本站小編為你精心準(zhǔn)備了CATIA的復(fù)雜花紋輪胎施工設(shè)計(jì)分析參考范文，愿這些范文能點(diǎn)燃您思維的火花，激發(fā)您的寫作靈感。歡迎深入閱讀并收藏。

摘要：利用catia軟件的三維設(shè)計(jì)功能完成塊狀花紋輪胎的三維造型，同時(shí)利用其強(qiáng)大的體積求解功能求解出輪胎各部件的體積，然后根據(jù)橡膠的不可壓縮性，通過(guò)分割重組等方法較為精確地計(jì)算出輪胎施工半成品的結(jié)構(gòu)和尺寸，可克服通過(guò)AutoCAD進(jìn)行輪胎體積估算誤差較大的缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：輪胎；花紋造型；施工設(shè)計(jì)

交通運(yùn)輸業(yè)的快速發(fā)展極大地帶動(dòng)了輪胎行業(yè)的進(jìn)步，市場(chǎng)對(duì)輪胎品種和規(guī)格的需求也越來(lái)越多，加之市場(chǎng)變化加快，縮短輪胎的開發(fā)周期是擺在輪胎企業(yè)面前的一個(gè)重要課題，而精確計(jì)算輪胎半成品的尺寸和質(zhì)量是整個(gè)開發(fā)過(guò)程中的重要一環(huán)。赫泳濤等[1]利用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）三維輪胎數(shù)字化模型，基于CATIA與VBA語(yǔ)言開發(fā)出一套輪胎設(shè)計(jì)系統(tǒng)，并準(zhǔn)確繪制出各種花紋溝；董玉德等[2]以CATIA/CAA為二次開發(fā)平臺(tái)設(shè)計(jì)了一套輪胎花紋語(yǔ)義，提高了花紋設(shè)計(jì)效率和智能化程度；葛華輝等[3]利用VisualC語(yǔ)言對(duì)Solidworks進(jìn)行二次開發(fā)，實(shí)現(xiàn)了輪胎花紋智能化設(shè)計(jì)；張萍等[4]基于UG軟件通過(guò)對(duì)CAD平臺(tái)的二次開發(fā)實(shí)現(xiàn)了輪胎模具快速造型。此類方法雖然可高效快速實(shí)現(xiàn)花紋設(shè)計(jì)，但需要設(shè)計(jì)者精通計(jì)算機(jī)語(yǔ)言，而且無(wú)法較好地應(yīng)用于實(shí)際施工中。陳振藝[5]利用CATIA的簡(jiǎn)單實(shí)體功能實(shí)現(xiàn)了輪胎花紋三維造型；丁海峰等[6]利用CATIA的曲面造型功能完成了輪胎三維造型；此類方法局限性高、誤差大。傳統(tǒng)的輪胎施工設(shè)計(jì)一般采用AutoCAD計(jì)算半成品的體積，對(duì)于復(fù)雜花紋部分則無(wú)法直接計(jì)算，只能根據(jù)花紋飽和度進(jìn)行估算，得到的體積會(huì)有較大的誤差[7]。本研究結(jié)合前人經(jīng)驗(yàn)，基于橡膠材料的泊松比約為0.5的特性，利用CATIA對(duì)復(fù)雜花紋輪胎進(jìn)行三維造型，并對(duì)精確施工設(shè)計(jì)進(jìn)行探索。

1基于CATIA的輪胎花紋造型

輪胎施工過(guò)程中，胎面造型是最大的難點(diǎn)之一，花紋的三維造型則是胎面造型的最大難點(diǎn)。以12R22.5輪胎為例，利用CATIA完成塊狀花紋輪胎三維圖形的步驟如下。步驟一：首先利用AutoCAD繪制花紋的平面二維圖及輪胎截面的二維輪廓圖，并對(duì)二維花紋圖進(jìn)行簡(jiǎn)單的處理，保留一個(gè)花紋節(jié)距；同時(shí)為了方便胎肩造型，根據(jù)胎肩尺寸對(duì)輪胎截面輪廓圖進(jìn)行簡(jiǎn)單處理，如圖1和2所示。步驟二：將二維圖導(dǎo)入CATIA，并繪制一個(gè)節(jié)距的胎面部分。過(guò)胎面一點(diǎn)繪制一個(gè)平面作為花紋草圖的繪制面。（1）縱向花紋溝造型。分別將各縱向花紋溝的曲線草圖展開到輪胎胎面上，然后利用掃掠功能生成一個(gè)曲面，為保證切割較為徹底，對(duì)掃掠面進(jìn)行外插延伸，然后通過(guò)切割命令生成一個(gè)縱向花紋溝造型，如圖3所示。重復(fù)此方法，切割出一個(gè)節(jié)距上所有的縱向花紋溝。（2）橫向花紋溝造型。分別將各橫向花紋溝的草圖展開到輪胎胎面上，此時(shí)一個(gè)花紋節(jié)距的范圍無(wú)法包含所有的橫向花紋草圖，因此通過(guò)旋轉(zhuǎn)命令增加2個(gè)花紋節(jié)距，同樣利用掃掠、切割等命令得到所有的橫向花紋溝造型。一個(gè)橫向花紋溝造型如圖4所示。（3）胎肩花紋溝造型。將胎肩花紋溝的草圖展開到胎面上，然后分別提取各部分，同樣利用掃掠、切割等命令生成完整的胎肩花紋溝造型，如圖5所示。步驟三：利用相同方法切割出各排水線的造型。至此完成了所有花紋溝的造型，切割后得到的整體效果如圖6所示。步驟四：通過(guò)布爾操作在一個(gè)節(jié)距的胎面上移除所有的花紋溝和排水線，然后通過(guò)倒圓角等功能進(jìn)行處理，得到一個(gè)花紋節(jié)距的輪胎造型，最后通過(guò)陣列變換得到一個(gè)完整的輪胎造型，如圖7和8所示。

2基于CATIA的輪胎施工設(shè)計(jì)

2.1基本原理材料發(fā)生單軸拉伸時(shí)，其垂直于拉伸方向的應(yīng)變與拉伸方向的應(yīng)變比值的負(fù)值定義為泊松比。泊松比是與變形或損傷有關(guān)的函數(shù)，但對(duì)于橡膠材料來(lái)說(shuō)，其在拉伸時(shí)體積基本不變，尤其是在伸長(zhǎng)率較小的時(shí)候，體積變化率小于0.5%，因此通常忽略泊松比的變化，將其視為常數(shù)，將橡膠材料視為不可壓縮材料，泊松比通常取0.5[8-12]。因此，輪胎在成型前后成品部件與半成品部件的體積近似不變，可以根據(jù)輪胎成品截面圖與花紋平面圖利用CATIA對(duì)輪胎各部件進(jìn)行三維造型，然后將成品部件（胎面、胎側(cè)、三角膠等）分割為小塊，利用CATIA可分別求解出每一小塊的體積，并且可以直接求解出帶花紋的胎面體積，借此計(jì)算反推出半成品的結(jié)構(gòu)尺寸。

2.2施工設(shè)計(jì)2.2.1胎面使用常規(guī)的胎面半成品施工設(shè)計(jì)，成品輪胎斷面會(huì)出現(xiàn)帶束層不平的現(xiàn)象，在行駛中會(huì)明顯增大膠料與鋼絲的摩擦，縮短輪胎的使用壽命，并且無(wú)法保證輪胎的使用安全性[13]。為避免此種情況，結(jié)合實(shí)際施工工藝，選用如圖9所示的半成品結(jié)構(gòu)。在輪胎實(shí)際成型過(guò)程中，由于貼合工藝不同，易使胎面半成品膠料分布出現(xiàn)變化。因此應(yīng)結(jié)合施工工藝等條件，在根據(jù)公式（1）或（2）計(jì)算胎面半成品的尺寸時(shí)，對(duì)胎面半成品施工尺寸求解時(shí)進(jìn)行簡(jiǎn)單地修正調(diào)整。式中，V，Vb和Vc分別為胎面、胎面基部和胎面冠部某一段的體積；DB為帶束鼓直徑；Wn為胎面第n段的長(zhǎng)度；Hn為胎面第n段的厚度；b1，b2和b3分別為1#—3#帶束層的厚度。利用CATIA將胎面部分進(jìn)行分割，使其成為多個(gè)小環(huán)狀帶的組合，然后利用CATIA強(qiáng)大的體積求解功能計(jì)算每一個(gè)環(huán)狀帶的體積。根據(jù)所求得的體積，結(jié)合實(shí)際施工情況和經(jīng)驗(yàn)，利用公式（1）計(jì)算胎面復(fù)合件半成品的參數(shù)，結(jié)果如表1所示。2.2.2其他部位輪胎其他部位的施工方法與胎面部位一樣。胎體簾布、帶束層和胎圈在成型過(guò)程中鋼絲體積保持不變，因此其厚度等參數(shù)固定，不需求解。胎側(cè)膠、胎肩墊膠和三角膠施工圖分別如圖10—12所示，施工參數(shù)如表2所示。過(guò)渡層膠和氣密層膠具體施工參數(shù)不予詳細(xì)敘述，過(guò)渡層膠總長(zhǎng)度取680mm，厚度取4.6mm；氣密層膠總長(zhǎng)度取660mm，厚度取4.6mm。

3結(jié)語(yǔ)

利用CATIA對(duì)塊狀花紋輪胎完成三維造型，并且求解出輪胎半成品的結(jié)構(gòu)尺寸。通過(guò)該方法進(jìn)行復(fù)雜花紋的施工設(shè)計(jì)有以下優(yōu)點(diǎn)。（1）可簡(jiǎn)單快速地設(shè)計(jì)輪胎的成型工藝和部件半成品的結(jié)構(gòu)尺寸。（2）避免AutoCAD無(wú)法直接求解橫向花紋溝的缺點(diǎn)。（3）計(jì)算精度高，實(shí)用性強(qiáng)。（4）減少試驗(yàn)次數(shù)，節(jié)約試驗(yàn)費(fèi)用。（5）保證施工工藝的合理性，提高輪胎生產(chǎn)工藝的合格率。

參考文獻(xiàn)：

[1]赫泳濤，曾錦華，陳振藝，等.CAD三維輪胎數(shù)字化模型開發(fā)設(shè)計(jì)平臺(tái)[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2010，38（2）：290-294.

[2]董玉德，張金巨，白蘇誠(chéng)，等.基于語(yǔ)義的輪胎3D花紋自定義特征研究[J].汽車工程學(xué)報(bào)，2015，5（2）：90-100.

[3]葛華輝，丁毅，陳進(jìn)富，等.基于Solidworks輪胎花紋設(shè)計(jì)系統(tǒng)開發(fā)的研究[J].輪胎工業(yè)，2016，36（10）：587-591.

[4]張萍，魏修亭，蘇小寧.基于UG的輪胎模具花紋塊造型系統(tǒng)開發(fā)[J].山東理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009，23（3）：59-62.

[5]陳振藝.用CATIA簡(jiǎn)單實(shí)體功能進(jìn)行載重輪胎花紋造型[J].輪胎工業(yè)，2011，31（5）：277-282.

[6]丁海峰，邵志民，王傳濤，等.CATIA軟件在輪胎三維設(shè)計(jì)中的應(yīng)用[J].輪胎工業(yè)，2004，24（4）：199-202．

[7]李惠波.輪胎施工設(shè)計(jì)的仿真[J].輪胎工業(yè)，1999，19（12）：723-726.

[8]吳其曄，張萍，楊文君，等.高分子物理學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2011.

[9]吳其曄，巫靜安.高分子材料流變學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2014.

[10]L.R.G.特雷勞爾.橡膠彈性物理學(xué)[M].王夢(mèng)蛟，王培國(guó)，薛廣智，譯.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1982.

[11]于海富，李凡珠，楊海波，等.橡膠材料的混合高彈性本構(gòu)模型研究[J].橡膠工業(yè)，2018，65（5）：509-513.

[12]王若云，賀建蕓，胡永康，等.輪胎膠料超彈性參數(shù)研究[J].橡膠工業(yè)，2017，64（8）：462-465.

[13]王成德，高淼.225/70R19.5輕型載重輪胎的施工設(shè)計(jì)問(wèn)題及解決措施[J].橡膠科技，2012，10（8）：29-31.

作者：王瑞華 雍占福 王文峰 黃兆閣 單位：青島科技大學(xué)