CN110696561A - 一种仿生非对称轮胎花纹结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种仿生非对称轮胎花纹结构，包括花纹块单元、中心纵向沟槽、中心侧壁沟槽、胎肩花纹块和胎肩花纹沟槽；所述花纹块单元呈中心非对称等距排列分布，花纹块单元是基于猫爪掌垫结构设计而成；所述花纹块单元包括主花纹块、折线形花纹槽和副花纹块，副花纹块相对主花纹块对称分布；所述中心侧壁沟槽在圆周方向等距排列分布；所述胎肩花纹块和胎肩花纹沟槽呈中心非对称分布；本发明轮胎花纹结构适用于城市路面行驶的车辆轮胎，可保证车辆在前进和后退等工况下稳定的接地面积，轮胎接地压力分布均匀性得到改善，提高轮胎抓地性能和耐磨性能。

Description

一种仿生非对称轮胎花纹结构
技术领域
本发明涉及汽车轮胎技术领域，特别涉及一种仿生非对称轮胎花纹结构。
背景技术
轮胎作为车辆与路面的唯一接触部件，传递着车辆与路面的所有作用力，轮胎设计的合理与否，直接影响到汽车的行驶安全性、使用经济性、制动性、乘坐舒适性等。轮胎的抓地性能主要表现为胎面与路面之间的附着与受力分布情况，提高抓地性能与降低磨损是开发轮胎的关键问题，对车辆的行驶安全性能有很大的提升。此外，城市道路行驶轮胎的抓地与磨损性能随着汽车起步、转弯及制动等行驶条件不断变化，转弯时速度过快、起步过急、制动过猛，轮胎与地面滑动加剧，轮胎的磨损加快，抓地力下降。轮胎的磨损加剧是导致轮胎提前更换的一个主要原因。提高轮胎行驶抓地力和轮胎接地压力分布均匀性，减少橡胶资源的消耗。这有助于实现工业领域方面的节能减排目标，顺应全球低碳经济时代发展的需要。因此，设计一种有效提高轮胎抓地力和耐磨性能的轮胎花纹有着重要的意义。
在亿万年的生物进化史中，适应环境的进化使得相应物种得以生存下来。对生物优化运动机能的进一步研究，可为人类进一步通过仿生设计制造出效率更高、性能更优异的机械或结构产品提供借鉴。生物学家在长期的研究中发现，猫对于外界地形的适应能力尤为突出，可在奔跑，转向或攀爬等运动情况下保持良好的运动机能，其原因在于猫爪的独特几何结构。猫爪的独特几何结构中，其掌垫扮演着重要的角色，猫在站立与运动时，掌垫起到了重要的支撑作用，由于掌垫独特的几何外形，使猫爪着地时接地面积会快速增加，形成稳定接触，且压力分布性较高。轮胎花纹是轮胎与路面之间受力的主要部位，因此，依据猫爪掌垫的几何外形结构对轮胎胎面花纹进行仿生设计，能够提高轮胎的行驶抓地力，改善接地压力分布均匀性，减少轮胎橡胶的磨损。
发明内容
本发明的目的在于提出一种仿生非对称轮胎花纹结构，提高车辆在城市行驶时轮胎的抓地力，改善接地压力分布均匀性，减少轮胎磨损，提高轮胎接地性能。
本发明是通过以下技术手段实现上述技术目的的。
一种仿生非对称轮胎花纹结构，包括花纹块单元、中心纵向沟槽、中心侧壁沟槽、胎肩花纹块和胎肩花纹沟槽；所述花纹块单元呈中心非对称等距排列分布，花纹块单元是基于猫爪掌垫结构设计而成；所述花纹块单元由主花纹块、折线形花纹槽和副花纹块组成，副花纹块相对主花纹块对称分布；所述中心侧壁沟槽在圆周方向等距排列分布；所述胎肩花纹块和胎肩花纹沟槽呈中心非对称分布；
进一步的，所述花纹块单元是仿猫爪掌垫几何结构的花纹块单元。
进一步的，所述花纹块单元高度为8～12mm，以轮胎轴心为圆心环形阵列52个。
进一步的，所述花纹块单元呈中心非对称等距排列分布，周向相邻花纹块单元距离为4.5mm。
进一步的，所述折线形花纹槽，宽度为2～3mm，深度为8～12mm。
进一步的，折线形花纹槽包括ab、bc和cd三条线段，bc段方向与中心纵向沟槽方向一致，ab段和bc段平行且与bc段的夹角为19°。
进一步的，所述中心纵向沟槽宽度为7～9mm，深度为8～9mm。
进一步的，所述中心侧壁沟槽宽度为2～3mm，深度为7～8mm。
进一步的，所述胎肩花纹沟槽呈中心非对称等距排列分布，宽度为3～4mm，深度为6～8mm。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
(1)本发明通过对轮胎花纹进行仿生设计，胎面花纹块单元几何形状与猫爪掌垫几何形状相似；与普通轮胎相比，在标准载荷与标准气压下，轮胎胎肩处接地压力值减小；随着载荷的增加，接地面积相对于普通轮胎得到增加；在制动与驱动工况下，接地面积也得到增加，接地压力分布均匀性得到改善，轮胎耐磨及抓地性能得到提高。
(2)对胎面花纹进行各种角度、深度的花纹沟槽设计，在保证轮胎有效的接地面积前提下，可提高湿地路面行驶时的排水性能；花纹块单元呈中心非对称等距排列分布，可保证车辆在前进和后退工况下保持一致良好的抓力性能，防止异常磨损现象的发生，提高轮胎的耐磨性能。
附图说明
图1为猫爪掌垫示意图；
图2为轮胎胎面平面结构示意图；
图3为花纹块单元示意图；
图4为所述轮胎的局部立体图。
具体实施方式
下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步说明，但本发明的保护范围并不限于此。
本发明提出了一种仿生非对称轮胎花纹结构。如图1所示为猫爪掌垫示意图，其掌垫几何结构被用于仿生非对称轮胎花纹中。
如图2所示为轮胎胎面平面结构示意图，包括花纹块单元1、中心纵向沟槽2、中心侧壁沟槽3、胎肩花纹块4和胎肩花纹沟槽5。
如图3所示为花纹块单元示意图，花纹块单元1是仿猫爪掌垫几何结构的花纹块单元。
如图3所示，花纹块单元1高度为8.7mm，以轮胎轴心为圆心环形阵列52个，保证任意时刻轮胎接地面积大小不变，提高车辆在行驶时轮胎的抓地力。
如图2所示，花纹块单元1呈中心非对称等距排列分布，周向相邻花纹块单元距离为4.5mm，非对称花纹块单元设计可满足车辆在起步过急、制动过猛等不同工况下稳定可靠的抓地力；此外，花纹块单元1为较大的花纹块，具有较强的刚度，保证轮胎行驶时胎面中心部位接地的平稳性。
如图3所示，折线形花纹槽12，宽度为2mm，深度为8.7mm，折线形花纹槽12包括ab、bc和cd三条线段，bc段方向与中心纵向沟槽2方向一致，ab段和bc段平行且与bc段的夹角为19°；折线形花纹槽的设计，可在保证花纹块刚度的前提下，防止花纹块应力集中、花纹块早期脱落等现象的发生，降低轮胎磨损。
如图2所示，中心纵向沟槽宽度为8mm，深度为7.7mm，中心纵向沟槽可保证湿地路面行驶时良好的排水性能，保证行驶安全性。
如图2所示，中心侧壁沟槽3宽度为2.5mm，深度为7.3mm，中心侧壁沟槽3开槽方向与花纹块单元1中副花纹块13弧线方向一致，且与中心纵向沟槽2为连通式设计，使得湿滑路面水流能快速排出，保证轮胎良好的接地性能，提高抓地力。
如图2所示，所述胎肩花纹沟槽呈中心非对称等距排列分布，宽度为3.6mm，深度为7mm，胎肩花纹沟槽的设计主要提升花纹的排水和排泥性能。
所述实例为本发明的实施方式，但本发明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 (9)

1.一种仿生非对称轮胎花纹结构，其特征在于：包括花纹块单元(1)、中心纵向沟槽(2)、中心侧壁沟槽(3)、胎肩花纹块(4)和胎肩花纹沟槽(5)；所述花纹块单元(1)呈中心非对称等距排列分布，所述花纹块单元(1)包括主花纹块(11)、折线形花纹槽(12)和副花纹块(13)，副花纹块(13)相对主花纹块(11)对称分布；所述中心侧壁沟槽(3)在圆周方向等距排列分布；所述胎肩花纹块(4)和胎肩花纹沟槽(5)呈中心非对称分布。
2.根据权利要求1所述的一种仿生非对称轮胎花纹结构，其特征在于：所述花纹块单元(1)是仿猫爪掌垫几何结构的花纹块单元。
3.根据权利要求2所述的一种仿生非对称轮胎花纹结构，其特征在于：所述花纹块单元(1)高度为8～12mm，以轮胎轴心为圆心环形阵列52个。
4.根据权利要求3所述的一种仿生非对称轮胎花纹结构，其特征在于：所述花纹块单元(1)呈中心非对称等距排列分布，周向相邻花纹块单元距离为4～5mm。
5.根据权利要求1所述的一种仿生非对称轮胎花纹结构，其特征在于：所述折线形花纹槽(12)，宽度为2～3mm，深度为8～12mm。
6.根据权利要求5所述的一种仿生非对称轮胎花纹结构，其特征在于：折线形花纹槽(12)包括ab、bc和cd三条线段，bc段方向与中心纵向沟槽(2)方向一致，ab段和bc段平行且与bc段的夹角为19°。
7.根据权利要求1所述的一种仿生非对称轮胎花纹结构，其特征在于：所述中心纵向沟槽(2)宽度为7～9mm，深度为8～9mm。
8.根据权利要求1所述的一种仿生非对称轮胎花纹结构，其特征在于：所述中心侧壁沟槽(3)宽度为2～3mm，深度为7～8mm。
9.根据权利要求1所述的一种仿生非对称轮胎花纹结构，其特征在于：所述胎肩花纹沟槽(5)呈中心非对称等距排列分布，宽度为3～4mm，深度为6～8mm。
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