CN204340561U - 一种可降噪轮胎花纹沟槽结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种可降噪轮胎花纹沟槽结构，包括主沟槽和设置在所述主沟槽一侧槽壁内的赫姆霍兹共振器；所述主沟槽为矩形槽；所述赫姆霍兹共振器包括共振腔和小孔通道；所述小孔通道的两端分别与所述共振腔和所述主沟槽连通；所述共振腔和所述小孔通道均为开口于所述槽壁上表面的矩形槽；所述共振腔和所述小孔通道组成T型；所述共振腔的长度方向与所述主沟槽平行；所述共振腔的深度大于所述小孔通道的深度。本申请在花纹主沟槽的槽壁上增加设置与主沟槽相通的赫姆霍兹共振器，通过赫姆霍兹共振器的存在有效地降低汽车轮胎胎面的噪声。
Description
技术领域
本实用新型属于汽车减震降噪技术领域，具体涉及一种可降噪轮胎花纹沟槽结构。
背景技术
随着人们对生活环境质量要求的提高，很多城市对汽车噪声的排放标准有了明确的规定，汽车噪声的大小也成了衡量汽车质量水平的重要指标之一。汽车工业经过近百年的发展，汽车结构振动产生的噪声已经得到极大的控制，因此车辆行驶时轮胎噪声已成为一个主要噪声源。
轮胎噪声主要包括泵气噪声、撞击噪声和振动噪声。正常行驶状况下，轮胎花纹沟槽的压力变形而引起的泵气噪声是主要的噪声来源。现阶段为降低胎面花纹引起的泵气噪声，多采用以下技术：通过改变花纹沟槽的尺寸来减小沟槽的体积，从而降低轮胎噪声；通过改变花纹沟槽的角度来减小花纹沟槽的压力变形，从而降低轮胎噪声；通过优化花纹节距可以分散轮胎花纹噪声的频谱分布与声能量分布来降低人的烦躁度，同时使花纹块发声的频率不同，不同频率的噪声部分相抵，从而降低轮胎噪声。现有轮胎胎面花纹大都是纵向花纹沟、横向花纹沟、斜沟等。
现也有技术对降噪提出改进技术方案，采用在轮胎花纹主沟槽中设置多个细小矩形块非光滑结构，这些细小矩形块的作用主要是扰乱花纹主沟受挤压而排出的气流方向，从而破坏花纹沟中的气体涡流，从而达到降噪的目的。此种方案在一定程度上起到了降噪的作用，但由于需要设置多个细小矩形块，导致模具制作不便。
实用新型内容
本实用新型的目的是利用赫姆霍兹共振器可以消声的特性，设计一种既能起到减震降噪作用，又能使模具制作简单方便的轮胎花纹沟槽结构。
本实用新型是通过以下技术方案实现的：
一种可降噪轮胎花纹沟槽结构，包括主沟槽和设置在所述主沟槽一侧槽壁内的赫姆霍兹共振器；所述主沟槽为矩形槽；所述赫姆霍兹共振器包括共振腔和小孔通道；所述小孔通道的两端分别与所述共振腔和所述主沟槽连通；
所述共振腔和所述小孔通道均为开口于所述槽壁上表面的矩形槽；所述共振腔和所述小孔通道组成T型；所述共振腔的长度方向与所述主沟槽的长度方向平行；所述共振腔的深度大于所述小孔通道的深度。
所述赫姆霍兹共振器设置于所述槽壁长度方向的中间位置。
所述共振腔的长度方向与所述主沟槽受压缩时的气流方向成锐角。
所述共振腔的深度为所述主沟槽的深度的一半。
所述小孔通道的深度为所述共振腔的深度的一半。
所述小孔通道的宽度和所述共振腔的宽度相等。
本实用新型的有益技术效果是：
本申请在轮胎胎面花纹沟槽形状和排列保持不变的基础上，在花纹主沟槽的槽壁上增加设置与主沟槽相通的赫姆霍兹共振器，通过赫姆霍兹共振器的存在有效地降低汽车轮胎胎面的噪声。
附图说明
图1为赫姆霍兹共振器结构示意图；
图2为本实用新型可降噪轮胎花纹沟槽的结构示意图；
图3为不同共振腔深度时的降噪量比较图；
图4为不同小孔通道深度时降噪量比较图；
图5为不同小孔通道长度时降噪量比较图。
附图标记说明
1共振腔，2小孔通道，3主沟槽，a共振腔的长度，b共振腔的宽度，t小孔通道的长度，d小孔通道的宽度，11实施例A的共振腔深度时的降噪量线，12实施例B的共振腔深度时的降噪量线，13实施例C的共振腔深度时的降噪量线，14实施例A的小孔通道深度时的降噪量线，15实施例D的小孔通道深度时的降噪量线，16实施例E的小孔通道深度时的降噪量线，17实施例C的小孔通道长度时的降噪量线，18实施例F的小孔通道长度时的降噪量线，19实施例G的小孔通道长度时的降噪量线。
具体实施方式
以下通过具体实施例来描述本实用新型的技术方案，以下实例仅为示例性的，仅能用来解释和说明本实用新型的技术方案，而不能解释为是对本实用新型技术方案的限制。
图1和图2为本申请的一个具体实施例的结构示意图。现阶段通过改变花纹沟槽的尺寸来减小沟槽的体积；通过改变花纹沟槽的角度来减小花纹沟槽的压力变形；通过优化花纹节距降低轮胎噪声等手段已无法满足法规要求，需要新的降噪途径。本实用新型在轮胎胎面花纹沟槽形状和排列保持不变的基础上，在花纹主沟槽的槽壁上增加设置与主沟槽相通的赫姆霍兹共振器，通过赫姆霍兹共振器的存在有效地降低汽车轮胎胎面的噪声，且开模简单可靠。
赫姆霍兹共振器由共振腔1和小孔通道2两部分组成，是利用共振性能进行消声的原理，具体地，如图1所示，其中，共振腔的长度a、共振腔的宽度b、小孔通道的长度t、小孔通道的宽度d。消声降噪原理为：当声波传入共振腔时，在声波的压力作用下，小孔的孔颈中的气体会像活塞一样做往返运动，这些气体都具有一定的质量，它会阻碍由于声波的作用而引起的运动速度的变化；同时，当声波进入小孔孔颈时，由于孔颈壁面存在摩擦和阻尼的作用，会使一部分声能转变成热能而消耗。当声波的频率等于共振腔的固有振动频率时，便产生共振，此时振动幅度最大，空气柱在孔颈中的往返速度也就最大，摩擦和阻尼产生的损耗也最多，消耗的声能最多，消声量也就最大。它的特性是消声频率段比较窄，在共振频率附近时消声量很大，偏离时消声量大大降低。
本实用新型的基本结构如图2所示。一种可降噪轮胎花纹沟槽结构，包括主沟槽3和设置在所述主沟槽一侧槽壁内的赫姆霍兹共振器；所述主沟槽3为矩形槽；所述赫姆霍兹共振器包括共振腔1和小孔通道2；所述小孔通道2的两端分别与所述共振腔1和所述主沟槽3连通。
所述共振腔1和所述小孔通道2均为开口于所述槽壁上表面的矩形槽；所述共振腔1和所述小孔通道2组成T型；所述共振腔1的长度方向与所述主沟槽3平行；所述共振腔的深度大于所述小孔通道的深度。
共振腔1和小孔通道2分别为一个小矩形槽，均开口于槽壁上表面，共振腔1和小孔通道2组成T型。共振腔1布置在主沟槽3的侧壁中间位置，其长度方向(即a长度方向，见图1中a)与轮胎胎面花纹主沟槽方向平行；小孔通道的两端分别与共振腔和主沟槽垂直且连通(即t长度方向，见图1中t)。共振腔的深度大于小孔通道的深度，以使赫姆霍兹共振器产生的声波与花纹主沟槽产生的声波干涉，从而达到降低轮胎花纹沟噪声的目的。
本实施例中，共振腔长度以3-5mm为最佳，共振腔深度为沟槽深度的一半最佳，小孔长度为3-5mm为宜，深度为共振腔深度的一半为最佳，小孔通道的宽度d和共振腔的宽度b相等。另外，小孔通道也可与花纹沟受压缩时的气流方向成锐角。
表1给出了在花纹主沟槽长度为50mm，宽度为8mm，深度为4mm的花纹块上设置共振腔和小孔通道的A至G不同参数实施例的降噪量仿真分析结果表，在表1中，a为共振腔的长度、b为共振腔的宽度、t为小孔通道的长度、d为小孔通道的宽度、m为小孔通道的深度，n为共振腔深度，上述各参数的单位均为mm。
表1
请参照图3至图5所示，针对改进后的轮胎胎面的降噪效果，通过实验测出的降噪量仿真分析结果如下所述：
仿真分析首先通过在Abaqus(有限元软件)系统中建立的具有横向花纹沟槽(花纹沟长50mm，宽8mm，深4mm)的型号为205/50R16的半钢子午线轮胎有限元模型，在额定气压为0.24MPa和额定载荷为4000N以及滚动速度为70km/h条件下进行滚动分析，提取花纹沟槽壁面在接地过程中的位移变化；然后在ANSYS CFX中建立接地区单个花纹沟槽与空气的耦合模型，将接地过程中的位移变化施加在相应的花纹沟槽壁面来模拟轮胎的滚动过程，湍流采用大涡模拟模型进行模拟，利用Lighthill方程(见式1)计算不同花纹沟槽结构型式所产生的噪声。
式(1)就是Lighthill方程，它的等于号右端为声源项，它是描述由声源项产生的声传播的控制方程。上式中，称为Lighthill应力张量；ρ是流体的密度，vi，vj是流动速度矢量；p是流体的压力；τij是流体中的粘性应力张量；c0为未受扰动流体的声速；δij是克朗内克符号，当i＝j时，其值为1，当i≠j时，值为0；上述公式中的各部分的单位均为国际单位，在此不进行详细说明。
其中，实施例A的共振腔深度时的降噪量线11；实施例B的共振腔深度时的降噪量线12；实施例C的共振腔深度时的降噪量线13；实施例A的小孔通道深度时的降噪量线14；实施例D的小孔通道深度时的降噪量线15；实施例E的小孔通道深度时的降噪量线16；实施例C的小孔通道长度时的降噪量线17；实施例F的小孔通道长度时的降噪量线18；实施例G的小孔通道长度时的降噪量线19。
通过图3至图5可以发现，在轮胎胎面上保持胎面花纹沟槽形状和排列不变的基础上，在花纹主沟槽旁设置与主沟槽相通的赫姆霍兹共振器，可以有效地降低泵吸噪声。这主要是由于赫姆霍兹共振器产生的声波与花纹主沟槽产生的声波干涉，从而达到降低轮胎花纹沟噪声的目的。
尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同限定。
Claims (6)
1.一种可降噪轮胎花纹沟槽结构，其特征在于：包括主沟槽和设置在所述主沟槽一侧槽壁内的赫姆霍兹共振器；所述主沟槽为矩形槽；所述赫姆霍兹共振器包括共振腔和小孔通道；所述小孔通道的两端分别与所述共振腔和所述主沟槽连通；
所述共振腔和所述小孔通道均为开口于所述槽壁上表面的矩形槽；所述共振腔和所述小孔通道组成T型；所述共振腔的长度方向与所述主沟槽的长度方向平行；所述共振腔的深度大于所述小孔通道的深度。
2.根据权利要求1所述的可降噪轮胎花纹沟槽结构，其特征在于：所述赫姆霍兹共振器设置于所述槽壁长度方向的中间位置。
3.根据权利要求1所述的可降噪轮胎花纹沟槽结构，其特征在于：所述共振腔的长度方向与所述主沟槽受压缩时的气流方向成锐角。
4.根据权利要求1所述的可降噪轮胎花纹沟槽结构，其特征在于：所述共振腔的深度为所述主沟槽的深度的一半。
5.根据权利要求1所述的可降噪轮胎花纹沟槽结构，其特征在于：所述小孔通道的深度为所述共振腔的深度的一半。
6.根据权利要求1所述的可降噪轮胎花纹沟槽结构，其特征在于：所述小孔通道的宽度和所述共振腔的宽度相等。
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