摘    要：以23.5R25全鋼工程子午線輪胎為例，介紹一種基于UG軟件的輪胎三維模型設計方法。UG軟件具有比較強大的曲面造型和實體造型功能，通過一些常用的特征命令可以生成輪胎的實體三維模型，滿足輪胎設計要求。

關鍵詞：UG;輪胎;三維模型;

輪胎三維模型設計是輪胎研發過程中重要的一步，可用于花紋設計、有限元計算、產品的宣傳等。目前有多款軟件可以進行輪胎的三維模型設計，常用的軟件有CATIA、UG、Pro/ENGINEER、Solidworks。其中UG具有豐富的曲面造型功能，能提高造型效率，深受設計人員歡迎。毛慧珍[1]綜合使用Pro/E軟件和UG軟件的功能，提出了一種高效實用的輪胎模具花紋造型方法。申玉德等[2]介紹了以UG NX2軟件進行的輪胎三維設計方法以及其使用效果。張勇等[3]介紹了利用立體繪圖程序繪制輪胎立體圖的方法和要點。梁文蘭[4]利用UG NX軟件設計了12.00R20礦用輪胎三維模型。

本工作以23.5R25全鋼工程子午線輪胎為例，介紹了一種基于UG軟件的輪胎三維模型設計方法。

1 草圖設計

草圖是三維模型設計的基礎，一般有兩種方法建立草圖。

一是直接繪制輪廓和花紋展開圖的草圖。例如設計輪廓，只需要粗略畫出輪廓的大致形狀，然后通過對草圖施加尺寸約束和幾何約束，從而控制其尺寸、形狀和位置，得到精確的輪廓圖形。草圖具有后參數化功能，便于設計和修改。

另一種方法，可以導入輪廓和花紋展開圖二維平面圖。此方法也是比較方便快捷的。在導入之前需要在Auto CAD中處理好該二維平面圖。首先刪除圖中的標注、氣眼等，僅保留輪廓曲線以及繪制必要的輔助線，將其輪胎中心移到原點，花紋展開圖僅保留半個節距的曲線，對稱中心也置于原點。其次，確保處理好的輪廓曲線和花紋展開圖曲線分別是連續的封閉的。最后選擇導入處理完的平面圖，添加曲線，完成草圖。處理好的平面圖如圖1所示。

圖1 輪廓圖和花紋展開圖

2 花紋造型

花紋造型是輪胎三維模型設計的關鍵。有多種方法進行花紋的繪制，利用不同的特征工具實現。下面介紹先做花紋溝的繪制方法。

(1)將輪廓圖中的胎面曲線連接成一條曲線，通過“回轉”命令生成胎冠曲面，然后用“投影曲線”的特征命令沿矢量XY軸等弧長的方式，同時X和Y保持長度，將花紋曲線投影到胎冠曲面上。

(2)花紋溝的造型可以使用“腔體”命令（常規腔體），根據花紋溝的深度不一致，可以選擇不同的底面，根據不一樣的溝槽角度，設置底面輪廓曲線。例如從底面輪廓線起相對面的法線錐角可以規律控制，設定不同的角度。根據此方法形成胎冠的花紋溝。而肩下的花紋溝也可以用類似的方法，不同的是底面選擇，可以從放置面起偏置一定的距離，這種方法較為便捷精確。結合“修剪體”可以完成初步的造型，如圖2。

圖2 部分花紋溝初步立體圖 

(3)對于肩部部位的花紋溝，溝槽曲面比較復雜，無法通過“常規腔體”等特征命令完成造型，因此可以通過“橋接曲線”和“通過網格曲線”來生成花紋溝側面，最后再結合“拉伸”、“替換面”、“修剪體”等命令實現該部位的花紋溝造型，如圖3。

(4)通過邊倒圓、面倒圓等命令完成溝槽底部圓角。例如肩部溝槽的圓角可以使用面倒圓使用相切約束來控制半徑。在三維造型中需要不斷分析花紋溝槽剖面角度的合理性，來滿足設計的要求。

圖3 三維花紋溝立體圖 

(5)最后結合“實例幾何體”“修剪體”等特征命令，完成輪胎一個節距的花紋溝的造型，如圖4所示。

圖4 輪胎一個節距的花紋造型

3 輪胎實體造型與渲染處理

將輪胎一個節距的花紋實體，通過實例幾何體或者陣列的方法，可以形成整圈的花紋。胎側及內輪廓線旋轉形成輪胎模型，然后調整一定的公差進行縫合，同花紋塊實體布爾運算后得到輪胎實體模型。

為了得到更加理想的輪胎三維模型設計效果，可以對輪胎模型進行渲染，先賦材質、場景編輯、光源設置，再使用高質量圖像命令，選擇照片般逼真的方法，精細的繪圖質量和高分辨率，最后形成輪胎三維設計效果圖，如圖5所示。

圖5 輪胎三維模型設計效果圖

4 結語

采用UG軟件，使用腔體、修剪體、面倒圓、實例幾何體等常用的特征命令能夠方便的進行輪胎花紋的三維造型，本文所論述的方法，具有快速，靈活、精確的特點，適合相關輪胎設計人員自行使用UG軟件進行輪胎三維模型設計。在輪胎新產品開發過程中，繪制出輪胎三維模型，更加形象客觀，能降低設計風險，縮短產品開發周期，對促進與客戶的技術交流，提升輪胎廠的競爭力均起到較好的效果。

參考文獻

[1] 毛慧珍.基于Pro/E及UG的輪胎模具花紋造型方法研究[J].內燃機與配件, 2017(17):3.

[2] 申玉德,任利利.應用UG軟件進行輪胎三維設計[J].輪胎工業,2006(10):606-609.

[3] 張勇,王昌寧,張寶亮.輪胎立體圖設計方法及要點[J].橡膠科技市場,2012,10(11):39-42.

[4] 梁文蘭,向宗義,汪旭波等.UG NX軟件在輪胎三維模型設計中的應用[J].輪胎工業,2020,40(07):397-400.

文章來源：橡塑資源利用. 2023(03)