一种降低轮胎泵吸噪声的胎面花纹沟槽的制作方法

本实用新型涉及轮胎领域，尤其是一种降低轮胎泵吸噪声的胎面花纹沟槽。

背景技术：

当车辆行驶速度在70km/h以上时，轮胎噪音成为主要的噪声源。特别是轮胎的气动噪音，是影响轮胎噪音的最主要的因素之一。如何优化轮胎花纹结构，改善轮胎花纹噪音越来越成为国内外学者和企业关注焦点。且花纹设计关系到轮胎的滚动阻力、湿滑性能。传统设计通过改变胎面配方无法实现三者之间的协同提升。

轮胎滚动过程中，纵向花纹沟槽在受到胎面变形的同时内部气流会产生噪声，横向花纹沟槽会产生明显的泵吸噪声。其原理主要就是在空气流经花纹沟槽的过程中会产生很多空气漩涡和脉动形式的空气蠕动；脉动的空气会对花纹沟壁作用产生不规侧的脉动压力，这是偶极子噪声源的主要形式，偶极子噪声在轮胎气动噪声中占有主要的部分；空气的漩涡的形成和破裂会产生四极子声源噪声，四极子声源噪声主要集中在花纹沟的出口后端，也就是沟槽中流动的空气与外部静止空气相互作用的区域，而四极子声源噪声在轮胎气动噪声中所占的比例相对较少。因此，如果能够有效控制轮胎纵向沟槽的噪声和横向花纹沟槽的泵吸噪声，就可以改善轮胎噪声性能。

为此，近年来有各种各样的技术措施来降低轮胎纵向花纹沟槽的噪声。如国内专利CN103101405A在沟槽中设置V型沟槽减小花纹的噪声，此专利虽然在一定程度上可以降低噪声，单这种设计会造成轮胎应力的集中，容易出现撕裂现象。韩国人在国内申请的专利CN103158438A通过在轮胎空腔内部加装吸音结构，来降低轮胎噪声，这种发明对于制造是很大的挑战，制造过程相当繁琐，会增加制造成本。国内专利CN103112320A通过设计花纹块，来降低花纹噪声，这种发明仅对花纹块的拐角处进行圆弧过渡，对整体轮胎噪声性能的提升显得微不足道。本发明这种新颖的花纹设计对噪声的性能有着显著的提高，而对于传统的改变胶料来提高轮胎性能显的力不从心。随着欧盟法规标签的实施绿色轮胎的推广和轮胎综合性能的重视，这就需要一款拥有创新设计理念的轮胎来突破传统设计的瓶颈。

技术实现要素：

本实用新型旨在提出一种花纹沟侧壁曲线设计的花纹沟槽，能够使空气更稳定的流经花纹沟槽，减少空气漩涡的产生，进而可以减小花纹沟槽侧壁受到的压力脉动，对于声音的反射可以起到很好的散射作用，可以降低声音的集聚，减小气动噪声。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种降低轮胎花纹泵吸噪声的胎面花纹沟槽，其特征在于，所述胎面花纹沟槽的侧壁上设置至少一个向沟槽方向突出的弧形凸起，所述弧形凸起的弧形轮廓线的弦垂直于胎面花纹沟槽底面或者相对于胎面花纹沟槽底面的垂线向沟槽外侧倾斜。

进一步地，所述弧形凸起的数量为N个，弧形凸起数量N＝花纹沟槽的深度H/弧形凸起的圆弧半径R，N取整数。

进一步地，弧形凸起的圆弧半径R为沟槽深度的20％～60％，取2-15mm。

进一步地，所述弧形凸起的数量为1-15个。

进一步地，定义所述弧形凸起的最顶端为凸峰，所述弧形凸起的凸峰与弧形凸起的弧形轮廓线的弦之间的距离为0.5-3mm之间。

进一步地，所述弧形凸起的凸峰位于每一个弧形凸起的所述弦的中间位置。

进一步地，所述弧形凸起的凸峰位于每一个弧形凸起的所述弦的中间偏上或偏下的位置。

进一步地，所述弧形凸起的凸峰偏离每一个弧形凸起的所述弦的中间位置的距离为：

弧形凸起的数量N为1时，所述凸峰偏离所述弦的中间位置的距离在0-5mm之间；

弧形凸起的数量N为＞1时，所述凸峰偏离所述弦的中间位置的距离在1-5mm之间。

进一步地，弧形凸起的数量N为＞1时，每个凸峰对应的曲线弧半径之间是成等比数列，即R1：R2＝R2：R3＝R3：R4＝……＝RN：RN-1＝X，X的取值在0.5-2之间；其中R1、R2、R3、R4、……、RN、RN-1分别是第1、2、3、4、……、N-1、N个弧形凸起的圆弧的半径；排列方式为从靠近胎面到沟槽底部逐渐减小或逐渐增大。

进一步地，弧形凸起的数量N为＞1时，每个弧形凸起的凸峰两侧分别为第一圆弧段、第二圆弧段，其中RN’为第一圆弧段的曲率半径，rN’为第二圆弧段的曲率半径，其中R1’：R2’＝R2’：R3’＝R3’：R4’＝……＝RN’：RN-1’＝Y，Y的取值在0.5-2之间，其中R1’在2-20mm之间；r1’:r2’＝r2’:r3’＝r3’:r4’＝……＝r N’:r N-1’＝y，y的取值在0.5-2之间。

本实用新型是基于现在通用的花纹沟槽基础上，对花纹沟侧壁的曲线设计，其中原始花纹沟分为两种，一种是花纹沟侧壁垂直的矩形花纹沟槽，主要应用于轿车胎；一种是花纹沟侧壁倾斜的倒梯形花纹沟槽，主要应用于载重胎。

侧壁垂直的矩形花纹沟槽、侧壁倾斜的倒梯形花纹沟槽的共同点是花纹沟槽的侧壁均是平面设计的，空气在花纹沟中流过时由于空气本身具有的低粘性的特点，很容易受到周围空气流动的影响，而产生涡流，在由于涡流的进一步影响，使花纹沟槽中的空气流动变得杂乱无章。所以对花纹沟槽壁面会产生明显的脉动压力，形成偶极子声源噪声。为了使空气更稳定的流经花纹沟槽，曲线设计的花纹沟槽可以起到导流的作用，减小空气之间的相互作用，空气就会有条不紊的从花纹沟槽中流过。

本实用新型所述的曲线设计的花纹沟槽，是把原来平面的花纹沟槽侧壁设计成特定形式的弧形结构，该弧状结构由花纹沟剖面图对应的曲线弧决定，并且该弧状结构是连续不间断的。曲线弧根据花纹沟槽的深度、宽度和倾斜角度不同可以设计成多种样式。可以设计成有单个弧形凸起的花纹沟槽，也可以设计成多个弧形凸起的花纹沟槽，花纹沟槽的深度在5-20mm之间，凸峰的数目在1-15之间。凸峰的位置也可以根据不同的轮胎和载荷设计，可以向胎面靠近，也可以向沟底靠近。

通过把原来平面的花纹沟槽侧壁设计成特定形式的弧形结构，能够增大单个花纹沟的刚度，进而可以减小花纹的局部变形量，提高轮胎的滚阻性能；避免力的集聚现象，提高抗疲劳性能。其次，花纹沟侧壁的曲线设计，还可以使花纹沟中的空气更顺畅的流过，使流场更稳，产生更少的涡流，从涡声理论角度来讲，稳定的流场产生的噪声更小，减小泵吸噪声的产生，再者，花纹沟的侧壁曲线设计，对于声音的反射还可以起到散射的作用，在一定程度上也可以减小噪声，提高轮胎的花纹噪声性能。

总的来讲，花纹的曲线设计可以控制花纹的变形量和变形方向，同时提高轮胎的多项性能。如：

(1)轮胎的噪声性能：花纹的变形量减小可以减小泵吸噪声的产生，侧壁的曲线设计对声音的反射可以起到散射的作用，也可以减小声音的集聚，进而减小声音的峰值。

(2)轮胎的滚阻性能：由于花纹块的刚度增加，花纹的变形量减小，在单位体积内产生的迟滞损失减小，整体上也就是减小了轮胎在滚动中能量损失，从而可以减小轮胎的滚动阻力。

(3)轮胎的滑水性能：由于花纹沟侧壁的曲线设计，对于在花纹沟中流动的流体可以起到一定的引导作用，可以减少流体在流动过程产生的涡流，是流体跟顺畅的流过花纹沟，对花纹沟底部产生的升力也有所下降，所以从理论上讲，对于滑水性能的提升也有积极的作用。

(4)轮胎花纹“自清洁”性能：花纹沟槽侧壁设计成特定形式的弧形结构，可以防止路面上碎石等杂物夹陷到花纹沟内部，同时，在轮胎滚动过程中，由于花纹沟侧壁弧形结构不同程度的局部变形也可以将已夹陷在花纹沟的碎石等杂物有效排除，从而提高花纹的“自清洁”功能。

本实用新型对于降低花纹泵吸噪声的作用已经通过仿真实验得到了证明，通过对这种曲线设计的3D花纹建模，在Fluent流体软件中仿真分析，本实用新型对于降低花纹的泵吸噪声是有效的。

附图说明

图1中(a)、(b)分别轿车轮胎现有的垂直侧壁原始设计和载重胎轮胎现有的倾斜侧壁原始设计。

图2为单凸峰的花纹垂直侧壁设计，凸峰在中间的位置。

图3为多凸峰的花纹垂直侧壁设计，凸峰在中间的位置。

图4为多凸峰的花纹垂直侧壁设计，凸峰在靠下的位置。

图5为多凸峰的花纹垂直侧壁设计，凸峰在靠上的位置。

图6为单凸峰的花纹倾斜侧壁设计，凸峰在中间的位置。

图7为多凸峰的花纹倾斜侧壁设计，凸峰在中间的位置。

图8为多凸峰的花纹倾斜侧壁设计，凸峰在靠下的位置。

图9为多凸峰的花纹倾斜侧壁设计，凸峰在靠上的位置。

图10为单凸峰的花纹垂直侧壁设计的凸峰到原始侧壁的距离示意图。

图11为多凸峰的花纹垂直侧壁设计的凸峰到原始侧壁的距离示意图。

图12为单凸峰的花纹倾斜侧壁设计的凸峰到原始侧壁的距离示意图。

图13为多凸峰的花纹倾斜侧壁设计的凸峰到原始侧壁的距离示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例对本实用新型作进一步的说明，但本实用新型的保护范围并不限于此。

本实用新型是基于现在通用的花纹沟槽基础上进行的再设计，原始花纹沟分为两种，一种是花纹沟侧壁垂直的矩形花纹沟槽，如图1中(a)所示，该种沟槽主要应用于轿车胎；一种是花纹沟侧壁倾斜的倒梯形花纹沟槽，如图1中(b)所示，该种沟槽主要应用于载重胎。本实用新型是针对现有的花纹沟槽进行特殊的结构设计，即适用于纵沟花纹，也适用于横沟花纹。

本实用新型所述的降低轮胎花纹泵吸噪声的胎面花纹沟槽，是把原来平面的花纹沟槽侧壁设计成特定形式的弧形结构，所述胎面花纹沟槽的平面侧壁上设置至少一个向沟槽方向突出的弧形凸起，该弧状结构由花纹沟剖面图对应的曲线弧决定，并且该弧状结构是连续不间断的。曲线弧根据花纹沟槽的深度、宽度和倾斜角度不同可以设计成多种样式。所述弧形凸起的数量为N个，弧形凸起数量N＝花纹沟槽的深度H/弧形凸起的圆弧半径R，N取整数。花纹沟越深，则凸峰的数目相应地增加，花纹沟槽的深度在5-20mm之间，凸峰的数目在1-15之间，最佳凸峰数在6-8个之间。可以为单个弧形凸起的花纹沟槽，也可以为多个弧形凸起的花纹沟槽。弧形凸起的圆弧半径R为沟槽深度的20％～60％，取2-15mm。

定义所述弧形凸起的最顶端为凸峰，所述弧形凸起的凸峰与弧形凸起的弧形轮廓线的弦之间的距离为0.5-3mm之间，如图10、图11、图12、图13所示。

凸峰的位置也可以根据不同的轮胎和载荷设计，所述弧形凸起的凸峰位于每一个弧形凸起的所述弦的中间位置。所述弧形凸起的凸峰也可以位于每一个弧形凸起的所述弦的中间偏上或偏下的位置。所述弧形凸起的凸峰偏离每一个弧形凸起的所述弦的中间位置的距离为：弧形凸起的数量N为1时，所述凸峰偏离所述弦的中间位置的距离在0-5mm之间；弧形凸起的数量N为＞1时，所述凸峰偏离所述弦的中间位置的距离在1-5mm之间。

实施例1：

图2为针对花纹沟侧壁垂直的矩形花纹沟槽设计的单弧形凸起的花纹沟槽；弧形凸起的凸峰位于所述弧形凸起的弦的中间位置。

属于轿车轮胎的一种花纹沟，把原来垂直平面的纵沟侧壁设计成有一个弧形凸起的花纹沟侧壁，弧形凸起的弧形轮廓线的半径在2-15mm之间，这种花纹沟槽的深度在5-10mm之间。即弧形轮廓线的曲率以及凸峰位置可以根据花纹的形式以及载荷做相应的调整。花纹沟侧壁的曲线设计可以增大花纹沟的刚度，减小花纹的侧向变形从而减小花纹的泵吸噪声。曲线设计的花纹侧壁对声音的反射可以起到一定的散射作用，减少声音的集聚，也可以起到降低花纹噪声的作用。

实施例2：

图3为针对花纹沟侧壁垂直的矩形花纹沟槽设计的多个弧形凸起的花纹沟槽，弧形凸起的凸峰位于所述弧形凸起的弦的中间位置，属于轿车轮胎的一种花纹。每个弧形凸起的弧形轮廓线的半径在2-15mm之间。对于多弧形凸起的花纹沟槽的每个凸峰对应的曲线弧半径之间是成等比数列，即R1：R2＝R2：R3＝R3：R4＝……＝X，X的取值在0.5-2之间。其中R1、R2、R3、R4、……、RN、RN-1分别是第1、2、3、4、……、N-1、N个弧形凸起的圆弧的半径。所设计的曲线弧的半径可以从靠近胎面到沟槽底部逐渐减小，也可以逐渐增大。这样曲线设计的花纹侧壁对于沟槽中的流体可以起到导流作用，使水或者空气有条不紊的从花纹沟槽中流过，减小流体对花纹侧壁和沟底的作用力。从而可以降低花纹泵吸噪声。

实施例3：

图4为：针对花纹沟侧壁垂直的矩形花纹沟槽设计的多个弧形凸起的花纹沟槽，所述弧形凸起的凸峰位于每一个弧形凸起的所述弦的中间偏下的位置。

对于凸峰位置靠下的多凸峰的花纹沟槽，花纹侧壁的每个凸峰对应的曲线弧是由两段圆弧组成。靠上的大圆弧和靠下的小圆弧，大圆弧的曲率半径为R’，小圆弧的曲率半径为r，其中R1’：R2’＝R2’：R3’＝R3’：R4’＝……＝RN’：RN-1’＝Y，Y的取值在0.5-2之间。其中R1’在2-15mm之间。r1:r2＝r2:r3＝r3:r4＝……＝r N:r N-1＝y，y的取值在0.5-2之间。这种曲线设计基于水滴在空中下落的物理模型设计的，可以最大的减小流体在流过花纹沟过程中的阻力。而且可以避免流体产生过多的涡流，来减小噪声的产生和提高轮胎的滑水性能。

实施例4：

图5为针对花纹沟侧壁垂直的矩形花纹沟槽设计的多个弧形凸起的花纹沟槽，所述弧形凸起的凸峰位于每一个弧形凸起的所述弦的中间偏上的位置。

每个弧形凸起由靠下的大圆弧和靠上的小圆弧组成，大圆弧的曲率半径为R’，小圆弧的曲率半径为r，其中R1’：R2’＝R2’：R3’＝R3’：R4’＝……＝RN’：RN-1’＝Y，Y的取值在0.5-2之间。其中R1’在2-15mm之间。r1:r2＝r2:r3＝r3:r4＝……＝r N:r N-1＝y，y的取值在0.5-2之间。这种曲线设计基于水滴在空中下落的物理模型设计的这种曲线设计基于水滴在空中下落的物理模型设计的，能够最大的减小流体在流过花纹沟过程中的阻力。而且能够避免流体产生过多的涡流，来减小噪声的产生和提高轮胎的滑水性能。凹凸的曲面对声音向外散射起到阻碍的作用，从而在一定程度上减小花纹的辐射噪声。

实施例5：

图6为针对花纹沟侧壁倾斜的平面纵沟设计的单个弧形凸起的花纹沟槽，所述弧形凸起的凸峰位于所述弧形凸起的弦的中间位置，属于载重车轮胎花纹。所述弧形凸起的弧形轮廓线的半径在2-20mm之间，花纹沟深度在2-20mm之间，侧壁的倾斜角度在5°-40°之间，即侧壁与垂直方向的夹角为5°-40°之间。即弧形轮廓线的曲率以及凸峰位置可以根据花纹的形式以及载荷做相应的调整。花纹沟侧壁的曲线设计可以增大花纹沟的刚度，减小花纹的径向变形从而减小花纹的泵吸噪声。曲线设计的花纹侧壁对声音的反射可以起到一定的散射作用，减少声音的集聚，也可以起到降低花纹噪声的作用。

实施例6：

图7为针对花纹沟侧壁倾斜的平面纵沟设计的多个弧形凸起的花纹沟槽，所述弧形凸起的凸峰位于所述弧形凸起的弦的中间位置，属于载重车轮胎花纹。每个弧形凸起的对应的曲线弧的半径在2-20mm之间。弧形凸起的个数可以在1-15之间。对于多弧形凸起的花纹沟槽的每个凸峰对应的曲线弧半径之间是成比例排列的。即R1：R2＝R2：R3＝R3：R4＝……＝RN：RN-1＝X，X的取值在0.5-2之间。

实施例7：

图8为针对花纹沟侧壁倾斜的平面纵沟设计的多个弧形凸起的花纹沟槽，所述弧形凸起的凸峰位于所述弧形凸起的弦的靠下的位置，属于载重轮胎的一种花纹。每个凸峰由靠上的大圆弧和靠下的小圆弧组成，大圆弧的曲率半径为R’，小圆弧的曲率半径为r，其中R1’：

R2’＝R2’：R3’＝R3’：R4’＝……＝RN’：RN-1’＝Y，Y的取值在0.5-2之间。其中R1在2-20mm之间。r1:r2＝r2:r3＝r3:r4＝……＝r N:r N-1＝y，y的取值在0.5-2之间。这种曲线设计基于水滴在空中下落的物理模型设计的这种曲线设计基于水滴在空中下落的物理模型设计的，可以最大的减小流体在流过花纹沟过程中的阻力。而且可以避免流体产生过多的涡流，来减小噪声的产生和提高轮胎的滑水性能。凹凸的曲面可以对声音向外散射起到阻碍的作用。从而可以在一定程度上减小花纹的辐射噪声。

实施例8：

图9为：针对花纹沟侧壁倾斜的平面纵沟设计的多个弧形凸起的花纹沟槽，所述弧形凸起的凸峰位于所述弧形凸起的弦的靠上的位置，属于载重轮胎的一种花纹。

每个凸峰由靠上的大圆弧和靠下的小圆弧组成，大圆弧的曲率半径为R’，小圆弧的曲率半径为r，其中R1’：R2’＝R2’：R3’＝R3’：R4’＝……＝RN’：RN-1’＝Y，Y的取值在0.5-2之间。其中R1在2-20mm之间。r1:r2＝r2:r3＝r3:r4＝……＝r N:r N-1＝y，y的取值在0.5-2之间。该模型可以最大的减小流体在流过花纹沟过程中的阻力。而且可以避免流体产生过多的涡流，来减小噪声的产生和提高轮胎的滑水性能。凹凸的曲面可以对声音向外散射起到阻碍的作用。从而可以在一定程度上减小花纹的辐射噪声。

所述实施例为本实用新型的优选的实施方式，但本实用新型并不限于上述实施方式，在不背离本实用新型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实用新型的保护范围。