基于UG的轮胎三维模型设计方法

摘    要：以23.5R25全钢工程子午线轮胎为例，介绍一种基于UG软件的轮胎三维模型设计方法。UG软件具有比较强大的曲面造型和实体造型功能，通过一些常用的特征命令可以生成轮胎的实体三维模型，满足轮胎设计要求。

关键词：UG;轮胎;三维模型;

轮胎三维模型设计是轮胎研发过程中重要的一步，可用于花纹设计、有限元计算、产品的宣传等。目前有多款软件可以进行轮胎的三维模型设计，常用的软件有CATIA、UG、Pro/ENGINEER、Solidworks。其中UG具有丰富的曲面造型功能，能提高造型效率，深受设计人员欢迎。毛慧珍[1]综合使用Pro/E软件和UG软件的功能，提出了一种高效实用的轮胎模具花纹造型方法。申玉德等[2]介绍了以UG NX2软件进行的轮胎三维设计方法以及其使用效果。张勇等[3]介绍了利用立体绘图程序绘制轮胎立体图的方法和要点。梁文兰[4]利用UG NX软件设计了12.00R20矿用轮胎三维模型。

本工作以23.5R25全钢工程子午线轮胎为例，介绍了一种基于UG软件的轮胎三维模型设计方法。

1 草图设计

草图是三维模型设计的基础，一般有两种方法建立草图。

一是直接绘制轮廓和花纹展开图的草图。例如设计轮廓，只需要粗略画出轮廓的大致形状，然后通过对草图施加尺寸约束和几何约束，从而控制其尺寸、形状和位置，得到精确的轮廓图形。草图具有后参数化功能，便于设计和修改。

另一种方法，可以导入轮廓和花纹展开图二维平面图。此方法也是比较方便快捷的。在导入之前需要在Auto CAD中处理好该二维平面图。首先删除图中的标注、气眼等，仅保留轮廓曲线以及绘制必要的辅助线，将其轮胎中心移到原点，花纹展开图仅保留半个节距的曲线，对称中心也置于原点。其次，确保处理好的轮廓曲线和花纹展开图曲线分别是连续的封闭的。最后选择导入处理完的平面图，添加曲线，完成草图。处理好的平面图如图1所示。

图1 轮廓图和花纹展开图

2 花纹造型

花纹造型是轮胎三维模型设计的关键。有多种方法进行花纹的绘制，利用不同的特征工具实现。下面介绍先做花纹沟的绘制方法。

(1)将轮廓图中的胎面曲线连接成一条曲线，通过“回转”命令生成胎冠曲面，然后用“投影曲线”的特征命令沿矢量XY轴等弧长的方式，同时X和Y保持长度，将花纹曲线投影到胎冠曲面上。

(2)花纹沟的造型可以使用“腔体”命令（常规腔体），根据花纹沟的深度不一致，可以选择不同的底面，根据不一样的沟槽角度，设置底面轮廓曲线。例如从底面轮廓线起相对面的法线锥角可以规律控制，设定不同的角度。根据此方法形成胎冠的花纹沟。而肩下的花纹沟也可以用类似的方法，不同的是底面选择，可以从放置面起偏置一定的距离，这种方法较为便捷精确。结合“修剪体”可以完成初步的造型，如图2。

图2 部分花纹沟初步立体图 

(3)对于肩部部位的花纹沟，沟槽曲面比较复杂，无法通过“常规腔体”等特征命令完成造型，因此可以通过“桥接曲线”和“通过网格曲线”来生成花纹沟侧面，最后再结合“拉伸”、“替换面”、“修剪体”等命令实现该部位的花纹沟造型，如图3。

(4)通过边倒圆、面倒圆等命令完成沟槽底部圆角。例如肩部沟槽的圆角可以使用面倒圆使用相切约束来控制半径。在三维造型中需要不断分析花纹沟槽剖面角度的合理性，来满足设计的要求。

图3 三维花纹沟立体图 

(5)最后结合“实例几何体”“修剪体”等特征命令，完成轮胎一个节距的花纹沟的造型，如图4所示。

图4 轮胎一个节距的花纹造型

3 轮胎实体造型与渲染处理

将轮胎一个节距的花纹实体，通过实例几何体或者阵列的方法，可以形成整圈的花纹。胎侧及内轮廓线旋转形成轮胎模型，然后调整一定的公差进行缝合，同花纹块实体布尔运算后得到轮胎实体模型。

为了得到更加理想的轮胎三维模型设计效果，可以对轮胎模型进行渲染，先赋材质、场景编辑、光源设置，再使用高质量图像命令，选择照片般逼真的方法，精细的绘图质量和高分辨率，最后形成轮胎三维设计效果图，如图5所示。

图5 轮胎三维模型设计效果图

4 结语

采用UG软件，使用腔体、修剪体、面倒圆、实例几何体等常用的特征命令能够方便的进行轮胎花纹的三维造型，本文所论述的方法，具有快速，灵活、精确的特点，适合相关轮胎设计人员自行使用UG软件进行轮胎三维模型设计。在轮胎新产品开发过程中，绘制出轮胎三维模型，更加形象客观，能降低设计风险，缩短产品开发周期，对促进与客户的技术交流，提升轮胎厂的竞争力均起到较好的效果。

参考文献

[1] 毛慧珍.基于Pro/E及UG的轮胎模具花纹造型方法研究[J].内燃机与配件, 2017(17):3.

[2] 申玉德,任利利.应用UG软件进行轮胎三维设计[J].轮胎工业,2006(10):606-609.

[3] 张勇,王昌宁,张宝亮.轮胎立体图设计方法及要点[J].橡胶科技市场,2012,10(11):39-42.

[4] 梁文兰,向宗义,汪旭波等.UG NX软件在轮胎三维模型设计中的应用[J].轮胎工业,2020,40(07):397-400.

文章来源：橡塑资源利用. 2023(03)