第一節(jié) 輪胎概述
一、輪胎的概念、分類、組成與標(biāo)識(shí)
(一)概念與分類
輪胎是汽車、工程車、拖拉機(jī)、飛機(jī)的主要部件，是由彈性體和骨架材料組成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)體。其主要功能是支撐車輛重量，傳遞牽引力、轉(zhuǎn)向力和制動(dòng)力，并吸收道路不平所產(chǎn)生的震動(dòng)。
輪胎按工作原理不同可分為實(shí)心輪胎和充氣輪胎。按組成又可分為有內(nèi)胎和無內(nèi)胎兩種，其中有內(nèi)胎輪胎由外胎、內(nèi)胎和墊帶組成。外胎由胎面、胎體和胎圈三大部分組成。按照輪胎結(jié)構(gòu)可分為子午線輪胎和斜交輪胎。子午線輪胎的胎體骨架材料呈子午線方向排列，并采用剛性的帶束層結(jié)構(gòu)。根據(jù)帶束層和胎體使用的簾線材料不同，子午線輪胎又可分為三種:
胎體和帶束層全部采用鋼絲簾線，稱為全鋼子午胎，鋼絲胎體通常只有一層;胎體用纖維材料，如尼龍、聚酯、人造絲等，而帶束層用鋼絲簾線的稱為半鋼子午胎;胎體和帶東層全用纖維材料的子午胎稱為全纖維子午胎。
斜交輪胎胎體由簾布層和緩沖層組成，簾布層由多層掛膠簾布按一定角度貼合而成，緩沖層是位于胎面和簾布層之間的多層掛膠簾布。
輪胎按照用途分類又可分為工程機(jī)械輪胎、載重輪胎、輕卡輪胎、轎車輪胎、航空輪胎等，每種輪胎因使用性能要求不同，結(jié)構(gòu)和配方各不相同。
(二)組成
通常輪胎由如下幾大部件組成。
1.胎面
胎面是輪胎與地面接觸的部件，很多重要的輪胎使用性能要靠胎面膠體現(xiàn)。因此胎面應(yīng)具有較高耐磨性，以提高輪胎行駛里程;胎面還應(yīng)具有盡可能低的滾動(dòng)阻力和高的抗?jié)窕裕瑥亩档陀秃牟⑻岣甙踩?胎面膠應(yīng)具有高強(qiáng)度，以抵抗不同路面作用;因?yàn)檩喬ヌス诤芎瘢ッ婺z應(yīng)盡量采用低生熱配合。而對(duì)于有特殊用途的輪胎，如越野胎、工程胎等還應(yīng)具有抗刺扎性和抗崩花掉塊性。胎面是輪胎十分重要的部件，性能要求很高，但橡膠材料的某些性
能往往相互矛盾，就目前材料科學(xué)和配合技術(shù)的發(fā)展水平而言，一種配合滿足所有要求不可能實(shí)現(xiàn)，所以胎面膠必須從使用條件和用途出發(fā)，進(jìn)行有針對(duì)性的設(shè)計(jì)。
2.胎側(cè)
胎側(cè)部件主要起保護(hù)胎體的作用。輪胎在使用過程中胎側(cè)部位承受持續(xù)不斷的屈撓疲勞，變形很大。同時(shí)胎側(cè)又是直接暴露于陽光、空氣和雨水等介質(zhì)中，因此是耐老化性能和耐疲勞性能要求最高的部件。
3.帶束層
帶束層是子午線輪胎主要受力部件，除極少數(shù)輪胎采用高模量纖維簾線外，一般均為鋼絲骨架材料。因帶束層承受巨大剪切應(yīng)力，膠料應(yīng)具有高定伸、高強(qiáng)度，并與鋼絲簾線實(shí)現(xiàn)良好黏合。
4.胎肩墊膠
載重輪胎尤其是全鋼載重輪胎，胎肩部位是從柔軟的胎側(cè)到剛性的胎冠的過渡區(qū)域，在行駛過程中應(yīng)變最明顯，最容易產(chǎn)生應(yīng)力集中。同時(shí)胎肩部位位于輪胎內(nèi)部，是使用中生熱最高的部位。在帶束層下設(shè)計(jì)胎肩墊膠目的是緩解肩部應(yīng)力集中，避免疲勞破壞。肩墊膠要求高彈性、低生熱。高性能轎車輪胎為提高成型效率，通常采用冠包側(cè)工藝。柔軟的胎側(cè)代替肩墊膠深人到帶束層下，可以省去肩墊膠部件。
5.胎體膠
不論是全鋼子午胎的鋼絲胎體還是半鋼子午胎的纖維胎體，亦或是斜交輪胎的簾布層在輪胎使用過程中都會(huì)承受較大的應(yīng)變，尤其是子午線輪胎胎側(cè)區(qū)域變形很大。胎體膠應(yīng)具有較高強(qiáng)度，較好的耐疲勞、耐熱和抗老化性能， 同時(shí)還應(yīng)與骨架材料具有良好的黏合性。
6.氣密層膠或油皮膠
無內(nèi)胎輪胎在胎里設(shè)計(jì)有內(nèi)村層，除了可以保護(hù)胎體外，還防止輪胎在使用中漏氣。氣密層膠必須具有良好的氣密性，耐老化而且耐疲勞。油皮膠主要適用于有內(nèi)胎斜交胎，出于成本考慮，降低了對(duì)氣密性的要求，單純保護(hù)簾布層。
7.三角膠
斜交輪胎三角膠只起填充作用，對(duì)膠料性能要求不高，往往用一些低成本膠料填充。子午線輪胎由于胎體柔軟而胎圈剛性很大，三角膠不僅僅作為填充膠，還應(yīng)該起到加強(qiáng)胎圈的作用，并在剛性區(qū)與柔性區(qū)之間過渡。一般轎車胎采用單膠芯，膠料硬度非常高。中型及以上載重輪胎一般采用上下復(fù)合膠芯，既保證胎圈部分有足夠剛性，又能合理過渡。下膠芯要求高硬度，而上膠芯要求低生熱、耐屈撓。
8.子口膠
子口膠又稱耐磨膠條，是子午線輪胎胎圈外表面的保護(hù)層，與輪輞直接接觸。因?yàn)樘ト洼嗇y剛性很高，子口膠應(yīng)具有高硬度，還應(yīng)具有一定耐磨性和抗屈撓性。因?yàn)樽涌谀z要求具有規(guī)整的形狀，一般其混煉膠門尼黏度很高，在硫化過程中膠料不易流動(dòng)，尺寸穩(wěn)定。斜交輪胎一般沒有子口膠，而使用子口包布。
9.鋼絲圈膠
鋼絲圈膠應(yīng)與胎圈鋼絲具有良好的黏合性，使覆膠后的鋼絲結(jié)合成整體，還應(yīng)易于壓出，并具有高硬度。
總之，輪胎是由上述部件組成的協(xié)調(diào)統(tǒng)一的整體，在設(shè)計(jì)上不僅要關(guān)注每個(gè)部件的性能，還必須做到整體匹配，具體來講就是各部件的剛性必須符合輪胎受力特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)合理過渡。同時(shí)根據(jù)具體的硫化條件，整條輪胎要達(dá)到硫化速度匹配。
(三)標(biāo)識(shí)
輪胎規(guī)格標(biāo)識(shí)方法有傳統(tǒng)沿用和國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)兩種。傳統(tǒng)沿用法是以用減號(hào)或字母R連接的兩組數(shù)字來標(biāo)記，其中減號(hào)代表斜交輪胎，而字母R代表子午線輪胎，第一組數(shù)字標(biāo)明輪胎斷面寬度，第二組數(shù)字標(biāo)明輪輞直徑。這種標(biāo)記法起源于美國(guó)，故兩組數(shù)字均采用英制單位——英寸來表示，如9.00-20、11R22.5、26. 5R25等。由于輪胎規(guī)格不斷發(fā)展變化，傳統(tǒng)標(biāo)識(shí)法遠(yuǎn)不能適應(yīng)新的要求，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)方法應(yīng)運(yùn)而生。該方法以輪胎斷面寬(mm)、 扁平率(%)、結(jié)構(gòu)代號(hào)(一/R)和輪輞直徑(in) 四項(xiàng)表示，如205/55R16、385/65R22. 5等。
輪胎標(biāo)識(shí)還包含負(fù)荷能力和速度級(jí)別。傳統(tǒng)表示負(fù)荷能力的方法是用棉簾線的層數(shù)，也就是通常所說的層級(jí)表示，隨著新型簾線不斷應(yīng)用，這種表示法被負(fù)荷指數(shù)取代。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)將輪胎全部能預(yù)計(jì)到的負(fù)荷量從小到大依次劃分為280個(gè)等級(jí)負(fù)荷指數(shù)，每個(gè)指數(shù)數(shù)字代表一 級(jí)負(fù)荷能力，其差級(jí)約為3%。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織(ISO)還對(duì)輪胎速度等級(jí)有詳盡規(guī)定，具體內(nèi)容如表3-1所示。
由表3-1所知，輪胎標(biāo)記應(yīng)包括規(guī)格、結(jié)構(gòu)、負(fù)荷和速度，例如：輪胎標(biāo)識(shí)25/55R16 91V表明該輪胎名義斷面寬205mm;名義扁平率55%;為子午線輪胎;名義輪輞直徑16in(1in=0. 0254m);使用負(fù)荷615kgf (1kgf =9. 80665N);使用速度240km/h。
