胎面轮廓形状优化技术研究──提高轮胎耐磨耗性能

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主题词：轮胎耐磨性能胎面花纹优选法刖g轮胎的耐磨耗性能是表征轮胎耐久性的最主要指标的基础上，通过对胎面轮廓形状的优4x2或6x4方面，都将会促进多挡变速器在我国的应用发展。

我国的汽车运输业中，中重型载货车的存量很大，尤如国外的早期，如果我国的汽车制造厂和变速器专业制造厂能够及早预见到我国这个潜在的市场，并能抓住它，将会为我们的企业在今后争得更大的市场份额。

对我国多挡变速器发展的建议我国中重型载货汽车的存量不小，功率一般在118kw，实际列车使用总质量gcw大于20t，可以首先发展二箱型带后置分段式副箱的89挡变速器。

今后在多挡变速器的开发设计上，应采用模块化设计，主箱为4或5挡，带后置分段式副箱的二箱型，有8、9、10个挡的多挡变速器，同时为今后发展前置分速式副箱成为三箱式的发展留有余地。

要发展好单杆操纵机构，包括双h模式，使操纵简化、轻便、可靠。

分段式副箱最好开发行星齿轮变速机构（带滑动齿套）。

大型客车的多挡变速器应和载货汽车一起考虑，它更应注重操纵机构操作的简易轻便化。

（责任编辑郝旭辉）原稿收到日期为2000年7月20日。

汽车技术化初步给出评价轮胎耐磨耗性能的指标，为胎面轮廓的优化设计提供理论依据。同时，采用一些数值优化方法对胎面轮廓进行优化，以达到提高轮胎耐磨耗性能的目的。本文研究的内容可以作为轮胎结构优化设计的一部分，由于充分利用了计算机的数值计算功能，因而可缩短轮胎结构设计的周期。

胎面轮廓的描述由于胎面轮廓直接与地面接触，形状通常都设计得较复杂。为了较好地表征胎面轮廓，本文采用多段圆弧相连接的方式来描述。由于胎面轮廓包括多段圆弧，因而必须用多个变量来定义（见）。

胎面轮廓描述图由可知，胎面轮廓可由段圆弧的半径n（=1，2，ra）和从第2段圆弧开始的各圆弧的圆心位置来确定。

目标函数的建立胎面磨耗是轮胎在周向和侧向剪切应力作用下与路面相互滑移摩擦以及胎面胶表层受到机械应力、热、氧等因素的综合作用时，发生分子链与交联键断裂破坏的复杂过程。本文仅考虑由胎面与路面相互滑移摩擦造成的粘着磨耗，因为它与胎面轮廓形状直接相关。考虑到胎面磨耗的实际情况，可从两个方面来评价轮胎的耐磨耗性能。一方面是从胎面的磨耗速度（即沿胎面厚度方向的磨耗速度）来评估，另一方面是从胎面磨耗的均匀性来评估。

优胎面轮廓。优化搜索过程见。

其中，/u）为单位面积上的接地载荷，/2u）为接地面压力分布的偏度估计值。

原胎与优化胎的胎面轮廓尺寸对比见表2.表2优化胎与原胎的胎面轮廓尺寸表75优化胎599.78269.926.1250.8197.89原胎与优化胎的轮廓对比见。

结果分析与讨论根据优化求得的最优胎面轮廓建立轮胎三维有限元模型，然后对其进行三维有限元分析41（注：轮胎行驶速度为90 km/h，下沉量为30mm.），并将分析结果和原胎数据进行比较。优化胎和原胎的各项数据对比见表1（表1中的数据为按比例缩放后的值，故不附单位）。

表1优化胎和原胎的各项数据对照表原胎优化胎目标函数变化率/%单位面积上的接地载荷接地压力分布的偏度估计值最大节点载荷最小节点载荷最大高斯点应力最小高斯点应力由表1可以看出，不论是单位面积上的接地载荷，还是接地面压力分布的偏度估计值，优化胎都比原胎要小。其中单位面积上的接地载荷下降了0.27%，而接地面压力分布的偏度估计值则下降了10.39%，这说明优化胎不论是在磨耗速度上还是在磨耗的均匀性上都要优于原胎，尤其是在磨耗的均匀性上获得了很大的提高。

优化胎与原胎的接地面压力分布对比见。

原胎与优化胎的接地压力分布对比由可以看出，优化胎的接地面压力分布明显比原胎均匀，其最大单元压力值较原胎有所下降，而最小单元压力值则较原胎有所上升，这正是优化所希望得到的结果。

结论本文在现有磨耗理论的基础上，通过对胎面轮廓形状的优化初步给出了评价轮胎耐磨耗性能的指标，为胎面轮廓的优化设计提供了理论依据。

分析结果表明，不论是单位面积上的接地载荷还是接地面压力分布的偏度估计值，优化胎都要低于原胎，这说明胎面轮廓优化后轮胎的耐磨耗性能提高了。

将自编的多目标优化程序用于胎面轮廓形状的优化，很好地解决了多目标、多变量的结构优化问题。

本文的研究内容可作为轮胎结构优化设计的一部分，由于充分利用了计算机的数值计算功能，因而可有效降低轮胎结构设计的成本，并缩短轮胎结构设计的周期。

本文仅考虑了胎面轮廓形状对轮胎耐磨耗性能的影响，而影响轮胎耐磨耗性能的结构因素还有很多，如带束层角度、花纹形状和轮辋宽度等，这些将是以后研究的重点。

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