CN113022230B - 一种具有仿生减振辐板的非充气轮胎 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及汽车轮胎技术领域，特别涉及一种具有仿生减振辐板的非充气轮胎，其包括：通过轮辐连接的胎冠和轮辋结合圈；轮辐由若干个均布的仿生减振辐板构成；仿生减振辐板沿轴向的两个侧面为平滑的曲面A和曲面B；曲面A和曲面B的轮廓均为非对称弧，通过非对称弧实现了降低非充气轮胎滚动时的径向激励力并减少激励力的波动，进而减小径向振动，在不需要任何减震装置的情况下，达到了良好的减震效果。

Description

一种具有仿生减振辐板的非充气轮胎
技术领域
本发明涉及汽车轮胎技术领域，特别涉及一种具有仿生减振辐板的非充气轮胎。
背景技术
轮胎作为汽车与路面之间唯一直接接触的媒介，直接影响着汽车的操纵稳定性、行驶安全性及乘坐舒适性等，然而传统充气轮胎存在爆胎、漏气等安全隐患，严重影响汽车的行驶安全，因此非充气轮胎以其安全性、经济性、环保、耐磨性等优点体现出了其发展优势。
现有的非充气轮胎由外向里包括胎冠、轮辐和轮辋。非充气轮胎的轮辐用于连接胎冠和轮辋，且能够代替充气轮胎的气压起到承载支撑、牵引制动等作用，然而，相对于充气轮胎较好的质量分布均匀性，非充气轮胎不连续的支撑结构引入了非均匀的质量分布，会导致非均匀刚度，进而造成接地压力和接地面积的波动变化，从而引起整体和局部的振动效应，且高速和高负荷时振动效应越明显。
因此，非充气轮胎存在突出的振动问题，不仅限制了安装有非充气轮胎车辆速度的提升，也阻碍了非充气轮胎的发展，因此减振成为发展非充气轮胎的关键之一。非充气轮胎在滚动过程中的振动源是轮辐在进入和离开接触区时，在张力作用下的屈曲和回弹现象、离散轮辐与环的相互作用、环与地面接触时的相互作用以及地面作用力、环和轮辐之间的振动传递到轮毂的振动，由此看出轮辐对非充气轮胎的振动具有很大的影响，因此，轮辐的减振设计是实现非充气轮胎减振的关键之一。
发明内容
本发明的目的在于上述现有技术中存在的技术问题，为此本发明提供了一种具有仿生减振辐板的非充气轮胎，其能够有效地减小非充气轮胎行驶时的径向激励力波动，在保持相同径向刚度的前提下，实现轮胎既减重又减振的效果。
为了实现上述目的，本发明提供了一种具有仿生减振辐板的非充气轮胎，其包括：包括通过轮辐连接的胎冠和轮辋结合圈；所述轮辐由若干个均布的仿生减振辐板构成；所述仿生减振辐板沿轴向的两个侧面为平滑的曲面A和曲面B；所述曲面A和曲面B的轮廓均为非对称弧，所述非对称弧用于降低非充气轮胎滚动时的径向激励力并减少激励力的波动，进而减小径向振动。
进一步地，所述曲面A和曲面B相对于所述仿生减振辐板的几何中心进行中心对称。
进一步地，所述轮辐的两侧分别被配置成相互交错的曲面A和曲面B(24)。
进一步地，相邻两个所述仿生减振辐板沿径向从外向里逐步靠近，且为一个组，组数为n。
进一步地，所述n的区间范围为[20，30]。
进一步地，所述曲面A的轮廓沿径向从外向里依次包括一段弧、二段弧和三段弧，所述一段弧和二段弧相内切且组成凹形,切点为p2；所述二段弧和三段弧相外切且组成凸形，切点为p3；所述一段弧与所述胎冠的交点为p1；所述三段弧与所述轮辋结合圈的交点为p4；所述p3和p4的连线为所述仿生减振辐板的边缘线，所述边缘线设置在垂直于轴向的平面上。
进一步地，所述仿生减振辐板的四等分线沿径向从外向里依次为上四等分线、中间线和下四等分线；所述p2位于所述上四等分线上，所述p3位于所述下四等分线上。
进一步地，所述p2到所述边缘线的垂直距离为K,所述仿生减振辐板2沿轴线长度为H，K与H的百分比区间为[5.13％,10.26％]。
进一步地，所述p3到所述边缘线的垂直距离与所述H的百分比区间为[20％,40％]。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.通过在非充气轮胎的辐板轴向两侧边缘挖非对称弧可以使非充气轮胎在滚动过程中通过辐板的摆动变形降低径向激励力，减少激励力的波动，进而实现减小非充气轮胎径向振动的目的；
2.与其它通过机械性地改变轮辐长度、曲率以及轮辐和胎冠的厚度、材料等参数得到减振规律相比，在不影响轮胎固有参数实施的同时，提供了一种全新的仿生减振的方法，且辐板式的非充气轮胎均可使用该减振方法，适用范围广；
3.不需要加装其它的减振装置,且轮辐侧边缘的非对称弧会减小轮胎的重量，节约成本的同时实现了轮胎的减重；
4.不改变非充气轮胎的胎冠结构,仅通过对轮辐侧边缘的非对称弧实现减振，且非对称弧结构简单，避免增加过多的设计制造难度和成本。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
图2为本发明仿生减振辐板的主视图。
图3为图1中相邻仿生减振辐板为一组的相背平展示意图。
图4为原始非充气轮胎实验数据图。
图5为本发明的实验数据图。
其中：1胎冠、2仿生减振辐板、3轮辋结合圈、21曲面A、22曲面B、211一段弧、212二段弧、213三段弧。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
请参阅图1～图3，本发明提供了一种具有仿生减振辐板的非充气轮胎，包括：通过轮辐连接的胎冠1和轮辋结合圈3；轮辐由若干个均布的仿生减振辐板2构成；仿生减振辐板2沿轴向的两个侧面为平滑的曲面A21和曲面B22；曲面A21和曲面B22的轮廓均为非对称弧，该非对称弧用于降低非充气轮胎滚动时的径向激励力并减少激励力的波动，进而减小径向振动。
作为本发明的一个实施例，上述曲面A21和曲面B22相对于仿生减振辐板2的几何中心进行中心对称。
优选地，轮辐的两侧分别为相互交错的曲面A21和曲面B22。
作为本发明的一个实施例，相邻两个仿生减振辐板2沿径向从外向里逐步靠近，且为一个组，组数为n。
优选地，组数n为不小于20且不大于30。
基于上述，优选地，曲面A21的轮廓沿径向从外向里依次包括一段弧211、二段弧212和三段弧213，一段弧211和二段弧212相内切且组成凹形,切点为p2；二段弧212和三段弧213相外切且组成凸形，切点为p3；一段弧211与胎冠1的交点为p1；三段弧213与轮辋结合圈3的交点为p4；p3和p4均在垂直于轴向的平面上。
作为本发明的一个实施例，仿生减振辐板2的四等分线沿径向从外向里依次为上四等分线、中间线和下四等分线；上述p2位于所述上四等分线上，p3位于所述下四等分线上。以此保证曲面A21平滑的过渡，避免轮胎在滚动过程中出现应力集中的现象。
优选地，p2到边缘线的垂直距离为K,仿生减振辐板2沿轴线长度为H，K与H的百分比区间为[5.13％,10.26％]。
优选地，p3到边缘线的垂直距离与所述H的百分比区间为[20％,40％]。
本发明的原理是采用家猫掌垫可以实现将来自地面的冲击能转变成应变能并在家猫前进方向和垂直于前进方向的方向上的前-后、左-右的摆动变形中耗散，达到优于趾垫的减振效果，也就是摆动减振。在辐板侧边缘挖取非对称弧来实现类似于家猫爪垫前-后、左-右摆动变形的减振机理，可以作为非充气轮胎的减振的有效途径。
如图4、图5所示，本发明在有限元仿真中进行分析。其中，固定路面，轮胎径向加载3665N时、施加60Km/h速度时，与原始非充气轮胎的地面径向激励力频谱对比。通过对比发现，本发明的峰值幅值(PA1,PA2)以及整个频域范围内、大部分频率上所对应的幅值较原始轮胎要小；本发明的PA1、PA2和100-1500Hz范围内所有幅值的均方根值较原始轮胎分别降低4.98％、43.23％、16.46％。由于峰值幅值体现局部频率上的振动强度，均方根值则可以反映整个频率范围内整体振动幅度，因此，两者的降低证明发明可以通过摆动变形特征来削弱冲击从而达到优良的减振效果，继而实现了家猫掌垫仿生减振的应用。
本发明可用其他的不违背本发明的精神或主要特征的具体形式来概述。因此，无论从哪一点来看，本发明的上述实施方案都只能认为是对本发明的说明而不能限制本发明，权利要求书指出了本发明的范围，而上述的说明并未指出本发明的范围，因此，在与本发明的权利要求书相当的含义和范围内的任何改变，都应认为是包括在本发明的权利要求书的范围内。

Claims (8)

1.一种具有仿生减振辐板的非充气轮胎，其特征在于，包括通过轮辐连接的胎冠(1)和轮辋结合圈(3)；所述轮辐由若干个均布的仿生减振辐板(2)构成；所述仿生减振辐板(2)沿轴向的两个侧面为平滑的曲面A(21)和曲面B(22)；所述曲面A(21)和曲面B(22)的轮廓均为非对称弧，所述非对称弧用于降低非充气轮胎滚动时的径向激励力并减少激励力的波动，进而减小径向振动；
所述曲面A(21)的轮廓沿径向从外向里依次包括一段弧(211)、二段弧(212)和三段弧(213)，所述一段弧(211)和二段弧(212)相内切且组成凹形,切点为p2；所述二段弧(212)和三段弧(213)相外切且组成凸形，切点为p3；所述一段弧(211)与所述胎冠(1)的交点为p1；所述三段弧(213)与所述轮辋结合圈(3)的交点为p4；所述p3和p4的连线为所述仿生减振辐板(2)的边缘线，所述边缘线设置在垂直于轴向的平面上。
2.根据权利要求1所述的非充气轮胎，其特征在于，所述曲面A(21)和曲面B(22)相对于所述仿生减振辐板(2)的几何中心进行中心对称。
3.根据权利要求2所述的非充气轮胎，其特征在于，所述轮辐的两侧分别被配置成相互交错的曲面A(21)和曲面B(22)。
4.根据权利要求3所述的非充气轮胎，其特征在于，相邻两个所述仿生减振辐板(2)沿径向从外向里逐步靠近，且为一个组，组数为n。
5.根据权利要求4所述的非充气轮胎，其特征在于，所述n的区间范围为[20，30]。
6.根据权利要求1所述的非充气轮胎，其特征在于，所述仿生减振辐板(2)的四等分线沿径向从外向里依次为上四等分线、中间线和下四等分线；所述p2位于所述上四等分线上，所述p3位于所述下四等分线上。
7.根据权利要求6所述的非充气轮胎，其特征在于，所述p2到所述边缘线的垂直距离为K,所述仿生减振辐板(2)沿轴线长度为H，K与H的百分比区间为[5.13％,10.26％]。
8.根据权利要求7所述的非充气轮胎，其特征在于，所述p3到所述边缘线的垂直距离与所述H的百分比区间为[20％,40％]。
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