CN106739840B - 一种具有仿生非光滑花纹的雪地轮胎沟槽 - Google Patents

Abstract

一种具有仿生非光滑花纹的雪地轮胎沟槽属汽车轮胎技术领域，本发明的雪地轮胎沟槽两侧面的仿生非光滑花纹对称分布，半球形坑、凹凸结构Ⅰ和Ⅱ自上而下顺序排列，相邻二半球形坑下方设有凹凸结构Ⅰ和Ⅱ各3个，其中两边的凹凸结构Ⅰ和Ⅱ与相邻两个半球形坑的中心在一条垂线上，相邻两个凹凸结构Ⅰ、Ⅱ上下均错位排列，沟槽底面所设凹凸结构Ⅲ中间排与左右排错位排列。本发明的花纹沟槽可应用于雪地和四季轿车轮胎，可不改变轮胎其他花纹结构，只改变轮胎的沟槽结构，保证原有轮胎的排水、抗老化等综合性能；本发明使轮胎的抓地性增强，可降低花纹气动噪声3～6％，且可自动挤压排出石头泥沙，有效防止石子对轮胎的损坏，延长轮胎的使用寿命。

Description

一种具有仿生非光滑花纹的雪地轮胎沟槽

技术领域

本发明属汽车轮胎技术领域，具体涉及一种雪地轮胎沟槽的仿生非光滑花纹。

背景技术

在冬季行车时，轮胎与冰雪路面会形成一层水膜，导致轮胎与路面的摩擦力减小，造成轮胎打滑，冬季轮胎设计的关键在于通过胎面胶采用特殊配方和花纹夹缝技术来增大与冰雪路面的附着力，从而使轮胎在冰雪路面上有更强的抓着力和防滑性，提高制动和操控等性能，但同时轮胎的噪声增大耐磨性降低。现欧盟轮胎标签法的实施以及我国出台的《绿色轮胎技术规范》对轮胎噪声性能均提出了明确要求及限制等级。面对日益严苛的法规要求，研究低噪声性能轮胎新技术迫在眉睫。然而，轮胎噪声的发声机理复杂，受多种因素相互影响，目前尚未有统一的设计思路来指导轮胎低噪声设计。事实上，轮胎花纹噪声的产生不仅与花纹结构设计有关，而且与花纹沟槽内流体运动状态也密切相关。轮胎在平直路面行驶时，轮胎与路面的相互作用使得花纹沟槽发生压缩变形，沟槽内的空气也随之被压缩，被迫从沟槽端口排出，于是造成了局部空气的不稳定流动；离开路面时，受压缩的花纹块变形恢复，容积突然增大而形成一定的真空度，外部空气急速吸入沟槽内部。这种空气泵吸作用，导致了汽车行驶过程中轮胎产生一种喷射噪声，即气流从管口高速喷射造成周围空气剧烈振动产生的噪声，称为轮胎的泵气噪声。汽车轮胎每小时行驶速度达到80～240km，轮胎每分钟要滚动600～2000转，即经受3.6万～12万次/h的反复多次变形，在这种动负荷、高速度、长时间的严酷环境工作条件下，要求轮胎必须具有很高的强度和很好的耐久能力，亦即必须具备极大的耐疲劳强度。为此，轮胎结构体必须要配置能耐大变形、长时间使用及耐热的橡胶。所以耐久性已成为决定轮胎使用寿命的首要条件。仿生非光滑结构在工程流体领域的减阻、散热及降噪研究成果，给本专利花纹的设计打开了一个新的思路。

随着对仿生轮胎的不断深入的研究，轮胎花纹和胎体结构都得到了改进。2016年固特异在日内瓦车展上，发布了一款全新的概念轮胎。这款名为Eagle360有着极具颠覆性的球型外形。在胎面花纹的选择上，采用了仿珊瑚图案的仿生学设计，在干燥路面时，轮胎的胎面会自动变硬，降低磨损和噪音，而在湿滑路面时，轮胎又会变软，以提升轮胎的抓地力，但在许多技术的层面现如今还无法解决。中国专利CN103332071A公开了一种降噪轮胎花纹沟槽，凹凸状阻尼结构能消除管腔内一定范围空气流频率，减少空气泵浦噪声、降低气柱共鸣机率，但结构比较粗糙无形状特征比例，不能使降噪达到最优。中国专利CN105270102A公开了一种流线型纵向沟槽结构，可以降低噪声，提高路面积水的流通性，且在轮胎一定磨损的情况下，通过增加接地面积来提高轮胎的抓地力，但轮胎的散热性能和使用寿命没有得到提高。因此，目前尚没有一种在小幅度修改现有轮胎花纹条件下，降低轮胎噪声提高轮胎的使用寿命的有效方法。

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。为什么汽车的轮胎、坦克的履带会附着粘附物而蜣螂推粪球时不被粘附？经观察可以发现，蜣螂与土壤粪便接触密切的主要表面呈凹坑状。蜣螂头部、胸腹部和足部体表上的凹坑型结构可分为4种：简单凹坑、环状凹坑、带中央隆起的凹坑和沟纹状凹陷。简单凹坑，广泛分布于除腹部以外的各部分，特别是与土壤、粪便接触密切的头部；环状凹坑，凹陷中央多有短刚毛，分布在前胸背板的内侧；中央隆起的凹坑，凹坑形状像铜钱样，中央呈小丘状或乳头状隆起，在隆起中央有一根短刚毛，分布在前胸背板的外侧缘；沟纹状凹陷，凹陷呈现念珠状，分布在鞘翅的背面。因此，利用蜣螂凹坑型结构进行轮胎沟槽仿生有着一定依据。

发明内容

本发明的目的在于提供一种在较小影响轮胎生产工艺的前提下，降低轮胎噪声、提升轮胎使用寿命的仿生非光滑结构的雪地轮胎花纹沟槽。

本发明的具有仿生非光滑花纹的雪地轮胎沟槽，沟槽2的横截面呈U字形，其深度h₅为6-16mm，底宽L₃为5-12mm；仿生非光滑花纹A由半球形坑3、凹凸结构ⅠB、凹凸结构ⅡC和凹凸结构ⅢD组成，半球形坑3的半径r₁为1.5-4mm；沟槽2侧壁与纵轴线Ⅰ4的夹角α为0～5°，沟槽2侧壁与沟槽2底部呈圆弧状；沟槽2两侧面的仿生非光滑花纹A关于纵轴线Ⅰ4对称分布；沟槽2一侧仿生非光滑花纹A的半球形坑3、凹凸结构ⅠB和凹凸结构ⅡC自上而下顺序排列，其中水平方向的两个半球形坑3的中心间距L₂为11-16mm，相邻两个半球形坑3下方设有凹凸结构ⅠB和凹凸结构ⅡC各3个，其中两边的凹凸结构ⅠB和凹凸结构ⅡC与相邻两个半球形坑3的中心在一条垂线上，相邻两个凹凸结构ⅠB上下错位排列，错位中心间距h₃为0.75-2.6mm；上凹凸结构ⅠB中心与沟槽2上端间距h₄为1.5-4mm；下凹凸结构ⅡC中心与沟槽2下端间距h₁为1.25-3.2mm；相邻两个凹凸结构ⅡC上下错位排列，错位中心间距h₂为2.5-6.2mm；间隔两对凹凸结构ⅠB和凹凸结构ⅡC的中心间距L₁为11-16mm；凹凸结构ⅢD共3排，且关于纵轴线Ⅱ5对称分布，其中纵向两排中心间距L₄为1.6-3.2mm，各排两个凹凸结构ⅢD的中心间距h₇为2-4mm，中间排与左右两排的凹凸结构ⅢD错位排列，错位中心间距L₆为1.5-3.5mm。

所述凹凸结构ⅠB的第一种形式由凹坑Ⅰ6和锥形凸台Ⅰ7组成，其中凹坑Ⅰ6为局部球形，其半径r₂为1.25-3.2mm，圆心角α₁为120-150°；锥形凸台Ⅰ7的下圆直径D₁为1-3mm，上直径D₂为0.8-2.4mm，高H₁为1-3mm。

所述凹凸结构ⅡC的第一种形式由凹坑Ⅱ9和锥形凸台Ⅱ10组成，其中凹坑Ⅱ9为局部球形，其半径r₃为1-2.4mm，圆心角α₂为120-150°；锥形凸台Ⅱ10的下圆直径D₃为0.8-2.2mm，上直径D₄为0.6-2mm，高H₃为0.6-2mm。

所述凹凸结构ⅢD的第一种形式由凹坑Ⅲ12和锥形凸台Ⅲ13组成，其中凹坑Ⅲ12为局部球形，其半径r₄为0.75-1.6mm，圆心角α₃为120-150°；锥形凸台Ⅲ13的下圆直径D₅为0.8-1.6mm，上直径D₆为0.6-1.4mm，高H₅为0.6-1.6mm。

所述的凹凸结构ⅠB的第二种形式由凹坑Ⅰ6和梯形凸台Ⅰ8组成，其中梯形凸台Ⅰ8的下正方形边长L₅为1-3mm，上正方形边长L₆为0.8-2.4mm，高H₂为1-3mm。

所述凹凸结构ⅡC的第一种形式由凹坑Ⅱ9和梯形凸台Ⅱ11组成，其中梯形凸台Ⅱ11的下正方形边长L₇为0.8-2.2mm，上正方形边长L₈为0.6-2mm，高H₄为0.6-2mm。

所述凹凸结构ⅢD的第二种形式由凹坑Ⅲ12和梯形凸台Ⅲ14组成，其中梯形凸台Ⅲ14的下正方形边长L₉为0.8-1.6mm，上正方形边长L₁₀为0.6-1.4mm，高H₆为0.6-1.6mm。

综上所述，本发明的轮胎胎面花纹沟槽，可以应用到雪地轿车轮胎和四季轿车轮胎上，但因雪地胎的横、纵向沟槽较深、宽，应用本发明的沟槽其性能更优。具体实施时只改变轮胎的沟槽结构，其他轮胎花纹结构可不变，可保证原有轮胎的排水、抗老化等综合性能。

本发明的花纹沟槽上的半球形坑可以增加轮胎的抓地性能，大小不一的凹凸结构能改变花纹沟槽内流体运动状态，可实现花纹气动噪声降低3％～6％，同时，凹凸结构之间的相对运动，可自动挤压排出石头泥沙，有效防止石子对轮胎的损坏，延长轮胎的使用寿命。

附图说明

图1为雪地轮胎沟槽中仿生非光滑花纹的位置示意图

图2为仿生非光滑花纹的沟槽正视图

图3为仿生非光滑花纹的沟槽侧视图

图4为仿生非光滑花纹的沟槽俯视图

图5为半球形坑结构示意图

图6为凹凸结构Ⅰ的示意图

图7为梯形凸台Ⅰ的示意图

图8为凹凸结构Ⅱ的示意图

图9为梯形凸台Ⅱ的示意图

图10为凹凸结构Ⅲ的示意图

图11为梯形凸台Ⅲ的示意图

其中：A.仿生非光滑花纹 B.凹凸结构Ⅰ C.凹凸结构Ⅱ D.凹凸结构Ⅲ 1.轮胎 2.沟槽 3.半球形坑 4.纵轴线Ⅰ 5.纵轴线Ⅱ 6.凹坑Ⅰ 7.锥形凸台Ⅰ 8.梯形凸台Ⅰ 9.凹坑Ⅱ10.锥形凸台Ⅱ 11.梯形凸台Ⅱ 12.凹坑Ⅲ 13.锥形凸台Ⅲ 14.梯形凸台Ⅲ

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方案进行进一步说明。

如图1所示，其沟槽2的横截面呈U字形，其深度为6-16mm，底宽为5-12mm，沟槽2侧壁与垂直胎面的纵轴线夹角为0～5°，沟槽2侧壁与沟槽底部呈圆弧状。

如图2、5所示，仿生非光滑花纹A由半球形坑3、凹凸结构ⅠB、凹凸结构ⅡC和凹凸结构ⅢD组成，半球形坑3的半径r₁为1.5-4mm；沟槽2两侧面的仿生非光滑花纹A关于纵轴线Ⅰ4对称分布。

如图3所示，沟槽2一侧仿生非光滑花纹A的半球形坑3、凹凸结构ⅠB和凹凸结构ⅡC自上而下顺序排列，其中水平方向的两个半球形坑3的中心间距L₂为11-16mm，相邻两个半球形坑3下方设有凹凸结构ⅠB和凹凸结构ⅡC各3个，其中两边的凹凸结构ⅠB和凹凸结构ⅡC与相邻两个半球形坑3的中心在一条垂线上，相邻两个凹凸结构ⅠB上下错位排列，错位中心间距h₃为0.75-2.6mm；上凹凸结构ⅠB中心与沟槽2上端间距h₄为1.5-4mm；下凹凸结构ⅡC中心与沟槽2下端间距h₁为1.25-3.2mm；相邻两个凹凸结构ⅡC上下错位排列，错位中心间距h₂为2.5-6.2mm；间隔两对凹凸结构ⅠB和凹凸结构ⅡC的中心间距L₁为11-16mm。

如图4所示，凹凸结构ⅢD共3排，且关于纵轴线Ⅱ5对称分布，其中纵向两排中心间距L₄为1.6-3.2mm，各排两个凹凸结构ⅢD的中心间距h₇为2-4mm，中间排与左右两排的凹凸结构ⅢD错位排列，错位中心间距L₆为1.5-3.5mm；

如图6所示，凹凸结构ⅠB的第一种形式由凹坑Ⅰ6和锥形凸台Ⅰ7组成，其中凹坑Ⅰ6为局部球形，其半径r₂为1.25-3.2mm，圆心角α₁为120-150°；锥形凸台Ⅰ7的下圆直径D₁为1-3mm，上直径D₂为0.8-2.4mm，高H₁为1-3mm。

如图8所示，凹凸结构ⅡC的第一种形式由凹坑Ⅱ9和锥形凸台Ⅱ10组成，其中凹坑Ⅱ9为局部球形，其半径r₃为1-2.4mm，圆心角α₂为120-150°；锥形凸台Ⅱ10的下圆直径D₃为0.8-2.2mm，上直径D₄为0.6-2mm，高H₃为0.6-2mm。

如图10所示，凹凸结构ⅢD的第一种形式由凹坑Ⅲ12和锥形凸台Ⅲ13组成，其中凹坑Ⅲ12为局部球形，其半径r₄为0.75-1.6mm，圆心角α₃为120-150°；锥形凸台Ⅲ13的下圆直径D₅为0.8-1.6mm，上直径D₆为0.6-1.4mm，高H₅为0.6-1.6mm。

如图7所示，凹凸结构ⅠB的第二种形式由凹坑Ⅰ6和梯形凸台Ⅰ8组成，其中梯形凸台Ⅰ8的下正方形边长L₅为1-3mm，上正方形边长L₆为0.8-2.4mm，高H₂为1-3mm。

如图9所示，凹凸结构ⅡC的第一种形式由凹坑Ⅱ9和梯形凸台Ⅱ11组成，其中梯形凸台Ⅱ11的下正方形边长L₇为0.8-2.2mm，上正方形边长L₈为0.6-2mm，高H₄为0.6-2mm。

如图11所示，凹凸结构ⅢD的第二种形式由凹坑Ⅲ12和梯形凸台Ⅲ14组成，其中梯形凸台Ⅲ14的下正方形边长L₉为0.8-1.6mm，上正方形边长L₁₀为0.6-1.4mm，高H₆为0.6-1.6mm。

Claims (7)

1.一种具有仿生非光滑花纹的雪地轮胎沟槽，其特征在于，沟槽(2)的横截面呈U字形，其深度h₅为6-16mm，底宽L₃为5-12mm；仿生非光滑花纹(A)由半球形坑(3)、凹凸结构Ⅰ(B)、凹凸结构Ⅱ(C)和凹凸结构Ⅲ(D)组成，半球形坑(3)的半径r₁为1.5-4mm；沟槽(2)侧壁与纵轴线Ⅰ(4)的夹角α为0～5°，沟槽(2)侧壁与沟槽(2)底部呈圆弧状；沟槽(2)两侧面的仿生非光滑花纹(A)关于纵轴线Ⅰ(4)对称分布；沟槽(2)一侧仿生非光滑花纹(A)的半球形坑(3)、凹凸结构Ⅰ(B)和凹凸结构Ⅱ(C)自上而下顺序排列，其中水平方向的两个半球形坑(3)的中心间距L₂为11-16mm，相邻两个半球形坑(3)下方设有凹凸结构Ⅰ(B)和凹凸结构Ⅱ(C)各3个，其中两边的凹凸结构Ⅰ(B)和凹凸结构Ⅱ(C)与相邻两个半球形坑(3)的中心在一条垂线上，相邻两个凹凸结构Ⅰ(B)上下错位排列，错位中心间距h₃为0.75-2.6mm；上凹凸结构Ⅰ(B)中心与沟槽(2)上端间距h₄为1.5-4mm；下凹凸结构Ⅱ(C)中心与沟槽(2)下端间距h₁为1.25-3.2mm；相邻两个凹凸结构Ⅱ(C)上下错位排列，错位中心间距h₂为2.5-6.2mm；间隔两对凹凸结构Ⅰ(B)和凹凸结构Ⅱ(C)的中心间距L₁为11-16mm；凹凸结构Ⅲ(D)共3排，且关于纵轴线Ⅱ(5)对称分布，其中纵向两排中心间距L₄为1.6-3.2mm，各排两个凹凸结构Ⅲ(D)的中心间距h₇为2-4mm，中间排与左右两排的凹凸结构Ⅲ(D)错位排列，错位中心间距L₆为1.5-3.5mm。

2.按权利要求1所述的具有仿生非光滑花纹的雪地轮胎沟槽，其特征在于，所述凹凸结构Ⅰ(B)的第一种形式由凹坑Ⅰ(6)和锥形凸台Ⅰ(7)组成，其中凹坑Ⅰ(6)为局部球形，其半径r₂为1.25-3.2mm，圆心角α₁为120-150°；锥形凸台Ⅰ(7)的下圆直径D₁为1-3mm，上直径D₂为0.8-2.4mm，高H₁为1-3mm。

3.按权利要求1所述的具有仿生非光滑花纹的雪地轮胎沟槽，其特征在于，所述凹凸结构Ⅱ(C)的第一种形式由凹坑Ⅱ(9)和锥形凸台Ⅱ(10)组成，其中凹坑Ⅱ(9)为局部球形，其半径r₃为1-2.4mm，圆心角α₂为120-150°；锥形凸台Ⅱ(10)的下圆直径D₃为0.8-2.2mm，上直径D₄为0.6-2mm，高H₃为0.6-2mm。

4.按权利要求1所述的具有仿生非光滑花纹的雪地轮胎沟槽，其特征在于，所述凹凸结构Ⅲ(D)的第一种形式由凹坑Ⅲ(12)和锥形凸台Ⅲ(13)组成，其中凹坑Ⅲ(12)为局部球形，其半径r₄为0.75-1.6mm，圆心角α₃为120-150°；锥形凸台Ⅲ(13)的下圆直径D₅为0.8-1.6mm，上直径D₆为0.6-1.4mm，高H₅为0.6-1.6mm。

5.按权利要求1所述的具有仿生非光滑花纹的雪地轮胎沟槽，其特征在于，所述的凹凸结构Ⅰ(B)的第二种形式由凹坑Ⅰ(6)和梯形凸台Ⅰ(8)组成，其中梯形凸台Ⅰ(8)的下正方形边长L₅为1-3mm，上正方形边长L₆为0.8-2.4mm，高H₂为1-3mm。

6.按权利要求1所述的具有仿生非光滑花纹的雪地轮胎沟槽，其特征在于，所述凹凸结构Ⅱ(C)的第一种形式由凹坑Ⅱ(9)和梯形凸台Ⅱ(11)组成，其中梯形凸台Ⅱ(11)的下正方形边长L₇为0.8-2.2mm，上正方形边长L₈为0.6-2mm，高H₄为0.6-2mm。

7.按权利要求1所述的具有仿生非光滑花纹的雪地轮胎沟槽，其特征在于，所述凹凸结构Ⅲ(D)的第二种形式由凹坑Ⅲ(12)和梯形凸台Ⅲ(14)组成，其中梯形凸台Ⅲ(14)的下正方形边长L₉为0.8-1.6mm，上正方形边长L₁₀为0.6-1.4mm，高H₆为0.6-1.6mm。