《橡膠制品復習提》PPT課件.ppt

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1 層級plyrating在規(guī)定的使用條件下 輪胎所能承受的最大負荷的特定強度標記 它不代表輪胎簾布層的實際層數(shù) 相當于棉簾線的骨架材料層數(shù) 2 零點半徑datumradius輪胎按規(guī)定充氣后 從輪胎旋轉軸中心到斷面最寬點之間的距離 3 胎冠簾線角度crowncordangle輪胎胎冠周向中心線與胎冠部位的胎體簾線排列方向所構成夾角的余角 4 簾線密度cordsdensity輪胎各部件的簾布 沿垂直于簾線方向每lOcm寬度所含的簾線根數(shù) 5 自由半徑 輪胎在自由狀態(tài)下 不承受負載 輪軸中心線至胎面的距離 名詞解釋 6 動半徑 輪胎在負荷行使中 當傾角為零度時 從輪軸中心到支撐面的距離 7 法向形變 在法向負荷作用下 輪胎發(fā)生斷面寬增加和斷面高減小的形變 一般用壓縮系數(shù)K來表示 K r0 rc H 其中r0為自由半徑 rc為靜半徑 H 為標準氣壓下輪胎的充氣斷面高 8 側向變形 輪胎在轉向行駛或是在橫向坡上行駛過程中 由于側向力的作用 使輪胎斷面發(fā)生傾斜的變形 9 周向變形 輪胎在驅動過程中 由于法向負荷的作用 使輪胎斷面發(fā)生扭曲的變形 變形主要發(fā)生在輪胎的下半圓周 對稱于輪胎的垂直直徑 周向形變使輪胎行駛一周的距離小于輪胎胎面的長度 產生滑移摩擦 10 簾線假定伸張值 是簾線在定型 硫化工序所發(fā)生的伸張 1 L Lc 即成品兩鋼絲圈底線間簾線長度與半成品兩鋼絲圈底線間簾線長度的比值 1過小 硫化時伸張不夠 容易彎曲 脫層 1過大 簾線伸張大 胎圈位移 鋼絲圈底余膠多 1范圍為1 03 1 05 11 外胎制造工藝伸張值 指外胎在成型 定型 硫化等一系列加工工藝過程中其胎里直徑的變化值 12 斷面水平軸 通過斷面最寬點位置的直線 它是負荷下法向形變最大的部位 用H1 H2來表示 H1 胎圈底部到水平軸距離 H2 胎冠頂點到水平軸距離 13 負荷指數(shù)loadindex在規(guī)定的使用條件下 輪胎按照速度符號標明的速度行駛時 所能承受的最大負荷 速度在210km h以上的轎車輪胎和摩托車輪胎除外 的數(shù)字代號14 負荷能力loadcapability在規(guī)定的使用條件下 輪胎所能承受的最大負荷 15 自由半徑freeradius無負荷旋轉輪胎的輪軸中心至胎面中心的距離 16 動負荷半徑dynamicloadedradius輪胎在負荷下行駛且傾角為零時 從輪軸中心至支撐平面的垂直距離 1支撐車輛重量2傳遞各種力 牽引力 轉向力 制動力 3吸收因道路不平產生的震動 輪胎的作用 一有內胎輪胎的組成及作用外胎 固著于輪輞上 與路面接觸 承受內胎充氣壓力與車輛載荷 阻止內胎充氣后膨脹 保護內胎免受機械損壞 內胎 裝于外胎與輪輞之間環(huán)形膠筒 充入空氣后可以支撐和分散載重 墊帶 安裝于內胎和平底輪輞之間 保護內胎不受磨損和擠壓 第一節(jié) 輪胎的組成和作用 1 外胎的組成及作用胎體 簾布層 緩沖層胎面 胎面膠 上層冠部膠 下層基部膠 緩沖地面?zhèn)鲗У恼駝雍蜎_擊 胎側膠胎圈 鋼絲圈 三角膠條 胎體簾布層 包邊包布 緩沖層 增加胎冠強度 加強胎面與胎體粘合 承受和分散沖擊力 振動和剪切力 其構造因胎體簾布層結構 輪胎規(guī)格而異 簾布層 輪胎骨架 承受內壓負荷 牽引力 轉向力 制動力 由數(shù)層掛膠簾布構成 胎面膠 上層冠部膠 下層基部膠 緩沖地面?zhèn)鲗У恼駝雍蜎_擊 胎側膠 從側部保護胎體簾布層 使之免受高障礙物損傷胎圈 將輪胎固著于輪輞之上 由鋼圈 三角膠條 胎體簾布層及其包邊包布構成 鋼絲圈 給胎圈提供必要的強度與剛度 9 輪胎組成及外胎斷面結構示意圖 2 緩沖層 3 簾布層 6 鋼絲圈 5 三角膠條 4 胎側膠 1 胎面膠 斜交胎 外胎斷面結構示意圖 輪胎組成 5 10 二按結構不同分類 k為決定因素 胎冠角 k 胎體簾線和胎冠中心線垂線夾角 2子午胎優(yōu)點及缺點 減震性好 胎體簾線呈子午排列 和輪胎變形方向相一致 有效利用了簾線強度 故可減少簾布層數(shù)和橡膠用量 與斜交胎相比簾布層數(shù)少40 50 橡膠用量可減少20 輪胎重量可減輕5 8 胎體薄 柔軟 舒適減振性好 耐磨性好 帶束層周向排列 加固胎冠 周向不能伸長 極大減少滾動過程中胎面與路面間滑移磨察 故耐磨性好 與斜交胎相比耐磨性提高 抓著性好 簾布層數(shù)少 胎體軟 下沉大 胎面與路面接觸面積大 壓力分布均勻 同時胎面周向滑移小 故抓著性好 與斜交胎相比抓著性提高10 50 行駛溫度低 胎體簾線子午排列 消除交叉排列層間剪切移動 消耗能量少 生熱低 簾布層數(shù)少 胎側薄便于散熱 使用壽命長 與斜交胎相比 使用壽命長50 100 子午胎缺點 側向穩(wěn)定性差 胎側易裂口 1有內胎輪胎 結構組成 外胎內胎墊帶 三按有無內胎類 一有內胎輪胎的組成及作用外胎 固著與輪輞上 與路面接觸 承受內胎充氣壓力與車輛載荷 阻止內胎充氣后膨脹 保護內胎免受機械損壞 內胎 裝于外胎與輪輞之間環(huán)形膠筒 充入空氣后可以支撐和分散載重 墊帶 安裝于內胎和平底輪輞之間 保護內胎不受磨損和擠壓 2無內胎輪胎 1 結構組成 外胎2 結構特點 不使用內胎 空氣直接充入外胎內腔中 胎圈外側有環(huán)形溝紋或其他形狀密封膠層 著和直徑小 外胎緊密著和在專門輪輞上好 外胎內表面有專門內貼層 用以增加氣密性 3 性能特點 行駛安全性高 胎體軟 改善緩沖性能 高速行駛下生熱小 工作溫度低 使用壽命長 此外 輪胎重量輕 節(jié)省原材料 降低耗油量 缺點 對輪輞要求高 第四節(jié) 輪胎規(guī)格的表示方法 一 傳統(tǒng)命名法1 B d BRd B 外胎名義斷面寬 d 名義輪輞直徑 斜交胎 R 子午胎 單位 英寸 低壓胎表示方法 單位 英寸 例如 小客車輪胎 載重輪胎 工程機械輪胎和農業(yè)機械輪胎等 例35 14 35R14 35英寸外胎名義斷面寬 14英寸 輪輞直徑 斜交胎 R 子午胎 2 D B D 外胎外直徑 B 外胎斷面寬 高壓胎表示方法 單位 英寸 馬車胎是高壓輪胎 例46 18 46英寸 外胎外直徑 18英寸 外胎斷面寬 3 D B D 外胎外直徑 B 外胎斷面寬 超低壓胎表示方法 單位 毫米 如1140X7004 B d B 外胎斷面寬 d 輪輞直徑 歐洲國家的低壓胎表示方法 單位 毫米 例185 400 185 外胎斷面寬 400 輪輞直徑 相當于我國7 50 16的輪胎 二 ISO國際標準表示法例 1 195 60R1485H 195 外胎斷面寬單位 mm 60 扁平率H B 60 R 子午胎 14 輪輞直徑 85 載荷指數(shù) H 速度標記 235 80R22 5137 140M 235 外胎斷面寬 80 扁平率H B80 R 子午胎 22 5 輪輞直徑 137 雙胎負荷使用指數(shù) 140 單胎負荷使用指數(shù) M 速度標記 輪輞 是車輪一組成部分 用以連接車輪和輪胎構成一體的重要部件 起傳遞汽車牽引力作用 故輪胎設計必須依據(jù)輪輞規(guī)格尺寸 二 影響負荷能力的因素輪胎支撐車輛負荷的能力 取決于內腔容積及其特定的充氣壓力 內腔容積越大 空氣容量越多 負荷能力越大 充氣壓力越大 負荷能力越大 1增大內腔容積的方法 假設輪胎內腔輪廓近視圓形 令R Bi 2 則斷面面積為 R2 而圓筒形內腔的平均周長為2 r0 故內腔容積V為 V 2 r0X R2 2 2r0R2 1 2 2r0Bi 2其中 r0 零點半徑 斷面最寬點半徑 Bi 內輪廓充氣斷面寬可見 增大零點半徑和內輪廓充氣斷面寬 可增大內腔容積 1 增大外胎斷面寬 2 增大輪輞寬度 零點半徑和內輪廓充氣斷面寬可用輪胎斷面寬和直徑間接的表示出來 所以 增大這兩項可以增大內腔容積 然而 為了提高汽車的穩(wěn)定性 正向降低車體重心的方向發(fā)展 要求減少輪胎直徑 為此 采用增大斷面寬的方法予以補償 內腔容積的大小與輪輞寬度有關 所以一般采用如下兩種方法來增大內腔容積 1 增大斷面寬 2 增大輪輞寬度 2 充氣壓力P 充氣壓力越大 負荷能力越大 但是充氣壓力不能過大 原因有二 1 P增大 胎體簾線所處原始初應力變大 降低胎體簾線承受工作負荷能力 導致里程下降 2 P增大 胎體剛性增大 且輪胎接地面積減小 接地面積上的應力增加 胎面易磨損 刺傷 故只能在一定范圍內提高 五牽引性能 是指輪胎在各種道路和無路地帶行駛的能力 牽引性能好 汽車就會具有較高的速度 較好的加速能力和上坡能力 從而保證汽車有較高的平均速度 附著系數(shù) 越大 滾動阻力系數(shù)f越小 牽引性能越好 第三節(jié)輪胎的滾動變形 一 法向形變1 定義 在法向負荷作用下 外胎發(fā)生斷面寬B增加與斷面寬H降低的變形 表示方法 壓縮系數(shù) K R0 Rc H 100 動半徑Rk 在滾動作用下 輪軸中心至支撐面的距離 靜半徑Rc 在法向負荷作用下 輪軸中心至支撐面的距離 自由半徑r0 在不承受負荷時 輪軸中心至支撐面的距離 H 標準氣壓下充氣斷面高 2 K值大小對輪胎a的影響 對緩沖性能的影響 輪胎在滾動過程中 超越障礙物時對路面凹凸不平的包含能力以及吸收沖擊震動的能力 K越大 緩沖性能好 但不能過大 載重胎 K 10 12 飛機 30 35 K不能過大 why 法向形變減小胎面曲率 增大胎側彎曲 引起胎冠接地部位外層壓縮 內層伸長 而胎側則是外層伸長 內層壓縮 層間相互移動 產生剪切形變 剪切形變分布由接地中心向胎肩逐漸增大 到胎肩處最大 之后向胎側逐漸減小 此外 法向形變還會引起胎體的改變 對斜交胎簾線間橡膠產生剪切形變 對子午胎簾線間橡膠不發(fā)生剪切形變 但胎側簾布層簾線間距離變大 使簾布層與胎側橡膠在圓周方向產生很大形變 斜交胎由于巨大剪切形變位于胎間處 故胎肩易發(fā)生損壞 而子午胎則易損壞胎側 二 周向變形定義 法向負荷的作用下 輪胎斷面沿滾動方向扭曲的變形表示 用斷面長度變化百分率 表示 2 r0 2 rn 2 r0 100 r0 rn r0 100 影響 增大 滑移摩擦增大 增大胎面磨損 三 側向形變定義 在側向力作用下 輪胎斷面傾斜的變形 表示方法 用輪胎中心線偏離車輪平面中心線距離 表示 影響 1 導致胎面磨損不均 2 剪切形變加大肩空肩裂損壞 3 加劇子口部位損壞 四 角向形變定義 由于側向偏離 在接地面上胎面中心線發(fā)生形變 這種形變稱為角向形變 表示 用偏離角 表示影響 易于轉向 但加快胎面磨耗 第四節(jié)輪胎的滾動損失發(fā)動機產生的能量消耗于 動能 運動 勢能 爬坡 機械損失 滾動損失 25 30 輪胎的滾動損失產生的原因 1 輪胎變形 硬路面上行駛 2 道路變形 軟路面上行駛 3 輪胎與道路間滑移摩擦 二 滾動損失能量消耗形式 1 分子摩擦 橡膠內部分子鏈摩擦 簾線 界面 2 機械摩擦 輪胎與路面之間 內胎與外胎間 胎圈與輪輞之間 3 胎內空氣壓縮 三 滾動損失對輪胎影響 使輪胎發(fā)生早期破壞滾動損失是機械能轉化為熱能 橡膠和纖維簾線是熱的不良導體 熱量難以散發(fā) 導致輪胎內部溫度逐漸升高 輪胎長期在高溫下行駛會使橡膠簾線與界面粘合產生疲勞現(xiàn)象 造成材料及部件間粘合強度明顯下降 致使輪胎發(fā)生早期損壞 四 滾動損失造成輪胎的損壞方式 胎面崩花 胎體脫層 2 斷面寬膨脹率B B的選取 斷面寬膨脹率B B的選值 一要適當 二要符合實際 根據(jù)相近規(guī)格 相近參數(shù) H B值 C B值 胎冠角 k 簾線材料 胎面花紋 的輪胎充氣斷面寬膨脹率B B決定 B B取值在1 09 1 17之間 其值的選取要適當 符合實際 若選過大 則易造成胎側變形及拉伸應力變大 胎肩剪切應力增加 易引起肩空肩裂和胎面膠與緩沖層剝離以及上下胎側早期損壞 選值過小將降低輪胎負荷能力 減小接地面積 從而使輪胎耐磨性能下降 本設計取B B 1 12 則B 208 93mm H B值 H B值是技術設計中的主要參數(shù) 決定輪胎斷面形狀 斷面寬膨脹率 外直徑變化率及其使用性能 因此用作衡量D值 H值的標準 載重輪胎 普通花紋為1 10 1 20 越野花紋1 15 1 25 乘用輪胎 普通花紋為0 96 1 14 越野花紋為l 08 1 20 本設計H B 230 40 208 93 1 103 滿足1 10 1 20載重普通花紋 1 輪胎類型載重輪胎行駛路面較差 H B值宜取高些 乘用輪胎行駛路面好 H B值應取低些 2 輪胎規(guī)格巨大規(guī)格輪胎 H B值應取小些 中小規(guī)格輪胎斷面高小 H B值應取大些 3 C B值C B小 H B應取大些 相反C B值大 H B值宜取小些 4 胎冠角 k胎冠角大 H B值應取小些 胎冠角小 H B位宜取大些 5 簾線材料簾線材料初始摸量小 H B值取小些 簾線初始摸量大 H B值宜取大些 6 胎面花紋越野花紋 加深花紋和超加深花紋輪胎 H B值應選取略大些 以使斷面寬膨脹率達到設計要求 普通花紋輪胎 H B值宜選取稍小些 衡量H B值是否適宜 需綜合考慮下列因素 二 胎圈外緣曲線設計 1 胎圈著合寬度C的設計胎圈著合寬度C 輪胎兩胎踵間的距離 其值根據(jù)輪輞寬度確定 包括胎圈著合寬度 著合直徑和曲線弧度設計 原則 滿足輪胎裝卸方便和著合緊密兩點要求 1 平底輪輞胎圈著合直徑大于輪輞直徑1 0 1 5毫米 2 斜底輪輞輪輞底座有5 傾斜角度 胎踵部分著合直徑直徑小1 0 2 0毫米 胎趾著合部分直徑應大1 0 1 5毫米 3 深式輪輞胎圈著合宜小于輪輞直徑1 0 1 5毫米 4 無內胎輪輞為保證氣密性 胎圈著合直徑比輪輞直徑小2 3毫米 2 胎圈著合直徑d的設計 設計原則 胎圈曲線弧度依據(jù)輪輞邊緣曲線弧度設計 兩者要很好吻合 胎踵半徑R5大于輪輞相應部位半徑RE0 5 1 5毫米 輪輞邊緣接觸的胎圈半徑R4小于輪輞邊緣半徑RD0 5 1 5毫米 圓心低1 0 1 5毫米 3 胎圈曲線弧度設計 1 平底輪輞上使用的輪胎 傾斜角度為0 5 1 2 深式輪輞上使用的輪胎 避免扭轉和挾擠內胎 胎趾傾斜角度為5 3 無內胎輪輞上使用的輪胎 傾斜角度為7 10 輪輞傾斜角度為5 較其大2 5 至距胎趾4 5毫米處 傾斜角度增大至25 大2 5 1 定義 通過斷面最寬點位置的直線 它是負荷下法向形變最大的部位 2 表示 H1 H2 H1 胎圈底部到水平軸距離 H2 胎冠頂點到水平軸距離 取值范圍為0 80 0 95 3 選取 需看斷面內緣曲線形狀及材料分布具體情況而定 要求水平軸上部長度F1和下部長度F2至少F1 F2 還應保證使用過程中不造成水平軸位移 若水平軸上移 應力集中于胎肩 若下移 則應力集中于胎圈 四 斷面水平軸位置設計 還應考慮的因素 H B值 H B值大 水平軸應高些 防止應力集中于胎圈 H1 H2宜大些 反之 則相反 C B值 C B值大 水平軸應低些 防止應力集中于胎肩 即H1 H2宜小些 花紋深度 花紋溝深 冠部越厚 H1 H2宜小些 四 外胎胎面花紋設計胎面花紋的作用 傳遞車輛牽引力 制動力和轉向力 設計要求 設計原則 1 與路面接著平穩(wěn) 抓著性好 縱橫兩向不打滑 2 結實 耐磨性好 磨耗均勻 不裂口 并有助于降低胎體應力 3 滾動阻力小 生熱低 散熱快 4 震動時無噪音 自潔性好 新穎美觀 便于模型加工 花紋設計內容 花紋類型 花紋深度 花紋寬度 花紋角度 花紋溝和花紋周節(jié)數(shù)設計等多項內容 一 花紋類型 分為普通花紋 混合花紋和越野花紋1 普通花紋 包括縱向花紋和橫向花紋 適于在較好的水泥路面 柏油路面和泥土路面上行駛 橫向花紋 煙斗形 八角形 1 橫向花紋優(yōu)缺點 優(yōu)點 i 抓著性好 不容易打滑 耐磨性好 ii 基部不易裂口iii 不易夾石子缺點 i 花紋塊大 散熱差 生熱大 ii 抗側滑性差 2 縱向花紋優(yōu)缺點 縱向花紋 適用于轎車胎 鋸齒形 弓形 優(yōu)缺點 優(yōu)點 i 抗側滑性好 ii 花紋塊小 散熱快 溫升低 iii 滾動阻力小 缺點 i 耐磨性差 基部易裂口 ii 抗縱向打滑性差iii 易夾石子 2越野花紋花紋溝深 花紋塊大 有向越野花紋 無向越野花紋 1 適用范圍 適于崎嶇不平的山路 礦山 建筑工地及松土路 雪泥路 砂地等路面條件較差地區(qū) 與路面抓著性好 2 特點 與路面的抓著性好 無向越野花紋防側滑性差 自潔性亦差有向越野花紋排泥性好 但花紋行駛有方向性 3 混合花紋 輕型載重車 特點 行駛面中部用縱向花紋 花紋溝窄 兩側用橫向花紋 花紋溝寬 適用范圍 適于城鄉(xiāng)之間的碎石 軟土路面 4 刀槽花紋 用于轎車胎 寬0 4 0 6mm 深度5 8mm 為防止其擴散裂口 多設計成波浪式或斜線式 作用 用于提高與路面的附著力 易于散熱 排水 二 花紋深度設計1 根據(jù)輪胎標準行駛里程和千公里胎面磨耗量計算 國內應用 tf 千公里胎面磨耗量 標準行駛里程 1000千公里胎面磨耗量 輪胎行使1000公里磨去的花紋溝深度單耗 輪胎花紋溝磨去1mm所行使的里程數(shù)千公里胎面磨耗量 國內現(xiàn)階段約為0 14 0 2毫米 2 以輪胎內壓和名義斷面寬為主要因素計算載重低壓輪胎tf 0 3 0 0033PB乘用超低壓輪胎tf 0 20十0 001PB 3 根據(jù)胎冠寬b的確定普通花紋和混合花紋輪胎 在胎冠中心部位的花紋溝深度可取 8 10 b 越野化紋可適當加深 計算結果結合輪胎用途 規(guī)格 花紋類型 胎體強度等因素 綜合確定 1 輪胎用途 輪胎用于不同車輛上花紋深度不同 高速輪胎 花紋深度宜淺些 2 輪胎規(guī)格 規(guī)格越大 花紋越深 3 花紋類型 普通 混合和越野花紋 花紋深度以越野花紋最深 混合花紋次之 普通花紋最淺 4 胎體強度 胎體簾線強度大 花紋深度可適當增加 5 工作內壓 內壓低 曲撓變形大 生熱高 花紋深度宜淺些 6 膠料配方 應用滯后損失大 生熱高的橡膠時 如丁苯膠 輪胎滾動損失增大 生熱量增高 花紋深度應適當降低 7 保持花紋深度與花紋其它參數(shù)的比例關系 這些參數(shù)包括花紋溝寬度 花紋塊面積 花紋周節(jié)數(shù)等 花紋深度增加 對輪胎的不利因素如下 1 滾動損失與生熱量增大 2 花紋加深 花紋塊蠕動增加 初期磨耗增加 3 在相同花紋形式下 花紋加深 花紋溝裂口因素加大 需相應增加基部膠厚度 4 胎圈部位應力增大 易造成早期損壞 另外 花紋深度沿行駛面寬度方向不是均等的 邊部較中部深 以使基部膠厚度大體相等 減少生熱量 花紋飽和度 花紋塊面積與胎冠總面積之比 載重輪胎普通花紋 70 80 78 左右時耐磨性最好 越野花紋40 60 一般選50 左右 混合花紋 60 70 四 花紋角度設計花紋角度 花紋塊與胎冠中心線垂線的夾角 花紋角度不得與胎冠簾線角度重合 至少要相差3度以上 以免引起花紋塊底部應力集中 簾線折斷 造成早期胎冠爆破 五 花紋溝壁設計形狀 花紋兩側壁設計成具有一定傾斜角度 向外開放的V字形 目的 硫化易于啟模 使用凈化性好 支撐性高 抓著力大 并有利于改善耐磨和溝底裂口 九 胎側補強膠和定心分度線的設計1 胎側補強膠又稱防擦線 作用 A 輪胎與高障礙物相撞時 提高抗機械損傷能力 B 隔離甩掉輪胎接地部分的泥水 設計 位置多設在胎肩切線末端 也有設在鄰近切線末端的切線上 具體視輪胎斷面而定 一般情況下 寬M 10 20毫米 厚度 1 2毫米2 下胎側定心分度線 通常由三條線組成作用 A 檢查輪胎裝于輪輞時胎圈著合的正確性B 防止泥水從胎側流入胎圈和輪輞之間C 排出硫化時窩藏的空氣 防止產生外觀質量毛病 設計 最低一條定心分度線與輪輞著合處 間距L 5 15毫米 各條寬度M 1 3毫米 高度S 0 5 1毫米 十 排氣孔設計作用 排出硫化時胎坯 生胎 與模型間空氣 否則由于窩藏空氣將會造成花紋不清 圓角 缺膠等外觀質量毛病 排氣的方法就是在模型上易于窩藏空氣的部位鉆孔 位置 胎肩邊端 厚度大 受壓較遲 窩藏空氣 整周鉆孔 孔距5 10毫米 胎側補強膠 模型上是凹槽 受壓較遲 窩藏空氣 按周3 16等分鉆孔 定心分度線 模型上也是凹槽 且處于R2弧線部位 受壓較遲 窩藏空氣 縱向花紋模型凹條凸條交匯處及其拐角處 也易窩藏空氣 整周鉆孔 孔距10厘米等分 孔位距拐角處不宜大于6毫米 否則拐角處空氣排泄不出 排氣孔直徑一般位1 5 2 0毫米 如何設計外胎內輪廓曲線 設計原則是什么 外胎內輪廓曲線設計 依據(jù)外胎外輪廓曲線形狀尺寸 通過外胎內部構造的設計 計算外胎斷面各基本部位的厚度 確定外胎斷面內輪廓各基本部位的相應點 將這些點用一條圓滑的曲線連接起來便構成外胎內輪廓曲線 設計原則 應使外胎內輪廓曲線為一近似圓形 3 簾布掛膠厚度設計作用 緩沖和承受簾布層間的剪切應力 因此其厚度作為剪切應力的一個函數(shù)來確定 簾布每面掛膠厚度以0 2 0 3毫米為宜 4 隔離膠設計位置 外層簾布的層與層之間目的 增大對剪切應力的緩沖作用 改進簾布層之間粘合性能和滯后性能 降低生熱 避免脫層損環(huán) 層數(shù)厚度 視輪胎規(guī)格和使用條件而定 應用的隔離膠層數(shù)較多時 內層較薄 外層較厚 寬度 從胎冠延伸到兩胎肩下 至斷面水平鈾10 20毫米處 差級一般為10 15毫米 5 油皮膠設計作用 油皮膠貼于第一層簾布下面 作用是保護第一層簾線在定型硫化時不錯亂 保護內胎不受簾布層粗糙表面磨損 設計 油皮膠寬度至胎圈包布邊端下5 10毫米 厚度 小規(guī)格輪胎為0 4 0 6毫米 中輪胎為0 6 0 8毫米 大規(guī)格輪胎為0 8 1 0毫米 緩沖層寬度設計 本著避開胎肩應力集中區(qū)的原則確定 胎肩應力集中區(qū)在胎肩切線部位距胎肩端點1 2 2 3范圍內 常用緩沖層寬度有以下三種 1 窄緩沖層 緩沖層簾布寬度較行駛面略窄 特點是粘合較好 不宜脫層 尼龍輪胎易產生肩空 肩裂 宜采用這種緩沖層 2 寬緩沖層 緩沖簾布寬度較行駛面略寬 胎面耐磨性較好 適用棉簾線輪胎 3 一窄一寬緩沖層 窄緩沖簾布較行駛面略窄 寬緩沖簾布較行駛面寬得較多 綜上述兩種緩沖層特點 是較理想的 緩沖膠片與緩沖簾布間差級為15 30毫米 三 胎圈結構設計目的 設計原則 1 緊密穩(wěn)定地著合在輪輞上 保證輪胎與道路間各種應力的傳遞 2 使堅硬的胎圈逐漸地向柔軟的胎側過渡 防止應力集中和磨損子口 3 便于成型操作 關于壓縮率 一 概念二 出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因 1 工藝過程中簾線伸張 粗度減小 2 硫化初期膠料向簾線內滲透 厚度減薄 包圈方法設計六層輪胎4 2 八層輪胎3 3 2 十層輪胎4 4 2 十二層輪胎4 4 4 十四層輪胎5 5 4或4 4 4 2 2 包圈高度設計簾布包邊高度一般都超過輪輞邊緣高度 延伸至下胎側 最大高度以不超過 0 4 0 46 H處為宜 以免差級接近斷面水平軸 落到大變形區(qū) 造成脫層 3 胎圈包布和鋼圈包布的選用 作用 保護胎圈免受機械損傷和潮濕侵蝕的作用 材料 胎圈包布和鋼圈包均為掛膠帆布 目前采用耐磨性能較好的尼龍帆布 亦可采用棉帆布和維綸帆布 結構 鋼圈包布 通常為一層 包裹在鋼絲圈和三角膠條之外圈 使鋼圈粘結成牢固整體 胎圈包布 子口包布 包裹在胎圈外部 一般可采用一層尼龍掛膠帆布 中 大型載重輪胎尤需增加胎圈部位的堅固性及耐磨性 可設計兩層尼龍掛膠帆布 4成品斷面各部位厚度的確定 MA TA 緩沖膠片厚 隔離膠片厚 油皮膠厚 緩沖簾布厚 胎體簾布厚 X 1 KA KA 20 30 MB 1 35 1 6倍的TAMc 胎側膠厚 油皮膠厚 胎體簾布厚X 1 Kc Kc 20 25 MD 鋼絲圈總寬度 鋼絲圈包布總厚 胎圈包布總厚 胎體簾布總厚 X 1 KD KD 10 15 一 成型機頭類型常用的有半鼓式和半芯輪式等2種 主要區(qū)別在于機頭肩部輪廓不同 1 半鼓式成型機頭適宜成型單鋼圈和胎體簾布層數(shù)較少的外胎 2 半芯輪式成型機頭肩部近似外胎胎圈輪廓 用半芯輪式成型機頭成型的半成品外胎 在預定型及硫化過程中 胎圈部位基本不變 適宜成型雙鋼絲圈或多鋼絲圈的中 大型載重輪胎 半鼓式半芯輪式肩部與胎圈內緣近似于胎圈內曲線曲線相差較大緣曲線形式定型硫化時胎圈變形大胎圈變形小適用輪胎小型斜交胎大中型斜交胎規(guī)格種類鋼絲圈個數(shù)單數(shù)兩個或兩個以上成型工藝方法層貼法套筒法 半鼓式和半芯輪式成型機頭的不同 半芯輪式成型機頭的設計 1 機頭直徑設計 Dc Dk Dk DC Dk DC 機頭直徑對輪胎里直徑伸長值 1 30 1 552 成型機頭肩部輪廓曲線設計成型機頭肩部輪廓曲線設計原則 機頭肩部輪廓曲線與外胎胎圈內輪廓曲線接近一致 以免定型硫化時材料移動 半芯輪式機頭肩部深度b盡可能取小值 其目的一是便于成型操作和取卸胎胚 提高生產效率 二是便于滾壓胎圈 保證成型質量 機頭肩部輪廓曲線展開長度PB與成型后的胚胎最外層簾布展開長度pH相近或者PB稍大于pH 差值為10 20mm為宜 同規(guī)格 不同層級輪胎能夠共用 水胎結構設計 1水胎結構 環(huán)形膠筒 牙子 膠嘴三部分2作用 硫化外胎的工具 內模型3要求 結構設計原則 1 水胎外緣輪廓應符合外胎內緣曲線形狀的要求 保證硫化時外胎各部位受壓均勻一致 2 保證水胎裝卸外胎方便 且能在外胎里舒展 避免打折 B 二 內胎設計 1 內胎的作用 充入壓縮氣體后 使輪胎擁有彈性和載荷能力 2 設計原則 裝卸方便 不打折 壽命長 3 設計要點1 內胎外直徑 DH DK DK DH DK DH 1 02 1 05 2 內胎內直徑D 外胎內直徑 內直徑收縮值 外胎內直徑和內直徑收縮值視輪輞種類而定 裝于平底輪輞 外胎內直徑等于輪輞直徑加兩倍墊帶厚度 內直徑收縮值內直徑收縮值為1 02 1 05 3 內胎厚度 內胎雙層厚度 對于輕型載重輪胎 其內胎成品雙層厚度為4 0 5 5 對于一般需要的輪胎 只要能保證質量 盡量設計薄一點 4 配方設計要求 要求膠料具有良好的氣密性及低定伸應力 同時要求彈性高 撕裂強度高 永久變形小 耐熱性能好 墊帶的作用 安裝于內胎和平底輪輞之間 保護內胎不受磨損和擠壓 子午胎結構設計1 子午胎在結構上與斜交胎不同之處結構區(qū)別 斜交胎 胎冠角為48 54 緩沖層為48 54 簾布層數(shù)多 為偶數(shù) 子午線輪胎 胎冠角為0 帶束層趨近于90 簾布層數(shù)少 可奇可偶 子午胎結構設計 2 子午胎受力與變形特征1 受力 各部位內壓伸張應力占內壓總伸張應力的百分比 斜交胎子午胎胎體簾布層80 90 25 40 緩沖層 帶束層 10 20 60 75 胎圈比斜交胎高30 40 變形斜交胎子午胎胎側不易變形胎側軟 易變形 承受應力大 法向變形比斜交胎大25 30 中部橡膠所受應力大 易疲勞裂口 3子午胎受力特征總結 a 帶束層是承受內壓伸張應力主要部件 b 最大剪切應力產生在帶束層邊端 c 鋼絲圈承受的內壓伸張應力較高 d 胎側承受應力較大 簾線強度得到了充分利用 設計的基本原則 使應力分布更為合理 材料性能得以充分利用 設計重點 a 改進胎肩 胎圈設計 解決脫層 磨損問題b 改進胎側設計 解決側向穩(wěn)定性差問題 結構設計的主要內容 包括斷面設計 花紋設計 胎體設計 帶束層設計 胎圈設計 成型機頭設計等內容 4結構設計的基本內容 斷面設計 原則 本著使應力集中于胎冠原則 以便解決上述問題 1 BDH1 B D 2 B B B B D D D D 斜交胎尼龍?zhí)ンwB B為1 08 1 15 3 H 1 2 D d H B值 0 9 1 05比斜交胎 1 1 1 2 小些why 為了提高子午胎胎側剛性 使應力比較集中于胎冠 減小胎側所受應力 改善胎肩胎圈易早期損壞和側向穩(wěn)定性差的問題 此外 尚可節(jié)省原材料 降低成本 2 斷面水平軸設計 H1 H2斜交胎 0 8 0 95子午胎 1 1 12Why H1 H2增大 水平軸上移 法向形變最大值靠近胎冠 減小胎圈受力 變形 改善脫層和磨損 3 胎圈間距 較斜交胎大些 這樣可增加胎側剛性 也可改善耐磨性 4 行駛面寬度b和弧度高hb較斜交胎寬些 h小些 可使冠部扁平增加側向穩(wěn)定性 提高耐磨性 斷面水平軸設計 子午胎胎冠角小 簾布層數(shù)少 胎側柔軟 胎圈剛性不足 受力較大 與斜交胎比約高30 40 因此胎圈需要加強 并使加強的胎圈與柔軟的胎側間有一個適宜的剛性過渡 以防胎圈脫層 斷裂等損壞 胎圈設計 胎圈補強帶 加強層 作用 1 防止下胎側簾布脫層和斷裂2 提高側向穩(wěn)定性3 防止胎圈與輪輞磨擦 第一節(jié)概述 輪胎配方整體設計在進行輪胎的配方設計時 為什么要考慮整體設計 輪胎在使用時 產生復雜變形和生熱 使膠料界面層及膠料與簾線結合界面產生破壞 因此應使各部位形變趨于一致 當界面層分子鏈之間為化學鍵結合 形成均一空間結構時 才能使輪胎具有最長的使用壽命 因此考慮外胎配方需要特別注意各部件的膠料配合 主要從以下兩個方面加以考慮 一 輪胎整體結構各部件定伸強度的配合 二 輪胎整體結構各部位硫化速度的配合 輪胎配方整體設計的意義及配備是什么 輪胎整體各部位在定伸強度下的配備 使受力不均勻的各部件間形變趨于一致 輪胎整體各部位硫化速度的配備 使界面層形成由化學鍵構成的均一的空間結構 輪胎整體結構各部位定伸強度 300 定伸 的配合 定伸強度高 說明交聯(lián)密度大 在同樣外力作用下 定伸強度高的試樣的形變值比低定伸者小 所以 為使輪胎各部位形變量趨于一致 可根據(jù)輪胎在運轉過程中各部位所受外力的大小來配備相應的定伸強度 即受力大的部位 配以定伸強度大的膠料 使形變相應減小 受力小的部位 配以定伸強度小的膠料 使形變相應增大 從而達到各部位形變率趨于一致的效果 定伸強度可取以下兩種配備 定伸強度 將硫化橡膠試片伸長300 時 橡膠的強度 1 定伸強度由胎面至內層逐漸減小的 階梯形 分布 為什么要進行這種配備 由于輪胎在運轉時 外力是由胎面?zhèn)飨駜葘拥?又因為膠料是彈性體 即外力被膠料的彈性形變吸收 傳到內層時就逐漸減小 所以可取這種配備 為什么要進行這種配備 此種配備是根據(jù)輪胎承受應力的中心是緩沖層決定的 一般NR或者NR為主的輪胎 廣泛應用第一種 合成膠或者合成的參用比例高的 采用后一種 由于硬度隨定伸強度升高而升高 所以定伸強度這兩種配備 也標志著硬度有著這兩種配備 2 緩沖層定伸強度最高 胎面膠稍低或相等的 山峰形 定伸分布 二 輪胎整體結構各部位硫化速度的配合 由于輪胎是截面厚度不等的厚壁制品 所用橡膠 纖維簾線等材料的導熱性不良 硫化時各部位升溫速度不同 內部溫度是階梯分布 是一種不等溫過程 因此進行配方設計時應合理設計各部膠料的硫化速度和各部位膠料硫化平坦范圍 合理設計各部膠料的硫化速度 使受熱遲 溫度低的部位硫化速度快些 而受熱早 溫度高的部位硫化速度慢些 從而達到速度協(xié)調 同步硫化 這樣界面層才能形成化學鍵均一的空間結構 正確配備各部位膠料硫化平坦范圍 使在正硫化時 各部位硫化程度深線趨于一致 避免個別部件硫化程度過深或過淺 怎樣合理設計 第二節(jié)普通結構輪胎配方設計 普通結構輪胎中的主要橡膠部件包括 胎面膠 胎面上層膠 胎面下層膠 胎側膠 胎體膠等 由于整個胎面同時滿足各種性能要求困難 因此常使用三方四塊的結構形式 胎面上層 下層 胎側全分開 采用三種不同配方的膠料 一 胎面上層膠的性能要求 承受外部應力最苛刻的一個部件 直接與地面接觸摩擦 使輪胎在運行過程中具有牽引力 耐磨損 耐刺傷 緩沖沖擊及防滑等性能 損壞形式主要是 1 胎面磨光 2 花紋溝裂口 性能要求 i 較好的耐磨性磨耗機理有撕裂磨耗 疲勞磨耗等 在普通行駛條件下 載重輪胎在平路面上行駛時 在中等負荷和中等速度下 磨耗機理被認為是疲勞磨耗 為了保證胎面上層膠具有優(yōu)越的耐磨性 其膠料需具有 較高的彈性 抗張強度 撕裂強度 耐疲勞和耐熱氧老化性能 ii 較高的摩擦系數(shù)胎面上層膠直接與路面相接處 為提高其抗滑性需具有較高的摩擦系數(shù) 二 胎面下層膠的性能要求 處于花紋溝底 損壞形式主要是裂口 裂口的種類及原因 1 曲撓疲勞裂口 變形 應力集中于花紋溝 裂口 2 臭氧老化裂口 花紋溝在曲撓疲勞的同時 受臭氧侵襲 臭氧化薄膜 應力分布不均 薄膜龜裂 露出表面 繼續(xù)氧化 裂口 3 日光老化裂口 日光特別是短波紫外光輻射 可使橡膠及其交聯(lián)結構裂解 從而產生裂口 所以防止裂口 膠料應具有 良好的彈性 較低的生熱以及抗氧抗臭氧老化性能 1性能要求 位于法向形變最大部位 經受頻繁的曲撓變形 所以要求膠料有優(yōu)異的耐曲撓龜裂性能 抗臭氧 熱氧老化及日曬等天候老化性能 此外 尚要求膠料具有較好的粘合性 硫化平坦性 膠側最薄 受熱比較早 溫度高 要使其硫化速度慢 硫化平坦線寬一些 二胎側膠 包括緩沖膠 簾布外層膠和內層膠 通過對損壞輪胎的分析表明 絕大多數(shù)輪胎的胎體膠是起始損壞的弱點 故而提高胎體膠的抗起始損壞能力 便可延長胎面膠的耐久性 1 胎體膠損壞形式 脫層 胎面 緩沖層 緩沖層 外層 外層 內層之間 簾線 浸膠層 橡膠體系破壞 最終引起剝離 2 損壞位置 從抬肩靠近胎體的部位開始 3 損壞原因 輪胎滾動損失生熱 胎體溫度升高 120度 使硫化膠物理性能下降 引起熱疲勞脫層損失 胎體膠被輪胎的離心力所造成的應力損壞 三胎體膠 所以胎體膠應滿足下述性能要求 定伸強度高 彈性好 生熱低 以便增加胎體的堅韌性 改善各部件應力 應變特性 但定伸強度的提高是有一定的限度的 過大則硬度增加 彈性降低 并增加生熱性 導致胎體簾線受力增加 容易斷裂 所以應在保證膠料有足夠彈性 生熱低的前提下提高定伸強度 耐動態(tài) 耐老化和耐高溫性能好 與胎體簾線粘合性能好 性能要求 99 1水胎 膠囊膠料配方設計性能要求 水胎與膠囊作用相同 用以硫化外胎做內模型用 并需充入過熱水或高壓蒸汽 在高溫下使用 同時要經受上百次反復硫化外胎的裝卸操作 因此水胎和膠囊膠料要求應具有良好的耐熱性 耐老化性 耐高溫撕裂和耐屈撓疲勞性能 而且還應有良好的耐水性能 水胎 膠囊膠料物理機械性能指標可由生產廠自行控制 五水胎 膠囊 內胎 墊帶膠料配方設計 1性能要求 優(yōu)異的氣密性 耐熱性 耐老化性和耐曲撓性以及較高的彈性和較小的形變 2配方設計 1 生膠 過去用NR 但由于NR耐老化性較差 氣密性不夠 目前推廣應用IIR 氣密性好 含膠率不低于62 為保證彈性 2 填充補強體系 半補強爐黑 快壓出爐黑并用或單用 用量40 50份 3 軟化體系 石蠟 1 5 2份 和凡士林 3 5份 比較適宜 2內胎配方設計 1 101 內胎的作用 充入壓縮氣體后 使輪胎擁有彈性和載荷能力 設計原則 裝卸方便 不打折 壽命長 性能要求 內胎胎壁較薄 充入壓縮空氣后 在高溫和伸張狀態(tài)下使用 并保持穩(wěn)定的氣壓 因此要求膠料具有良好的氣密性及低定伸應力 同時要求彈性高 撕裂強度高 永久變形小 耐熱性能好 內胎膠料物理機械性能指標根據(jù)不同膠種有不同要求 見表所列 內胎膠料配方特點 常用生膠品種為純天然橡膠或摻用30 SBR 由于丁基膠具有極佳的氣密性和耐熱性能 而且形變小 已成為制造內胎最適宜的膠種 得以廣泛應用 2 內胎膠料配方設計 102 作用及性能要求 墊帶只起保護內胎免受磨損和擠壓的作用 因此只要求膠料具有一定的強伸性能 較小的永久變形 還有較好的耐屈撓 耐老化性能 3墊帶膠料配方設計 第一節(jié)概述一 膠管構造1 內膠層 膠管最內層 直接與輸送介質相接觸 長期受介質浸泡 腐蝕 摩擦 沖擊 作用 密閉介質 保護骨架要求 致密性好 耐介質腐蝕 耐磨耗 有一定厚度 2 強力層 作用 承受膠管在使用中的壓力要求 有一定的強度和剛度 并保持在壓力下不變形 材料 棉 人造絲 尼龍 聚酯 鋼絲增強效果逐漸升高3 外膠層 作用 保護強力層及內膠層 使之不受外界損傷 浸蝕 要求 耐磨 耐熱 耐酸 堿 油類等的侵蝕 耐日光照射 第一章膠管 2 規(guī)格表示方法 注意單位 1 一般規(guī)格表示方法 以內徑 骨架層數(shù) 長度及耐壓程度表示 例如 25 3P 20m 0 5 5 夾布輸水膠管25 內徑為25mm3 骨架層數(shù)20 膠管長度0 5 膠管工作壓力為0 5MPa或5kg cm P 夾布C B 纖維S 纏繞B 編織W B 鋼絲編織 2 其他表示方法 如 250 272 200 1m 0 6 6 擴口型排泥膠管 其中 250 表示內直徑為250mm 272 200 表示管端擴口部位 272 擴口直徑200 擴口長度1m 表示膠管長度為1m 0 6 6 表示膠管能承受的工作壓力為0 6MPa 6kg cm2 1 按產品結構分類a夾布膠管 以涂膠織物 膠布 作為骨架材料制成的 b編織膠管 以各種線材 纖維線或金屬絲 作為骨架材料經編織制成的膠管 c纏繞膠管 以各種線材 纖維線或金屬絲 作為骨架材料經纏繞制成的膠管 d針織膠管 以棉線或其它纖維作為骨架材料經針織而成的膠管 e其他膠管 純膠管 鉆探膠管 合成樹脂軟膠管 五 膠管的分類 一 膠管結構分類膠管按產品的結構不同分成五大類 夾布膠管 編織膠管 纏繞膠管 針織膠管 其他膠管二不同結構膠管的結構特點及性能特點 一 夾布膠管1構造 內膠層 夾布層 外膠層 第二節(jié)不同結構膠管的特點 2 結構特點 強力層由平紋膠帆布層包卷在內膠層上 布的經緯線與膠管的軸線成45 角3 性能特點 優(yōu)點 制造容易 規(guī)格多 口徑范圍廣泛 管件挺性好 缺點 結構不合理 存在局限性 具體表現(xiàn)在以下四個方面 1 膠管變形大 包覆角不是平衡角 內壓下發(fā)生嚴重變形 直徑變大 長度縮小 2 材料利用率低 增強層材料固有強力得不到充分發(fā)揮 材料消耗大 3 屈撓性差 層數(shù)多 彎曲半徑大 彎曲時易打折 4 一般采用硬芯法成型 長度受限制 難以實現(xiàn)機械化 自動化 連續(xù)化生產 效率低 勞動強度大 1 構造 內膠層 編織層 外膠層 若多層編織 其編織層之間可加中間膠層或粘合膠漿 2 結構特點 將鋼絲或合股鋼絲按平衡角 54 44 編織在內膠層上作骨架材料 二 編織膠管 3 性能特點 優(yōu)點 1 耐壓能力高 承壓時的扭轉 膨脹 伸縮變形均小 抗沖擊性能好 2 與夾布膠管比 材料利用率高 3 耐屈撓性能好 可彎曲 不易打折 4 可用軟芯法或無芯法生產 可生產大長度膠管 缺點 編織時各線之間呈交織狀態(tài) 有重疊 在骨架材料上附加有彎曲應力 各線之間相互摩擦 切割 消弱 易使骨架材料發(fā)生早期折斷或者損壞 限制膠管屈撓變形 降低壽命 1 構造 內膠層 纏繞層 外膠層 2 結構特點 將骨架簾線按平衡角呈螺旋狀纏繞在管坯上 第一層和第二層分別向左向右纏繞 同層強力線相互平行 相鄰層強力線的方向與膠管的縱軸對稱 兩層纏繞層相當于一層編織層 各層間用膠漿或者膠片隔離 纏繞層 纏繞層 三 纏繞膠管 3 優(yōu)缺點 除具有編織膠管的優(yōu)點外 還有如下優(yōu)點 1 其結構比編織膠管更合理 材料利用率更高 與相同規(guī)格 相同材料的編織膠管相比重量可減輕20 2 承壓能力高 避免了編織線材交織摩擦損耗 更有效的發(fā)揮了骨架材料的功能 從而承壓能力高 3 耐屈撓性好 由于纏繞膠管的增強材料位移自由 各纏繞層間具有膠層間隔 故具有優(yōu)良的屈撓性 可彎曲半徑小 4 耐疲勞 耐沖擊性好 各纏繞層間有膠層間隔 起到較好的緩沖作用 使用壽命也得到延長 5 生產效率高 纏繞機由于無交叉 其速度為編織機的幾倍 效率高 6 耐壓范圍寬 可適用于各種口徑的低壓或高壓膠管 1 平衡角的含義 即平行于管軸的縱線與螺旋纏繞線切線的夾角 按該角度包覆增強層的膠管在承受內壓時 其管體仍能保持原來的直徑和長度 且體積是最大值 這個角度為平衡角 2 平衡角的推導幾點假設 1 把膠管骨架視為兩端封閉了的薄壁圓筒2 不考慮外膠層的強度3 內膠層只是傳遞對骨架等作用的流體壓力的彈性介質4 膠管壓力主要由膠管骨架層承受 三 平衡角的設計 彈性力 P SA其縱斷面上的彈性力 Pt 1t PD 2 t PDt 2其橫斷面上的彈性力 P D 2 D PD 4 D PD2 4當周向力和軸向力合力夾角等于編織角時 膠管在內壓力作用下長度和直徑保持不變 此時角度即為平衡角 由圖知tan D t 1 tan Pt P D PDt 2 D2P 4 2t D 2 1 代入 2 tan 2 tan 54044 1 周向應力 2 軸向應力 設膠管直徑為D 厚度為 工作壓力為P 取編織螺旋中的一個螺距為t 然后將螺旋展開 得一直角三角形 如圖 平衡角的推導過程 當編織角不為平衡角時 充內壓后 膠管的直徑 長度及體積會發(fā)生怎樣的變化呢 V tD2 4 L cos 4 L sin 2 L3 sin cos 4 對體積求二階導數(shù) 則 V L3 4 7sin2 cos 2cos2 將 54044 代入上式 得V 0所以 當編織角為平衡角時 膠管體積最大 五工作壓力 安全系數(shù) 爆破壓力 試驗壓力 膠管的工作壓力 P 是指膠管的工作條件 是膠管的強度和耐久性得到保證的情況下能輸送物料的最大壓力 安全系數(shù) C 為了保證膠管在使用過程中有一定的安全性 在設計膠管增強層層數(shù)時 需把增強層層數(shù)放寬一定的范圍 這個范圍的值就是安全系數(shù) 一般來說 輸水管可取2 3 輸送酸堿油等介質膠管取4 5 耐熱膠管則可取7 8 爆破壓力值基本上是膠管工作壓力與安全系數(shù)的乘積 即 P爆 C P試驗壓力是用以檢驗產品是否合格的指標 一般是靜壓力試驗 其值為爆破壓力的0 5 0 6倍 六 編織膠管設計計算 一 纖維編織膠管爆破壓力的計算 應用薄壁容器在內壓作用下受力原理 以周向應力 1計算 以增強層編織螺距為基本單元 設編織機錠子數(shù)為N 每錠紗線總數(shù)為n 編織層數(shù)為i 則編織總根數(shù)為Nni 若每根紗線強度為KB 則編織層總強力為KBNni 其在縱軸上的分力為 KBNnisin 此力與長度為t的膠管縱斷面上的彈性力相平衡 縱斷面的彈性力 1t PD 2 t PDt 2 KBNnisin c PDt 2PC 2KBNnisin Dt P爆 PC 2KBNnisin Dt 又因為 tan D tt D tan P爆 2KBNnisin tan D2 將 54044 代入P爆 0 735 KBNni D2 引入各項修正系數(shù) P編爆 0 735NniKBC3 D計2 1 2 C12 編織線相對伸長率C1 編織角度的修正系數(shù)C3 綜合修正系數(shù)編織層數(shù)1234C30 85 0 900 70 0 800 60 0 650 50D計 計算直徑D計1 內徑 2 內 內膠厚度 2d0 編織線粗度 D計2 D內徑 2 內 4d0 2d中 中膠厚度 2d0 P爆 PC 2KBNnisin Dt P鋼編爆 k NnKBC3 D計i2C12 k 不同編織層數(shù)的計算系數(shù)編織層數(shù)1234計算層數(shù)0 7351 1051 2871 378C3 多根鋼絲編織的不均勻修正系數(shù) 可查 D計i 第i層的計算直徑 2 鋼絲編織膠管耐壓強度計算 1 耐壓強度計算Ni 總纏繞根數(shù)C4 棉線或鋼絲的強力修正系數(shù)值 合股鋼絲取值為0 9 0 95C3 纏繞層數(shù)影響纏繞不均勻性的修正系數(shù) 兩個單向層為一個纏繞層 不同纏繞層的C3 值 纏繞層數(shù)123C3 0 900 800 75 七 纏繞膠管計算 其骨架結構為帆布 其經緯線呈90度交織 一般經緯線與管軸成45度1 爆破壓力計算 取1cm長膠管 且假設1cm寬布的最低強度為KB 因膠管縱向爆破的可能性大 因此由周向應力值計算 周向力 1 1 PD 2 1 PD 2設布層數(shù)為i 則布強度為ibKB b 1 sin 其在Y軸上分力為ibKB sin isin KB sin iKB sin2 八 夾布膠管結構計算 因為布的經緯線都發(fā)生作用 所以布強度以2倍計算 設布的安全系數(shù)為C即C PD 2 2isin KB sin 將 45度代入 得 C PD 2 2iKB 1 2 iKB P爆 PC 2iKB D計 引入修正系數(shù) P夾爆 2iKB C2 D計 C2 夾布層厚度對管壁的修正系數(shù)2 夾布層數(shù)計算 i PCD計 2KB C2 P 工作壓力 制造膠管用膠料的要求是多方面的 但主要可從膠管的使用性能和制造工藝兩方面來考慮 一 制造膠管用膠料的使用性能要求用于膠管各部件的膠料 主要有內層膠 外膠層 中膠擦布膠及膠漿料等多種 1 內層膠 直接與輸送的物質接觸 因此 不論輸送何種介質 都需要具有良好的致密性 對輸送的介質要有相應的抗耐性和一定的耐磨性 同時由于大部分膠管是在動態(tài)情況下使用的 且承壓狀態(tài)比較復雜 因此作為內層膠都必須有一定的拉伸強度 扯斷伸長率 彈性及耐老化等基本的物理性能 第四節(jié)膠管的配方設計 2 外層膠位于膠管最外層 直接與外界環(huán)境相接觸 除了具有與內層膠相應的性能之外 還要具有一定的耐磨及抗撕裂性 對長期暴露在大氣中的膠管 應具有優(yōu)異的耐老化性能 3 中膠 擦布膠 膠漿作用 保證膠管的骨架層與內 外膠層之間的緊密結合 作為中膠 應能充分填滿骨架層之間的空隙 起到緩沖作用 以提高管體結構的密實性和整體性 減少管體在動態(tài)情況下骨架材料之間的摩擦疲勞和生熱影響 性能要求 膠漿和擦布膠要能有效的滲入纖維及織物結構中 以提高多部件間的溫度 因此 要求它們有良好的流動性 粘著性及對織物的滲透性 此外也應具有足夠的拉伸強度 扯斷伸長率 彈性及耐曲撓疲勞等物理機械性能 一 普通膠管配方設計普通膠管 包括常溫下輸送空氣 其它惰性氣體 水及中性氣體等一般用途膠管 它是相對于特殊用途條件下的特殊膠管而言的 1 內層膠 1 生膠選擇 性能要求 致密性好 耐腐蝕耐磨 采用并用 以NR SBR為主或者NR SBR BR 含膠率25 30 NR 綜合性能好 尤其適于制造高彈性 高耐磨特性膠管 SBR 可獲得較好的定型性 作為內層膠料BR 與NR SBR并用可改善加工性能 二 配方設計 特種性能膠管各膠層膠料的配合原則 首先應根據(jù)工作層 與介質直接接觸的膠層的性能要求而選配 至于其他各膠層 則以相應的使用性能和工藝特點進行配合 現(xiàn)列舉幾種如下 1 耐油膠管配方設計要點生膠選擇與油的極性相差越大越好 以提高其抗耐性 一般選溶度參數(shù)2以上 應提高硫化膠交聯(lián)密度 硫化體系用硫或無硫配方 生成交聯(lián)鍵 鍵能高的耐油效果好 增塑劑用量需少 需不溶于介質 不抽出 不加速老化 補強劑選活性填料 用量可適當增加 以提高對油的抗溶脹性 用不能被油料抽出的防老劑 二 特種膠管配方設計 硫化膠的耐油性主要取決于橡膠 硫化體系以及所用油的化學性質 油類通常是非極性的 所以含有極性基團的橡膠如丁腈橡膠 氯丁橡膠 兩者極性相差較大 對非極性的油類有良好的穩(wěn)定性 再者橡膠的硫化體系對改善耐油性有重要影響 一般說來 耐油性隨交聯(lián)密度的增加 網絡結構中自由體積的減小而使油的滲入和擴散困難 從而增加耐油性 另外 與交聯(lián)鍵的類型亦有關 用過氧化物硫化或有效硫黃硫化的膠料 如丁腈膠 比用普通硫黃硫化體系的膠料的耐油性要好 對作為填充補強劑的炭黑而言 雖無直接影響 但間接影響耐油性 主要表現(xiàn)在兩個方面 一是增加炭黑的使用分數(shù) 降低了膠料中橡膠的體積分數(shù) 可以提高膠料的耐油性 另一方面填充的炭黑都具有活性 而且活性越高可增加硫化膠的交聯(lián)密度 增強橡膠分子之間的結合力 從而增強了抗油滲透和膨脹能力 所以提高了橡膠制品的耐油性能 因此若從耐油性的角度說 在膠料中填充的炭黑粒子越小 活性越高 但在實際應用中 往往要求耐油的膠管也同時在溫度較高的條件下使用 所以同時要求既耐油也耐熱 這就要綜合考慮產品的實際使用條件和加工工藝 往往采取硬質高耐磨炭黑和軟質通用 快壓出半補強等炭黑并用的方法 軟質炭黑品種加工性能也比較好 特別是擠出膠管 如使用粒子居中 結構稍高的快壓出 N550 炭黑則制品尺寸穩(wěn)定 表面光滑 是常選用的炭黑品種之一 2耐酸 堿膠管 該種膠管長期使用在與化學藥品接觸的場合 化學藥品主要是各種酸 堿 鹽溶液 由于它們對橡膠制品的氧化作用 常常引起橡膠和配合劑的分解 造成硫化膠的腐蝕或引起橡膠的溶脹 對耐酸 堿要求不高的膠管 可采用天然橡膠或與丁腈橡膠 氯丁橡膠并用 對接觸腐蝕性較強的介質的膠管 可選用丁基橡膠 氯磺化聚乙烯橡膠 氟橡膠等特種橡膠 采用的硫化體系要本著增加交聯(lián)密度 提高硫化膠的彈性模量 是提高硫化膠耐化學腐蝕介質的重要措施 填充劑 耐化學腐蝕介質的膠料配方所選用的填充劑應具有化學惰性 不易和化學腐蝕介質反應 不被浸蝕 不含水溶性電解質等為原則 炭黑對化學腐蝕介質一般比較穩(wěn)定 填加炭黑也增加了膠料的交聯(lián)密度 提高硫化膠的彈性模量 對提高膠料的耐腐蝕性能有利 根據(jù)膠料的力學性能要求選擇炭黑的品種和填充量 如根據(jù)硬度要求決定炭黑填充分數(shù) 膠管配方中一般選用高耐磨炭黑或半補強炭黑 或兩者并用效果更好 其它填料可選用硫酸鋇 陶土等 在保證物理性能和加工性能的前提下 可適當增加