半鋼子午線輪胎徑向力八次諧波的改進(jìn)

李 虎，李 浩，姜浩軍，王建中，孟凡波

（中策橡膠集團有限公司，浙江 杭州 310018）

隨著人們生活水平的不斷提高，家庭轎車越來越普及，且對轎車乘坐舒適性的要求也越來越高[1]。輪胎作為轎車與地面直接接觸的部件，對轎車乘坐舒適性起著關(guān)鍵性作用，而輪胎的均勻性又是影響舒適性的主要性能指標(biāo)之一。輪胎作為多種部件組合而成的制品，在制造過程中存在尺寸、剛度和質(zhì)量不均勻的現(xiàn)象。這種不均勻性在輪胎高速轉(zhuǎn)動過程中不僅對輪胎使用壽命和整車的操縱穩(wěn)定性產(chǎn)生不利影響，而且是誘發(fā)輪胎噪聲的重要因素[2-3]。

隨著汽車速度的提高，其在某個帶域會與輪胎發(fā)生高頻共振，輪胎將發(fā)生明顯的振動噪聲。因此對輪胎均勻性的控制是輪胎生產(chǎn)質(zhì)量控制的重要環(huán)節(jié)。

輪胎的均勻性指標(biāo)包括徑向力波動（RFV）、徑向力一次諧波（RF1H）、徑向力八次諧波（RF8H）、側(cè)向力波動（LFV）、錐度效應(yīng)（CON）、不圓度（RRO）和動平衡（DB）等。經(jīng)實車測試發(fā)現(xiàn)，輪胎RF8H偏大會提高車輛與輪胎的高頻共振噪聲，影響乘坐舒適性。

本工作以235/50R19半鋼子午線輪胎為例，研究輪胎RF8H對車輛噪聲的影響及其改進(jìn)措施，以降低輪胎噪聲，提高車輛的乘坐舒適性。

1 RF8H對車輛噪聲的影響

在對我公司為某汽車生產(chǎn)企業(yè)配套的235/50R19半鋼子午線輪胎進(jìn)行主觀評價時，在80～110 km·h-1速度帶域內(nèi)噪聲大，駕車手可聽見較明顯的輪胎空腔噪聲。經(jīng)測試發(fā)現(xiàn)，95 km·h-1速度下在189 Hz空腔噪聲頻率處存在較大峰值，分析為RF8H數(shù)值偏大引起的。

通過優(yōu)化胎坯周長設(shè)計和胎坯與模具組合，輪胎RF8H的均值由16.5 N減小至13.0 N以下，經(jīng)驗證有效降低了輪胎空腔噪聲，達(dá)到了預(yù)期改善目的。

2 胎坯周長的設(shè)計優(yōu)化

2.1 方案設(shè)計

目前大多數(shù)輪胎公司使用的硫化模具是活絡(luò)模，而活絡(luò)模通常由8片模塊組合而成。活絡(luò)模在組裝時，很難達(dá)到完全理想的真圓，微觀上存在差異，8片模塊之間存在的偏差和錯位是產(chǎn)生RF8H的主要因素。

通過RF8H波形雷達(dá)圖可反映出模具間隙的影響，如圖1所示。

圖1 輪胎RF8H波形雷達(dá)圖

輪胎硫化時膠囊膨脹向外擠壓定型，胎坯周長的大小可直接反映出胎坯對硫化模具的擠壓狀態(tài)。過度擠壓會使胎坯的膠料滲入模具8片模塊的縫隙中，使輪胎在高速行駛過程中產(chǎn)生離心力的不均衡，反映該現(xiàn)象的指標(biāo)即為RF8H。

據(jù)此分析，設(shè)計一套試驗驗證方案，在硫化模具組裝不變的情況下，調(diào)整胎坯周長，使硫化過程中胎坯內(nèi)部圓周方向產(chǎn)生的應(yīng)力相對減小，從而改善RF8H。

胎坯周長（C）按下式計算:

C＝（D－2G）π－K

式中，D為模具內(nèi)直徑，G為模具溝深，K為系數(shù)，其取值與模具形式有關(guān)，一般K取值范圍為－6～12 mm。

235/50R19輪胎原方案C為2 190 mm，G為8.2 mm，胎坯周長優(yōu)化設(shè)計方案如表1所示。

表1 不同胎坯周長設(shè)計方案 mm

各方案輪胎的生產(chǎn)時間、操作人員、成型機臺、硫化機、模具及均勻性和動平衡檢測機均相同。

2.2 均勻性和動平衡檢測

不同胎坯周長設(shè)計方案輪胎均勻性和動平衡檢測結(jié)果如表2所示。

表2 不同胎坯周長設(shè)計方案輪胎的均勻性和動平衡檢測結(jié)果 N

從表2可以看出，不同胎坯周長設(shè)計方案輪胎的RFV和RF1H無趨勢性的變化關(guān)系，但RF8H隨著胎坯周長的減小呈遞減變化。因此選擇適當(dāng)?shù)奶ヅ髦荛L（系數(shù)K值）可有效控制RF8H，在胎體膨脹率安全系數(shù)范圍內(nèi)可盡量減小胎坯周長（增大K值），從而降低輪胎RF8H，提高輪胎均勻性的合格率，改善輪胎噪聲。

3 胎坯與模具的組合優(yōu)化

3.1 方案設(shè)計

現(xiàn)有的輪胎成型方式，不論一次法成型機還是二次法成型機，一段和二段胎坯的組合都是通過傳遞環(huán)夾持二段胎坯轉(zhuǎn)移到一段胎坯上。成型機傳遞環(huán)夾持塊每塊中間空置，兩邊觸針抓取，如圖2所示。由于傳遞環(huán)的夾持塊數(shù)量一般為偶數(shù)（8塊），使用不當(dāng)，對RF8H是一個惡化的因素。

圖2 傳遞環(huán)

夾持塊在運送胎面組合件到成型鼓輥壓時，胎體充氣膨脹會對胎面組合件施加向外的壓力，胎面和帶束層受力膨脹，因夾持塊兩邊固定、中間空置，導(dǎo)致胎面和帶束層輕微變形（在夾持塊中間空置處），8塊夾持塊會使胎面與帶束層出現(xiàn)8處或16處（夾持塊之間間隙）輕微形變。該變形如果與活絡(luò)模縫隙正好重合，會使變形量疊加，導(dǎo)致RF8H不良，合理設(shè)置胎坯與硫化模具的組合方式，可避免影響因素疊加，改善RF8H。

根據(jù)上述分析，設(shè)計試驗方案，調(diào)整胎坯與硫化模具的組合方式進(jìn)行驗證。整個生產(chǎn)操作工藝流程為:膠料混煉→壓延→成型→胎坯入模→硫化→均勻性和動平衡檢測→檢驗入庫。

在胎坯入模工序，改善前輪胎條碼大致向前放置胎坯，本試驗先在胎坯上找到夾持塊和活絡(luò)模塊的中心位置，然后設(shè)計方案A為夾持塊中心與活絡(luò)模塊中心重疊，方案B為夾持塊中心與活絡(luò)模塊中心錯開22.5°。

除了硫化時胎坯放置位置不同，其他工藝條件均相同。

3.2 均勻性和動平衡檢測

不同胎坯與模具組合方式輪胎均勻性和動平衡檢測結(jié)果如表3和圖3所示。

表3 不同胎坯與模具組合方式輪胎均勻性和動平衡檢測結(jié)果 N

從表3可以看出，方案A輪胎RF8H的平均值比方案B輪胎明顯減小。從圖3可以看出，方案A輪胎RF8H的波峰比方案B輪胎平緩，對RF8H的影響較小，各試驗輪胎RF8H平均減小1.96～3.92 N。由此可見，夾持塊中心位置與活絡(luò)模中心位置重疊的胎坯與模具組合更合理。

圖3 不同試驗方案輪胎RF8H波形雷達(dá)圖

4 結(jié)論

（1）在胎坯設(shè)計時選擇適當(dāng)?shù)奶ヅ髦荛L可有效控制RF8H，在胎體膨脹率安全系數(shù)范圍內(nèi)可盡量減小胎坯周長（增大系數(shù)K值）。

（2）夾持塊與活絡(luò)模塊中心重疊可有效防止夾持塊變形與活絡(luò)模塊間隙變形的疊加，從而提高輪胎均勻性的合格率，降低輪胎高頻共振噪聲，提高汽車行駛時的安全性和舒適性。

各輪胎企業(yè)生產(chǎn)工藝不完全相同，應(yīng)根據(jù)實際情況確定輪胎RF8H的改善方案。