185/55R15 82V SUMMER新能源轿车子午线轮胎的设计

2021-07-20薛彬彬陈建军张玉亮

轮胎工业 2021年8期

薛彬彬，陈建军，张玉亮

（山东华盛橡胶有限公司，山东广饶 257300）

近年来，随着民众环保意识的增强和世界各国政府的大力支持，全球汽车工业相继推出了各式各样的新能源汽车，而轮胎行业作为汽车工业的重要组成部分也迎来了新的挑战与机遇。

新能源汽车是指采用非常规的车用燃料作为动力来源或采用新型车载动力装置，综合车辆的动力控制和驱动方面的先进技术，形成具有新技术、新结构的汽车，主要包括油电混合动力汽车、插电式混合动力汽车、增程式电动汽车、充电式纯电动汽车和燃料电池电动汽车等。普通汽车轮胎并不能完全适配新能源车辆，因此我公司针对新能源汽车配套轮胎市场现况[1-4]，为满足客户需求，设计开发了节能环保型185/55R15 82V SUMMER新能源轿车子午线轮胎，助力新能源领域电动汽车的创新与发展。现将其设计情况介绍如下。

1 主要技术参数

为适应出口的需求，根据GB/T 2978—2014《轿车轮胎规格、尺寸、气压与负荷》，并参照《欧洲轮胎轮辋技术组织标准手册ETRTO（2016）》和《美国轮胎轮辋工程设计手册（2018）》，确定185/55R15 82V SUMMER新能源轿车子午线轮胎的主要技术参数为：标准轮辋 6.0J，充气外直径（D′） 585（579～591） mm，充气断面宽（B′）194（187～201） mm，标准充气压力 250 kPa，标准负荷 475 kg。

2 结构设计

2.1 外直径（D）和断面宽（B）

由于SUMMER新能源轿车子午线轮胎冠部具有周向不易伸张的带束层箍紧胎体的特点，充气后轮胎的外直径膨胀较小，一般为2～4 mm，有时还略有减小，故D取值一般与标准值相等或稍小。因此综合考虑，结合现有成熟生产工艺，本设计D取582 mm，外直径膨胀率为1.005。

考虑到SUMMER新能源轿车子午线轮胎充气后B的变化受较多因素的影响，且由于带束层的箍紧程度会直接影响断面轮廓形状，带束层帘线排列角度越小，长度越小，则带束层箍紧程度越大，使轮胎充气后D减小，而B增大，因此B的取值要综合考虑。本设计B取199 mm，则断面膨胀率为0.975。

2.2 行驶面宽度（b）和弧度高（h）

b和h是决定轮胎胎冠形状的主要参数。行驶面的形状对胎面的耐磨性能、牵引性、转向性及生热等使用性能有直接影响，本设计增大b与h比值，参考欧洲和美国轮胎轮辋工程设计手册中相应轮胎系列的轮辋宽度系数及轮辋宽度范围值来选取，且考虑SUMMER新能源轿车子午线轮胎使用的特殊性，本设计b取150 mm，则h取8 mm，故b/B为0.75，h/断面高（H）为0.07。

2.3 胎圈着合直径（d）和着合宽度（C）

由于SUMMER新能源轿车子午线轮胎为无内胎设计，应充分考虑采用轮胎与轮辋过盈配合，同时d的取值应满足轮胎装卸方便和着合紧密的要求。一般情况下，d取值应比轮辋直径小1～2 mm。本设计轮辋标定直径为380.2 mm，故d取379 mm。C的选取可参考轮辋宽度与B的比值和胎圈宽度与轮辋宽度之间的差值来确定，但其差值不宜太大，约为12.7 mm（0.5英寸），故C取165 mm。

2.4 断面水平轴位置（H1/H2）

断面水平轴位于断面最宽点，是轮胎充气后法向负荷下变形最大的位置[5-6]。子午线轮胎断面最宽点位置高于中心轴时，轮胎的变形落在水平轴以上，以减小下胎侧区域的应力和胎圈应力；断面最宽点位置低于中心轴时，轮胎的变形落在水平轴以下，以减小上胎侧及胎面区域的应力。对于SUMMER新能源轿车子午线轮胎，H1/H2一般为0.8～1.1，本设计H1/H2取0.935。

轮胎断面轮廓如图1所示。

2.5 胎面花纹

胎面花纹是轮胎设计的重要组成部分，花纹结构直接影响轮胎的使用寿命和性能，考虑到SUMMER新能源轿车子午线轮胎使用的特殊性，胎面花纹采用4条非对称性纵向主沟槽花纹设计，可具有良好的排水性能，同时拥有卓越的抓着力和操纵性；并辅以细密的沟槽和钢片，有效降低了噪声并提高了干湿地路面的抓着力，花纹深度为8 mm，花纹周节数为68，花纹饱和度为64.4%。

轮胎胎面花纹展开如图2所示。

图2 轮胎胎面花纹展开示意

3 施工设计

3.1 胎面和胎侧

胎面采用溶聚丁苯橡胶和含白炭黑配方，既提供优异的抗湿滑性能和低滚动阻力，更保证高速操纵性能[7-8]。根据胶料的流动性及成型工艺特点，一般要使半成品在成型设备上容易接头且能箍紧，不易滑动，故本设计胎面长度为1 735 mm。

胎侧采用耐屈挠和耐老化性能较好的胶料。在胎侧设计方面，一般胎侧宽度比断面高大20～30 mm，胎侧长度比成型鼓周长大10～20 mm，故本设计胎侧长度为1 145 mm，宽度为90 mm。

3.2 带束层和冠带层

带束层是轮胎受力的主要部分，同时对轮胎的高速耐久性能及使用寿命起着重要的作用。本设计带束层由2层3×0.30HT OC开放型钢丝帘线组成，交叉排列，再结合安全倍数计算及生产工艺，1#和2#带束层密度为75根·dm-1；冠带层采用1层低收缩的930dtex/2锦纶66浸胶帘布，可有效抑制带束层变形，且满足轮胎的高速度级别要求。

3.3 胎体

胎体采用1层1500dtex/2 DSP聚酯浸胶帘布，帘布压延在S型四辊压延机上进行，压延后覆胶总厚度为1.3 mm，安全倍数为20，帘布裁断角度为90°，可有效减少轮胎充气胎体反包不平现象，且满足设计要求。

3.4 胎圈

钢丝圈采用Φ1.30HT低锡回火胎圈钢丝，排列方式为4-5-4，单根缠绕法生产，胎圈安全倍数为6.7，从而将轮胎固定在轮辋上，同时可以有效地支撑车辆的负载。

3.5 成型

成型采用全自动半钢一次法成型机，冠包侧生产工艺。成型鼓宽度为342 mm，成型鼓周长为1 137.3 mm，满足设计要求。

3.6 硫化

硫化采用半钢子午线轮胎1 219.2 mm（48英寸）双模B型热板式硫化机，硫化工艺为氮气定型硫化，硫化条件为[9-10]：高压蒸气温度 197～203℃，热板和外壳温度 176～180 ℃，高压氮气压力 2.35～2.65 MPa，高压蒸气压力 1.6～1.8 MPa，总硫化时间 12 min。硫化后成品轮胎的外观整洁，无质量缺陷。