CN111873719A - 低噪声轮胎中主沟槽降噪结构 - Google Patents

低噪声轮胎中主沟槽降噪结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种低噪声轮胎中主沟槽降噪结构，其特征是在主沟槽的底面具有规则排列的锥状凸起，以锥状凸起在主沟槽中垂直于沟槽流道的断面上形成各凸齿；其规则排列是指：锥状凸起在主沟槽的底面沿轮胎周向成单列设置，或为平行且间隔设置的多列。本发明中设置于主沟槽底面的锥状凸起能有效改善主沟槽内近壁面的湍流结构，减少涡流之间相互碰撞和异常分离导致的破裂，降低湍流的强度和脉动压力，从而有效降低轮胎的气动噪声。

Description

低噪声轮胎中主沟槽降噪结构
技术领域
本发明涉及低噪声轮胎，更具体地说是通过在轮胎主沟槽的底面设置花纹结构实现轮胎降噪，减小轮胎行驶时的空气动力学噪声。
背景技术
轮胎与路面相互作用所产生的噪声是交通噪声的重要组成部分，在发动机和其他机械零部件噪声大大减少的情况下，即便是正常的行驶速度，轮胎/路面噪声也已成为交通噪声的主要噪声来源。按照产生噪声的本质原因来进行分类，轮胎噪声的产生机理主要可分为两大类：一类为由于接触力变化而产生的轮胎结构的振动噪声，第二类为由于轮胎的旋转和移动造成空气不稳定流动所产生的空气动力学噪声。在中高速行驶情况下，空气动力学噪声在轮胎/路面噪声中影响越加明显，已有通过改变改变轮胎表面花纹，以及添加消声结构实现降噪，但同时会对轮胎的磨损、抓地、排水等性能产生负面影响。
发明内容
本发明是为避免上述现有技术所存在的不足，提供一种低噪声轮胎中主沟槽降噪结构，以期在不影响轮胎耐磨、抓地和排水性能的同时，有效降低轮胎噪声。
本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
本发明低噪声轮胎中主沟槽降噪结构的特点是：在所述主沟槽的底面具有规则排列的锥状凸起，以所述锥状凸起在主沟槽中垂直于沟槽流道的断面上形成各凸齿；所述规则排列是指：所述锥状凸起在主沟槽的底面沿轮胎周向成列设置；所述成列设置为单列或为平行且间隔设置的多列。
本发明低噪声轮胎中主沟槽降噪结构的结构特点也在于：在垂直于沟槽流道的任意断面上，各凸齿的形状相同、大小相等；且所有凸齿的断面面积之和为主沟槽流道面的2％-5％。
本发明低噪声轮胎中主沟槽降噪结构的结构特点也在于：在顺着沟槽流道的方向上，锥状凸起的表面与沟槽侧壁的夹角为0°～30°。
本发明低噪声轮胎中主沟槽降噪结构的结构特点也在于：相邻两列凸齿之间的中心距为1-1.5倍的凸齿底边宽度。
本发明低噪声轮胎中主沟槽降噪结构的结构特点也在于：所述锥状凸起是形状相同且大小相等的各正四棱锥，所述正四棱锥与主沟槽的底面的结合界面为菱形，菱形两条相互垂直的对角线中的第一对角线沿主沟槽流道方向，第二对角线垂直于主沟槽流道方向；处在同一列中的相邻的正四棱锥的第一对角线首尾相接或有间隔。
本发明低噪声轮胎中主沟槽降噪结构的结构特点也在于：针对所述正四棱锥设置其相关尺寸为：
L11＝(1.5～2)L12；L12＝(0.1～0.2)W；H1＝(0.125～0.25)H；
L11为所述第一对角线的长度，L12为所述第二对角线长度；
W为所述主沟槽的宽度，H为所述主沟槽的深度；H1为所述正四棱锥的高度。
本发明低噪声轮胎中主沟槽降噪结构的结构特点也在于：所述锥状凸起是以长条的形状在沿轮胎周向呈整列设置，所述长条与主沟槽的底面的结合界面为矩形，所述长条的横断面为等腰三角形，所述等腰三角形的底边垂直于主沟槽流道方向。
本发明低噪声轮胎中主沟槽降噪结构的结构特点也在于：针对所述长条设置其相关尺寸为：
W2＝(0.1-0.2)W；H2＝(0.125～0.25)H；
W2为等腰三角形的底边宽度，H2为等腰三角形的高度；
W为所述主沟槽的宽度，H为所述主沟槽的深度。
本发明低噪声轮胎中主沟槽降噪结构的结构特点也在于：所述锥状凸起与轮胎为相同材料的整体结构。
与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
1、本发明中设置于主沟槽底面的锥状凸起能有效改善主沟槽内近壁面的湍流结构，减少涡流之间相互碰撞和异常分离导致的破裂，降低湍流的强度和脉动压力，从而有效降低轮胎的气动噪声；
2、本发明区别于现有通过改变轮胎表面花纹和添加消声结构的轮胎降噪手段，在主沟槽的底面设置锥状凸起，不改变轮胎胎面花纹形状与排列，对主沟槽的排水面积影响极小，且锥状凸起具有导流作用，降低了流体的流动阻力，在达到降噪效果的同时不会牺牲轮胎耐磨、抓地、排水等性能。
附图说明
图1为本发明中主沟槽降噪结构示意图；
图2为图1中锥状凸起局部放大图；
图3a为图2中单个锥状凸起俯视示意图；
图3b为图3a所示单个锥状凸起主视示意图；
图4a为本发明中锥状凸起另一形式结构示意图；
图4b为图4a所示的锥状凸起主视示意图；
图5为本发明用于仿真验证的主沟槽底面降噪结构示意图；
图6a和图6b为不同空气流速下仿真对比的声压级频谱图。
图中标号：1主沟槽，2锥状凸起，2a正四棱椎，2b长条，3轮胎，4胎面花纹；
具体实施方式
参见图1和图4a，本实施例中针对充气轮胎保持轮胎3中胎面花纹4的纹理和排列形式均不变，本实施例中设置低噪声轮胎中主沟槽降噪结构为：在主沟槽1的底面具有规则排列的锥状凸起2，以锥状凸起2在主沟槽中垂直于沟槽流道的断面上形成各凸齿；规则排列是指：锥状凸起在主沟槽的底面沿轮胎周向成列设置；成列设置为单列或为平行且间隔设置的多列。
具体实施中，在垂直于沟槽流道的任意断面上，各凸齿的形状相同、大小相等；且所有凸齿的断面面积之和为主沟槽流道面的2％-5％；在顺着沟槽流道的方向上，锥状凸起的表面与沟槽侧壁的夹角为0°～30°；相邻两列凸齿之间的中心距为1-1.5倍的凸齿底边宽度；锥状凸起与轮胎为相同材料的整体结构。
参见图1图3、图3a和图3b，本实施例中锥状凸起2是形状相同且大小相等的各正四棱锥2a，正四棱锥2a与主沟槽的底面的结合界面为菱形，菱形两条相互垂直的对角线中的第一对角线沿主沟槽流道方向，第二对角线垂直于主沟槽流道方向；处在同一列中的相邻的正四棱锥的第一对角线首尾相接或有间隔；针对正四棱锥2a设置其相关尺寸为：
L11＝(1.5～2)L12；L12＝(0.1～0.2)W；H1＝(0.125～0.25)H；
L11为第一对角线的长度，L12为第二对角线长度；
W为主沟槽的宽度，H为主沟槽的深度；H1为正四棱锥的高度；
参见图4a和图4b，本实施例中锥状凸起是以长条的形状在沿轮胎周向呈整列设置，长条2b与主沟槽1的底面的结合界面为矩形，长条2b的横断面为等腰三角形，等腰三角形的底边垂直于主沟槽流道方向；针对长条设置其相关尺寸为：
W2＝(0.1-0.2)W；H2＝(0.125～0.25)H；
W2为等腰三角形的底边宽度，H2为等腰三角形的高度；
W为主沟槽的宽度，H为主沟槽的深度；
本实施例中主沟槽降噪结构是基于仿生形态，其模仿鸟类羽毛静音飞行的特征，能有效改善近壁面的湍流结构，减少涡流之间相互碰撞和异常分离导致的破裂，降低湍流强度和脉动压力，从而降低气动噪声。
仿真验证：为验证本发明的有效性，采用专业CFD软件对两种模型进行分析；两种模型中的模型一是底面为光滑表面主沟槽，模型二是图5所示底面具有单列正四棱锥的主沟槽的仿真模型。
如图5所示，仿真主沟槽的宽度和深度均为8mm；主沟槽底面为呈单列的正四棱锥，正四棱锥底面菱形第一对角线的长度为4mm，第二对角线的长度为1mm，正四棱锥的高度为1mm。
通过仿真计算获得模型气动噪声的声压频谱，同时考虑主沟槽表面对噪声的散射，仿真过程采用专业CFD软件提取主沟槽内空气域，分别计算流速10m/s及20m/s时的流场信息，将流场计算得到的壁面偶极子作为声场计算的边界条件，采用声学边界元方法对气动声源的辐射噪声进行仿真计算，从而得到两种模型的声压级频响曲线。
图6a所示是空气流速为10m/s，仿真获得的两种模型的频谱对比，图中实线为模型一的气动噪声仿真模型声压级频率响应曲线，虚线为模型二的气动噪声仿真模型的声压级频率响应曲线。图6a可见，在100-2500Hz的频段内，模型一的RMS值为50.69dB，模型二的RMS值为43.94dB，气动噪声频段内RMS值降低了6.75dB。RMS值是指在频率区间内所有数据的平方和的平方根，用于表征信号中能量的大小。
图6b所示是空气流速为20m/s，仿真获得的两种模型的频谱对比，图中实线为模型一的气动噪声仿真模型声压级频率响应曲线，虚线为模型二的气动噪声仿真模型的声压级频率响应曲线。图6b可见，在100-2500Hz频段内，模型一的RMS值为62.71dB，模型二的RMS值为55.44dB，气动噪声频段内RMS值降低了7.27dB。
通过对图6a和图6b所示的仿真结果对比可见，表征本发明结构的模型二能在100-2500Hz频段有效降低轮胎的气动噪声。研究表明，轮胎的噪声主要集中于1000Hz左右的频段，可见本发明的主沟槽结构能有效降低轮胎行驶时产生的气动噪声。

Claims (9)

1.一种低噪声轮胎中主沟槽降噪结构，其特征是：在所述主沟槽的底面具有规则排列的锥状凸起，以所述锥状凸起在主沟槽中垂直于沟槽流道的断面上形成各凸齿；所述规则排列是指：所述锥状凸起在主沟槽的底面沿轮胎周向成列设置；所述成列设置为单列或为平行且间隔设置的多列。
2.根据权利要求1所述的低噪声轮胎中主沟槽降噪结构，其特征是：在垂直于沟槽流道的任意断面上，各凸齿的形状相同、大小相等；且所有凸齿的断面面积之和为主沟槽流道面的2％-5％。
3.根据权利要求1所述的低噪声轮胎中主沟槽降噪结构，其特征是：在顺着沟槽流道的方向上，锥状凸起的表面与沟槽侧壁的夹角为0°～30°。
4.根据权利要求1所述的低噪声轮胎中主沟槽降噪结构，其特征是：相邻两列凸齿之间的中心距为1-1.5倍的凸齿底边宽度。
5.根据权利要求1所述的低噪声轮胎中主沟槽降噪结构，其特征是：所述锥状凸起是形状相同且大小相等的各正四棱锥，所述正四棱锥与主沟槽的底面的结合界面为菱形，菱形两条相互垂直的对角线中的第一对角线沿主沟槽流道方向，第二对角线垂直于主沟槽流道方向；处在同一列中的相邻的正四棱锥的第一对角线首尾相接或有间隔。
6.根据权利要求5所述的低噪声轮胎中主沟槽降噪结构，其特征是：针对所述正四棱锥设置其相关尺寸为：
L11＝(1.5～2)L12；L12＝(0.1～0.2)W；H1＝(0.125～0.25)H；
L11为所述第一对角线的长度，L12为所述第二对角线长度；
W为所述主沟槽的宽度，H为所述主沟槽的深度；H1为所述正四棱锥的高度。
7.根据权利要求1所述的低噪声轮胎中主沟槽降噪结构，其特征是：所述锥状凸起是以长条的形状在沿轮胎周向呈整列设置，所述长条与主沟槽的底面的结合界面为矩形，所述长条的横断面为等腰三角形，所述等腰三角形的底边垂直于主沟槽流道方向。
8.根据权利要求7所述的低噪声轮胎中主沟槽降噪结构，其特征是：针对所述长条设置其相关尺寸为：
W2＝(0.1-0.2)W；H2＝(0.125～0.25)H；
W2为等腰三角形的底边宽度，H2为等腰三角形的高度；
W为所述主沟槽的宽度，H为所述主沟槽的深度。
9.根据权利要求1所述的低噪声轮胎中主沟槽降噪结构，其特征是：所述锥状凸起与轮胎为相同材料的整体结构。
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