引言
輪胎花紋不僅與輪胎表面生熱、耐磨性以及噪聲等有密切關系,對汽車的功率消耗、油量消耗、駕駛性能及安全行駛也有著直接影響,因此輪胎花紋的設計及其制造越來越受到重視。花紋設計主要考慮防滑和散熱及增加輪胎抓地力等,使輪胎在縱向、側向與路面有良好的附著性,從而有效地傳遞牽引力和制動力。
輪胎花紋的主要作用就是增加胎面與路面間的磨擦力,以防止車輪打滑。輪胎花紋提高了胎面接地彈性,在胎面和路面間切向力(如驅動力、制動力和橫向力)的作用下,花紋塊能產生較大的切向彈性變形。切向力增加,切向變形隨之增大,接觸面的“磨擦作用”也就隨之增強,進而抑制了胎面與路面打滑或打滑趨勢。這在很大程度上消除了無花紋(光胎面)輪胎易打滑的弊病,使得與輪胎和路面間磨擦性能有關的汽車性能——動力性、制動性、轉向操縱性和行駛安全性的正常發揮有了可靠的保障。
1.輪胎模具設計方法的選擇
傳統的輪胎模具設計過程是根據輪胎廠提供的輪胎二維圖進行模具的二維圖紙設計。但是在二維中對輪胎花紋的空間形狀進行設計描述非常困難,也非常不正確。在模具投入加工時會發生很多的問題,比如花紋溝底部太尖以及給出的剖面不合理等。因此,在輪胎模具設計中考慮到花紋剖面的復雜性,以及花紋溝是復雜的三維空間結構,要準確反映花紋溝的形狀,利用傳統的二維CAD 設計手段很難達到相應的要求。目前的常用的3D 軟件主要是CATIA 、UG、PROE。CATIA 軟件參數化功能強大,建模功能中此步驟可以用DEVELOP來實現。但CATIA 軟件本身對電腦的軟硬件的要求都很高。所用企業不多,現汽車的組車廠陸續在使用。UG 的通用平臺現在還不能很好的實現,需借助外掛的程序MAP.GRX 來實現,該外掛我找了好久沒有找到。該程式懷疑是工程師自己的編寫的,有待考證。綜合考慮各種產品的性能優勢,在輪胎活絡模具的基礎部件輪胎花紋基模設計過程中選用PTC 公司的三維軟件PROE 5.0 軟件可滿足要求。
2.輪胎花紋基模設計
在PROE 5.0 上的實現輪胎花紋基模按規格大小劃分可分為7 片、8 片、9 片、10 片和11 片,下面以一塊為例,闡述其在PROE 5.0 上進行輪胎花紋基準模設計的步驟。在PROE 5.0 上進行輪胎花紋基模設計可以分為以下幾個步驟:
輪胎胎面設計輪胎模具基模的截面圖的頂部及底部曲線由許多段圓弧及直線光滑連接而成,該輪胎截面圖外輪廓繞輪胎中心線旋轉制定的角度,得到輪胎頂部胎面的基本形狀。
在 PROE 5.0 上實現這一過程的步驟如下:
運用草圖基本曲線繪制截面曲線或從Dxf 或DWG 數據接口調入Autocad 中的曲線圖。
(但是PROE 5.0 與CAD 的數據接口設計的還不是很好。在草圖的中直線與直線、直線與圓弧的相交的端點處約束需加以處理,否則在后續的3D 建模中會出現問題。)另外此種PROE 輪胎建模的方法只能在PROE 最新版的5.0 版本中可以實現。低版本的很多相關工具功能比較欠缺。(注意!!)在草圖環境下分別連接胎頂曲線和胎底曲線,以得到光順的胎頂曲面。
運用建模中的旋轉命令分別把胎頂曲線和胎底曲線繞輪胎回轉中心旋轉制定角度,得到胎頂和胎底曲面。旋轉角度為花紋的一個節距長度對應的旋轉角度。
胎面花紋平面展開圖向胎面的空間轉換輪胎花紋的形狀由兩部分組成,一是平面展開圖;二是花紋溝的剖面形狀。PROE 5.0版本,作為PTC 的較新的軟件版本,提供的工具:彎曲折彎功能已經可以直接將花紋平面展開圖卷曲到胎頂的曲面。如果用其他版本的PROE 做輪胎的3D 建模將很困難,特別對于復雜的冰雪地胎來說,更加難以很好的實現。
胎面花紋溝設計胎面的花紋溝分橫溝和縱溝。下面利用彎曲折彎工具繪制如下:
1) 橫溝的建模(箭頭所指為橫溝位置)。
2) 縱溝的建模(箭頭所指為縱溝位置)。
3.建模實例
根據產品設計要求(尺寸保密),選取一組數據進行實體建模,以下為3D 曲體圖。
輪胎 3D 建模圖形的用途:
1) 為后續的 CAE 做準備完成輪胎的實體建模后,可以用CAE 系統在計算機上對產品模型的結構強度、剛度、動力響應、熱傳導及彈塑性等性能進行分析計算,找出產品的薄弱環節并對其進行優化設計,可極大地增加設計人員的自信心,提高產品開發的成功率。
2) 便于技術交流三維軟件在汽車和工程機械行業已廣泛應用于設計、分析、裝配和運動仿真等方面,為便于技術交流,提高產品的核心競爭力,需要采用與之匹配的設計手段。 PROE 5.0 提供對PDF 數據接口的支持,提供3D 功能的PDF,對3D 建模后的視圖方便的瀏覽操作,而不需要打開原圖檔文件。
4.結論
在整個 3D 建模前,可以先草繪出橫溝和各個細紋片的斷面圖。這些斷面圖需保存在制定的工作目錄。這樣在繪制橫溝和細紋片的時候可以方便調用截面的草圖。這是PROE 5.0新增的功能。這對于輪胎的3D 建模可以起到事半功倍的效果。
以前的老版本只是提供把實體造型彎曲折彎,現在的5.0 版本不僅可以把實體彎曲折彎,還可以把草繪曲線和圖面或曲面組彎曲折彎,此功能對輪胎的3D 建模很重要,也很有用。
對于橫溝的畫法,由于很多的花紋的溝槽壁與胎面之間的夾角是漸變的。故溝槽壁的畫法是用可變截面掃描還是掃描混合的方法或其他的方法,這需要根據花紋具體的情況而定。
選擇性粘貼工具的出現,使3D 模型的構建更加快捷。利用該工具在完成一個節距上的溝槽或細紋片的花紋圖后,可方便COPY 出不同位置但相同的特征出來。
PROE 5.0 三維設計軟件具有較強的三維造型和曲面造型功能,其造型方法很容易被設計人員接收,同時具有用于輪胎設計的完成的設計工具。
參考文獻:http://www.lunwenad.com/wzlb-8.html