧段的圆心为O1，O1的坐标为(a,b)；第二窄冠带条圆弧段的圆心为O2，根据平移距离L，可得O2的坐标为(a+W2/cosγ,b)。第一窄冠带条最靠近带束鼓边缘的点为A1，即A1为第一窄冠带条在第一方向上最边缘的点，A1的坐标为(X1,Y1)；第二窄冠带条上最靠近带束鼓边缘的点A2，即A2为第二窄冠带条在第一方向上最边缘的点，A2的坐标为(X2,Y2)；第一窄冠带条、第二窄冠带条和第三窄冠带条搭接区域中最靠近带束鼓边缘的点为B，即B为三者重叠区域中在第一方向上最边缘的点，B的坐标为(X3,Y3)。第一窄冠带条的直线段与圆弧段的交点为C点，即圆弧段的切点为C点，因此A1点的横坐标与O1点的横坐标相等，X1＝a；A2点的横坐标与O2点的横坐标相等，X2＝a+W2/cosγ；A1点的纵坐标与A2点的纵坐标相等，Y1＝Y2＝b+r，r为各个窄冠带条的圆弧段的半径。由于三条窄冠带条等间距平移，因此，B点一定在第二窄冠带条的圆弧段的对称轴上，即B点在A2与O2相连的线段上，则B点的横坐标X3＝X2＝a+W2/cosγ。

如图2所示，将第一窄冠带条平移的距离L后，C点移动至D点，D点的坐标为(X4,Y4)，若D点刚好在A1与O1相连的线段上，则L同时满足L＝r*cosγ，因此r*cosγ＝W2/cosγ，求得此时γ＝arcos(W2/r)^1/2，X4＝a，Y4＝b+r*sinγ。第二窄冠带条继续平移距离L后，D点移动至E点，此时E点刚好与B点重合，即B点的纵坐标与C点的纵坐标、D点的纵坐标相等，Y3＝b+r*sinγ，因此A2与B相连的线段长度为Y2-Y3＝b+r-(b+r*sinγ)＝r-r*sinγ，搭接量β通过以下公式计算，β＝W2-(Y2-Y3)＝W2-(r-r*sinγ)。在此种情况下，缠绕时选定缠绕角度γ，即可根据窄冠带条的宽度W2、圆弧段的半径r和缠绕角度γ计算搭接量β。

如附图3所示，若γ＞arcos(W2/r)^1/2，则L＝r*cosγ＞W2/cosγ，则C点平移L后的D点不再A1与O1相连的线段上，D点继续平移距离L后，E点也不再与B点重合，此时B点在第一窄冠带条的直线段上，根据缠绕角度计算出，B点的纵坐标

搭接量β通过以下公式计算，

如附图4所示，若γ＜arcos(W2/r)^1/2，则L＝r*cosγ＜W2/cosγ，则C点平移L后的D点不再位于A1与O1相连的线段上，D点继续平移距离L后，E点也不再与B点重合，此时B点在第一窄冠带条的圆弧段上。根据窄冠带条缠绕原理，可得B点横坐标X3＝a+W2/cosγ，又，B点在第一窄冠带条的圆弧段上，因此B点横坐标满足第一窄冠带条的圆弧段所在圆的参数方程，即满足X3＝a+r*cosδ，Y3＝b+r*sinδ，其中δ为点B的圆心角的角度。因此a+r*cosδ＝a+W2/cosγ，可得出

再根据Y3＝b+r*sinδ，可得

因此，

搭接量

为了简化运算在建立直角坐标系时，可将第一窄冠带条的圆形作为原点，也即，a＝0，b＝0。

缠绕角度γ根据最小缠绕角度α选择，最小缠绕角度α通过以下模型计算

其中，W1为缠绕宽度；W2为冠带条宽度；W3为带束鼓直径；π为圆周率。实际轮胎生产中，所采用的窄冠带条宽度W2取值范围5mm～50mm，根据轮胎的规格和性能要求选用。缠绕宽度W1在设计时根据轮胎的规格和性能要求确定，缠绕角度γ选取范围为，γ＞α，缠绕角度确定后，即可根据γ与arcos(W2/r)^1/2的大小选择适合的搭接量β计算模型计算得出。

本申请还提供一种应用该窄冠带条多层缠绕搭接量计算方法的窄冠带条多层缠绕的评价方法，包括如下步骤：

最小缠绕角度计算步骤，最小缠绕角度α通过以下模型计算，

其中，W1为窄冠带条的缠绕宽度；W3为带束鼓直径；π为圆周率；

初始缠绕角度确定步骤，根据γ＞α，选定初始缠绕角度γ₀；

搭接量计算模型选取步骤，根据初始缠绕角度γ₀，判断γ₀与arcos(W2/r)^1/2的大小，根据γ₀与arcos(W2/r)^1/2的大小关系选定模型；

搭接量评估步骤，根据搭接量β的计算结果，判断搭接量β是否在要求的范围内。

在其中一些实施例中，所述搭接量计算模型选取步骤，具体为：

当γ₀＝arcos(W2/r)^1/2时，β＝W2-(r-r*sinγ₀)；当γ₀＞arcos(W2/r)^1/2时，β＝r+(r-W2)/sinγ₀)-2r*sinγ₀；当γ₀＜arcos(W2/r)^1/2时，

在其中一些实施例中，搭接量β要求的范围为：β≤1/5*W2，搭接量β在此范围内，轮胎的性能较优。

若根据初始缠绕角度γ₀计算得出的搭接量β不在要求的范围内，则再根据结果的偏差调整缠绕角度，重新计算搭接量，从而获得符合搭接量要求的缠绕角度。

Claims (10)

1.一种窄冠带条多层缠绕搭接量计算方法，其特征在于，包括：

构建坐标系步骤：在带束鼓表面构建直角坐标系，最靠近带束鼓边缘的窄冠带条的圆弧段圆心坐标为(a，b)，即第一窄冠带条的圆心O1坐标为(a，b)；

搭接量计算步骤：根据圆心O1坐标(a，b)，求得与第一窄冠带条相邻的第二窄冠带条上最靠近带束鼓边缘的点A2的纵坐标Y2；

根据第一窄冠带条、第二窄冠带条和第三窄冠带条的相对位置关系，求得第一窄冠带条、第二窄冠带条和第三窄冠带条重叠区域中的最靠近带束鼓边缘的点B的横坐标Y3；

搭接量β通过以下模型求得，

β＝W2-(Y2-Y3)；

其中，W2为窄冠带条宽度。

2.根据权利要求1所述的窄冠带条多层缠绕搭接量计算方法，其特征在于，Y2通过以下模型求得，

Y2＝b+r，其中r为各个窄冠带条的圆弧段的半径。

3.根据权利要求2所述的窄冠带条多层缠绕搭接量计算方法，其特征在于，当γ＝arcos(W2/r)^1/2时，Y3＝b+r*sinγ，搭接量β通过以下模型计算，

β＝W2-(r-r*sinγ)，其中γ为窄冠带条的缠绕角度。

4.根据权利要求2所述的窄冠带条多层缠绕搭接量计算方法，其特征在于，当γ＞arcos(W2/r)^1/2时，Y3通过以下模型计算，

搭接量β通过以下模型计算，β＝W2-(Y2-Y3)＝r+(r-W2)/sinγ)-2r*sinγ，其中γ为窄冠带条的缠绕角度。

5.根据权利要求2所述的窄冠带条多层缠绕搭接量计算方法，其特征在于，当γ＜arcos(W2/r)^1/2时，Y3通过以下模型计算，

搭接量β通过以下模型计算，

其中γ为窄冠带条的缠绕角度。

6.根据权利要求3-5任一项所述的窄冠带条多层缠绕搭接量计算方法，其特征在于，γ的取值范围为γ＞α，α为最小缠绕角度，α通过以下模型计算，

其中，W1为窄冠带条的缠绕宽度；W3为带束鼓直径；π为圆周率。

7.根据权利要求1所述的窄冠带条多层缠绕搭接量计算方法，其特征在于，窄冠带条宽度W2取值范围5mm～50mm。

8.一种应用权利要求1-7任一项所述的窄冠带条多层缠绕搭接量计算方法的窄冠带条多层缠绕的评价方法，其特征在于，包括如下步骤：

最小缠绕角度计算步骤，最小缠绕角度α通过以下模型计算，

其中，W1为窄冠带条的缠绕宽度；W3为带束鼓直径；π为圆周率；

初始缠绕角度确定步骤，根据γ＞α，选定初始缠绕角度γ0；

搭接量计算模型选取步骤，根据初始缠绕角度γ0，判断γ0与arcos(W2/r)^1/2的大小，根据γ0与arcos(W2/r)^1/2的大小关系选定模型；

搭接量评估步骤，根据搭接量β的计算结果，判断搭接量β是否在要求的范围内；

其中，W2为窄冠带条宽度，r为各个窄冠带条的圆弧段的半径。

9.根据权利要求8所述的窄冠带条多层缠绕的评价方法，其特征在于，所述搭接量计算模型选取步骤，具体为：

当γ₀＝arcos(W2/r)^1/2时，β＝W2-(r-r*sinγ₀)；当γ₀＞arcos(W2/r)^1/2时，β＝r+(r-W2)/sinγ₀)-2r*sinγ₀；当γ₀＜arcos(W2/r)^1/2时，

10.根据权利要求8所述的窄冠带条多层缠绕的评价方法，其特征在于，搭接量β要求的范围为：β≤1/5*W2。

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