小研基于PROE 5.0 在轮胎模具设计上的应用

0 引言

轮胎花纹不仅与轮胎表面生热、耐磨性以及噪声等有密切关系，对汽车的功率消耗、油量消耗、驾驶性能及安全行驶也有着直接影响，因此轮胎花纹的设计及其制造越来越受到重视。花纹设计主要考虑防滑和散热及增加轮胎抓地力等，使轮胎在纵向、侧向与路面有良好的附着性，从而有效地传递牵引力和制动力。

轮胎花纹的主要作用就是增加胎面与路面间的磨擦力，以防止车轮打滑。轮胎花纹提高了胎面接地弹性，在胎面和路面间切向力(如驱动力、制动力和横向力)的作用下，花纹块能产生较大的切向弹性变形。切向力增加，切向变形随之增大，接触面的“磨擦作用”也就随之增强，进而抑制了胎面与路面打滑或打滑趋势。这在很大程度上消除了无花纹(光胎面)轮胎易打滑的弊病，使得与轮胎和路面间磨擦性能有关的汽车性能——动力性、制动性、转向操纵性和行驶安全性的正常发挥有了可靠的保障。

1.轮胎模具设计方法的选择

传统的轮胎模具设计过程是根据轮胎厂提供的轮胎二维图进行模具的二维图纸设计。但是在二维中对轮胎花纹的空间形状进行设计描述非常困难，也非常不正确。在模具投入加工时会发生很多的问题，比如花纹沟底部太尖以及给出的剖面不合理等。因此，在轮胎模具设计中考虑到花纹剖面的复杂性，以及花纹沟是复杂的三维空间结构，要准确反映花纹沟的形状，利用传统的二维CAD 设计手段很难达到相应的要求。目前的常用的3D 软件主要是CATIA 、UG、PROE。CATIA 软件参数化功能强大，建模功能中此步骤可以用DEVELOP来实现。但CATIA 软件本身对电脑的软硬件的要求都很高。所用企业不多，现汽车的组车厂陆续在使用。UG 的通用平台现在还不能很好的实现，需借助外挂的程序MAP.GRX 来实现，该外挂我找了好久没有找到。该程式怀疑是工程师自己的编写的，有待考证。综合考虑各种产品的性能优势，在轮胎活络模具的基础部件轮胎花纹基模设计过程中选用PTC 公司的三维软件PROE 5.0 软件可满足要求。

2.轮胎花纹基模设计

在PROE 5.0 上的实现轮胎花纹基模按规格大小划分可分为7 片、8 片、9 片、10 片和11 片，下面以一块为例，阐述其在PROE 5.0 上进行轮胎花纹基准模设计的步骤。在PROE 5.0 上进行轮胎花纹基模设计可以分为以下几个步骤：

轮胎胎面设计轮胎模具基模的截面图的顶部及底部曲线由许多段圆弧及直线光滑连接而成，该轮胎截面图外轮廓绕轮胎中心线旋转制定的角度，得到轮胎顶部胎面的基本形状。

在 PROE 5.0 上实现这一过程的步骤如下：

运用草图基本曲线绘制截面曲线或从Dxf 或DWG 数据接口调入Autocad 中的曲线图。

（但是PROE 5.0 与CAD 的数据接口设计的还不是很好。在草图的中直线与直线、直线与圆弧的相交的端点处约束需加以处理，否则在后续的3D 建模中会出现问题。）另外此种PROE 轮胎建模的方法只能在PROE 最新版的5.0 版本中可以实现。低版本的很多相关工具功能比较欠缺。（注意！！）在草图环境下分别连接胎顶曲线和胎底曲线，以得到光顺的胎顶曲面。

运用建模中的旋转命令分别把胎顶曲线和胎底曲线绕轮胎回转中心旋转制定角度，得到胎顶和胎底曲面。旋转角度为花纹的一个节距长度对应的旋转角度。

.胎面花纹平面展开图向胎面的空间转换轮胎花纹的形状由两部分组成，一是平面展开图；二是花纹沟的剖面形状。PROE 5.0版本，作为PTC 的较新的软件版本，提供的工具：弯曲折弯功能已经可以直接将花纹平面展开图卷曲到胎顶的曲面。如果用其他版本的PROE 做轮胎的3D 建模将很困难，特别对于复杂的冰雪地胎来说，更加难以很好的实现。

胎面花纹沟设计胎面的花纹沟分横沟和纵沟。下面利用弯曲折弯工具绘制如下：

1) 横沟的建模（箭头所指为横沟位置）。

2) 纵沟的建模（箭头所指为纵沟位置）。

3 建模实例

根据产品设计要求（尺寸保密），选取一组数据进行实体建模，以下为3D 曲体图。

轮胎 3D 建模图形的用途：

1） 为后续的 CAE 做准备完成轮胎的实体建模后，可以用CAE 系统在计算机上对产品模型的结构强度、刚度、动力响应、热传导及弹塑性等性能进行分析计算，找出产品的薄弱环节并对其进行优化设计，可极大地增加设计人员的自信心，提高产品开发的成功率。

2） 便于技术交流三维软件在汽车和工程机械行业已广泛应用于设计、分析、装配和运动仿真等方面，为便于技术交流，提高产品的核心竞争力，需要采用与之匹配的设计手段。 PROE 5.0 提供对PDF 数据接口的支持，提供3D 功能的PDF，对3D 建模后的视图方便的浏览操作,而不需要打开原图档文件。

4 结论

在整个 3D 建模前，可以先草绘出横沟和各个细纹片的断面图。这些断面图需保存在制定的工作目录。这样在绘制横沟和细纹片的时候可以方便调用截面的草图。这是PROE 5.0新增的功能。这对于轮胎的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实体造型弯曲折弯，现在的5.0 版本不仅可以把实体弯曲折弯，还可以把草绘曲线和图面或曲面组弯曲折弯，此功能对轮胎的3D 建模很重要，也很有用。

对于横沟的画法，由于很多的花纹的沟槽壁与胎面之间的夹角是渐变的。故沟槽壁的画法是用可变截面扫描还是扫描混合的方法或其他的方法，这需要根据花纹具体的情况而定。

选择性粘贴工具的出现，使3D 模型的构建更加快捷。利用该工具在完成一个节距上的沟槽或细纹片的花纹图后，可方便COPY 出不同位置但相同的特征出来。

PROE 5.0 三维设计软件具有较强的三维造型和曲面造型功能，其造型方法很容易被设计人员接收，同时具有用于轮胎设计的完成的设计工具。本硕士论文来源于中国硕士论文网，参考文献：http://www.lunwenad.com/wzlb-8.html，转载敬请保留链接，谢谢。