（机械电子工程专业论文）基于ug+nx子午胎活络模cad系统研究与开发.pdf

l l j 东理t 人7 二硕i 学位论文摘要 摘要 本文深入研究了子午胎活络模的设计理论、数学模型和有限元结构分析方法，开发 了基于u gn x 5 0 的子午胎活络模c a d 系统及其辅助系统花纹线自动生成系统， 对提高子午胎活络模的设计质量和效率具有重要的意义。主要研究内容与研究成果如下： ( 1 ) 研究了子午胎活络模的设计理论、数学模型以及强度校核方法，并通过a n s y s 有限元软件对受力复杂的零件进行了受力分析，进一步优化模具设计尺寸； ( 2 ) 基于a c c e s s 建立了子午胎活络模c a d 系统数据库，开发了子午胎活络模分类和 编码方法，该方法有效提高了子午胎活络模c a d 系统数据库的实用性； ( 3 ) 基于u gn x 开发了子午胎活络模c a d 系统，该系统利用n x o p e n 开发工具实现 c a d 系统的菜单和相关对话框设计，采用表达式和程序设计法实现了子午胎活络模零部 件的交互设计，实例证明该系统界面友好，便于操作，可准确实现子午胎活络模的设计； ( 4 ) 基于u gn x 实现了子午胎活络模的虚拟装配过程，在虚拟装配过程中对子午胎 活络模进行干涉检查，保证了模具设计的正确性；采用u g m o t i o n 模块建立运动仿真模 型，对子午胎活络模进行机构运动学、动力学仿真，生成视频文件并且导出了运动线图， 验证了通过本文c a d 系统生成活络模结构的合理性和系统的可靠性； ( 5 ) 提出了胎面花纹成型算法，该算法根据用户需求将平面花纹离散成点数据，通 过点数据的映射将平面花纹点映射到胎面上，调用n x o p e n n e ta p i 函数将同一条花纹 线的相邻两点连成线，并与轮胎轴线放样成直纹面，求解该直纹面与胎面的交线，获取 胎面花纹线，实现胎面花纹线的成型；基于该算法开发了花纹线自动生成系统，实例证 明该系统可快速准确完成花纹线的映射。 关键词：子午胎活络模；二次开发；c a d 系统；虚拟装配；运动仿真；花纹线自动 生成系统 i j j 东理t 人学硕l j 学化论_ ! = a b s t r a c t a b s t r a c t t h ed e s i g nt h e o r y , m a t h e m a t i c a lm o d e la n df i n i t ee l e m e n ta n a l y s i so fr a d i a lt i r em o u l da r e s t u d i e di n - d e e p l y c a ds y s t e mo f r a d i a lt i r em o u l db a s e do nu gn x 5 0a n ds y s t e mo ff o r m i n g p a t t e r na u t o m a t i c a l l ya r ed e v e l o p e dw h i c hh a v es i g n i f i c a n c ef o ri m p r o v i n gt h ee f f i c i e n c ya n d q u a l i t yo fr a d i a lt i r em o u l dd e s i g n t h em a i nr e s e a r c hc o n t e n ta n d a c h i e v e m e n t sa r ea sf o l l o w s ： ( 1 ) t h ed e s i g nt h e o r y , m a t h e m a t i c a lm o d e la n dm e t h o do fi n t e n s i t ye x a m i n a t i o no f r a d i a l f i r em o u l dw e r ep u tf o r w a r d f o r c ea n a l y s i sa n di n t e n s i t ye x a m i n a t i o nw e r ec a r r i e do u tt os o m e p a r t sw h o s ef o r c ea r ec o m p l e xt h r o u g ha n s y sf i n i t ee l e m e n ts o f t w a r ei no r d e rt of u r t h e r o p t i m i z et h er a d i a lt i r em o u l dd e s i g n ； ( 2 ) t h es y s t e md a t a b a s eo fr a d i a lt i r e m o u l dw a se s t a b l i s h e db a s e do na c c e s s t h e c l a s s i f i c a t i o na n dc o d i n gm e t h o dw e r ed e v e l o p e d t h i sm e t h o de n h a n c e dt h ep r a c t i c a l i t yo ft h e s y s t e md a t a b a s e ； ( 3 ) t h er a d i a lt i r em o u l dc a ds y s t e mw a sd e v e l o p e db a s e do nu gn x t h ec a d s y s t e m sm e n ua n dd i a l o gb o xw e r ed e v e l o p e du s i n gt h et o o l sn x o p e n a l t e m a n td e s i g no f r a d i a lt i r em o u l dw a sr e a l i z e du s i n gt h et h r e ed i m e n s i o n a lf o r m e rp r o g r a m m e rd e s i g n s t h e s y s t e mh a saf r i e n d l yu s e ri n t e r f a c ea n de a s yt oo p e r a t e i tc a n b ea c c u r a t et oa c h i e v et h ed e s i g n o fr a d i a lt i r em o u l d ； ( 4 ) v i r t u a la s s e m b l yw a sa c h i e v e db yu gn x a s s e m b l yi n t e r f e r e n c ei n s p e c tw a s c a r r i e da n de x p l o d e dv i e ww a sc r e a t e d t h eg e o m e t r ym o d e la sf o u n d a t i o ns e tu pt h e s i m u l a t i o no ft h es p o r ti nu gs c e n a r i o ，t ot h ew h o l ea c c u r a t er a d i a lt i r em o u l d ，m o v em o u l d p a r tm a k em e c h a n i c a ls p o r ta n a l y s i s h a v ep r o v e dr a d i a lt i r em o u l dw h i c hw a sg e n e m t rb yt h i s c a d s y s t e mh a sr a t i o n a ls t r u c t u r e i tw a sp r o v e dt h a tt h es y s t e mi sc r e d i b l e ； ( 5 ) f o r m i n gat r e a dp a t t e ma l g o r i t h mw a sp r o p o s e d t h ef l a tp a t t e r n sw e r ed i s c r e t e di n t o p o n sd a t ab yt h ea l g o r i t h ma c c o r d i n gt ou s e rn e e d sa n dw e r em a p p e do nt h et r e a d a l l a d j a c e n tp o i n t sw h i c hb e l o n g t ot h es a m ep a t t e ml i n ew e r ec o n n e c t e di n t ol i n e sb y n x o p e n n e ta p if u n c t i o n t h e s el i n e sa n dt h et i r ea x e sw e r el o f t e di n t ot h em l e ds u r f a c e s t h ec r o s s - l i n e sw e r eo b t a i n e db e t w e e nt h em l e ds u r f a c e sa n dt r e a d t h et r e a dp a t t e r nw a s g e n e r a t e d s y s t e mo ff o r m i n gp a t t e r na u t o m a t i c a l l yw a sd e v e l o p e d i tw a sp r o v e dt h a tt h e s y s t e mc a nc o m p l e t er a p i d l ya n da c c u r a t e l ym a p p i n gp a t t e r nl i n e s k e yw o r d s ：r a d i a lt w em o u l d ；s e c o n d a r yd e v e l o p m e n t ；c a ds y s t e m ；v i r t u a l a s s e m b l y ；m o v e m e n te m u l a t i o n ；s y s t e mo ff o r m i n gp a t t e r na u t o m a t i c a l l y i i 独创性声明 本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成 果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得山东理工大学或其它教育机构的学位或证书 而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示了谢意。 研究生签名：j 砖 1 时间：巧年移月一日 关于论文使用授权的说明 本人完全了解山东理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权保留 送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅；学校可以用不同方式在不同媒体 上发表、传播学位论文的全部或部分内容，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保 存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此协议) 研究生签名： 导师签名： 囹 时间m 7 辎肿日 时间：叫引月f 口日 山东理t 人学硕 j 学化论艾第一节绪论 1 1 引言 第一章绪论 c a d 技术是计算机科学与工程设计学科相结合形成的新兴技术，是计算机在工程中 最有影响的技术之一，是先进制造技术的重要组成部分【，也是提高设计水平、缩短开 发周期、增强行业竞争能力的一项关键技术。采用c a d 技术进行产品设计不但可以使 设计人员“甩掉图板，更新传统的设计思想，实现设计自动化；还可以使企业由原来的 串行式作业变成并行作业，建立一种全新的设计和生产技术管理机制。 目日百在国内的轮胎模具制造加工行业，c a d 技术已经得到了广泛的应用，有了一批 具有自主版权的软件，解决了生产中的一些问题，但还没有得到很好的推广和使用。随 着高速公路和汽车制造业的发展，轮胎更新换代加快，人们对轮胎模具设计提出了更高 的要求。目前轮胎模具设计领域使用的设计软件如：u gn x 、p r o e 、s o l i dw o r k s 等， 都是通用的设计软件，缺少针对轮胎模具设计的专门模块，所以根据轮胎模具设计特点 结合企业自身的要求对通用的设计软件进行二次开发，开发专用的轮胎模具设计系统对 提高我国轮胎制造技术的发展具有重大的意义。 1 2 模具c a d 技术国内外研究现状 ( 1 ) 国外模具c a d 技术研究现状 计算机辅助设计【2 卅( c o m l 斌e ra i d e dd e s i g n ，简称c a d ) 是指工程技术人员在人和计 算机组成的系统中以计算机为辅助工具，完成产品的设计、分析、绘图等工作，并达到 提高产品设计质量、缩短产品开发周期、降低产品成本的目的。广义的c a d 技术除了 计算机辅助设计外，还包括计算机辅助工程分析( c a e ) 、计算机辅助工艺规划( c a p p ) 、 计算机辅助制造( c a m ) 和产品数据及图档管理( p d m s ) 。 计算机辅助模具设计，简称模具c a d ( c o m p u t e ra i d e dd e s i g no fm o u l d ) 。国外模具 c a d 技术起步于2 0 世纪6 0 年代中后期。随着计算机软、硬件技术的发展，在计算机上 绘图变为可行，模具c a d 开始迅速发展【4 j 。目前，国外的模具c a d 技术正向着基于并 行模式发展，应用软件结构、产品数据管理、面向对象的开发技术、产品建模和智能设 计以及质量检测等手段，使并行化模具c a d 技术有了长足的进步p l 。随着i n t e m e t i n t m n e t 网络和并行、高性能计算及事务处理的普及，异地、协同、虚拟设计及实时仿真也得到 广泛应用。 l 1 1 东理t 人学帧f 学位论文第一争绪沦 ( 2 ) 国内模具c a d 技术发展现状 近几年来，我国模具c a d 技术的开发和应用取得了一些成绩，国内已初步形成了 二维模具c a d 商品化软件市场，一些企业也引进了模具c a d 系统，并取得一些效益。 但与国外相比差距仍然很大。具体表现在以下几个方面1 5 j ： 1 ) 目前我国c a d 系统仅仅作为绘图工具，缺乏设计方法和设计理论的指导，所开 发出的模具c a d 软件稳定性和可靠性差； 2 ) 我国模具c a d 技术开发创新少，仿制多，没有创新就没有竞争力； 3 ) 目前我国在c a d 软件的开发方面，缺乏理论研究和算法的研究，基础薄弱，尚 没有有名的理论和算法用于c a d 中； 4 ) 信息技术的广泛集成是以产品数据管l 望( p d m ) 和过程管理( p m ) 为基础，实现 c a d c a p p c a m 和e r p 的有机集成，我国在这方面的研究仅仅处于起步阶段，至今未 出现成熟的数据库管理系统( d b m s ) 。 1 3 模具c a d 系统存在的问题及发展趋势 纵观国内外模具工业的发展，不难发现模具c a d 技术是现代模具技术中最主要的 组成部分，是模具设计生产的重大技术革命。早在2 0 世纪6 0 年代初期，国外一些汽车 制造公司就开始了模具c a d 的研究，这一研究始于汽车车身的设计，在此基础上复杂 曲面的设计方法得到了发展，各大汽车公司都先后建立了自己的c a d c a m 系统，并将 其应用于模具设计与制造。计算机软、硬件技术的突飞猛进，为模具c a d c a m 的开发 应用向更高层次的发展创造了条件1 6 - 1 0 l 。 ( 1 ) 模具c a d 系统存在的主要问题 我国的模具c a d 系统的开发始于2 0 世纪7 0 年代末，通过引进国外先进的模具c a d 系统，在消化吸收的基础上，运用a u t o c a d 、p r o e 、s o l i dw o r k s 以及u gn x 的二次开 发功能，对模具的设计及制造开展了大量地工作，取得了良好的效果。从总体水平上看， 我国模具c a d 水平与国外工业发达国家相比还有很大的差距，各地、各行业在c a d 技 术的应用、发展上不尽一致，特别是c a d 技术应用的广度和深度，仍存在着需要解决 的问题，主要表现在： 1 1 ) 设计效率低：我国c a d 技术起步较晚，专业人员水平较低，既懂专业又熟悉 c a d c a m 的人员相对缺乏，因而自我开发能力差，自主开发的c a d 软件质量不高， 可靠性差，设计效率低； 2 ) 标准化程度低：由于各行业各企业都有自己的标准，各模具生产厂家之间没有形 成一定的设计规范，因而造成轮胎模具c a d 系统的标准化程度都比较低； 3 ) 现有的c a d 软件专业性不强：目前国内自主开发的c a d 软件较少，而多数厂 家引进的国外先进软件多为通用软件，没经过针对性的二次开发，专用性差； 2 山东理t 人学硕f j 学位沦丈第一章绪论 4 ) 开发手段比较落后：轮胎模具c a d 技术的开发手段比较落后，开发的c a d 系 统质量、可靠性上难以保证，开发周期长。 ( 2 ) 模具c a d 系统的发展趋势 尽管我国政府历来十分重视模具c a d 系统的发展，而且许多研究人员也为之付出 了巨大的努力，但目前模具c a d 系统的发展成果并不十分显著，尤其在模具c a d 技术 应用方面，这项技术的巨大潜力还没有发挥出来。解决该问题的关键是提高模具设计的 质量和效率，发展趋势如下【1 0 。1 6 1 ： 1 ) 模具零件标准化与模具结构通用化：包括制图、模具零件、模具结构和设计资料 等一切有规律可寻的标准化； 2 ) 模具c a d 系统的参数化：根据各种模具的总体结构一般均具有较规范形式的特 点，为各个零件的基本尺寸建立相应的参变量，在实际的几何和拓扑的基础上建立各零 件要素之问的相互关系； 3 ) 模具c a d 系统的智能化：开发专用的模具结构设计智能化软件，将以往的设计、 制造中的成功经验应用到模具设计中去，形成计算机里的知识库和智能库，生成专家系 统； 4 ) 模具c a d 系统的集成化：在模具制造系统的开发过程中，提出“多集成”的概 念，即信息集成、智能集成、串并行工作机制集成及人员集成，以适合未来制造系统发 展的需求； 5 ) 模具c a d 系统的专业化：通过软件公司与专业模具厂进行密切合作，开发专用 性强的模具c a d 软件； 6 ) 模具c a d 系统的网络化：将多台微机构成的工作站连成分布式c a d c a e c a m 系统，该系统中客户朋艮务器( c l i e n t s e r v e o 结构得到普遍采用，一台服务器可为多台工作 站提供服务； 7 ) 模具c a d 系统最优化：采用计算机模拟技术检验设计结果，排除不可行方案， 获得较佳的设计，提高模具的可靠性。 1 4 论文的研究背景及主要内容 ( 1 ) 课题来源 本课题的依托项目是子午线轮胎模具设计制造工程，山东理工大学与东营金泰有 限公司校企合作重点项目。 ( 2 ) 课题的目的和意义 很多轮胎模具企业在引入了c a d c a m 肥a e 软件后，发现通用的c a d c a m c a e 软件的功能虽然解决了他们大部分的实际需求，在一定程度上提高了产品设计、制造及 管理的效率。但是很多专业的、更为具体的问题，例如，本企业常用零件的参数化设计、 3 山东理t 人学硕卜莩 江论文弼1 币绪论 符合本企业设计用的产品数据管理( p d m ) 、编制产品工艺用的计算机辅助工艺设计 ( c a p p ) 、产品虚拟装配的路径规划及异地产品协同设计等，单靠操作u gn x 是很难实 现的，以至于c a d ，c 舢a e 软件的应用水平不高，仅仅停留在操作层面，没有充分挖 掘软件平台的潜力，浪费了很多人力和物力。在这种背景下，本课题对轮胎主流产品子 午胎的硫化模具子午胎活络模的设计进行深入的研究，结合c a d 软件的二次开发技术， 开发了子午胎活络模c a d 系统，把特殊的、专业的知识与通用的软件集成为一个高效 的、满足企业实际应用的c a d 系统平台，为企业在市场上的竞争提供了有力的保障。 ( 3 ) 论文的主要内容 本文主要针对子午胎活络模c a d 系统进行了开发，以软件开发为主，系统采用模 块化的结构。把不同系列轮胎的尺寸参数作为活络模的控制参数，并按子午胎的类型和 系列对活络模进行了分类和编码；建立活络模尺寸求解数学模型，利用a n s y s 对结构 优化，完成活络模c a d 系统数据并建立数据库；采用三维模型参数化程序法开发子午 胎活络模c a d 系统，对系统生成的一整套模具零部件进行虚拟装配和运动仿真；针对 花纹形状复杂，不易成型的特点，丌发了花纹线自动生成系统，作为本子午胎活络模c a d 系统的辅助系统，该系统解决了花纹映射的技术难题。论文内容框架如图1 1 所示。 图1 1 论文内容框架图 4 山东理t 人学硕卜学f z 沦文第：章了1 玎厶活络横的设计及a n s y s 仃限元结构分析 第二章子午胎活络模的设计及a n s y s 有限元结构分析 本章主要完成子午胎活络模零部件尺寸参数的设计计算、校核和有限元结构分析， 为子午胎活络模c a d 系统数据库提供全套模具零件的合理尺寸参数。 零部件尺寸的计算是根据客户提供的轮胎截面图、模具在硫化机上的安装尺寸和模 具总高度计算分析推理得到的，其中参考了许多模具专家的设计经验。本章以规格为 r b 4 2 5 h 3 0 0 的子午线轮胎的活络模为研究对象，进行活络模尺寸的设计、计算、校核 及有限元分析。 2 1 模具结构设计 2 1 1 活络模主要材料的选定 对于活络模，考虑到模具花纹的刻制硬度及模具强度，上下侧板、上环、上盖、底 座板、中模套、花纹块等多个零件均采用4 5 # 铡1 7 9 1 。活字块一般采用c r l 3 材质 z o l ，以 防止活字块在拆装中的变形；对于受力比较大，工作环境比较恶劣，强度要求较高的零 件如提升块、滑块及导向条等一般选用4 0 c r 或4 5 # 钢。 2 1 2 模具几何精度和粗糙度要求 ( 1 ) 模具的外形尺寸按g b l 0 3 1 - 6 8 第十四级公差带施工验收，上、下底面的粗糙度 为r a6 3 ，其余为r a l 2 5 2 1 - 2 2 1 ； ( 2 ) 模具的分型面局部间隙o 1 n m 钢圈分型面要低于外口分型面0 2 0 4 m m ，粗糙 度r a 3 2 ； ( 3 ) 模具型腔轮廓按样板施工验收，车加工部位 0 2 m m ，粗糙度r a l 6 ；样板与工 件最大局部间隙为：胎侧面其余部位局部问隙 0 4 m m ，胎顶部位r a 3 2 ，花纹侧面r a 6 3 ； ( 4 ) 模体与钢圈的配合采用g b l8 0 1 7 9 ，基孔制八级公差带的动配合( h s f s ) ； ( 5 ) 花纹几何形状按样板施工验收，样板与花纹根部曲线单边局部间隙0 5 m m ，花 纹要统一，花纹间距误差按g b18 0 4 7 9 ，第十四级双向公差生产验收； ( 6 ) 花纹高度，宽度按g b1 8 0 4 7 9 第十五级双向公差施工验收； ( 7 ) 模具花纹块内表面接口处必须研1 2 1 处理，研合面宽度不小于1 0 m m ，分型面间隙 采用均布四点对称压铅丝法检验，测得压铅丝厚度差( 6 ) ：对9 0 0 - 2 0 以下内胎模， 8 4 2 0 0 + 6 0 0 0 = 1 0 2 x 1 0 4 m m 2 。滑块背部面积的范围大小的得出，有助于确定 滑块沿轮胎直径切线方向宽度尺寸和导向条长度尺寸。 ( 2 ) 滑块外锥面的长度设计 活络模的合模过程主要是依靠中模套内表面与滑块外表面的配合滑动来实现的。而 这一合模过程中平稳性的好坏不仅对模具的使用寿命有直接影响，同时也影响硫化轮胎 的外观质且【3 0 1 。在活络模的设计中，如果滑块外锥面的长度和滑块底面长度的设计不当， 则将导致活络模的开合运动不平稳。所谓开合运动不平稳就是只装有花纹块的滑块不是 匀速合拢，而是逐步合模的过程中出现爬行现象，这种现象越临近合模状态是越严重， 最终造成花纹块下口径合模不到位，使所硫化的轮胎产生胶边。另外，由于最终合模时 硫化机压力吨位达到最大值，而模具的合拢位置确不是处在最佳状态，这就使模具各零 山东删t 人 硕卜学f t 论文第一二章了下玎台活络横的设计及a n s y s 仃限冗纠i 构分析 部件的受力状况较差，影响了整个向心机构的使用寿命。 滑块外锥面的长度，在设计中原则上是越大越好，这有利于滑块的滑动平稳( 见图 2 _ 4 ) ，由图2 _ 4 可以看出，当值较大时，滑块运行得比较平稳；当三值较小时，滑块 在运行过程中易产生向内翻转的趋势，此时就会发生爬行现象。但在设计中，因受壳体 外径尺寸限制及花纹块装配直径的约束，三值又不可能任意增大，这就存在一个合理选 择的问题。 表面受力表面受力 图2 4 滑块外表面长度三不同受力情况的对比 一般情况下，三的取值是由滑块d 、b 、口角以及日四个参数决定的。d 、从三之 间的关系由图中观察f 2 l 】可知有下式： 三：_ b 一- d ( 2 - 9 ) s l nc z 式中：d 为合模时滑块斜表面上沿与花纹圈圆心的垂直距离； b 为合模时滑块底座外沿与花纹圈圆心的垂直距离； 口为主导向面与模具轴线的夹角，取1 5 。 由此得出三的值大小能否满足平稳性的要求，需采用以下公式验算： l 妻h x ( c o s 口) 。1( 2 - 1 0 ) ， 何由花纹块内型腔中胎侧与胎冠分界处的断面尺寸和花纹块与上、下侧板接触处最 小厚度共同决定。 由于滑块是包裹在花纹块的外侧，所以滑块的高度h 必定大于花纹块的外形高度， 取舻3 2 0 r a m ，则有： 1 l 兰h f c o s 口) 一1 2 3 1m m 3 ( 3 ) 滑块底面长度的设计 滑块的上述参数确定后，设计底面的长度丁时，也应考虑平稳性的影响。由图2 4 1 l 山东理t 人。学硕i j 学位论文第：章r ，r 胎活络梗的i 殳汁及a n s y sf j 限几 斛勾分析 1 示意图可知，t 值较大的滑块比t 值较小的滑块稳定得多。而t = 妻( b e ) 得出的值能 z 否满足稳定性的要求，必须要经过合理的计算，式中e 为合模时滑块底座内沿与花纹圈 圆心的垂直距离，采用经验公式( 2 i 3 ) 来进行验算： 1 t ( b e ) ( 2 1 1 ) | 式中，为外表面斜面最低点的垂线与底面延长线的交点到e 的距离，如图2 5 所 示。如能符合上式条件，就满足了稳定性的要求。反之，调整e 使其适当减小，若模具 结构受限制，则应重新确定各参数。 图2 5 底面丁值不同滑块受力情况对比 2 3 整套模具零件尺寸参数的获取 根据2 2 活络模关键件设计计算的初步计算结果和模具中各个部件之间得装配关 系，经过分析推导r b 4 2 5 h 3 0 0 其他部件的尺寸参数。r b 4 2 5 h 3 0 0 斜平面活络模整套模 具的尺寸参数列表如表2 1 所示： 表2 一lr b 4 2 5 h 3 0 0 斜平面活络模零件尺寸参数表 tlh lh 2h 3h 4h 5r lr 2 h u a k u a i1 3 0 52 4 01 3 11 3 51 2 12 1 01 7 23 4 14 7 2 r lr 2r 3l 1l 2l 3k r lk r 2k h s h a n g g a i 3 8 61 5 01 4 05 01 0 71 2 8 1 6 r lr 2r gr 4p 1p 2k r lk r 2l l j i a n m o b a n3 8 7 4 1 13 2 83 4 37 3 35 65 58 56 7 4 1 2 当兰些：圭尘些! ：尘堡鎏耋翟三ii 王望鋈尘堡墼璧耋些：! ；錾：；些；彗丝丝錾 2 4 基于a n s y s 活络模有限元结构分析 活纬模所十r 零部什的j t ，j 经过装配关系和设计要求，推理训箅完后，仃t b 零件受力 情| 兄比较复杂，单纯的计蔸校核不能得m 准确的结果，冈此，l t 重点受力件采用有限元 分析法，米分析其受力情况，进一步优化所设计的模具的结构和零什的尺寸。 以前面计算推导出来的r b 4 25 h 3 0 0 活络模中的提升块为例说明活络模结构分析的 过秤。提升块往模其丌模时承受了花纹块和卅块的蕈最，必须要有足够的强度和h 4 度。 ( 1 ) 提州块有限兀模型的建立 按前面讨算米的提升块尺寸参数，在a n s y s 单建市提升块模型，电可以阿u g n x i ，建女t 后导入到a n s y sc p 。有限兀法分析结构受力，解的精度 要取决于竹元类型的 选择和州格的划分精细程度，其中单几模型的选择尤为关键。术设计选用的单兀类型： 六血体单元s o l i d 9 5 守间实体单元，有2 0 个节点，每个节点有6 个自 i l 度，其l 工r 、 z ，3 个平动舟山度。山于属于线弹性材料，在定义的材料属性时以4 0 c r 的属性进行定 义，弹t t 模量e = 2 0 6 e + 0 1 i p a ，泊松比y = 0 3 ，诈川应力 o - 1 = 8 6 m p a 。提升块嘲格 划分如图2 6 所示。 n 图2 - 6 提升块网格划分 r 2 ) 施加载荷及约束 提升块均匀分布在上盖边缘部位的槽内，与滑块相联接，数量与花纹块数景相同， 在丌模过程巾，当l 热板带动上耶和t | | 模套运动到一定位置时，活络模操纵水缸会与上 热板同运动，此时活络模操纵水缸将带动l 二盏【升，即提升块会提州滑块与花纹块， 在丌模过程中提升块的受力情a 立u 罔2 7 所示。 ：l 型：| g ! ；| g l ! ；i 丝l l ! ! l ! g 答：譬2 l 二l i ! 口 i q li 图2 7 提升块受力示意图 提升块由螺钉紧固，受力面为与上箍滑槽薄板的接触面，所受的表面载荷为q ，约 等于滑块和花纹块的重量，利用u gn x 中模型自重验算得出花纹块和滑块重量约 1 2 0 0 n 。 约束条件：在丌模过程中，上盖带动提升块上升时，与上盖滑槽薄板的接触面和与 滑块的螺纹联接限制了提升块的自由度。提升块加载和施加约束条件的模型如图2 - 8 所 水- n 图2 - 8 施加新苛与边界条件模型 ( 3 ) 结果分析 提升块节点位移等值图和应力等效图如图2 - 9 和图2 - 1 0 所示。 当查些王叁茎墼：i 耋堡錾耋篓主耋至尘墼重彗堡塑鐾彗些垒! 型；皇坠；錾塑坌堡 n 圈2 - 9 节点位移等值图 图2 - 1 0 应力等效图 从位移等值线图，可以直观清晰的看出提升块在开模时受力变形的幅度，图中颜色 最深的边缘是变形最大的地方，通过位移变形列表可以得到提升块变形的最太点。提升 块开模时部分节点位移变形数值如表2 - 2 所示( 降序排列) 其中其中i a x 、u y 、u z 、u s u m 15 山东理t 人学硕i j 学化论丈第：章了下玎厶活络横的设计及a n s y s 仃限兀结构分析 分别表示瓜y 、z 轴的位移分量和总变形量。 表2 2 提升块部分节点位移变形表 由表2 2 可以看出在开模时提升块节点6 6 9 处位移变形量最大，u s u m = 0 2 3 2 3 1 e 一0 5 ， 在允许的范围内，设计合理。由应力等效线图可以看到提升块在开模时应力图，颜色最 深为应力最大的部位。表2 3 列出了应力结果的最大值列表。其中s 1 为第一主应力，s 2 为第二主应力，s 3 为第三主应力，s e q v 为第四强度理论应力。 表2 3 部分节点等效应力表 由表2 3 看出，按第四强度理论，节点1 6 8 1 处应力最大，【仃】咖。= 4 3 8 9 7 0 t h e n f o r m = n 一1t 0 0 s t e p 一1 i fm y d a t a t a b l e r o w s ( m ) r o w s t a t e d a t a r o w s t a t e d e l e t e dt h e n m y d a t a t a b l e r o w s ( m ) d e l e t e 0 m y a d a p t e r u p d a t e ( m y d a t a t a b l e g e t c h a n g e s ) m y d a t a t a b l e a c e e p t c h a n g e s 0 e n d i f n e x t e n d i f ( 6 ) 断开与数据库的连接使用的是c o n n e c t i o n 对象的c l o s e 0 方式，代码如下： t ；4 u i 东理t 人学硕l j 化论文笫人亭仡纹线f j 功乍成系统研究j 开发 曼皇曼! 曼! 曼! 曼! 曼! 曼曼曼曼_ =i i 曼! 曼曼曼! 曼曼! 曼! 曼曼 c o r l c l o s e 0 c o n = n o t h i n g 6 5 花纹线自动生成系统的实现 6 5 1 系统总体结构设计 系统结构设计的好坏直接关系到整个项目的运行稳定性。本系统采用c s 结构，主 要有两个层次组成：客户层和数据层。客户层主要完成花纹信息提取、离散成点，映射 计算，生成胎面花纹线；数据层主要用来存储花纹线和花纹点的数据信息。系统的组成 如图6 - 1 1 所示。 r 一一- 一一一一一一一一一一一一一一一一一一 i l 一一- 一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一一 图6 - 1 1 系统总体结构 ( 1 ) 用户界面模块 系统用户界面模块的主要功能是通过花纹参数计算、花纹数据库选择、花纹点映射 和胎面花纹生成。用户界面采用m e n u s c f i p t 和u i s 锣l e r 开发，实现与u gn x 系统的无 6 5 客户层 ；-；i；- 山东理t 人学硕l j 学f t 论艾第i 尊佗纹线f i 功生成系统硼f 究j 丌发 缝集成。 ( 2 ) 花纹点计算模块 该模块是本系统的核心模块。该模块完成从二维图纸提取所需要的花纹线信息，将 提取的花纹进行坐标变换，实现将花纹放置在所设想的胎面抽取的矩形上，然后将花纹 线根据客户所输入的精度离散取点，最后将这些点通过映射关系，映射到轮胎胎面上。 ( 3 ) 胎面花纹线生成模块 该模块通过调用n x o p e n n e ta p i 函数把属于同一条线上的相邻点连接起来，生成 胎面花纹线。 ( 数据库管理模块 本系统中的数据库主要用于存储花纹线的信息以及二维花纹点和三维映射点的信 息，为胎面花纹生成模块提供数据支持。系统的数据库采用c s 结构，利用s q l s e r v e r 2 0 0 5 以数据表的形式建立，通过a d o n e t 实现对数据库的调用，使得数据得以 共享。 花纹线自动生成系统流程如图6 - 1 2 所示。 山东砷t 人，硕卜f 论文第六章他纹线一动牛成系统研究j 开发 图6 - 1 2 花纹线自动生成系统流程 6 5 2 花纹线自动生成系统实现过程 ( 1 ) 系统主菜单的开发 在s t a r t u p 文件夹下建立菜单文件m e n u m e n ，其u gn x 的菜单文件的扩展名名为 * m e n 的文本文件，可以使用w m d o w s 的记事本进行编辑。m e n u s c r i p t 提供了一套用于 6 7 山东理t 人学硕卜学f 苞论艾第六章仡纹线自动q - i 正系统研究1 j 开发 皇曼曼! ! ! ! ! 蔓曼! 曼曼! ! 曼曼鼍! 皂蔓曼! 曼! 曼曼! 曼曼。一 i i 鼍! 曼曼曼曼! 皇! 曼曼曼曼曼! ! ! ! ! 曼! 曼! ! 苎! ! ! 曼! 曼! ! ! ! 曼曼! 曼! 曼曼 定义u gn x 菜单的脚本语言。实际上，u g ( 系统的菜单文件也是用该脚本语言编写 的。中a c t i o n s 后面为菜单要执行的动作，采用的是调用“应用程序”的方式。 v e r s i o n0 5 0 e d i tu gg a e ，a ym a l nm e n i b a r b e f o r eu gh e l p c a s c a d eb u t t o nm e n un a n l el l a b e lt i r e m a p e n do fb e f o r e 嗍j m e n un a m el b u t l l 0 nm e n un a m e2 1 l a b e l ：f 潋映射 a c t i o n st i r e m a p d i g e n do fm e n u 在m e n u m e n 菜单文件中，v e r s i o n 、c a s c a d eb u t t o n 、l a b e l 等都属于 m e n u s c r i p t 脚本语言的关键词。 ( 2 ) 设计用户界面对话框 在u g n x 中，单击下拉菜单【应用】一【用户界面编辑器】，即可进入u i s t y l e r 模 块，通过在适当位置放置相应的控件制作两个对话框。本对话框设置了三个按钮【选择 花纹参数数据库】按钮、【计算花纹点】按钮、【生成花纹线】按钮。对话框命名为p a t t e r n ， 对话框的调用采用回叫的方式，建立回调函数有：构造函数t i r e m a pc o n s t r u c