浅析轮胎活络模具的运动仿真

轮胎活络模具(以下简称“活络模具”）技术含量高，结构复杂，零部件较多，体积大、重量重，而且精度要求高,再加上因轮胎硫化工艺及过程复杂而难以在模具厂实施试模等因素制约，很容易出现设计缺陷不能被及时发现的情况，造成模具结构运动时发生干涉,严重时会使模具报废,因此,非常有必要对活络模具进行三维运动仿真。ﻭﻭ三维运动仿真技术具有经济、安全、实验周期短等特点，通过活络模具机构的三维运动仿真模拟其开模及合模运动过程，可以实时地检查出零部件之间的干涉,从而可以直观地看到整个活络模具的运动过程，同时也可以分析其运动的极限位置、空间运动位置、运动参数以及轨迹包络等内容。这样，设计人员在轮胎厂试模之前就可以提前对可能出现的问题做出精确的预测,改进和优化设计,为活络模具的合理设计提供科学依据。

活络模具的运动特点ﻭﻭ与大多数其他类型的模具一样,活络模具一般也由动模和定模两部分组成,在轮胎模具行业，我们称之为“上模”和“下模”,具体结构见图1。上模包括上盖、中模套、滑块、上侧板、花纹块及导向机构等，安装在硫化机的移动模板上,在轮胎硫化成型过程中，它随硫化机上的合模系统运动。下模包括底座、下侧板等，安装在硫化机的固定模板上。硫化成型时，上模和下模闭合,胶囊充气张开构成封闭的型腔,事先缠绕成型的胎坯套在胶囊外面，在胶囊的张力作用下贴合在型腔内壁,高温保压进行硫化。硫化成型后开模,上模与下模分离，然后由硫化机的机械手取出轮胎制品。

图１活络模具的结构

在轮胎生产过程中,活络模具的运动形式相对简单,其开模及合模均沿同一方向作直线运动,活络机构沿径向作直线运动。ﻭﻭ合模时,在硫化机的动力作用下，合模力通过中模套的斜面施压于滑块的斜面，形成滑块移动的动力,在中模套的导向斜面及装在滑块上导向条的导向下,滑块进行径向滑动,从而带动装在滑块上的花纹块合拢,完全合拢后，中模套内圆锥面与滑块的外圆锥面达到轻微的线性接触状态,既不会有过量的导向度，还可以保证一定的热传递效果。

开模时,在硫化机的带动下,中模套与上盖向上运动,由于滑块与花纹块有自重,在中模套斜平面及导向条的导向下开始下滑，同时向外张开直至最终脱胎。

ﻭ通过上面的分析可以看出，活络模具在运动的过程中,一部分零部件固定不动，另一部分零件随着硫化机的上模板移动一段距离X,而滑块及花纹块在移动的同时,在导向机构的作用

下，则沿径向移动一段距离Y,Ｘ、Y 统称为“活络模具的开模行程”，其余的零部件移动的距离小于开模行程。

三维运动仿真ﻭ

1. 运动仿真原理

ﻭ运动仿真的内容主要包括:静力学(Static）分析、运动学（Kｉｎematｉc）分析和动力学(Dynamｉc)分析。当系统或机构受到静载荷时,确定在运动副制约下的系统平衡位置以及运动副静反力的问题,属静力学内容；在不考虑系统运动起因的情况下研究各部件的位置与姿态及其变化速度与加速度的关系，属运动学内容;而讨论载荷与系统的关系则属动力学内容。ﻭﻭ笔者采用UG NX3．0作为仿真平台,通过Modeliｎg功能设计并建立活络模具的三维实体模型，然后利用Ｍｏtion（运动仿真）功能建立运动仿真模型。UG/Motｉon模块集成了Ｍechａｎicａl Dynamics公司(MDI）的ADＡMS／Kinematiｃｓ解算器,这个嵌入式软件代码是求解运动分析方案所用的处理器，可实现对任何二维、三维机构或系统进行复杂的静力学分析、运动学分析、动力学分析及设计仿真。ﻭ

我们的仿真运算过程如下：ﻭ

（1)前处理器：创建运动分析方案是分析过程的前处理(Ｐｒe-Procｅssｉｎg)阶段,利用这些分析方案得到的信息生成内部的ADＡＭS输入数据文件，再传送到ADAMＳ解算器；ﻭﻭ(２)求解过程(Ｐrocessing)：ＡDMAMS解算器处理输入数据,确定递交分析方案的解，并生成内部的ADAMS输出数据文件，再传送到运动分析模块中；

（３)后处理(Ｐost－Proｃeｓsing）: Ｍoｔiｏn模块解释ADAMS的输出数据文件，并转换成动画、图表及报表文件。ﻭ

2.运动仿真过程ﻭﻭ我们基于UＧNX３.0软件平台来实现活络模具的运动仿真。在此之前,我们必须先在UG NX

3.０软件平台下建立活络模具的三维造型，图２是其中几个主要零部件的三维造型。

图２活络模具主要零部件的三维造型

运动仿真实现的步骤一般包括如下几步：

ﻭ(１)建立运动场景

ﻭ运动场景（Sceｎａrio)是整个运动仿真过程的入口,是运动模型的载体，运动模型的全部数据都存储在运动场景之中。建立运动场景后,可对三维实体模型设置各种运动参数，然后对由这些运动参数所构建的运动模型进行运动仿真。

ﻭ要建立运动场景，先要打开UＧ/Ｍotｉon(运动仿真）的主界面。在UG的主界面中选择菜单命令Ａpｐlication→Ｍotｉon进入运动仿真界面，之后,在右侧导航栏中选择ScenariｏNavigａｔor(场景导航），系统将会自动打开运动场景导航窗口。ﻭﻭ在模型的右键快捷菜单中选择NeｗＳcenario菜单项，建立一个新的运动场景，默认名称为Scｅｎaｒｉｏ_１，类型为Motiｏn,运动仿真环境为静态动力学仿真（Sｔaｔic & Dynａｍics）,该信息将显示在运动场景导航窗口中,并且运动仿真各工具栏项将变为可操作的状态。ﻭﻭ运动场景建立后便可以对三维实体模型设置各种运动参数了。在该场景中设立的所有运动参数都将存储在该运动场景之中，由这些运动参数所构建的运动模型也将以该运动场景为载体进行运动仿真。重复该操作可以在同一个ＭasteｒModel下设立各种不同的运动场景，比如通过设置不同的运动参数，实现不同的运动。

ﻭ(2)构建运动模型ﻭﻭ运动模型包括连杆特性与运动副。构件和运动副是整个运动机构的两大基本要素,对机构进行运动统一建模,不可避免地要对机构的拓扑进行有效表达。这些关系在Motion模块的算法中有所体现。连杆指运动分析过程中所操作的实体对象，是Mｏdelｉng 与Motiｏn功能之间的连接纽带。机构的运动副是连接相邻两构件的一种运动约束的力学抽象,是铰链的物理背景。通过建立运动副才能组成相应的运动机构，从而进行后续的运动仿真。

ﻭ在活络模具的运动分析过程中,按照各个零部件的相互装配关系,通过连杆将其逐一建立Modeｌinｇ与Motion功能之间的连接，各个运动机构之间的运动副相对简单,均为滑块连接。滑块连接是两个相连件互相接触并保持着相对的滑动,可以实现一个部件相对与另一部件的直线运动，它有两种形式:一种是滑块为一个自由滑块，在另一部件上产生相对滑动；一种为滑块连接在机架上，在静止表面上滑动。

ﻭ上述过程完成后，我们将看到图3所示的画面。

ﻭ图３建立运动场景

(3）运动输入ﻭﻭ运动输入是赋给运动副相应的控制运动的参数,是驱动整个机运动的关键部分,即运动副的驱动力。Motｉoｎ模块里提供了４种驱动:恒定驱动(Ｃonsｔａnt）、简谐运动驱动(Harmoniｃ）、运动函数（Ｇｅｎeｒａl）与关节运动驱动（Aｒtｉculatiｏn）。在实际的机构运动分析中,复杂的运动只有通过运动函数进行仿真，附给连杆以精确的运动。在活络模具的运动分析中,活络模具的运动形式相对简单,故我们设定为恒定驱动ﻭ(Cｏnstａｎt）即可。

ﻭ(4）运动仿真

ﻭ运动仿真是基于时间的一种运动形式,机构在指定的时间段中运动，并同时指定该时间段中的步数,从而进行运动分析。通过对运动分析过程的控制,可以直观地以动画的形式输出运动模型的不同运动状况,可以比较准确地模拟分析所设计的模具机构的真实运动情况（见图4）。