[发明专利]一种宽基载重子午线轮胎成型机带束鼓及设计方法

权利要求书

1.一种宽基载重子午线轮胎成型机带束鼓的设计方法，其特征在于，轮胎成型机带束鼓的中间段为凸出的曲面结构，所述带束鼓表面的截面轮廓线由两段直线段与位于两直线段之间的一段弧形段组成，弧形段的宽度d为理论材料分布图中3号带束层的宽度80％-120％；弧形段的曲率半径R为3号带束层的曲率半径的70％-130％；所述带束鼓的直径D、两段直线段的长度l₁、l₂为：

其中，L为带束鼓总宽度，D₁为理论材料分布图中测出的1号带束层直径；ψ为带束层伸张率，取值0-0.2％。

2.根据权利要求1所述的宽基载重子午线轮胎成型机带束鼓的设计方法，其特性在于，弧形段的宽度d为理论材料分布图中第3号带束层的宽度80％-120％；所述弧形段的曲率半径R等于由第2号带束层或第3号带束层的曲率半径的70％-130％。

3.根据权利要求1所述的宽基载重子午线轮胎成型机带束鼓的设计方法，其特性在于，还包括利用轮胎成型仿真方法优化弧形段的曲率半径R的过程，具体包括以下步骤：

(1)轮胎半成品部件有限元模型的建立：

宽基子午线轮胎主要包括主鼓部件、带束鼓部件和三角胶部件，主鼓部件包括胎侧胶、耐磨胶、胶片、内衬层、下内衬层、加强层、胎体层、胎肩垫胶；带束鼓部件包括1号带束层、2号带束层、3号带束层、4号带束层、以及胎冠胶；三角胶部件包括钢丝圈、三角胶以及三角胶胶片；根据施工要求建立所述轮胎各部件有限元模型，将宽基子午线轮胎简化为二维轴对称模型，橡胶部件有限元模型中四边形单元为CGAX4H，三角形单元为CGAX3H，二维面单元为SFMGAX1，采用Maxwell流变模型和Marlow超弹性本构模型描述橡胶材料属性，RebarLayer模型模拟钢丝帘线；胎体鼓、带束鼓采用解析刚体模拟，胎体鼓部件、带束鼓部件和三角胶部件计算模型由HYPERMESH软件进行网格划分，然后将网格模型导入ABAQUS计算；

(2)建立带束鼓模型：

根据权利要求1中初步确定的带束鼓结构参数，建立中间段为凸出的曲面的带束鼓模型；

(3)轮胎生胎成型过程仿真：

(3.1)根据三鼓式一次成型法成型机的工艺流程，在成型机主鼓上进行侧胶、耐磨胶、胶片、内衬层、下内衬层、加强层、胎体层、胎肩垫胶的贴合，形成主鼓部件子系统；

在带束鼓上进行1号带束层、2号带束层、3号带束层、4号带束层、以及胎冠胶的贴合，形成带束鼓部件子系统；

(3.2)将(3.1)中的胎体鼓部件子系统、带束鼓部件子系统和三角胶部件子系统三个子系统模型分别导入到ABAQUS软件中，先将贴合后的胎体鼓部件、带束鼓部件在成型鼓上进行装配，按照施工表上的定位参数将三角胶部件定位到成型鼓上，对胎体鼓部件上的轮胎内衬层施加额定气压进行充气，同时胎圈向中间移动依次经过预定型、定型和超定型位置，胎侧的反包过程采用分段施加均布压力方法模拟，反包结束后，形成生胎；

(3.3)将(3.2)得到的生胎放入硫化罐内，与硫化模具进行装配，然后通过对轮胎内表面施加均布压力的方法进行定型仿真，按照施工设计先给轮胎内衬层施加0.9Mpa的均布压力对生胎预定型，然后施加2.6Mpa的大气压对胎坯进行最终定型，形成成品胎；

(4)曲面鼓参数优化

根据(3.1)、(3.2)仿真得到生胎材料分布图，在轮胎子午线方向上，生胎中3号带束层与理论设计材料分布中该带束层的距离为Δr，3号带束层在(3.3)的定型过程中帘线的预期伸张率以机内定型过程中带束层定型预期伸张率满足0.2％≤δ≤0.6％、胎面胶料流动均匀作为判断曲面鼓形状参数合理与否的指标，如果不达标，调整步骤(2)中弧线段的宽度d、弧形段的曲率半径R和带束鼓的直径D，重复步骤(3)、(4)直至达到预期伸张率满足0.2％≤δ≤0.6％、胎面胶料流动均匀，再进行轮胎生产。

4.根据权利要求3所述的宽基载重子午线轮胎成型机带束鼓的设计方法，其特性在于，所述步骤(1)中划分的网格尺寸为6-9mm，在步骤(3)中还包括变形较大的部位网格细化。