AutodeskInventor平台轮胎结构三维建模

　　做行走机构配套设计的时候，轮胎这类环形弹性构件的建模往往是容易被忽略细节的环节，很多新手建模时只做个等厚圆环，完全没考虑实际装配、受力形变预留以及和周边轮辋的配合边界，最后出工程图或者做运动仿真的时候很容易出现干涉问题。这次做的这个轮胎结构模型，是从实际商用车低压轮胎的测绘尺寸反向推导建模逻辑的，先从断面轮廓入手，而不是直接拉伸出圆环——毕竟真实轮胎的胎侧、胎冠、胎圈位置的厚度差是核心结构特征，胎冠位置因为要接触地面承受冲击，胶层厚度加上内部帘布层的预留空间，比胎侧位置厚出近三分之一，胎圈位置因为要卡入轮辋的止口，做了内嵌的刚性圈预留槽，建模时先在草图平面绘制出完整的断面闭合轮廓，标注清楚各段的曲率半径：胎冠的接地弧面半径要匹配常用铺装路面的接触压强分布，不能做的过平否则接地面积过大转向阻力飙升，也不能弧度过高导致接地压强集中加快胎面磨损。轮廓确认后再用回转特征生成基础胎体，这里要注意回转轴线和轮辋的安装基准完全重合，后续装配时才能直接和轮辋模型做同轴约束，不用额外调整基准位置。很多人做轮胎建模会忽略安装边界的尺寸，胎圈的内径尺寸要比轮辋的配合直径小千分之三到千分之五，这是实际装配时的过盈量预留，建模时如果直接做成和轮辋等直径，仿真的时候就模拟不出胎圈卡紧轮辋的受力状态，车辆急加速或者制动时很容易出现轮胎脱圈的仿真错误。

　　胎侧的弧度设计也有讲究，不能做直壁结构，要留出足够的形变冗余，当轮胎承受额定载荷时，胎侧的径向变形量大概是胎侧高度的12%-15%，建模时的曲面曲率要保证形变过程中不会出现褶皱应力集中，这部分在建模完成后可以做简单的有限元预校验，看曲面的曲率变化是否连续，有没有锐角拐点。从应用场景来说，这个轮胎模型可以直接用在整车总装的行走机构装配环节，也可以单独拆出来做轮胎动力学仿真的基础载体，做悬架匹配的时候，轮胎的径向刚度、侧向刚度参数都可以基于这个模型的断面参数赋值，不用再找通用模型近似。

　　建模过程中特意把胎面的基础环面做了分层处理，最外层是胎面胶层，中间是帘布层骨架，内层是气密层，虽然外观上看是一个整体圆环，但实际结构分层是清晰的，后续如果要做爆胎仿真、轮胎磨损分析，可以直接给不同分层赋予对应的材料参数，不用重新拆分模型。另外在安装边界上，胎侧和轮辋轮缘的间隙预留了5mm的安全距离，当轮胎侧向受力发生侧偏时，胎侧不会直接摩擦轮辋边缘造成胶层割伤，这个间隙值是参考了实际商用车轮胎的装配规范来设定的，不是随意留的空隙。

　　很多初学者做这类环形零件建模，容易把回转特征的草图做的过于简单，忽略各段曲面的衔接顺滑度，导致后续做数控加工或者3D打印样件的时候，曲面出现棱线，这个模型在草图绘制阶段就给所有衔接位置做了G2连续约束，生成的实体表面没有曲率突变，不管是做渲染展示还是做工程分析，曲面质量都能满足要求。胎圈位置的止口斜面角度做了5度的倾斜，和轮辋的配合斜面角度完全一致，装配时可以实现面接触贴合，而不是线接触，这样在车辆承受侧向力的时候，胎圈的受力能均匀分散到轮辋的配合面上，不会出现局部应力过大导致胎圈割裂的问题。从功能特性来说，这个模型还原的是无内胎轮胎的基础结构，胎内表面是完整的光滑曲面，没有额外的内胎装配槽，后续如果要做有内胎版本的衍生设计，只需要在内腔表面加出气门嘴的安装凸台即可，基础结构不用做大幅调整。建模时的尺寸基准完全和轮辋的安装基准统一，轴向定位面选在胎圈的内侧端面，和轮辋的定位端面贴合后，轮胎的轴向窜动量可以控制在0.2mm以内，符合实际装配的精度要求。