半钢子午线轮胎设计规范

目 录

一、 本设计规范适用范围

二、 轮胎设计依据的确认

1. 目标市场、用户要求的确认

2. 轮胎、轮辋设计标准、法规的确认

3. 轮胎生产工装、模具及专用工器具、工艺条件的确认

4. 轮胎预期成本的测算与分析

5. 轮胎设计规格、花纹类别的确认

6. 轮胎性能取向、性能指标的确认

7. 轮胎试验条件的确认

8. 轮胎专用内胎、气门嘴、垫带、硫化胶囊的配臵

9. 轮胎设计技术要求的确定

10. 轮胎设计原则的确定

三、 轮胎技术设计

1. 新胎充气外缘尺寸的确定

2. 轮胎模具型腔尺寸的确定

3. 轮胎花纹的设计

4. 轮胎花纹总图的绘制

5. 轮胎字体排列图的绘制

四、 轮胎施工设计

1. 轮胎结构型式的确定

2. 轮胎骨架材料规格的确定

3. 轮胎各部位厚度的确定

4. 轮胎成型参数（成型机头曲线、贴合鼓直径等）的确定

5. 轮胎半成品部件的确定

6. 轮胎材料分布图的绘制

7. 轮胎生产专用工器具的确定

8. 轮胎施工文件的编制

五、 轮胎设计验证

六、 轮胎设计文件的编制

七、 轮胎设计更改

一、本设计规范适用范围

半钢丝结构子午线轮胎（有内胎和无内胎子午线轮胎）

1. 轿车子午线轮胎

2. 公制、英制轻卡子午线轮胎

3. 拖车、挂车子午线轮胎

4. 农用子午线轮胎

二、轮胎设计依据的确认

1. 目标市场、用户要求的确认

产品设计开发的优先原则：符合标准化、系列化、规范化、通用化的产品优先（采标产品优先原则）；优先满足具有市场普遍性的需求（少数服从多数原则）；优先采用国际先进标准及法规（先进标准覆盖落后标准原则）；优先满足原配胎市场的需求（高性能满足低性能原则）；优先满足国际市场的需求（高质量取代低质量原则）；优先满足高速级、高层级的需求（高指标涵盖低指标原则）；优先满足轻量化、节能、环保、跑气保用、智能型等高技术含量的产品需求（换代产品优先原则）。

另外，对客户（尤其是原配胎市场）的更具体、更细化的要求应尽量满足。如遇到客户的要求不合理，可以通过解释、引导、替代的方法加以解决，最终让客户满意。

2. 轮胎、轮辋设计标准、法规的确认

对客户无特殊要求的轮胎，设计首先要满足企业产品标准，企业产品标准尽可能涵盖多个标准与法规、尽可能是最新的版本。企业产品标

准等同采用、等效采用如下标准：

轿车子午线轮胎设计 --- 以新版ETRTO 、ECE30为主，TRA 、FMVSS109、GB 、JATMA 为辅。

轻卡、拖车、挂车子午线轮胎设计 --- 以新版TRA 、FMVSS119为主，ETRTO 、ECE54、GB 、JATMA 为辅。

其它子午线轮胎设计 --- 如无特殊要求，尽可能以新版TRA 、FMVSS119、 ETRTO、ECE54为主， GB、JATMA 为辅。

企业产品标准中的高速性能、耐久性能、压穿强度、脱圈阻力指标应高于ECE 、FMVSS 、GB 的规定指标。根据不同的产品，指标高出的幅度有所不同。

3. 轮胎生产工装、模具及专用工器具、工艺条件的确认

重点对尺寸、结构、性能要求特殊的产品进行生产工装、工艺条件的确认。分别对生产设备、工艺条件、专用工器具的符合性进行书面明确，需添臵的专用工器具，则提供工艺参数图。

同时对轮胎模具的类型及匹配的硫化机进行确认。

4. 轮胎预期成本的测算与分析

新产品的预期成本测算与分析尽可能以同系列、同轮辋直径、同速度级别、同结构、同类花纹、同工艺，最接近的轮胎规格进行测算。同轮辋直径的轮胎可以用尺寸系数（外直径×断面宽）进行测算。

5. 轮胎设计规格、花纹类别的确认

结合上述条款的确认，即可确定设计的轮胎规格、负荷指数（层级）、

速度级别、花纹类别、花纹深度、牵引系数、耐磨指数、耐温指数等。

6. 轮胎性能取向、性能指标的确认

轮胎的许多性能是相互制约的，不同类别、不同速度级别的轮胎性能取向是不同的，其性能重要性排序如下：

轿车/公制轻卡子午线轮胎设计 --- 安全性能（包括干、湿路面的纵向、侧向附着性能；高速耐久生热性能；超低压条件下的抗脱圈性能；操控稳定性；无内胎化；抗冲击性能）、舒适性能（包括缓冲性能、滚动噪音、滚动频谱、操控平顺性）、通过性能、耐用性能（胎体的耐用性、材料的抗老化性能、耐磨性能）、美观装饰性能、节油性能。

英制轻卡子午线轮胎设计 --- 耐用性能（超负荷性能、胎体的耐用性、材料的抗老化性能、耐磨性能）、安全性能（包括干、湿路面的纵向、侧向附着性能；高速耐久生热性能；操控稳定性；抗冲击性能）、节油性能、通过性能、舒适性能（包括缓冲性能、滚动噪音、滚动频谱、操控平顺性）。

拖车、挂车子午线轮胎设计 --- 耐用性能（超负荷性能、胎体的耐用性、材料的抗老化性能、耐磨性能）、舒适性能（包括缓冲性能、滚动频谱）、安全性能（包括抗冲击性能；干、湿路面的纵向、侧向附着性能）、节油性能。

农用子午线轮胎设计 --- 通过性能（越障能力、各类农田的适应能力）、耐用性能（超负荷性能、胎体的耐用性、材料的抗老化性能、抗刺扎性能、耐磨性能）、安全性能（包括抗冲击性能；操控稳定性）、

节油性能。

轮胎性能指标的确认原则：为了向客户提供性能价格比优异的轮胎，安全性能指标达到企业标准（企业标准优于国际标准和法规）、用户要求；耐用性能、舒适性能、节油性能、通过性能满足用户要求。

7. 轮胎试验条件的确认

重点对尺寸、结构、性能要求特殊的产品进行试验条件的确认。如分别对试验设备、试验项目、试验方法、试验条件、试验轮辋/卡盘等试验工器具的符合性进行确认。需添臵的试验工器具，则提供工艺参数。

8. 轮胎专用内胎、气门嘴、垫带、硫化胶囊的配置

如有客户提出购买的无内胎子午线轮胎配臵内胎的要求时，应尽可能说服客户将轮胎按无内胎形式使用，因为轮胎在高速行驶时，内胎一旦被扎破常常会导致轮胎瞬间爆破，极易导致车祸；而无内胎轮胎被扎破时，轮胎往往是慢撒气，驾驶员有反应的余地。所以高速级（Ｍ级以上的轮胎）的轮胎（即轿车/公制轻卡子午线轮胎）必须按无内胎形式设计和使用。当客户坚持要将无内胎轮胎配臵内胎时，我公司将不承担由此而引起安全责任。

有内胎子午线轮胎配臵内胎或垫带时，应尽量选配与斜交轮胎共用的型号。当必须设计专用内胎或垫带时，首先要确认客户所用的轮辋型号及车辆后轮位的形式（单轮还是双轮），以便选配合适的气门嘴型号。

硫化胶囊的配臵：尽可能选配薄壁宽腰系列化子午胎专用硫化胶囊。当必须设计新型号硫化胶囊时，应考虑到子午线轮胎所用硫化胶囊

的特点：外直径大、高度矮、腰部宽、厚度薄（即径向伸张小、周向伸张大、胶囊脱模系数大）。

9. 轮胎设计技术要求的确定

在确认了以上各项条款后，即可确定出轮胎设计技术指标和要求。其中轮胎设计技术指标（主要指法规项目和成品检验技术指标）和要求尽可能不超出企业的产品标准。必须超出的技术指标如确实可以达到，则可以考虑对企业的产品标准进行换版修订。

10. 轮胎设计原则的确定

在上述条款得以确认后，围绕产品的特点确定相适应的设计目标、结构形式、工艺路线。

对于非特殊需要产品，轮胎的设计原则是：尽可能在现有的配方、结构形式、包圈形式、系列化钢丝/纤维帘布、系列化半成品部件、工艺路线、工艺条件中优选出最适合的方案。

对于特殊需要产品，则有针对性的在上述设计原则基础上增、改相适应的内容。

三、轮胎技术设计

1.新胎充气外缘尺寸的确定

如客户无明确要求，新胎充气外缘尺寸的确定原则是：

1.1 Ｄ′--- 设计新胎充气外直径（设计目标值）的确定

1.2 Ｂ′--- 设计新胎充气断面宽（设计目标值）的确定

凡生产经过硫化后充气的轮胎，其新胎充气断面宽的波动会很大，这主要与有硫化后充气工艺波动有关，因为轮胎硫化出模后后充气是否及时、实际后充气压力的大小及波动、后充气时间的长短会直接影响轮胎充气断面宽的稳定性。

当轮胎结构施工参数（如胎体帘布角度）、骨架材料（如胎体帘线种类）、工艺条件（如取消了硫化后充气工艺步序）得到固化后，新胎充气断面宽会很稳定，且波动也小。这样Ｂ′--- 设计新胎充气断面宽（设计目标值）的确定就更容易准确。在这种条件下，Ｂ′的取值可以比标准的中值小2～3毫米，这同样有利于轮胎的轻量化。

2.1 Ｄ --- 轮胎模具型腔外直径的确定

首先要确定不同类别、不同系列、不同结构轮胎充气后的径向伸张值（Ｄ′/Ｄ）或外直径变化量（Ｄ′-Ｄ）。以下是常见的取值方法：

根据从表中径向伸张值（Ｄ′/Ｄ）的选取，即可算出Ｄ值。另外，为了方便Ｈ、Ｈ１、Ｈ２值计算和绘图，常常再对Ｄ值作一点修正：方法是若模型胎圈着合直径ｄ值有一位小数，则Ｄ值的小数位也加一位等值小数，而原Ｄ值的个位数可视小数值的大小而决定是不变还是减１，这样可使修正后的Ｄ值尽量保持与原Ｄ值相近。

2.2 ｄ --- 轮胎模具型腔胎圈着合直径的确定

与轮辋胎圈座之间的周向滑转（即在车辆起步、加速、减速、制动过程）；二是确保无内胎轮胎的安全性能 --- 抗侧向的脱圈能力（即在车胎低气压高速转弯过程）；三是确保无内胎轮胎的保压性能；四是确保轮胎与轮辋易于装配、且装配不易损伤胎圈；五是所匹配的胎圈底部曲线应易于加工、测量和验收（同样便于测量旧模具的磨损程度）。

为了更好的平衡以上性能，需要将胎圈着合直径与胎圈底部曲线的最佳配臵进行固化，并对该处模具加工公差进行严格控制。

对于无内胎轮胎需将企业的产品标准的最小脱圈阻力控制在一个合理的范围：即高于FMVSS 、GB 规定值的10～30%。

过去轮胎胎圈直径取值较轮辋标定直径小1.0mm 左右，胎圈底部设计采用胎踵圆弧与7°着合面上相切的曲线形式来保持与5°轮辋着合面进行过盈配合，这种设计方式从理论上讲对无内胎轮胎的使用是没有问题的，多年来的实际使用也验证了这一点。但是在对轮胎模具的加工上及对胎圈着合直径的测量验收上是很困难的，也是不准确的。一旦无内胎轮胎的脱圈阻力值出现偏大或偏小的时候，则很难判断胎圈着合直径是设计的不合适，还是加工的不合适。

鉴于此，在国内外有许多轮胎公司已普遍采用了一种新的胎圈曲线设计方法，克服了原先设计上的不足。为此在确保轮胎胎圈底部过盈量不变的前提下，也就是说不改变原有的钢丝圈、缠绕盘、扣圈盘、均匀性试验机卡盘、动平衡试验机卡盘尺寸的前提下，对模型胎圈底部曲线的画法作部分调整，这样既便于今后对模具胎圈着合直径进行测量验

收，又利于分析轮胎质量问题。

新的无内胎轮胎的胎圈曲线设计方法是：轮胎胎圈着合直径的取值较轮辋标定直径小2.0mm 左右，胎圈底部设计采用胎踵圆弧与胎圈着合直径水平线相切，水平线延至胎圈宽度的１／２处止，然后再以17°延至胎趾。这样在胎圈底部曲线上实际出现了宽度约2.0mm 左右直径为胎圈着合直径的微小平台。该平台即被用于模型胎圈着合直径的检测。

无内胎原胎圈底部曲线与新的胎圈底部曲线见附图，从两曲线重叠图上可以看出其交点位于钢丝圈底部。

对于使用多件式轮辋（如半深槽轮辋、平底宽轮辋等）的有内胎轮胎来讲，轮胎模具型腔胎圈着合直径的设计只需考虑防范胎圈与轮辋胎圈座之间的周向滑转和确保轮胎与轮辋易于装配/拆卸这两个方面的要素。为了兼顾这两个要素，就要按图示的方法设计。

着合平台与水平面的夹角实际小于轮辋的5°角。另外，考虑到模型的加工和检测，在作图时模具型腔胎圈着合平台端部（对应轮胎胎趾处）应标注直径，而不是角度。

2.3 Ｃ --- 轮胎模具型腔胎圈着合宽度的确定

无内胎轮胎模具型腔胎圈着合宽度的设计均要比标准轮辋宽，其增

宽设计的理由及增宽幅度（即Ｃ值增量）主要与六个方面的因素有关：一是PDEP 理论认为，在轮胎的胎圈和胎肩部位施加一定的预应力，有利于提高轮胎的高速性能；二是轮胎在自由状态下冷却时，两胎圈间距会缩小，无硫化后充气的轮胎尤其是如此（一般缩小7～9毫米）。对无内胎而言，过小的胎圈间距是无法与轮辋装配充气的；三是在原配胎市场，有很多轿车、商用车型所配的无内胎轮胎是按比标准轮辋宽0.5″的轮辋（标准允许的范围），大规格轮胎甚至宽1.0″的轮辋（也是标准允许的范围）来装配的；四是轮胎在储运过程中如果不能上存放架竖立存放（理想的存放方式），而是平卧摞放，则会进一步导致轮胎两胎圈间距会缩小，尤其是压在下面的轮胎；五是当轮胎轻量化达到较高的程度以后，胎侧就更加柔软、更易变形，致使胎圈间距更易变窄；六是胎圈着合宽度的增宽幅度（即Ｃ值增量）主要与轮胎胎侧的宽度、刚性有关，概括的说：断面高度越高、系列越高的轮胎，胎侧越容易变形，从而越容易造成两胎圈间距缩小，所以随着轮胎断面高度越高、系列越高，轮胎模具型腔胎圈着合宽度的设计越大（即Ｃ值增量越大）。

各种规格无内胎轮胎（无硫化后充气工艺）Ｃ值增量见附表（轿车/轻卡子午线轮胎设计参数表）。

有内胎轮胎的Ｃ值增量可以是0～0.5″。 2.4 Ｂ --- 轮胎模具型腔断面宽的确定

轮胎模具型腔断面宽的确定可分为二个步骤：先是根据前面确定的Ｂ′和Ｂ′/Ｂ值来计算出标准轮辋下的轮胎模具型腔断面宽，然后再

根据Ｃ值的增量来进行修正，因为轮胎胎圈着合宽度每改变0.5″，就会使轮胎充气断面宽Ｂ′值有一个变化，其变化幅度随轮胎断面高的降低而增大，并不能用一个固定值来修正。具体修正值见下表：

如果有内胎轮胎的设计Ｃ值增量为零时，则Ｂ值不需要修正。 2.5 Ｈ１／Ｈ２ --- 轮胎模具型腔断面水平轴的确定

轮胎模具型腔断面水平轴的确定可分为二个步骤：先确定在标准轮辋设计下的轮胎模具型腔断面水平轴，然后再根据Ｃ值的增量来进行修正，因为轮胎胎圈着合宽度每改变0.5″，就会使轮胎Ｈ１／Ｈ２值有一个变化，其变化方向及幅度随轮胎系列、断面高度、速度级别的不同而有所变化，并不能用一个固定值来修正，需要经过实验验证。

一般来讲，轮胎系列越低，Ｃ值的增量对轮胎Ｈ１／Ｈ２值的变化影响越大；轮胎断面高度越高，Ｃ值的增量对轮胎Ｈ１／Ｈ２值的变化影响越小；轮胎速度级别越高，要求轮胎充气状态下的Ｈ１／Ｈ２越大。

具体修正后轮胎模具型腔断面水平轴的见下表：

2.6 ｂ、ｈ --- 轮胎模具型腔行驶面宽、行驶面高的确定

轮胎行驶面宽、行驶面高的确定实际上就是确定行驶面曲线的平均曲率半径及该行驶面曲线的范围，设计的着眼点主要有四个方面：一是轮胎的类别。如轿车胎行驶面曲线的平均曲率半径比轻卡胎大；二是轮胎的系列（实际包含速度级别）。系列越低，轮胎行驶面曲线的平均曲率半径越大；三是轮胎花纹的类别（包括花纹深度）。花纹越深（象越野花纹、M+S花纹），轮胎行驶面曲线的平均曲率半径越小；四是带束层的结构形式。相对于同一轮胎规格而言，带束层（包括冠带层）的箍紧系数越大，轮胎行驶面曲线的平均曲率半径越小。

行驶面曲线的平均曲率半径及该行驶面曲线的范围的设计是与轮胎花纹的设计匹配分不开的。目前，这一匹配方式主要有两种：一种是宽行驶面匹配浅花纹设计（代表品牌：米西林）；另一种是窄行驶面匹

综上所述，宽行驶面匹配浅花纹形式是优选设计方案，其不同类别、不同系列（包含不同速度级别）轿车、公制轻卡子午线轮胎行驶面宽度参数见附表（轿车/轻卡子午线轮胎设计参数表）。 2.7 ＲＮ１、ＲＮ２ --- 轮胎模具型腔行驶面曲率半径的确定

由于子午线轮胎的结构特点决定了它的接地压力曲线为Ｍ形，也就是说，胎肩部位花纹的接地压强大于胎面中部，这就是子午线轮胎容易

纹深度配臵应采取变深度方法设计，即胎面中部浅 --- 两边深 --- 胎肩线处又变浅的设计，这就需要行驶面曲线为两段弧与花纹沟底弧（为

花纹达到最深，胎面中部和胎肩部花纹要逐渐浅（即接地压力较小区）。这样就降低了子午线轮胎的磨肩程度。

轮胎行驶面曲线的两段圆弧ＲＮ１、ＲＮ２的切点位臵就是主花纹沟的位臵。另外，ＲＮ１、ＲＮ２弧的取值及大小配臵比例很重要，具体计算、选值范围如下：

轮胎模具型腔行驶面曲线的两段圆弧中的ＲＮ１可通过以下公式计算（计算值应符合上表的规律）： ＲＮ１＝ｂ１２／８ｈ１＋ｈ１／２

（说明：当轮胎行驶面曲线采用单弧设计时，公式中的ｈ１、ｂ１分别为ｈ、ｂ）

轮胎模具型腔行驶面曲线的两段圆弧中的ＲＮ２既可通过建立坐标系解方程计算，又可通过ＣＡＤ作图得出（计算值应符合上表的规律）。 2.8 Ｒ１ --- 轮胎模具型腔上胎侧弧半径的确定 轮胎模具型腔上胎侧弧半径可通过以下公式计算：

２２２

（说明：当轮胎行驶面曲线采用单弧设计时，公式中的ｈ２、ｂ２分别为ｈ、ｂ）

其中Ｌ＝１／２～１／３Ｈ２

需强调的是：凡轮胎胎肩轮廓采用正弧（过渡弧）设计时，Ｌ值可取１／２～１／３Ｈ２；当采用切线或反弧设计时，Ｌ值取１／３Ｈ２。 2.9 Ｒ２ --- 轮胎模具型腔下胎侧弧半径的确定 轮胎模具型腔下胎侧弧半径可通过以下公式计算：

Ｒ２＝（０. ２５（Ｂ－Ｃ－２ａ）２＋（Ｈ１－ＨＣ）２）／（Ｂ－Ｃ－２

ａ）

其中ＨＣ为轮辋轮缘高度；Ａ为轮辋轮缘宽度 ａ＝２／３～３／４Ａ

2.10 Ｒ３ --- 轮胎模具型腔下胎侧过渡弧半径的确定

除了设计有特型轮缘座的轮胎没有Ｒ３弧以外，一般轮胎都设计有Ｒ３弧，其取值不易过小：≥50；常用取值范围：55～75，需根据轮胎的Ｒ２弧大小决定，即Ｒ２弧越大，则Ｒ３弧越大。 I. 2.11 轮胎模具型腔胎肩轮廓型式的确定

胎肩轮廓型式由如下设计元素构成与组合：

设计元素Ⅰ类：胎肩支撑、散热区轮廓有正弧型、切线型、反弧型三种。 设计元素Ⅱ类：胎肩角轮廓有相关线型、小圆弧型、大圆弧型、倒角型、

四种。

实际上轮胎的胎肩轮廓型式均是由上述两类设计元素组合而成的。

以下是常见组合模式：

几种常见的轮胎胎肩轮廓组合模式的功能特点：

A3 --- 正弧型＋大圆弧型组合模式：优点是高速车辆操控稳定性能优

异，这主要是指车辆在高速转弯时，轮胎接地区能平稳地由冠 部向肩部移位，即轮胎接地面损失率小，提升了安全性能，所 以这一组合模式更适合于轿车子午线轮胎；缺点是对轮胎肩部 花纹的支撑作用差，不适合用于高负载的载重子午线轮胎。该 组合模式的性能正好与C1相反。

B3 --- 切线型＋大圆弧型组合模式：高速车辆操控稳定性能与A3相比

稍差一些，但对轮胎肩部花纹的支撑作用要好于A3。该组合 模式常用于小规格或低系列公制轻卡子午线轮胎、加深花纹 （如M+S花纹）或低速级轿车子午线轮胎。

用好，而且改善了轮胎肩部的散热性能，所以这一组合模式更 适合于高负载的载重子午线轮胎（如英制轻卡子午线轮胎）； 缺点是高速车辆操控稳定性能很差，不适合用于轿车子午线轮 胎。该组合模式的性能正好与A3相反。

C4 --- 反弧型＋倒角型组合模式的特点与C1基本相同。

B2 --- 切线型＋小圆弧型组合模式、A 2 --- 正弧型＋小圆弧型组合

模式：这两种组合模式是典型的介于A3与C1之间的一种配臵，更适合于公制轻卡子午线轮胎（其所配车型也是介于轿车与轻卡车之间的商用车）。

B1 --- 切线型＋相关线型组合模式：优点是能适应于特宽行驶面的轮

胎（如拖拉机的驱动轮），并使突出的肩部花纹得以支撑。 B4 --- 切线型＋倒角型组合模式的特点与B1基本相同。 以下是几种常见的轮胎胎肩轮廓组合模式图示：

轮胎胎圈轮廓型式一般分为两种：一种是常规型，凡属常规用途、非超低系列的轮胎均适宜；另一种是加强型，即胎圈设有轮缘座，这种

别，这样就要求在花纹设计上要有针对性。

轮胎双曲面的行驶面可以近似看成是一个球面，同样刚性很强的钢丝带束层也是这样一个近似球面。当轮胎装在车上使用时，轮胎的接地面形状会屈从于平展的硬质路面形状，这时刚性很强的带束层会发生曲翘变形（带束层中部翘起呈反拱状），而带束层边缘受力比较小。这就造成子午线轮胎接地压力曲线呈Ｍ形（延轮胎断面方向），也就是说主花纹沟区的接地压力大于胎面中部和肩部（即带束层边缘区）。

这一状况常常导致子午线轮胎在使用中出现磨肩现象；在做室内高

速极限性能试验时，往往会在主花纹沟外侧边的锐角花纹块（迎着轮胎滚动方向的一侧花纹）处出现与带束层分离的“掀花纹块”现象，且主花纹沟旁的锐角花纹块位臵越靠近带束层边缘，“掀花纹块”现象出现的越早（高速性能越差）。

为了克服子午线轮胎的磨肩现象和掀花纹块现象或减轻程度，子午线轮胎花纹的不饱和度应从胎面中部向肩部依次降低，也就是说让花纹块的刚性从胎面中部向肩部依次增强。

总之，为了确保子午线轮胎的各项性能，在花纹设计上可以采用如下的八种常用的手段，即归结为“八变”：

一变：变节距----就是花纹周节的节距是可变的，可有2～5种宽度，

通过尽可能不规律的排列来达到减少轮胎滚动噪声 的目的。

二变：变曲率----就是行驶面曲率由中部至肩部有所变化，即行驶面中

部曲率小，肩部曲率大，以求达到减少带束层曲翘变 形，使胎面磨损均一化。

三变：变深度----就是将花纹沟深度由行驶面中部向主花纹沟区逐渐加

深，再由主花纹沟区向行驶面肩部逐渐减浅，以使接 地压力较大的主花纹块更耐磨。

四变：变间距----就是将数条纵向花纹沟的间距由行驶面由中部至肩部

逐渐加大，即纵向花纹条宽度逐渐加大，以使子午线 轮胎的磨肩现象减小到最低程度，同时也提升了轮胎

的高速性能。

五变：变角度----就是将不同节距花纹沟的排列角度随花纹节距宽度的

变化而变化，即大节距花纹块花纹沟的排列角度小， 以使不同节距花纹块的不饱和度及刚性趋于一致，还 可减少轮胎的不均衡磨损现象。

六变：变宽度----就是将不同节距花纹沟的宽度随花纹节距宽度的改变

而变化，以使不同节距花纹块的不饱和度及刚性趋于 一致，还可减少轮胎的不均衡磨损现象。

七变：变坡度----就是将横向花纹沟（尤其是肩部）两边的坡度设计不

同角度，即锐角花纹块的支撑角度大于钝角花纹块的 支撑角度，以减少轮胎的不均衡磨损现象。

八变：变钢片----就是将不同节距的花纹块内的钢片数量及钢片形状随

花纹节距的改变而变化，以使不同节距花纹块的刚性 均一化。

子午线轮胎花纹设计常用的这八种手段适用于轮胎的类别是：

3.2 轮胎花纹形式的确定：

子午线轮胎花纹从形式上可分为：无向花纹、有向花纹、内外定向花纹、左右轮位专用花纹。它们的特点是：

无向花纹----由于花纹是无向的，所以在轮胎滚动时，行驶面中线的左边花纹与右边花纹会发生不同的形变，反作用力、滚动阻力也不一致，这样对轮胎就会产生一个偏转作用，这些都对轮胎的使用性能产生负面影响。为了减轻这一影响，在设计上花纹产生偏转方向需与带束层产生的偏转方向相反。另外，无向花纹的优点是便于与车辆的装配及换位。

有向花纹----由于花纹是有向的（轮胎的胎侧标有轮胎的滚动方向），所以在轮胎滚动时，行驶面中线的左边花纹与右边花纹所产生的形变相同，反作用力也一致；花纹所产生的偏转作用为零；轮胎的滚动

的缺点是不便于与车辆的装配及使用；同时也不能因轮胎内外侧使用条件的不同进行针对设计。

在特殊条件下，有时也将四轮驱动越野车辆的后轮胎（装配有向越野花纹轮胎时）反向装配。

内外定向花纹----由于花纹是分内外侧装配方向的（轮胎的胎侧标有轮胎的朝外定位装配方向）。在行驶方向左右轮位的轮胎所产生的形变不相同，反作用力也不一致；左右两条轮胎对车辆会产生的轻微的偏转作用。但内外定向花纹的优点也是明显的，可以针对轮胎内外侧使用条件的不同进行不对称的设计，如外侧花纹的设计要比内侧花纹耐磨。另外，内外定向花纹轮胎同样也是不便于与车辆的装配。

左右轮位专用花纹----这种轮胎是左右轮位专用型的，左右轮位轮胎的花纹是镜向的，不可互换的（轮胎的胎侧标有轮胎是左轮还是右轮）。它实际上是将有向花纹和内外定向花纹的特征合二为一，也就是说左右轮位专用花纹轮胎的使用既受滚动方向的限定，又受内外定向装配的限定。这种左右轮位专用花纹轮胎的设计、生产、销售均是同时进行的。

左右轮位专用花纹设计的针对性很强，既考虑了轮胎的滚动方向（滚动阻力、排水性能），又兼顾了轮胎内外侧使用条件（耐磨性）的差异，所以它的性能是最优秀的，一般用于Ｚ级以上的超低系列高档轮胎。这种轮胎也称之为免换位轮胎，车辆一般也不设臵备胎。

另外，该轮胎的缺点是给生产、销售、装配和使用带来点麻烦。

3.3 花纹设计的几大要点： 3.3.1 花纹周节数的确定：

轮胎花纹设计周节数（即几何周节数）要依据轮胎的类别、轮胎的速度级别、轮胎的花纹形式、花纹是否采用复合周节等因素来确定。这里要引入轮胎花纹设计功能周节数的概念，所谓功能周节数即指轮胎形

一般上讲，最常见的花纹形式是：轮胎的几何周节数等于轮胎的功能周节数；而当轮胎花纹设计为双复合周节时（即一个几何周节内有两个形状不一的主横向花纹沟），这时轮胎的几何周节数等于轮胎的功能周节数的一半；依次类推，当轮胎花纹设计为叁复合周节时（即一个几何周节内有叁个形状不一的主横向花纹沟），轮胎的几何周节数等于轮胎的功能周节数的三分之一，此外还有组合复合型周节，即在同一复合型周节内将若干个单元重排形成的新的复合型周节。

实际上轮胎花纹设计首先应确定的是功能周节数，功能周节数值越大，轮胎制动距离越短（安全性越好），同时轮胎滚动阻力也越大。以下就是各类轮胎功能周节数的取值范围：

3.3.2 变节距花纹节距型号的确定及节距取值方法：（分度值） 以下是各类轮胎变节距花纹节距型号的确定：

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（大）、Ｇ（特大）

两个节距型号用字母：Ｓ、Ｌ表示；三个节距型号用字母：Ｓ、Ｍ、Ｌ表示；四个节距型号用字母：Ｔ、Ｓ、Ｍ、Ｌ表示；五个节距型号用字母：Ｔ、Ｓ、Ｍ、Ｌ、Ｇ表示

变节距花纹节距取值方法有两种：一种是数值取值法，另一种是角度分度值取值法。后一种方法可使相同花纹不同规格的轮胎花纹设计的取值一致化，所以较前一种更加合理，并且有利于计算机编程。

角度分度值取值方法的实施步骤是：确定花纹功能周节数；确定花纹是单周节还是复合周节；确定花纹几何周节数；确定花纹节距的型号数量；确定花纹节距间的级差；再用能整除３６０°的度数表示，这个度数就是分度值；各个型号的节距宽度则用这个分度值的整倍数表示；调整各个型号节距数量至合理范围；排定变节距花纹刻模段型号（仅限于铸造模具）；排定变节距花纹序列图谱。

3.3.3 变节距花纹序列图谱的确定：

在确定变节距花纹序列图谱时需要考虑两个因素：一是不同的节距花纹的排序尽可能无序化；二是根据轮胎的类别或速度级别来决定精密铸造轮胎模具的花纹刻模段型号数量，以免造成模具加工成本过高。

凡精密铸造轮胎模具的花纹刻模段夹角不宜大于36°，否则会影响模具的铸造；另外，最好也不小于30°，否则会提升模具加工成本。

确定变节距花纹序列图谱的常规作法是：先确定模具的花纹刻模段型号，再确定模具的花纹刻模段各个型号的数量，最后将几种型号的有序花纹刻模段进行无序化排列。对于精密铸造活络模型，还需再分出活

络模型的分模段（如八段活络块或九段活络块，块与块之间的夹角可以不等）。如图所示为69周节4节距花纹序列图谱。

另外，当变节距花纹节距型号为4时，Ｔ（微小）节距与Ｌ（大）节距最好不要相邻，因为这两种型号的花纹强度差异较大，相邻后花纹易出现“阶梯”磨损（如搓板状），轮胎使用过程中一旦出现“阶梯”磨损，不仅会加速轮胎的不均匀磨损，而且直接导致轮胎滚动噪声的加大。同样，当变节距花纹节距型号为5时，Ｔ（微小）节距与Ｇ（特大）节距也不要相邻。

3.3.4 花纹周节框图的画法：

花纹周节框图的画法要依据轮胎花纹设计所选定的花纹类型、花纹的排布形式（如：阶梯型、螺旋型、块状型）、花纹周节形式（如单一型、双复合型、三复合型、组合复合型等）等来确定。

常用的花纹周节框图的画法有以下几种：平直线法、平直线错位法、单折线法、同向多折线法、双向多折线法、曲线法等。

花纹不饱和度的确定原则：速度级别越低的轮胎，花纹不饱和度越大；花纹越深的轮胎，花纹不饱和度越大；系列越高的轮胎，花纹不饱和度越大；行驶面越窄的轮胎，花纹不饱和度越大。

轿车/公制轻卡子午线轮胎花纹不饱和度（所有钢片细缝花纹均计算在内）取值范围见附表（轿车/轻卡子午线轮胎设计参数表）。

3.3.6 花纹绘制定位方式：

花纹绘制定位方式就是在花纹周节框图的画法确定以后首先要确定内容。常用的花纹绘制定位方式有：

花纹沟中线定位法----该画法可适用于任何花纹，其最大的优点是花纹沟间距配比定位准确，一旦出现花纹不饱和度不理想时，只需调整花纹沟的宽度、角度即可，所以使用起来非常方便。该画法通常可分别与特殊点相关线法、等分线法组合使用，是目前两种最佳的画法组合，同时这种组合画法有利于变节距花纹的变角度设计；可大量减少尺寸标注；便于计算机编程；利于同花纹的不同规格轮胎的设计。该画法见图示：

花纹沟边线定位法----该画法不如花纹沟中线定位法那样易于对花纹沟间距配比进行定位（即不直观，不易定量控制），一旦出现花纹不饱和度不理想时，调整花纹沟的宽度会直接影响已确定好的花纹沟间距配比。所以应尽量不用该画法。另外，该画法也可分别与特殊点相关线法、等分线法组合使用。该画法见图示：

（花纹沟边线定位法与等分线法组合）

特殊点相关线法----该画法一般不单独使用，它主要与花纹沟中线定位法、花纹沟边线定位法、等分线法组合使用。该画法充分利用了花纹周节框图及其它花纹绘制定位法所构成特殊点、特殊点与特殊点构成的相关线、特殊点构成的辅助线等作为花纹绘制的基点。这种画法有利于变节距花纹的变角度设计（不需标注花纹的角度）；可大量减少尺寸标注；便于计算机编程；利于同花纹的不同规格轮胎的设计。

等分线法----该画法一般不单独使用，它主要与花纹沟中线定位

法、花纹沟边线定位法、特殊点相关线法组合使用。该画法是将已确定好的花纹周节框图实施周向等分（具体等分数依情况而定），即在同一周节内设有若干条与花纹周节框图拼接线平行的辅助线。

等分网格线法----该画法一般情况下单独使用，也可以将特殊点相关线法作为辅助手段使用。这种画法最适于块状花纹（象越野花纹、M+S花纹）的设计。该画法是将已确定好的花纹周节框图实施周向、横向同时等分（具体等分数依情况而定），即在同一周节内设有若干条与花纹周节框图拼接线平行的辅助线, 同时还设有若干条在花纹胎肩线内、外与花纹胎肩线平行的等分线, 花纹胎肩线内、外的等分距离可以不同。这种画法有利于变节距花纹的变角度、变宽度设计（不需标注花纹的角

通常采用的软件有Auto.CAD ；当建立三维坐标系时，通常采用的软件有Pro.E 和UG 。图中的每个点、每条线、每个面均通过数据文件反映。三维坐标点画法更适合于模具的加工。

3.3.7 纵向花纹沟与横向花纹沟的配比：

纵、横向花纹沟的定义：与轮胎中线夹角为0°的花纹沟为100%的纵向花纹沟（环状花纹沟）；与轮胎中线夹角为90°的花纹沟为100%的横向花纹沟；与轮胎中线夹角为45°的花纹沟为中性花纹沟。那么为了便于归类通常将与轮胎中线夹角为＞0°及＜45°的花纹沟统称为纵向花纹沟（即纵向趋势大于横向趋势），将与轮胎中线夹角为＞45°及＜90°的花纹沟统称为横向花纹沟（即横向趋势大于纵向趋势）。

纵向花纹沟与横向花纹沟的配比（纵／横比值）的确定依据：速度级别越高的轮胎，花纹沟的纵／横比值越高；从动轮胎花纹沟的纵／横比值大于驱动轮胎；公路轮胎花纹沟的纵／横比值大于越野轮胎（包括M+S轮胎）。

3.3.8 主花纹沟与辅花纹沟的配比：

主花纹沟指最深、最宽的花纹沟，它的设计决定了花纹的主要性能特征，其中的横向主花纹沟数量决定了轮胎花纹的功能周节数。

辅花纹沟指比较浅、比较窄、比较短的花纹沟，它起着调整花纹块刚性、提高轮胎附着性能、抗湿滑性能及散热性能的作用。

一般讲，速度级别较低的、负荷量大的、使用条件差的轮胎（如农用轮胎、英制轻卡轮胎）采用辅花纹沟的比例较低。

3.3.9 花纹沟变深度的方式：

花纹沟变深度的方式有以下几种：一是纵向花纹沟与横向花纹沟既等深，又同时渐变深度（此法适用于公制轻卡轮胎、低速级轿车轮胎）；二是横向花纹沟渐变深度，纵向花纹沟按主、辅花纹沟分别标注不同深度（此法最适用于高速级轿车轮胎、公制轻卡轮胎）；三是纵向花纹沟按主、辅花纹沟分别标注不同深度，横向花纹沟深度不变（此法适用于英制轻卡轮胎）；四是纵、横向花纹沟分别标注不同深度。

3.3.10 纵向花纹沟的间距及角度、宽度的确定：（变间距、变角度、变宽度）

纵向花纹沟的间距的确定原则是：胎面中部小，肩部大。也就是说要让花纹块的大小（即刚性）由中部到肩部依次加大，相应的花纹不饱和度由中部到肩部依次减小。这样的设计，会大大减少子午线轮胎磨肩的程度，同时由于肩部的纵向花纹沟离轮胎肩部（即带束层边缘）距离加大，使肩部花纹块在轮胎高速行驶时不易出现“掀花纹块”现象，轮胎高速性能会有明显的提升。具体纵向花纹沟的间距比：

纵向花纹沟角度的确定原则：速度级别越高的轮胎，纵向花纹沟与轮胎中线夹角越小。以高速轿车轮胎为例，除了某些有向花纹的轮胎以外，绝大部分的纵向花纹沟为环状，这种花纹在湿路面条件下有很强的汲取水膜的作用，使轮胎花纹能较好地接触地面，提高了轮胎的抗湿滑性能。当所设计的轮胎纵向花纹沟与轮胎中线夹角需增大时，其与相邻带束层角度差≥5°，以防范纵向花纹沟底出现裂纹。

纵向花纹沟宽度的确定原则：速度级别越高的轮胎，纵向主花纹沟的宽度越大，以利提高轮胎的抗湿滑性能。

3.3.11 横向花纹沟的定位及角度、宽度的确定：（变宽度、变角度、变坡度）

横向花纹沟的定位原则：同周节（包括变节距花纹）内的横向花纹

沟的尺寸标注不应超出花纹周节框图，对于变节距花纹如必须与另一个随机的节距的横向花纹沟连贯，则需在周节框图边线处实施坐标点的衔接，否则就无法正确加工模型；当变节距花纹周节内的横向主花纹沟只有一条时，靠近胎肩处横向主花纹沟的位臵尽量位于花纹周节的中线处，这样在每个型号的节距内横向主花纹沟将肩部花纹块分成了上下两个部分，这上下两个部分的花纹宽度随不同的节距而有所不同，当不同节距花纹经任意排列时，实际就会排列组合出更多不同宽度的花纹块（如4种节距的花纹按此法可排列组合出16种宽度的花纹块），这样轮胎的滚动噪声会更小，如将横向主花纹沟的位臵臵于花纹框图边线处，则设计的花纹节距型号有多少，则花纹块宽度型号就只有多少；有资料表明，当肩部花纹沟与轮胎中线的夹角为69°时，轮胎花纹块的纵向附着力达到最佳。同时为了提高轮胎排水性能、降低滚动阻力，越靠近胎面中部的横向主花纹沟，它与轮胎中线的夹角越小，有时这一花纹沟也可以在由肩部向中部过渡过程中它的横向特性（即花纹沟与中线夹角大于45°）逐渐转变为纵向特性（即花纹沟与中线夹角小于45°）。

3.3.12 肩部花纹的设计：

对于不同类别轮胎的肩部花纹设计原则是：

轮胎肩部花纹的设计实际上是与轮胎肩部形式的选取、曲线的设计紧密相关的。

3.3.13 细缝花纹的设计：

轮胎细缝花纹设计的着眼点是：提升高速轮胎抗湿滑性能；提高轮胎对地面的附着性能；用细缝花纹的数量、长度之变化来平衡不同节距花纹块间的刚性；改善轮胎花纹的散热性能；消除花纹块应力集中点， 减少轮胎滚动噪音。

3.3.14 花纹沟剖面形式的设计：

轮胎花纹沟剖面形式的设计要依据轮胎类别、速度级别来确定，常见花纹沟剖面形式有：（见附图）

单弧Ｖ形对称沟剖面----主要适用于英制轻卡纵向主花纹沟及各种轮胎辅助花纹沟。

单弧Ｖ形不对称沟剖面----主要适用于各种轮胎横向花纹沟及部

双弧Ｕ形对称沟剖面----主要适用于轿车、轻卡轮胎纵向主花纹沟及部分横向花纹沟。

双弧Ｕ形不对称沟剖面----主要适用于轿车、轻卡轮胎横向主花纹沟及部分纵向花纹沟，该剖面形式花纹沟可调整花纹沟两边花纹块的刚性比。

单台阶Ｖ形不对称沟剖面----主要适用于英制轻卡轮胎纵向花纹沟及农业轮胎辅助花纹沟。

单台阶Ｖ形对称沟剖面----主要适用于英制轻卡轮胎纵向花纹沟及农业轮胎横向花纹沟。

单台阶Ｕ形对称沟剖面----主要适用于高速轿车轮胎纵向主花纹沟。

上Ｖ形下Ｕ形对称沟剖面----主要适用于英制轻卡轮胎纵向花纹沟。

圆角Ｕ形对称沟剖面----主要适用于高速轿车轮胎纵向主花纹沟。 倒角Ｕ形对称沟剖面----主要适用于高速轿车轮胎纵向主花纹沟。 单坡度沟剖面----主要适用于轮胎横向、细缝花纹沟端点处及轮胎锐角花纹块倒角处。

双坡度沟剖面----主要适用于轮胎锐角花纹块倒角处。

扁Ｕ形对称沟剖面----主要适用于轮胎肩部花纹沟。

半圆形对称沟剖面----主要适用于轮胎肩部花纹沟。

半圆形对称直沟剖面----主要适用于轿车、轻卡轮胎辅助花纹沟。

5. 轮胎字体排列图的绘制