阅读说明：本技术 一种基于仿生鲨鱼皮鳞片结构的轮胎防滑花纹沟槽 (Tire antiskid decorative pattern slot based on bionic sharkskin scale structure ) 是由 刘从臻 孙运芬 李永强 徐成伟 谢孟雨 于 2020-06-17 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种基于仿生鲨鱼皮鳞片结构的轮胎防滑花纹沟槽,包括轮胎胎面、沟槽和仿生凸起结构；所述沟槽布置于轮胎胎面,其纵向沟槽底部设有仿生凸起结构；所述仿生凸起结构是基于鲨鱼皮鳞片结构设计而成,其排布方式按照菱形三两交错排列,其中后一排的凸起位于前一排两凸起之间的中心线上。本发明仿生凸起结构的设置可在不影响轮胎其他性能的前提下,有效降低沟槽内水流阻力,提高沟槽排水能力,降低轮胎发生滑水的可能性；同时能够减少空气泵浦噪声,降低中高频频带内的气柱共鸣噪声；且凸起结构的存在能将沟槽中的石子挤压弹出,起到延长轮胎寿命的作用。(The invention discloses a tire anti-skid pattern groove based on a bionic sharkskin scale structure, which comprises a tire tread, a groove and a bionic bulge structure; the grooves are arranged on the tire tread, and the bottoms of the longitudinal grooves of the grooves are provided with bionic bulge structures; the bionic protrusion structure is designed based on a sharkskin scale structure, the arrangement mode of the bionic protrusion structure is arranged according to three or two diamond staggered arrangements, and the protrusion of the back row is positioned on the central line between the two protrusions of the front row. The bionic protruding structure can effectively reduce the water flow resistance in the groove, improve the drainage capability of the groove and reduce the possibility of water slipping of the tire on the premise of not influencing other performances of the tire; meanwhile, the air pumping noise can be reduced, and the air column resonance noise in a medium-high frequency band is reduced; and the existence of the bulge structure can extrude and pop the stones in the groove, so that the service life of the tire is prolonged.)

一种基于仿生鲨鱼皮鳞片结构的轮胎防滑花纹沟槽

技术领域

本发明属于汽车轮胎技术领域，具体涉及一种基于仿生鲨鱼皮鳞片结构的轮胎防滑花纹沟槽。

背景技术

随着国家经济实力的增强和重工业的快速发展，车辆成为人们日常生活和工作的必需品。当汽车在恶劣天气或积水路面行驶时，道路本身的粗糙度降低，车辆的附着性能下降，车辆的事故率上升，人员及财产安全受到极大威胁。为了改善轮胎的滑水性能，保障人生安全以及减小财产损失，加深对轮胎抗滑水特性的研究显得尤为重要。

轮胎滑水现象的产生主要是由于作用胎面动水压力过大导致轮胎与路面之间脱离，使轮胎丧失转向操控能力。依据动量定理，如果可以增加轮胎接地区内水流流速，则会降低动水压力的产生。轮胎的排水主要依靠胎面沟槽，通常采用增大花纹沟槽横截面积的方法来提高轮胎滑水速度。但随着花纹沟横截面积的增大，轮胎的噪声、滚动阻力等其他方面的性能也随之增加。

生物受到长时间自然选择的影响，进化出很多适应其生活环境的特殊结构，其体表在行动过程中所受阻力很小。例如，鲨鱼在水中高速游动时，因其体表由顺着流向的微细沟槽鳞片所组成，所以大大减小了游动阻力。国外学者将鲨鱼皮结构应用于航天器使阻力减少了5.6％。沟槽结构对其沟谷处流体介质的紊动起到了限制作用，同时减小了表皮在沟谷处的切向应力。可见，通过对鲨鱼鳞片进行仿生，将仿生的微结构应用于轮胎沟槽底部，可在不改变花纹沟横截面积的前提下，提高轮胎的抗滑水性能。

发明内容

本发明的目的是为了在不改变花纹沟横截面积的基础上，提高轮胎的排水性能，减少空气泵浦噪声。因此，提出一种基于仿生鲨鱼皮鳞片结构的轮胎防滑花纹沟槽。

为了达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于仿生鲨鱼皮鳞片结构的轮胎防滑花纹沟槽，包括轮胎胎面、沟槽和仿生凸起结构；所述沟槽布置于轮胎胎面，其纵向沟槽底部设有仿生凸起结构；所述仿生凸起结构是基于鲨鱼皮鳞片结构设计而成，其排布方式按照菱形三两交错排列，其中后一排的凸起位于前一排两凸起之间的中心线上。

进一步地，所述仿生凸起结构的横向排列间隙L均相等，为1.2-1.5mm。

进一步地，所述仿生凸起结构的纵向排列间隙H均相等且不大于横向排列间隙L，为1.0-1.5mm。

进一步地，所述仿生凸起结构与沟槽侧壁间存在间隙D，D不小于0.8mm。

进一步地，所述仿生凸起结构由两个副凸起肋条和一个主凸起肋条连接组成，主、副两凸起肋条之间形成凹槽。

进一步地，所述凹槽为圆弧形，占圆周长的1/3-1/2，其半径r为0.1-0.15mm。

进一步地，所述仿生凸起结构的高度低于沟槽深度的1/3，其形状沿沟槽纵向呈弧形，其中在仿生凸起结构总长l₁的1/3处为此结构的最高点。

进一步地，所述仿生凸起结构的两个副凸起肋条关于主凸起肋条对称，且副凸起肋条均低于主凸起肋条，高度为主凸起肋条的2/3。

进一步地，所述仿生凸起结构总长l₁为3.5-5mm，副凸起肋条比主凸起肋条略短，长度l₂为2-3.5mm。

进一步地，所述仿生凸起结构的宽度d为1.2-1.5mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果：

本发明中设置的仿生凸起结构可以改变湍流边界层的流场结构，增加粘性底层厚度，对流体起到减黏降阻的作用，提高接地区花纹沟内部水流速度，增强沟槽排水能力，更有利于水流的排出。从而使轮胎接地前端不易产生雍水，降低胎面动水压力，延缓轮胎滑水现象的产生，提升轮胎的抗滑水性能。同时还可减少空气泵浦噪声，降低中高频频带内的气柱共鸣噪声，且凸起结构的存在能将沟槽中的石子挤压弹出，起到延长轮胎寿命的作用。

附图说明

下面结合附图和

具体实施方式

对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明仿生鲨鱼皮鳞片结构的轮胎防滑花纹沟槽的结构示意图；

图2为本发明仿生凸起结构的沟槽俯视图；

图3为本发明仿生凸起结构的沟槽正视图；

图4为本发明实施例的仿生凸起左视结构示意图；

图5为本发明实施例的仿生凸起正视结构示意图；

以上图中：1、轮胎胎面；2、沟槽；3、仿生凸起结构；31、副凸起肋条；32、主凸起肋条；33、凹槽。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方案进行进一步说明。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。

如图1所示，一种基于仿生鲨鱼皮鳞片结构的轮胎防滑花纹沟槽，包括轮胎胎面1及设置在胎面上的沟槽2,沟槽2的底部设置仿鲨鱼鳞片的仿生凸起结构3，当车辆在积水路面行驶时，仿生凸起结构3的设置可以改变湍流边界层的流场结构，增加粘性底层厚度，提高接地区花纹沟内部水流速度，增强沟槽2排水能力，更有利于水流的排出。

如图2所示，仿生凸起结构3按照菱形排布方式三两交错排列，其中后一排的仿生凸起3位于前一排两仿生凸起3之间的中心线上。各仿生凸起结构3的横向排列间隙L均相等，L为1.2-1.5mm；纵向排列间隙H均相等，且不大于横向排列间隙L，H为1.0-1.5mm。对仿生凸起结构3进行交错排布和排列间隙的设置，可以更好的影响流体边界层猝发结构，将沟槽2中的流体变为稳定状态，加快水流的排出。

如图2所示，菱形排布中仿生凸起结构3的数量可随着沟槽2宽度的不同进行变化。沟槽2窄时可为二一交错排列，当沟槽2宽时可为四三交错排列。

如图3、4所示，仿生凸起结构3与沟槽2侧壁间留有间隙D，D不小于0.8mm。仿生凸起结构3由两个副凸起肋条31和一个主凸起肋条32连接组成，主、副两凸起肋条之间形成凹槽，其中两个副凸起肋条31关于主凸起肋条32对称，副凸起肋条31的长度和高度均低于主凸起肋条32。由于弧形凸起肋条的存在，使横向涡流的平移减少，降低了涡流相互作用，大大提高能量效率，减少水流阻力，同时减少空气泵浦噪声；凸起肋条的存在抬高了二次涡的位置，使凸起肋条内部凹槽33中充满了低速而安静的流体，增大了粘性底层的厚度，减小平面剪切应力，提高沟槽2内水流速度。

如图4、5所示，仿生凸起结构3的宽度d为1.2-1.5mm,总长l₁即主凸起肋条32长度为3.5-5mm,副凸起肋条31长度l₂为2-3.5mm。主凸起肋条32的高度要低于沟槽2深度的1/3，其形状沿沟槽2纵向呈弧状，在仿生凸起结构3总长l₁的1/3处为此结构的最高点，副凸起肋条31高度为主凸起肋条32的2/3。仿生凸起结构3的高度尺寸过大，将造成水流阻力增加，反而更快的发生滑水现象；高度尺寸过小，则不会对水流起作用，且加工难度高。

在相同试验条件下，对沟槽2底部平整的原花纹轮胎和具有仿生凸起结构3的轮胎在不同水流速度下进行胎面动水压力值比较，结果如下表所示：

从表中可以看出，在对轮胎花纹沟槽设置仿生凸起结构之后，轮胎胎面受到的动水压力降低，并且随着速度的增加，带有仿生凸起结构的轮胎的胎面动水压力下降的越来越明显。说明本发明的结构可以加快接地去花纹沟内部水流的速度，延缓轮胎出现滑水现象，提高轮胎抗滑水性能。同时还能减少空气泵浦噪声，低中高频频带内的气柱共鸣噪声。此外，仿生凸起结构的存在能将沟槽中的石子挤压弹出，起到延长轮胎寿命的作用。

以上所述实施方式仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并不用以限制本发明的保护范围，凡在不脱离本发明设计的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求书确定的保护范围内。