CN105216550B - 一种仿生轮胎结构 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种仿生轮胎结构，属于轮胎技术领域；包括带束层、胎体层、加强层，所述带束层包括第一号带束层、第二号带束层、第三号带束层和第零号带束层；所述第一号带束层、所述第二号带束层、所述第三号带束层按轮胎径向方向由内而外依次布置，所述第零号带束层位于所述第三号带束层的两端的位置；所述第三号带束层和所述第零号带束层均采用V型沟槽结构，所述V型沟槽结构是基于百合科吊兰的叶片结构设计而成。本发明的轮胎结构能够提升带束层的承载能力，提升轮胎的径向刚度，其径向刚度较普通轮胎结构提升了2％；降低4.2％的轮胎滚动阻力，并且能够提升轮胎的抓地性能和滑水性能。
Description
技术领域
本发明涉及轮胎结构设计，具体涉及一种仿生轮胎结构，属于汽车零部件领域。
背景技术
轮胎作为汽车与路面接触的唯一部件，轮胎的各项性能与汽车的燃油经济性以及行驶安全息息相关。子午线轮胎是由多种橡胶材料和骨架材料(胎圈钢丝，钢丝帘线)组成的复杂的柔性结构。子午线轮胎的带束层作为承载轮胎受力的主要结构，对于轮胎性能有着重要的影响。
中国专利CN201010001477.3通过在带束层胶料中混入芳纶浆粕提高轮胎的性能，但这种方式由于需要调整轮胎胶料，成本较高且实施繁琐；中国专利CN201410476733.2通过在带束层与胎面胶之间设置子午窗线，增加带束层与胎面胶之间的牢固度，然而此种方式需要增加轮胎部件，设计制造复杂；中国专利CN201010213154.0通过将帘线束外侧包裹一层胶料，以实现提升轮胎刚度的效果，然而此专利设计复杂，增加了企业成本；中国专利CN200510123280.6通过在带束层端部增加边缘衬条和加强材料来减少一号带束层处边缘部分的分离，然而此专利结构复杂，难以在工程实践中得到应用。因此，目前尚没有一种在小幅度修改现有轮胎制造设备条件下，降低轮胎滚动阻力同时提升轮胎刚度，完成轮胎轻量化的有效途径。
生物学家经过长期的观察发现，自然界中许多生物经过数百万年的进化发展，形成了特殊的身体结构。以百合科吊兰属植物为例，吊兰属植物叶片常为剑型，叶片较窄而长，为了提升叶片刚度，使之不至于在降雨时发生折断，吊兰属植物演生出特殊的V型沟槽结构叶片形状，叶筋布置于V型沟槽底部，叶片呈一定角度倾斜立于叶筋两侧，此种形状能够使吊兰在不增加叶片材料的前提下，大幅提升叶片刚度，叶片能够窄而长并不至于折断。汽车轮胎带束层与吊兰叶片相似，都属于负荷结构，汽车轮胎带束层承载着轮胎大部分的受力，因此，利用吊兰负荷结构进行轮胎带束层仿生有着一定依据。
发明内容
本发明要解决的技术问题：在较小影响轮胎生产工艺的前提下，提升轮胎刚度，降低轮胎滚动阻力；采用的技术方案如下：
一种仿生轮胎结构，包括带束层、胎体层、加强层；所述带束层包括第一号带束层、第二号带束层、第三号带束层和第零号带束层；所述第一号带束层、所述第二号带束层、所述第三号带束层和所述第零号带束层按轮胎径向方向由内而外依次布置；所述第三号带束层和所述第零号带束层均采用仿生V型沟槽结构。
作为优选，所述第三号带束层的V型沟槽结构与轮胎前进方向之间的夹角为-10°～10°，最优值为-8.5°和8.5°。
作为优选，所述第零号带束层与轮胎前进方向之间的夹角为-5°～5°，最优值为-3.5°和3.5°。
作为优选，所述第三号带束层V型沟槽的沟底角度为140°～180°，最优值为150°。
作为优选，所述第零号带束层V型沟槽的沟底角度为125°～150°，最优值为130°。
作为优选，所述第三号带束层V型沟槽的顶点与沟槽底端之间的垂直距离为0.2mm～0.5mm，最优值为0.3mm。
作为优选，所述第零号带束层V型沟槽的顶点与沟槽底端之间的垂直距离为0.3mm～0.8mm，最优值为0.5mm。
作为优选，所述第三号带束层V型沟槽的顶点与轮胎胎面之间的最短距离大于17mm，最优值为17mm；所述第零号带束层V型沟槽的顶点与轮胎胎面之间的最短距离大于16mm，最优值为16mm；所述第三号带束层V型沟槽的顶点与纵沟沟底之间的垂直距离大于7mm，最优值为7mm；所述第零号带束层V型沟槽的顶点与纵沟沟底之间的垂直距离大于5mm，最优值为5mm。
作为优选，所述第一号带束层内的帘线与轮胎轴线呈66°布置、所述第二号带束层内的帘线与轮胎轴线呈105°布置、所述第三号带束层内的帘线与轮胎轴线呈75°至90°布置、所述第零号带束层内的帘线与轮胎轴线呈90°布置、所述胎体层内的帘线与轮胎轴线呈0°布置、所述加强层内的帘线与轮胎轴线呈60°布置。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)本发明通过修改带束层结构，使带束层呈现V型沟槽状结构，能够减少一部分的带束层胶料使用量，以达到轮胎轻量化的目的。
(2)拥有仿生V型沟槽的轮胎结构能够提升带束层的承载能力，进而提升轮胎的径向刚度，其径向刚度较普通轮胎结构提升了2％；较高的径向刚度使得轮胎接地半径变大，胶料的变形量减小，从而降低轮胎的滚动阻力，并且能够提升轮胎的抓地性能和滑水性能，试验结果表明本发明轮胎的滚动阻力降低了4.2％。
(3)第三号带束层与第零号带束层采用仿生负荷结构时，轮胎第二号带束层端部处的SENSER应力降低了5％，显著改善了胎肩处的应力集中现象。
附图说明
图1为百合科吊兰属叶片结构示意图；
图2为一种采用仿生负荷结构的轮胎示意图；
图3为V型沟槽的沟底角度、沟槽顶点与沟槽底端距离的示意图；
图4为V型沟槽的顶点与轮胎胎面的距离、沟槽顶点与纵沟沟底的距离的示意图。
图中标记，1-第三号带束层，2-第零号带束层，3-第二号带束层，4-第一号带束层，5-胎体层，6-加强层。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步说明，但本发明的保护范围并不局限于此。
本发明提出了一种仿生轮胎结构，采用了百合科吊兰属的负荷机理。如图1所示，为百合科吊兰属叶片结构示意图，其两壁面之间的夹角α与高宽比被用于轮胎仿生结构中。如图2所示，为本发明的仿生轮胎结构，包括第一号带束层4、第二号带束层3、第三号带束层1、第零号带束层2、胎体层5和加强层6。
所述第三号带束层1与第零号带束层2拥有基于吊兰叶片结构的仿生V型沟槽结构，如图3所示，其中，第三号带束层1所拥有的V型沟槽结构与轮胎前进方向之间的夹角在-10°至10°范围内，最优值为-8.5°和8.5°。所述第零号带束层2与轮胎前进方向之间的夹角在-5°至5°范围内，最优值为-3.5°和3.5°。。
进一步的，依据仿生学原理，V型沟槽的两壁面之间的夹角需要在一定范围内：所述第三号带束层1的V型沟槽的沟底角度在140°至180°之间，最优值为150°。所述第零号带束层2的V型沟槽的沟底角度在125°至150°之间，最优值为130°。
进一步的，依据仿生学原理，所述第三号带束层1的V型沟槽的顶点与沟槽底端之间的垂直距离在0.2mm至0.5mm范围内，最优值为0.3mm。所述第零号带束层2的V型沟槽的顶点与沟槽底端之间的垂直距离在0.3mm至0.8mm范围内，最优值为0.5mm。。
进一步的，为了保证轮胎不至于发生局部断裂，所述第三号带束层1的V型沟槽结构的顶点与轮胎胎面之间的最短距离需大于17mm(最优值为17mm)，所述第零号带束层2的V型沟槽结构的顶点与轮胎胎面之间的最短距离需大于16mm(最优值为16mm)。同时，所述第三号带束层1的V型沟槽结构的顶点与纵沟沟底之间的垂直距离需大于7mm(最优值为7mm)，所述第零号带束层2的V型沟槽结构的顶点与纵沟沟底之间的垂直距离需大于5mm(最优值为5mm)。
进一步的，所述仿生轮胎为子午线轮胎，第一号带束层4内的帘线与轮胎轴线呈66°布置、第二号带束层3内的帘线与轮胎轴线呈105°布置、第三号带束层1内的帘线与轮胎轴线呈75°至90°布置、第零号带束层2内的帘线与轮胎轴线呈90°布置、胎体层5内的帘线与轮胎轴线呈0°布置、加强层6内的帘线与轮胎轴线呈60°布置。
所述实施例为本发明优选的实施方式，但本发明的保护范围并不限于上述实施方式，在不背离本发明的实质内容的情况下，本领域技术人员能够做出的任何显而易见的改进、替换或变型均属于本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种仿生轮胎结构，包括带束层、胎体层、胎圈加强层；其特征在于，所述带束层包括第一号带束层(4)、第二号带束层(3)、第三号带束层(1)和第零号带束层(2)；所述第一号带束层(4)、所述第二号带束层(3)、所述第三号带束层(1)按轮胎径向方向由内而外依次布置，所述第零号带束层(2)位于所述第三号带束层(1)的两端的位置；所述第三号带束层(1)和所述第零号带束层(2)均采用V型沟槽结构；所述第一号带束层(4)内的帘线与轮胎轴线呈66°布置；
所述第三号带束层(1)的V型沟槽结构与轮胎前进方向之间的夹角为-10°～10°。
2.根据权利要求1所述的一种仿生轮胎结构，其特征在于，所述第三号带束层(1)的V型沟槽的沟底角度为140°～180°。
3.根据权利要求1所述的一种仿生轮胎结构，其特征在于，所述第零号带束层(2)的V型沟槽的沟底角度为125°～150°。
4.根据权利要求1所述的一种仿生轮胎结构，其特征在于，所述第三号带束层(1)的V型沟槽的顶点与沟槽底端之间的垂直距离为0.2mm～0.5mm。
5.根据权利要求1所述的一种仿生轮胎结构，其特征在于，所述第零号带束层(2)的V型沟槽的顶点与沟槽底端之间的垂直距离为0.3mm～0.8mm。
6.根据权利要求1至5任意一项所述的一种仿生轮胎结构，其特征在于，所述第三号带束层(1)的V型沟槽的顶点与轮胎胎面之间的最短距离大于17mm，所述第零号带束层(2)的V型沟槽的顶点与轮胎胎面之间的最短距离大于16mm。
7.根据权利要求1至5任意一项所述的一种仿生轮胎结构，其特征在于，所述第二号带束层(3)内的帘线与轮胎轴线呈105°布置、所述第三号带束层(1)内的帘线与轮胎轴线呈75°至90°布置、所述第零号带束层(2)内的帘线与轮胎轴线呈90°布置、所述胎体层内的帘线与轮胎轴线呈0°布置、所述胎圈加强层内的帘线与轮胎轴线呈60°布置。
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