一种T 型备用轮胎的结构设计

吕永恩 ，张宁 ，朱强 ，李杨 ，李海艳

(1. 山东鲁咨工程咨询有限公司，山东 济南 250013 ；2. 山东丰源轮胎制造股份有限公司，山东 枣庄 277300)

目前越来越多的汽车企业在新车开发时选择T 型临时备胎替代全尺寸备胎，T 型备胎具有可以缩小装备空间、加大行李箱、减轻车重的优点，更为重要的是，T 型备胎成本较低。经过与汽车主机厂多次磋商，决定根据其特定的需求，专门为其设计开发开发T 型备用轮胎，规格型号为：T155/90R16，, 现将T 型备用轮胎的相关设计参数及生产工艺情况表述如下。

1 技术要求

T 型备用轮胎的外直径、T 型备用轮胎的断面宽等结构相关的技术参数，在其设计的过程中参照“ 美国轮胎轮辋协会标准年鉴TRA 2020、美国轮胎轮辋协会工程设计手册TRAEDI 2020、日本机动车辆轮胎制造者协会轮胎标准年鉴JATMA 2020、欧洲轮胎轮辋技术组织工程设计手册ETRTOEDI 2020、中国轮胎轮辋气门嘴标准年鉴 2021” 等国内外标准的要求，最终确定155/90R16 T 型备用轿车子午线轮胎的技术参数为：轮辋选用—— 标准轮辋 4T，T 型备用轿车子午线轮胎的充气外直径（D′）取值685（678～694）mm，充气断面宽（B′）取值152（146～158）mm，T型备用轿车子午线轮胎的充气压力标准为415 kPa，标准负荷为1055 kg，T 型备用轿车子午线轮胎的速度级别符号为 M。

2 结构相关设计参数

2.1 T 型备用轮胎的外直径（D）与 断面宽（B）

T 型备用轮胎的冠部有不易伸张的钢丝带束层箍紧胎体，T 型备用轮胎充气后外直径变化较小，因此T 型备用轮胎的外直径膨胀率（D′/D）非常小，充气后变化不大，根据设计经验，T 型备用轮胎的D设计为683 mm，D′/D设计为1.0029。轮胎断面宽膨胀率的取值受胎体骨架材料、断面高宽比等多因素影响，根据以往的设计经验及我公司的工艺特点，T 型备用轮胎的B设计为161 mm。

2.2 T 型备用轮胎的行驶面宽度（b）和弧度高（h）

T 型备用轮胎的行驶面宽度b和弧度高h的取值决定着T 型备用轮胎的冠部形状，取值的大小与轮胎的类型及花纹形式等条件有关，b与h设计值的调整，可以优化T 型备用轮胎的接地面积形状与大小，提高T 型备用轮胎的制动性能和耐磨性能。经过综合考虑，T 型备用轮胎的b设计为107 m m，h设计为4.95 m m。

2.3 T 型备用轮胎的胎圈着合直径（d）和着合宽度（C）

为使T 型备用轮胎的胎圈与T 型备用轮胎的轮辋配合紧密，T 型备用轮胎的胎圈与轮辋两者间的间隙越小越好，避免发生相对滑移，通常采取过盈设计，同时要考虑到轮胎的装卸，本设计d取401.2 mm ；本次C采用大1.5 in 设计，着合宽度C设计为140 mm。

2.4 T 型备用轮胎的设计轮廓的断面水平轴位置（H1/H2）

T 型备用轮胎的断面水平轴位于轮胎断面最宽点，是T 型备用轮胎充气后法向变形最大的位置，也是其胎体最薄的地方。T 型备用轮胎的断面水平轴位置影响T 型备用轮胎的操控性能和舒适性能，合理的取值，可以有效避免T 型备用轮胎的胎圈和胎肩部位过早损坏，T 型备用轮胎的H1/H2的设计为1.039。

本设计轮胎断面外轮廓见图1。

2.5 T 型备用轮胎的胎面花纹

T 型备用轮胎花纹设计的是否合理，对T 型备用轮胎的使用性能和寿命直接关联。综合考虑胎面花纹对汽车耐磨性能、抗湿滑性能、噪声等多方面性能的影响，本次胎面花纹设计采用直线型纵向主花纹沟和横向花纹沟主成，该花纹节距为变节距，花纹节数为73 个。T 型备用轮胎的花纹深度设计为3.1 mm，花纹饱和度设计为76.33%。

轮胎胎面花纹见图2。

图2 T 型备用轮胎的轮胎花纹展开示意图

3 T 型备用轮胎的施工设计方面

3.1 T 型备用轮胎的胎面和胎侧设计

T 型备用轮胎的胎面胶采用低滚阻胶料配方。胎面采用三方四块，使用销钉式冷喂料挤出机，挤出的胶部件尺寸稳定，充分发挥胶料的各种性能。

3.2 胎体

胎体帘线采用2 层1000D/2 聚酯帘布，增加了T型备用轮胎的胎体刚性，提高了T 型备用轮胎的抗撞击能力，压延的胎体帘布密度为100，T 型备用轮胎的胎体的安全倍数为11。

3.3 带束层部件的设计

根据T 型备胎的使用情况，综合考虑轮胎的行驶稳定性能和抗刺扎性能，T 型备用轮胎的带束层设计为2 层，所用的钢丝帘线型号为：2+2×0.30 NT。

3.4 T 型备用轮胎的钢丝圈

T 型备用轮胎的钢丝圈部位，使用的钢丝为：镀锌铜回火高强度胎圈钢丝，直径是1.295 mm，T 型备用轮胎的胎圈钢丝覆胶后直径为1.60 mm。

3.5 T 型备用轮胎的成型工艺参数

T 型备用轮胎，使用全自动一次法成型机进行胎胚生产，成型的生产方式为冠包侧，一般情况下聚酯帘线的伸张系数1.02～1.03，本次帘线假定伸张值取1.025，机头直径为390 mm，机头宽度为385 mm。

3.6 T 型备用轮胎的硫化工艺参数

T 型备用轮胎的硫化过程使用的设备是双模液压硫化机，工艺是绿色轮胎生产工艺—— 氮气硫化，工艺设定的蒸汽压力为（1.6±0.1）MPa，工艺设定的氮气压力为（2.2±0.1）MPa，工艺设定的硫化温度（177±2）℃。工艺设定的硫化时间为10.5 min，

4 T 型备用轮胎的成品性能

4.1 T 型备用轮胎的充气外缘尺寸

T 型备用轮胎的外缘尺寸性能，按国家标准GB/T 521—2012 所规定的的测试方法进行测量，首先将其安装于标准轮辋上，并冲入标准气压，而后测量其外缘尺寸。T 型备用轮胎的D′ 和B′ 测量得到的数值分别为685 和153 mm，符合设计要求。

4.2 T 型备用轮胎的强度性能

T 型备用轮胎的强度性能，按国家标准GB/T4502—2016 所规定的的测试方法进行测量。首先冲入标准气压，充气压力为360 kPa，测试使用的压头直径19 mm，试验结果表明，轮胎破坏能601 J，为标准值（295J）203.7%，符合国家标准要求。

4.3 T 型备用轮胎的脱圈阻力

T 型备用轮胎的脱圈阻力性能，按国家标准GB/T4502—2016 所规定的的测试方法进行测量。首先冲入标准气压，充气压力为360 kPa，压块水平轴距离251 mm，试验结果表明，T 型备用轮胎的脱圈阻力测试值为19521 N，符合国家标准（≥11120 N）要求。

4.3 T 型备用轮胎的耐久性能

T 型备用轮胎的耐久性能，按国家标准GB/T4502—2016 所规定的的测试方法进行测量。首先冲入标准气压，充气压力为360 kPa，试验速度80 km·h-1。T 型备用轮胎累计行驶34 h 后，按照此试验条件继续进行试验，T 型备用轮胎累计行驶50 h, 其耐久性能符合国家标准。

4.4 T 型备用轮胎的高速性能

T 型备用轮胎的高速性能，按国家标准GB/T4502—2016 所规定的的测试方法进行测量。首先冲入标准气压，充气压力为415 kPa，试验负荷为标准负荷的80%，通过国家标准后，以试验速度每10 min递增10 km·h-1继续进行试验，试验结果表明，T 型备用轮胎累计行驶105 min, 试验结束时行驶速度为170 km·h-1。T 型备用轮胎的高速性能符合国家标准要求。

5 结语

公司开发的T 155/90R16 备用轿车子午线轮胎经过测试，其外缘尺寸（充气状态下）、强度性能、脱圈阻力、高速性能和耐久性能等里程试验性能，均满足国家标准要求，并通过国家强制检验，轮胎提供给汽车制造企业进行测试，通过了对方的检测，为成功配套打下坚实的基础了，有利于公司知名度的提升，未来将创造较好的经济效益。