午线轮胎结构设计方法资料.ppt

一、?轮胎是一个由橡胶材料和基复合材料构成的复杂结构体,充气轮胎所承受的负荷包括内压负荷、外力机械负荷和热负荷,本文从力学角度出发,不考虑热负荷。?轮胎的内压负荷是指施加于轮胎内表面的、均匀的、沿外法线方向的压强。内压负荷在轮胎正常行驶时占轮胎所承受负荷的绝大部分,动负荷则叠加于内压负荷之上。?子午线轮胎的胎体帘线呈子午向排列,采用具有抗屈挠刚性的带束缓冲结构。带束层决定了子午线轮胎的形状和轮胎构件中由内压引起的初始应力。可以认为:带束层是子午线轮胎中的主要受力部件。?由于轮胎几何形状复杂、组件构成不均匀以及大变形的特点,要准确描述内压应力是相当困难的。尽管在斜交轮胎中应用薄膜理论和网格分析取得了一定的成功,但对子午线轮胎而言,这些方法在带束区域是不正确的。因为不同帘布层里的帘线之间的负荷分布难以确定, 这种结构是超静定的,大多数经典板壳理论不能直接应用于轮胎分析。?有限元分析虽然是一种比较有效的工具,但作为一种数值计算方法只能作为分析的辅助工具。?在计算子午线轮胎内压应力时最好能有一套比较适用的解析或半解析的分析方法来刻画出轮胎的力学本质。?要计算带束层的内压应力,首先要知道带束层的接触压力。? F. 波姆引入的内压分担率函数 g(s) 的概念,并以 g(s) 为函数变量导出了子午线充气平衡轮廓的解析表达式。? F. 富朗克在解析子午线轮胎的断面形状时,则采用胎面中心的曲率半径代替 g(s) 作为变量。并相应带束作用提出了“箍紧系数”的概念: 其中, H 0:无带束时充气子午线轮胎的断面高度; H ′:有带束时充气子午线轮胎的断面高度。?箍紧系数是轮胎力学分析中一个比较重要的参数, 从力学角度而言,使用箍紧系数作为函数变量推导出带束内压应力的泛函解析式是相当困难的。?针对上述情况,我们作出以下假设: ?假设 1:轮辋点以上的子午线轮胎充气断面内轮廓曲线是一段椭圆弧。?事实证明,用椭圆弧进行近似计算具有相当的有效性和准确性。而且由于讨论的对象是充气平衡轮廓,使用虚功原理可以很方便地推导出子午线带束周向内压应力的解析表达式。第二节物理分析? F. 波姆和 F. 富朗克的研究分别得到了充气子午线轮胎断面几何形状的解析表达式,但其研究不仅烦琐,而且可能无法满足精度要求,所以我们结合轮胎结构的具体情况,补充 2点假设: ?假设 2:充气断面内轮廓周长在轮胎变形过程中保持不变。?假设 3. 充气断面内轮廓曲线形状在变形前后均可用椭圆弧进行描述。先将本文中涉及的一些数值和符号加以说明,见图1。其中: r k:胎里半径 r c:轮辋点半径 a:椭圆内轮廓曲线径向半径 b:椭圆内轮廓曲线横向半径 c:轮辋半宽 r m:零点半径 R:轮辋点以上椭圆弓形面积形心点半径 R D:支撑带束层的胎体宽度边缘点半径?b d:支撑带束层的胎体轴向半宽?m: m= r k - r c?n:椭圆底部到轮辋点的距离?p:充气内压? g(s) :带束层内压分担率?N:胎体帘线总根数?T b:带束层周向内压总应力?T B:钢丝圈周向内压总应力?T C:胎体单根帘线张力第三节受力分析?1. 总体分析?轮胎充气平衡时,内压P垂直作用于胎腔内壁,轮辋点 C′受到几何约束固定不动;胎冠区有效支撑宽度的范围内的胎体受到带束层箍紧力的约束。视接触压力为主动力, 则子午线轮胎充气平衡时所受主动力作用如图 2所示。