700×25C無(wú)內(nèi)胎公路車輪胎的設(shè)計(jì)

葉 之，羅乃良，許 敏

（中策橡膠集團(tuán)有限公司，浙江 杭州 310018）

隨著自行車無(wú)內(nèi)胎輪胎的普及[1]，700×25C公路車準(zhǔn)無(wú)內(nèi)胎輪胎逐漸進(jìn)入客戶的視野，尤其是在競(jìng)速方面，越來越受到賽車選手的青睞，700C無(wú)內(nèi)胎輪胎的使用率越來越高[2-3]。為滿足市場(chǎng)需求，提升產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力，我公司開發(fā)了700×25C無(wú)內(nèi)胎公路車輪胎，現(xiàn)將有關(guān)設(shè)計(jì)情況介紹如下。

1 技術(shù)要求

根據(jù)GB/T 7377—2017《力車輪胎系列》，確定700×25C無(wú)內(nèi)胎輪胎的技術(shù)參數(shù)為：標(biāo)準(zhǔn)輪輞622×15C，新胎斷面寬 25 mm，外直徑（D0）677 mm，輪胎最大寬度（Wmax） 26 mm，最大外直徑（Dmax） 683 mm，推薦氣壓 700 kPa，推薦負(fù)荷 75 kg。本設(shè)計(jì)在標(biāo)準(zhǔn)氣壓下，輪胎充氣斷面寬（S）為（25±2） mm，充氣外直徑（D）為（677±6）mm。

2 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

2.1 花紋設(shè)計(jì)

本花紋設(shè)計(jì)為光面花紋，表面進(jìn)行電火花處理，花紋表面粗糙度放電取值為9A，花紋展開如圖1所示。

圖1 輪胎花紋展開示意

花紋設(shè)計(jì)深度：冠部為0.6 mm，至胎肩部約為0.15 mm，中間平緩過渡。該花紋具有低滾動(dòng)阻力、低噪聲、高抓著力的特點(diǎn)。由于花紋無(wú)方向性，因此輪胎安裝時(shí)也無(wú)需考慮是否裝反。

2.2 斷面設(shè)計(jì)

700×25C無(wú)內(nèi)胎公路車輪胎的整體胎殼寬度較小，輪輞也偏窄，如果按傳統(tǒng)的輪胎結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，其裝胎充氣會(huì)比較困難，因此本設(shè)計(jì)參考傳統(tǒng)輪胎的尺寸及充氣后的尺寸，擬定輪胎輪廓長(zhǎng)度為68.4 mm，斷面高度為25.8 mm。由于我國(guó)暫無(wú)700×25C無(wú)內(nèi)胎公路車輪胎輪輞標(biāo)準(zhǔn)，本設(shè)計(jì)參照歐洲標(biāo)準(zhǔn)700C無(wú)內(nèi)胎輪胎輪輞進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。輪輞結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 無(wú)內(nèi)胎輪胎輪輞結(jié)構(gòu)

本設(shè)計(jì)輪胎胎圈寬度為4 mm，著合直徑為620 mm，胎圈采用多段曲線結(jié)構(gòu)，以確保實(shí)際嵌合后能盡可能填充輪輞胎唇部位，提高胎圈防漏性能。輪胎斷面輪廓如圖3所示。

圖3 輪胎斷面輪廓示意

輪胎與輪輞之間的配合為過盈配合，若過盈量太大，會(huì)導(dǎo)致輪胎安裝困難，胎圈無(wú)法嵌合到輪輞胎唇座上，影響輪胎的使用及安全性能；若過盈量太小，則胎圈與輪胎配合不緊密，容易造成輪胎的裝車線浮出不均勻，造成輪胎跳動(dòng)偏擺，影響輪胎的使用及安全性能[4-5]。

3 施工設(shè)計(jì)

3.1 胎面

本設(shè)計(jì)胎面冠部采用強(qiáng)抓著力、抗?jié)窕阅軆?yōu)異的膠料[6-7]，側(cè)部采用清潔、耐臭氧老化性能優(yōu)良的膠料。冠部厚度為1 mm，側(cè)部厚度為0.5 mm。

3.2 胎體

胎體是輪胎的主要受力部位，在很大程度上決定著輪胎的充氣形狀以及無(wú)內(nèi)胎輪胎的保氣性能[8-9]。本設(shè)計(jì)胎體采用120TPI單層簾布反包并外貼1層NN60帆布。120TPI簾布具有輕量化和強(qiáng)度高的特性，可明顯減小整胎質(zhì)量，而NN60帆布具有防刺扎、保氣作用，確保輪胎在使用過程中避免刺穿擦傷胎側(cè)而導(dǎo)致輪胎出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象。

3.3 鋼絲圈

胎圈部位承受著輪胎行駛過程中的內(nèi)壓制動(dòng)力矩、離心力以及輪輞的過盈力，因此要求其有超強(qiáng)的抗拉能力。本設(shè)計(jì)采用2×7多股Kevlar鋼絲，鋼絲周長(zhǎng)為1 951 mm。與傳統(tǒng)鋼絲相比，其最大優(yōu)點(diǎn)是質(zhì)量小，在同等質(zhì)量下，其抗拉強(qiáng)度是傳統(tǒng)鋼絲的5倍，安全倍數(shù)滿足設(shè)計(jì)要求。

3.4 成型與硫化

成型采用中國(guó)臺(tái)灣有為工業(yè)股份有限公司的711.2 mm（28英寸）彈簧反包成型機(jī)。

硫化采用膠囊硫化，選用我公司開發(fā)的700×25C膠囊，配合專用700C膠囊夾盤，外溫蒸汽壓力為（0.72±0.02） MPa，溫度為（171±2） ℃，總硫化時(shí)間為5.5 min。

4 成品性能

4.1 外緣尺寸

安裝在標(biāo)準(zhǔn)輪輞上的成品輪胎在標(biāo)準(zhǔn)氣壓下，按照HG/T 2906—2017《力車輪胎靜負(fù)荷性能試驗(yàn)方法》充氣停放3 h后測(cè)量輪胎的外緣尺寸。輪胎的D為675.2 mm，4點(diǎn)平均S為23.6 mm，均符合設(shè)計(jì)要求。

4.2 強(qiáng)度性能

成品輪胎的強(qiáng)度性能按照GB/T 9749—2008《力車輪胎性能試驗(yàn)方法》測(cè)試。試驗(yàn)條件為：溫度 25.4 ℃，氣壓 500 kPa，壓頭直徑 7.9 mm。成品輪胎的強(qiáng)度性能測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 成品輪胎的強(qiáng)度性能測(cè)試結(jié)果

從表1可以看出，輪胎強(qiáng)度性能試驗(yàn)結(jié)束后未壓穿，其破壞能平均值為8.2 J，滿足標(biāo)準(zhǔn)要求（破壞能大于7 J）。

4.3 脫圈水壓試驗(yàn)

脫圈水壓試驗(yàn)按照GB/T 9749—2008進(jìn)行，設(shè)定水壓的標(biāo)準(zhǔn)氣壓為800 kPa，爆破時(shí)壓力為1 066 kPa，安全倍數(shù)為1.3，符合標(biāo)準(zhǔn)要求。

4.4 靜態(tài)氣密性能

無(wú)內(nèi)胎輪胎對(duì)氣密性能的要求較高，因此對(duì)輪胎靜態(tài)氣密性能進(jìn)行測(cè)試。輪胎灌注自補(bǔ)液35～40 mL，并充氣至最大胎側(cè)壓力后多次搖動(dòng)及轉(zhuǎn)動(dòng)，完成后進(jìn)行4 d的氣壓檢測(cè)。初始?jí)毫Γㄗ畲筇?cè)壓力）為755 kPa，第1—4 d的氣壓測(cè)試結(jié)果分別為653，685，699和713 kPa。

經(jīng)計(jì)算，700×25C輪胎第1—4 d的平均每天壓力喪失值為66.25 kPa，滿足最大允許壓力喪失值（67.5 kPa）的要求，其靜態(tài)氣密性能滿足設(shè)計(jì)要求。

4.5 耐久性能

成品輪胎的耐久性能按照GB/T 1702—2017《力車輪胎》測(cè)試。試驗(yàn)條件為：氣壓 700 kPa，標(biāo)準(zhǔn)負(fù)荷 65 kg，試驗(yàn)速度 40 km·h-1，試驗(yàn)時(shí)間 ≥75 h。輪胎行駛75 h后，累計(jì)行駛里程為3 000 km，輪胎正常，符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。

5 結(jié)語(yǔ)

本設(shè)計(jì)700×25C無(wú)內(nèi)胎公路車輪胎的外緣尺寸、強(qiáng)度性能、脫圈水壓試驗(yàn)、靜態(tài)氣密性能和耐久性能均達(dá)到國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求，目前正在進(jìn)行實(shí)際道路試驗(yàn)。