低噪声轮胎花纹设计原理与方法分析

2016-02-27童诗图

橡塑技术与装备 2016年3期

关键词：节距低噪声条数

童诗图

(双钱集团安徽回力轮胎有限公司，安徽芜湖 241000)

低噪声轮胎花纹设计原理与方法分析

Design principle and method analysis of low noise tire pattern

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(双钱集团安徽回力轮胎有限公司，安徽芜湖 241000)

主要对轮胎花纹设计的相关原理、设计方法的应用以及设计效果的评价进行探析。

轮胎；花纹设计；方法；噪声

近年来，低噪声轮胎花纹如何设计成为各生产厂家关注的焦点。通过研究发现，设计中需考虑的内容主要集中在花纹条、花纹块以及花纹节距排列等方面，其中花纹块在不同面积下将发出不同的声音，而花纹沟槽的走向、长度方面则是影响其发生的主要因素。所以，实际设计过程中对于花纹图形可采取等价矩形模块的形式，并利用相应的仿真系统，能够得到较为完善的设计方案。因此，实际设计中应明确花纹设计的基本原理，选择合理的设计方式，对低噪声轮胎花纹设计目标的实现具有十分重要的意义。

1 轮胎花纹设计的相关原理

关于轮胎花纹设计的原理，由于其需满足低噪声要求，所以可直接引入局相应的仿真实验，通过花纹沟、花纹块构成相应的节距，如轮胎1/4周期部分在节距构成上为三个不等节距比的节距。此时可对各部分设计原理进行分析，首先在花纹块设计原理上，设计过程中应充分考虑到花纹块宽度比问题，假设有三个花纹图案存在于每个节距中，此时在宽度比上应控制在7以内，且与行驶面积相比，花纹块面积需保持在其70%左右。一般低噪声轮胎中，其花纹条多以整齐的形式进行排列，整个面积比完全可从宽度比方面进行推出。此时，便涉及到无理数比内容，与素数比相比，花纹块宽度比若选择无理数比，可取得的降噪效果将较为明显。同时，从花纹沟设计角度看，研究过程中一般需引入相应的发声模型，并结合的花纹沟槽发声原理，能够发现沟槽在发声过程中不会受其深度影响，所以设计过程中需考虑到在槽宽度比选取中，应保证其无理数比不应与整数比接近。同时要求综合分析花纹沟的走向、长度等具体参数，可使花纹沟的设计更为合理[1]。

实际设计中还需做好花纹条数与节距控制工作。其中在花纹条数方面，设计过程中能够发现在条数增加的情况下，噪声声压级会保持下降趋势，所以为达到降噪目的应保证花纹条数较多。但需注意花纹条数的增加并非意味毫无限制的增加，其很可能使轮胎在抓着力或耐磨性等性能方面受到影响，需注意对条数进行合理控制。另外，在节距选择上，通常在轮胎频率影响下，轮胎花纹噪声会以不同的形式进行分布，这样噪声分布中若导致声能量过于集中，便可能增大声压级，车辆行驶过程中为驾驶员与乘客带来的烦躁感也会更为明显。因此，在设计中应考虑对不等节距花纹做好排列，使噪声能量能够立即进行分散。根据以往实践研究也可发现，从噪声谱图中看，若花纹节距比例以无理数比为主，其降噪效果较好，但采用倍数比或素数比效果较差。考虑到节距排列问题，在设计优化过程中应注重将遗传算法引入其中，其能够根据噪声变化推测出最优的节距排列顺序[2]。

2 设计轮胎花纹的有效方法

根据轮胎花纹设计的相关原理，实际设计过程中主要需考虑到相关参数优化问题。具体设计中，首先需结合花纹设计的要求，保证花纹槽与花纹块在一个节距中做好比例控制，应避免对Smin与Smax，即面积最大值与面积最小值，选取整数比。尤其注意在花纹块参数选择方面，各花纹块都需避免利用与整数比相近的无理数比作为面积比，分别假设b1、b2、b3为三个花纹块，其在面积比上应避免以为主。另外，在花纹沟参数方面，其需与花纹块保持适应，在面积比选择中不仅应避免以与整数比接近的无理数比为主，同时还需保证其面积最大值与面积最小值的比控制在3以内。

其次，在花纹槽、花纹块选定的基础上，需考虑花纹节距问题。根据矩形条可发现，在花纹条列设计中，矩形长度应与花纹块的中心宽度保持相等。同样花纹槽也需保证其中心宽度与矩形长度相等，但由于槽的走向不同，为保证设计合理性，可对槽走向进行适当的调整。此外，花纹条列在设计中为符合降噪要求，也需保证在不影响轮胎物理性能的同时，使花纹条数较多，且在宽度比上应做好控制，避免与整数比例相接近[3]。

再次，结合节距的数目、节距比进行轮胎花纹整体节距序列的设计。设计过程中在满足花纹节距设计原理的基础上，还应保证序列能够被模具厂应用。在此基础上引入相应的软件仿真系统，对节距序列合理的花纹雏形采取试验仿真措施，对于其中不合理位置，可直接采取错位大小调整措施，确保所有错位问题都可得到解决。

最后，应注重对花纹周期列进行设计，通常设计过程中往往以轮胎周长为依据，或选择一般轮胎周长作为花纹周期，也可将1/3或1/4的轮胎周长作为花纹周期。为使轮胎噪声问题得以解决，设计中应尽可能使花纹周期保持较长。同时，在轮胎降噪方面，常用的方式也体现在直接将软化块或刀槽等设置在花纹块表面处，但需注意无论哪种槽的设置，都应保证避免以死槽沟的形式存在，其很可能为轮胎花纹降噪起到相反效果[4]。

3 对轮胎花纹设计方案的具体评价

轮胎花纹设计方案是否合理，需在实际应用前做好试验与评价工作，保证该方案指导下低噪声轮胎符合其基本设计要求，才可投入使用，若试验评价中发生不合理之处，需及时做好整改工作。对于设计方案的评价，其基本步骤主要表现在：①引入计算机软件仿真系统，对整个设计过程进行仿真分析；②做好监听工作，主要对其中噪声的变化频率进行分析；③评价与设计优化过程。一般在评价中常用到主观与客观两种评价方式，其中在主观评价过程中，可根据具体仿真结果以及声压级变化下曲线特征进行打分，但需注意主观评价中应避免放声中出现原音量变化幅度较大问题，其容易使评价出现过多误差。另外，在客观评价方面，则要求实际测量花纹中各处的噪声，在此基础上进行频谱图的制定，并考虑引入相应的录音机设备，使轮胎花纹各处噪声能够被有效监听与记录，最后根据记录结果判断花纹设计方案的合理性，对存在的问题采取优化措施，这样才可保证花纹设计都达到降噪要求[5]。