沈阳化工大学学士学位毕业设计 第一章 文献综述
1.2.1 轮胎的组成
轮胎一般又外胎、内胎、垫带组成，有些情况下如果是一条无内胎轮胎，那么就只有外胎。外胎是轮胎设计最为复杂、生产工艺最多的产品，外胎的组成包括胎面、胎体、胎圈三部分。如图1-1是轮胎与轮辋装配断面图，图1-2所示为外胎各部位的组成。
图1-1 轮胎与轮辋装配断面图
图1-2 外胎各部位的组成
1.2.2 轮胎的分类
从不同角度可对轮胎进行不同的分类，通常分类包括按照骨架结构分类、按照用途及国际标准进行分类、按照不同车辆进行分类等。
1.2.3.1 按照结构分类
根据轮胎骨架材料的排布情况，轮胎可分为斜交轮胎、带束斜交轮胎、子午线轮胎。斜交结构轮胎是历史最悠久的一种结构，设计理论、生产工艺较为成熟，随着汽车及轮胎工业的发展，出现了子午线轮胎和带束斜交胎。
1.2.3.2 按照用途及国际标准分类
轮胎按照国际标准一般分为轿车轮胎、载重轮胎、农业轮胎、工程轮胎、特种车辆轮胎、航空轮胎、摩托车胎和自行车胎。每一种轮胎都有相应的标准对其规范，确定各种类和规格的相应指标。
1.2.3.4 按照使用车辆分类
不同用途的车辆使用的轮胎种类是不同的，PC—轿车轮胎；LT—轻型载货汽车轮
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胎；TB—载货汽车及大客车胎；AG—农用车轮胎；OTR—工程车轮胎；ID—工业用车轮胎；AC—飞机轮胎；MC—摩托车轮胎。[1]
1.2.3.4 其他分类方法
其他分类方法包括活胎面轮胎、低断面轮胎、宽断面轮胎、拱形轮胎、反弧轮胎、无内胎轮胎、安全轮胎。
总的来说，当前随着汽车制造和交通运输部门对轮胎要求日益苛刻，安全舒适的耐用等问题日益突出。为此，轮胎结构趋势是三化一体。三化是子午线化、无内胎化、低断面化。一体是三化共同实施于一条轮胎上。[2]
1.3 轮胎的历史与发展
轮胎是汽车的主要部件之一，是汽车的腿。最早的轮胎是由木头制造的，这从我国古代的战车上和国外的绅士马车上都能看出。后来，哥伦布在1493-1496年第二次探索新大陆到达西印度群岛中的海地岛时，发现了当地小孩所玩的橡胶硬块。他把这个奇妙的东西带回了祖国，若干年以后，橡胶得到了广泛的应用，车轮也逐渐由木制变成了硬橡胶制造。但这时的橡胶轮胎却还是实心的，走起来还很不舒服，而且噪声也很大。
1845年美国人发明了用橡胶和皮革制成的简易充气轮胎，并装在马车上，第一条充气轮胎诞生。
1888年英国人邓录普制造了第一批充气轮胎，不久又制造出带有气门嘴的充气轮胎。
1890年巴特莱先后解决了内胎、钢丝圈，使轮胎可箍紧在轮辋上。
1892年，帘线的出现（骨架材料），这是轮胎发展史上重大的突破。轮胎使用帘线作为骨架材料的发明。
1895年出现了汽车，由于汽车的出现，开辟了充气轮胎的使用范围。1895年制造出汽车用样品轮胎。
1899年生产出小型汽车轮胎，但只能在好路面上行驶。
1908年—1912年这个时期轮胎开始有了几个显著的变化：开始了轮胎花纹的历史。增加了轮胎断面宽，允许采用较低的气压，以获得较好的缓冲性能。
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1913年以后的十多年中，又发明了帘线、瓦斯炭黑和无机、有机等配合剂，并相继用于轮胎生产，轮胎制造工艺日趋完善，产量与日俱增，这一时期可称为轮胎工业发展的初期。后来，又出现了人造丝，新型轮胎骨架材料的出现，使轮胎的强度增加，负荷能力提高，使用寿命长。
1938年，又研制了钢丝帘线并用于生产轮胎，称为“钢丝胎”。
1942年，又发现了尼龙纤维帘线，由于高强力的帘线的出现，大大地推动了轮胎结构的重大改进。
1913年，英国的格雷和斯洛伯发现了子午胎并申请了专利。 1930年，米其林制造了第一个无内胎轮胎； 1946年，米其林又发明了举世闻名的子午线轮胎。 1948年，法国米西林首先生产制造出子午胎。[3] [4]
1.4 中国轮胎的现状及前景
中国轮胎生产已有70多年的历史。在1950年前,轮胎年产量不足3万条；到1980年,轮胎产量已达到1146 万条, 基本是斜交轮胎；2003 年,全国轮胎产量约为1. 6亿条, 子午线轮胎产量为7600 万条( 其中全钢载重子午线轮胎1117万条),全国轮胎子午化率为47.5%。中国对子午线轮胎的研发始于20世纪60年代中期, 形成规模的产业化生产始于90年代初期。随着中国汽车工业的快速发展和高速公路的迅速增加,1990-2000 年,子午线轮胎产量年均增长率达40%；2000-2003年,子午线轮胎产量的年均增长率仍保持在28%, 其中钢载重子午线轮胎产量2002和2003年的增长率分别达到和超过60%。轮胎的规格、品种基本能满足目前国内市场的需求和部分出口需求。中国轮胎出口逐年增加,目前约有总产量30%的轮胎销往欧、美、澳、中东、东南亚等地区。子午线轮胎的发展大大带动了国内轮胎橡胶机械和原材料行业的发展。在中国,子午线轮胎已成为较完整、较先进的新兴产业。由于中国轮胎与其它橡胶制品生产的迅速增长，中国已成为世界第一耗胶大国。轮胎需求的预测，以2010年汽车总产量为1000万辆,其中轿车600万辆计,目前汽车保有量为2480 万辆,据预测,2010年国内轮胎的需求量约为2.1亿条,以出口5000万条。
据推测2015年轮胎总需求量预计为60681万-78489万条,其中子午线轮胎51716万-67982万条,子午化率约为85%-86%,今后5年内年均增长速率为12.95%-19.65%,子午
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线轮胎年均增长速率为12%-20%；汽车轮胎总需求量为39628万-53432万条,子午化率达到91%-92%；工程机械轮胎需求量为1053万条,其中子午线轮胎达423万条,子午化率40%,巨型工程机械轮胎3万条,全部为子午线轮胎,子午化率达100%；农业轮胎需求量为5000万条,其中子午线轮胎为800万条,子午化率达16%; 轮胎出口量为1.5亿-1.9亿条,其中子午线轮胎为13799万-17485万条,子午化率达92%。出口量宜控制在总生产量的25%左右。
今后中国轮胎工业将向高技术、高质量、高效率、低能耗、多产品种方向发展，子午线轮胎要提高生产技术水平，使子午线轮胎能够大规模生产，早日进入先进行列。
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1.5 子午线轮胎简介
子午线轮胎胎体的帘线排列不同于斜交轮胎，子午线轮胎的帘线不是相互交叉排列的，而是与外胎断面接近平行，像地球子午线排列，帘线角度小，一般为0°，胎体帘线之间没有维系交点，当轮胎在行驶过程中，冠部周围应力增大，会造成周向伸张，胎体成辐射状裂口。因此子午线轮胎的缓冲层采用接近周向排列的打交道帘线层，与胎体帘线角度成90°相交70°到78°，形成一条几乎不能伸张的刚性环形带，把整个轮胎固定，限制轮胎的周向变形，这个缓冲层承受整个轮胎60%到70%的内应力，成为子午线轮胎的主要受力部件，故称之为子午线轮胎的带束层。斜交胎的主要受力部件不在缓冲层上，其80%到90%的内应力均由胎体的帘布层承担。由此可见，子午线轮胎带束层设计很重要，必须具有良好的刚性，可采用多层大角度，高强度而且不易拉伸的纤维材料，如钢丝或者玻璃纤维等。[7]
1.5.1 子午线轮胎性能特点
子午线轮胎的结构特点决定了它在使用中比斜交轮胎具有如下使用特性： （1）节省燃料，滚动阻力小。节省燃料是子午线轮胎最主要的优点之一。汽车行驶中轮胎所消耗的功率要占汽车发动机的输出功率的30%～40%。轮胎消耗的功率大小是受轮胎滚动阻力影响的。轮胎的滚动阻力90%是由其结构和材料之间的摩擦（滞后损失）引起的。而5%～10%是由轮胎与路面之间的摩擦引起的。子午线轮胎的滚动阻力比斜交轮胎小20%～35%，因而在使用中消耗功率也小，可以节约汽油
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4%～10%。一条子午线轮胎从新胎到报废，可比斜交胎节油210kg，六条轮胎（即六轮汽车）就能节约油料1.26t。
（2）胎面耐磨，行驶里程高。子午线胎由于冠刚性大，周向变形小，胎面着地面积大，压强小，因而减少了胎面滑移；以及摩擦小，生热低等因素，使胎面耐磨耗，与斜交胎比较子午线胎可提高行驶里程20%～30%。
（3）生热低、适用于高速长时间行驶。由于子午线胎内摩擦小、行驶中产生的热量低，以及胎体帘布层数少、散热快，因而行驶温度可比斜交胎低30%～40%。于是减少了轮胎破坏的可能性，为高速行驶创造了条件。其次，基于它的结构特点，子午线轮胎越是在较好路面、较高速度下行驶，节油效果越大，操纵稳定性越好。
（4）抓着力大，通过性能好。与斜交轮胎比较子午线轮胎着地面积大，对地面的单位压力小。在硬路面和软路面上的抓着力纵向比斜交胎大10%～20%。侧向约大50%，通过性能大大提高。特别是在湿滑和冰雪路面上子午线轮胎防侧滑性能好。
（5）缓冲性能好，减少汽车机件的损坏，乘座舒适。子午线胎胎体帘线呈零度排列。因而侧部刚性低，缓冲性能好，减少了汽车行驶时的震动而引起的机件损坏。据统计，装用子午胎的汽车弹簧钢板寿命比装斜交胎提高一倍左右。缓冲性能好，客车装用子午胎，乘坐舒适。
（6）耐刺扎，修补费用少、行驶安全。子午线胎有坚固的钢丝带束层，以及对地面的单位压力小，在行驶中不易被刺穿、减少了修补时间和费用，增加行驶的安全性。
（7）通过性能好。因为子午胎接地面积大，刚性强，抓着性能好，所以在泥泞路面、雪地打滑少，通过性能好。 子午胎的主要缺点：
（1）因为子午胎侧向刚性差，所以使用中侧向稳定性差，车速较快时方向有发飘感觉，胎侧变形大所受应力大。
（2）胎侧、胎圈易裂口，低速噪声大；
（3）成型复杂、部件多，精确性要求高，因而成型效率较低。
1.5.2 子午线轮胎的发展 1.5.2.1 总体发展概况
1892年,法国米其林公司发明了一种可以拆卸的充气橡胶轮胎,给轮胎修理带来
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