汽车轮胎模具设计制造探讨

1前言

随着我国经济的快速发展，汽车的需求量不断增大，因此人们对于汽车的质量的要求也在不断提高。而汽车轮胎作为汽车最主要的消耗品，其模具设计的成功与否直接决定着轮胎的质量［1］。轮胎的花纹由于具有增加轮胎摩擦力，提高汽车安全性而成为目前汽车设计制造研究的重点，同时轮胎花纹也对汽车轮胎的使用性能和安全性能具有重要的作用。本文主要是通过对汽车轮胎花纹的作用及组成、花纹的要求、花纹的类型相关内容进行了分析，并且对轮胎模具设计如何转化为三维实体和空间转化进行了研究和探讨，以期为以后汽车轮胎花纹模具设计进行探讨，并为以后汽车轮胎模具设计提供借鉴和参考。

2轮胎的特征分析

汽车轮胎主要是由汽车外胎、内胎和垫带这三部分组成，而由于汽车轮胎对于汽车轮胎的性能及整车性能的重要作用，其模具设计中主要是针对其轮胎外胎中的花纹进行设计，以便于提高汽车的整体性能，即:汽车的速度、反应度、噪声及刹车性能等［2］。轮胎的花纹一般分为轮胎竖纹和轮胎横纹，其中工程用汽车轮胎大都采用竖纹，这是因为竖纹具有很强的灵活性、较低的油耗、所需动力小以及摩擦力强等特点。而横纹轮胎主要是应用在较短距离的运输上，这主要是因为该类型的轮胎耗油量较低、速度不高且灵活度不够，适用于该类轮胎的机车一般为拖拉机等农用机械［3］。在实际生活运用过程中，作为运输工具的汽车一般都需要适应短距离和长距离的运输需求，且要适应各种路况、灵活度需求和强度需求。因此混合型花纹轮胎也应运而生，其具有竖纹和横纹强项，具有更好的驱动性，适用于不同硬度的路面，能满足长途运输的要求，因此应用较为广泛，已经成为轮胎花纹的主流。对于有些特殊的环境，也有一些相对应的轮胎花纹:泥雪地花纹的轮胎花纹呈块状排列，适用于雪地和泥泞环境中，但是不适用于正常的路面，这种轮胎的季节性较为明显，只适用于冬季雨雪天气;越野花纹，专门为了适用复杂的山路、沙路而设计的花纹轮胎，能够适应各种复杂的天气和气候，因此多用于越野车。越野花纹细分，又分为无向和有向花纹两种，均适用于崎岖不平的道路、松软道路和无路地区，但是不适应在良好硬路上长期行驶，会造成轮胎的损坏。

3轮胎花纹的造型

要想对轮胎花纹的三维造型进行设计研究，必须要先有花纹的三维造型，其中花纹的曲线构型是整个设计的核心。本文对轮胎花纹造型设计的理念是将花纹构型的平面曲线投影到轮胎的胎面上，从而得到轮胎的空间曲线。本文主要是利用UG的投影技术，将轮胎的花纹投影到空间上，从而得到所需要的三维空间曲线［5］。本文利用UG中的投影设置，花纹曲线按照一定的方向投影到轮胎的台面上，从而得到想要的空间投影曲线，且运用特殊的形式来验证所得的花纹曲线是否是正确的，如果所得到的轮胎三维曲线是不正确的，那么就要通过一定的方法对其进行修正，才能够得到想要的曲线。

3．1曲线转换的关系

对轮胎的花纹进行系统研究和分析后发现，轮胎花纹平面曲线变化成三维曲线的原理为:(1)对轮胎花纹在平面上的点经过计算后，可以得到一套较为准确的计算方法，能够根据其算出平面曲线相对应的空间曲线。(2)对平面轮胎花纹进行分析后，通过计算转换为任意空间的曲线。其次，我们可以通过三维图，依据计算公式来推断出相应的平面曲线的花纹。以上这两个花纹的重点就是需要找出一套适合花纹模型化的计算公式或者计算函数，来对其进行相应的转化和讨论。

3．2轮胎花纹空间曲线的实体化

由3．1所示理论分析可得，每一个轮胎二维平面曲线必对应一条三维空间曲线，而其三维曲线的三个方向是由不同的三个矢量所控制的，其中两个控制方向和宽度，一个控制深度。在扫描的过程中，有以下几个部分需要特别注意，具体要求如下:(1)扫描时，需要先确定这个面的扫描轨迹，然后再进行线扫描。其轨迹的确定对扫描的成功与否具有重要的作用。(2)从上文中的图可以看出，轮胎的花纹都是不封闭的，但是由于UG软件，在进行线扫描时，只能针对闭合空间进行，所以在此处假设所设计的花纹是封闭的图形，这是在建模过程中对所建模对象进行的合理的简化过程。(3)由于花纹不同，则生成的花纹的三维模型也是不一样的，是随着我们所确定的扫描轨迹和截面形状而变化的。(4)在进行线扫描时，必须要确定所画的扫描轨迹的连续性以及所画截面的闭合性。

4结论

本文通过对轮胎花纹的作用、花纹类型和花纹三维化设计以及三维实体化进行了探讨和研究，以期为轮胎花纹模具的设计提供必要的实验参考和理论依据，并对我国轮胎花纹模具的设计提供助力。

作者:吕孟春 单位:永州职业技术学院

参考文献:

［1］黄俊明．UG模型设计［M］．北京:中国铁道出版社，2001．

［2］马秋成，韩利芬．UG实用教程CAM篇［M］．北京:机械工业出版社，2002．

［3］庄继德．现代汽车轮胎技术［M］．北京:北京理工大学出版社，2001．

［4］李络．五轴互联动高速铣在轮胎活络模中的应用［J］．模具技术，2002(4):61～63．

［5］周凯，钱琪．轮胎模具加工五坐标数控系统［J］．现代制造工程，2002(3):16～18．