汽车轮胎设计毕业论文

1 前言1.1 课题研究的背景和意义随着我国汽车工业的高速发展，国内市场对车用橡胶制品的需求量迅速增加。

“十五”期间，国内汽车橡胶市场的年均增长率超过30%；与此同时，我国每年仍有50多亿元的汽车橡胶制品（相当于汽车橡胶行业年销售额的20%）需要从国外进口。

这说明我国的汽车橡胶产业目前还满足不了汽车工业发展的要求。

]1[从宏观上看，未来几年由于受到国际金融危机的影响，中国国民经济增长速度虽会有所放缓，但在国家实施一系列刺激经济增长措施的保证下，仍将保持较快的增长速度。

根据《国家高速公路发展规划》，到2020 年，全国公路总里程达到260 万至300 万公里，高速公路里程达到7 万公里以上。

在中国汽车市场的拉动下，2007 年，国内汽车轮胎销售3.3 亿条，同比增长18%，其中子午胎2.3 亿条，同比增长28%；另一方面，轮胎子午化率提高带来的升级换代需求也给轮胎企业的发展提供了空间。

目前，内外资企业都在国内增加子午胎的生产线，预计在2006 年的基础上子午胎的产量每年保持10%的增长，到2010 年我国子午胎产量将达到5.3 亿条，子午化率85%。

综上分析，轮胎橡胶行业的发展状况直接影响到橡胶机械行业的市场空间。

轮胎橡胶行业特别是子午胎制造业的持续快速增长为橡胶机械行业的发展创造了良好条件，使橡胶机械行业的市场容量保持稳定增长。

1.2课题在国内外的研究现状硫化是轮胎制造的最后一道工序，而硫化机是影响轮胎质量的关键设备之一。

近年来，通过与世界轮胎巨头的合作与交流，我国硫化机在精度、可靠性、稳定性等方面均有了质的飞跃，已达到世界先进水平。

目前，国产硫化机可完全取代进口产品，不仅包揽了我国新建轮胎厂所需的所有硫化机，而且还大量出口日本、法国等发达国家，出口型号包括机械式和液压式等10多个规格。

如今，世界轮胎巨头前“五强”已有“四强”使用我国生产的硫化机。

但目前我国液压硫化机的配套件仍主要依赖进口的品牌产品，如液压站、阀门、开关等大多采用进口件，尤其是液压站、液压缸在相当长时间内将维持使用国外PARKER、VICK-ERS、REXROTH等品牌。

]2[对机械式和液压式这两类硫化机在我国的生产、使用情况及各项精度作了介绍和比较。

目前通过对机械式硫化机的改进，基本可满足我国对各类高等级轮胎的硫化要求。

但是随着轮胎子午化的提高，随着国内液压元件达到国际标准,液压硫化机的成本下降，普遍使用液压硫化机则是必然的趋势，毕竟硫化高等级轮眙使用液压硫化机为好。

1.3 轮胎硫化机的发展前景玛莉·多米布罗斯基女士是美国阿克隆固特异公司的硫化课题组的一名负责人，她说，固特异所有的硫化机的外模使用蒸汽加热，里面的花纹模使用一种蒸汽／混合气体加热。

她认为虽然轮胎硫化技术已在相当长的一段时期没有什么变化，但是当代的硫化机的质量非常高。

“虽然硫化技术在安全性能方面也进行了改进，”她补充道，“但是，于其说硫化机发生根本的变化，不如说硫化机一直在不断地改进，使轮胎硫化效果又快又好。

这主要得益于电子和计算机控制技术的应用。

”近年来，通过与世界轮胎巨头的合作与交流，我国硫化机在精度、可靠性、稳定性等方面均有了质的飞跃，目前，我国产的硫化机已可完全取代进口产品，不仅包揽了国内新建轮胎厂所需的所有硫化机，而且还大量出口日本、法国等发达国家，出口型号包括机械式和液压式等l0有了质的飞跃，目前，我国产的硫化机已可完全取代进口产品，不仅包揽了国内新建轮胎厂所需的所有硫化机，而且还大量出口日本、法国等发达国家，出口型号包括机械式和液压式等l0多个规格。

如今，世界轮胎巨头前“五强”已有“四强”使用我国生产的硫化机。

2 轮胎硫化与硫化机的介绍2.1 硫化的介绍2.1.1 硫化的原理在高分子化学中，硫化（Vulcanization）指的是橡胶胶料通过生胶分子间交联，生成具有三维网络结构的硫化胶的过程。

含有双键的弹性体在工业上多采用硫或有机硫化合物来进行硫化交联，因此在橡胶工业中，硫化与交联是同义词。

交联的目的是为了使胶料具备高强度、高弹性、高耐磨、抗腐蚀等优良性能，消除永久形变，使橡胶在变形之后，能迅速并完全地恢复原状。

因为最早发现的交联剂是硫磺，故得名硫化。

硫化”一词有其历史性，因最初的天然橡胶制品用硫磺作交联剂进行交联而得名，随着橡胶工业的发展，现在可以用多种非硫磺交联剂进行交联。

因此硫化的更科学的意义应是“交联”或“架桥”，即线性高分子通过交联作用而形成的网状高分子的工艺过程。

从物性上即是塑性橡胶转化为弹性橡胶或硬质橡胶的过程。

“硫化”的含义不仅包含实际交联的过程，还包括产生交联的方法。

2.1.2 硫化的条件影响硫化过程的主要因素是硫磺用量、硫化温度及硫化时间。

]3[(1) 硫磺用量。

其用量越大，硫化速度越快，可以达到的硫化程度也越高。

硫磺在橡胶中的溶解度是有限的，过量的硫磺会由胶料表面析出，俗称“喷硫”。

为了减少喷硫现象，要求在尽可能低的温度下，或者至少在硫磺的熔点以下加硫。

根据橡胶制品的使用要求，硫磺在软质橡胶中的用量一般不超过3％，在半硬质胶中用量一般为20％左右，在硬质胶中的用量可高达40％以上。

(2) 硫化温度。

若温度高10℃，硫化时间约缩短一半。

由于橡胶是不良导热体，制品的硫化进程由于其各部位温度的差异而不同。

为了保证比较均匀的硫化程度，厚橡胶制品一般采用逐步升温、低温长时间硫化。

(3) 硫化时间。

这是硫化工艺的重要环节。

时间过短，硫化程度不足（亦称欠硫）。

时间过长，硫化程度过高（俗称过硫）。

只有适宜的硫化程度(俗称正硫化)，才能保证最佳的综合性能。

2.1.3 硫化的过程通过胶料定伸强度的测量（或硫化仪）可以看到，整个硫化过程可分为硫化诱导，预硫，正硫化和过硫（对天然胶来说是硫化返原）四个阶段。

]4[(1) 硫化诱导期硫化诱导期（焦烧时间）内，交联尚未开始，胶料有很好的流动性。

这一阶段决定了胶料的焦烧性及加工安全性。

这一阶段的终点，胶料开始交联并丧失流动性。

硫化诱导期的长短除与生胶本身性质有关，主要取决于所用助剂，如用迟延性促进剂可以得到较长的焦烧时间，且有较高的加工安全性。

(2) 预硫化阶段硫化诱导期以后便是以一定速度进行交联的预硫化阶段。

预硫化期的交联程度低，即使到后期硫化胶的扯断强度，弹性也不能到达预想水平，但撕裂和动态裂口的性能却比相应的正硫化好。

(3) 正硫化阶段到达正硫化阶段后，硫化胶的各项物理性能分别达到或接近最佳点，或达到性能的综全平衡。

(4) 过硫化阶段正硫化阶段（硫化平坦区）之后，即为过硫阶段，有两种情况：天然胶出现“返原”现象（定伸强度下降），大部分合成胶（除丁基胶外）定伸强度继续增加。

(5) 交联现象与其影响对任何橡胶来说，硫化时不只是产生交联，还由于热及其它因素的作用产生产联链和分子链的断裂。

这一现象贯穿整个硫化过程。

在过硫阶段，如果交联仍占优势，橡胶就发硬，定伸强度继续上升，反之，橡胶发软，即出现返原2.2 硫化机工作原理硫化机在工作循环中，轮胎硫化需长时间保压（主要是加力缸和中心缸的保压），以确保轮胎质量。

保压性能的好坏，直接影响到轮胎硫化的质量，在设计时，拟定了两种保压方式。

]5[1. 用液控单向阀保压。

在油缸的进油路上串联一个液控单向阀，利用单向阀锥形阀座的密封性来实现保压。

它在200mpa压力下，10min内压力降不超过2mpa。

2. 用蓄能器保压。

蓄能器与主缸相通，补偿系统漏油，并且在蓄能器出口设单向节流阀，其作用是防止换向阀切换时，蓄能器突然泄压而造成冲击。

采用蓄能器保压24小时内，压力降不超过1～2bar。

2.3 轮胎硫化机的工艺概述2.3.1 硫化机的工艺流程硫化机的工艺流程主要有:装胎、定型、合模、打内压、硫化(必要时延时硫化)、内冷、外冷、开模、取胎、吹风等过程,其控制系统核心部分是硫化过程控制和程序控制。

2.3.2 传统的等压等温轮胎硫化工艺目前轮胎制造过程中，硫化工艺大多数是采用传统的等压等温轮胎硫化工艺。

在硫化轮胎的胶囊内通入一定温度和压力的介质（如蒸汽或过热水）、并持续一定时间，再向硫化轮胎的胶囊内通入过热水，在整个正硫化过程中，过热水保持一定的压力和温度不间断地循环流动，即正硫化过程中始终保持等压等温。

这个过程需要消耗大量能源，轮胎硫化过程是轮胎生产中最大的能量消耗过程。

实际上循环的过热水的热量被轮胎所吸收的只是一小部分，大量的热水是无效地循环。

同时传统硫化工艺因正硫化时间长，易造成过硫。

过硫使胶料的物理性能大幅度降低，影响轮胎质量。

2.3.3 新型等压变温轮胎硫化工艺新型等压变温轮胎硫化工艺的主要原理是：硫化初始，在硫化轮胎的胶囊内通入比一般常规硫化温度高出15%～25%的高温蒸汽，保压一段时间；再向胶囊内通入过热水，保持一定的温度和压力，短时间的循环；之后，让过热水在胶囊内停止循环，持续到硫化结束。

此过程压力不变，而温度在硫化过程中下降，故称为等压变温过程。

该轮胎硫化工艺优点为：轮胎硫化时间缩短了5%～10%，提高生产率和产量，也提高设备利用率；由于正硫化阶段开始后再没有热量补充，有效的防止了过硫阶段轮胎发生焦烧的现象，轮胎质量明显提高，所跑的里程数较等温、等压硫化工艺的轮胎提高5%～10%左右。

大量减少了轮胎硫化过程中过热水的循环时间，节约了加热大量过热水所需的能源，也节约了过热水循环输送过程中的能源,使轮胎硫化过程的能耗大大降低.2.4 轮胎硫化机的分类轮胎硫化机可分为单模定型轮胎硫化机、胶囊定型硫化机、双模定型硫化机、液压式轮胎硫化机以及机械式轮胎硫化机。

汽车轮胎的硫化从50年代起推广应用了胶囊定型硫化机。

硫化室内径在65"以下的轮胎,即全部乘用车轮胎和轻型、中型卡车轮胎的硫化基本上都采用双模定型硫化机。

65"以上的则采用单模定型硫化机或硫化罐。

双模定型硫化机首先普遍应用的是机械式硫化机,采用曲柄齿轮—连杆(或称四连杆)结构,机构原理简单。

在合模瞬间就加上合模力,以较小的电机功率可获得较大的合模力。

合模以后电机不再工作,而合模力可始终保持到重新开模。

目前世界上所采用的机械式硫化机虽生产厂家不同、规格型号各异,而且经过多年不断改进,但基本结构都一样,也都没有变化。

在机械式硫化推广应用的同时,也出现了液压式硫化机。

但由于开始时液压式硫化机对机械式硫化机的优越性不很明显,而且当时液压技术还不很成熟,轮胎厂对液压式硫化机的维修保养还不很适应,因此在一段时间内液压式硫化机没有象机械式硫化机那样得到普遍推广。

但随着汽车工业和轮胎工业的不断发展,对轮胎的均匀性提出了越来越高的要求,也对硫化机的工作精度提出了越来越高的要求,液压式硫化机的优越性就充分地显示出来了。

同时液压技术也日趋成熟,维修保养也不再成为大问题。