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基于CATIA/CAA的轮胎花纹设计及自动节距排列李 华，张 敏，程丽娜，吴东霞（中策橡胶集团有限公司，浙江杭州310018）摘要：基于CATIA参数化建模及CAA二次开发，介绍一种花纹设计方法。
花纹开发主要包括单节距花纹模板制作和整周拼接两部分。
单节距花纹模板制作包含2D线框、3D曲面及3D实体3个阶段，利用CATIA知识工程及三维建模技术，实现以规格为主要发布参数的模板封装。
利用CAA编程技术，调用单节距花纹模板，快速实现了轮胎整周花纹的拼接，可缩短轮胎开发设计周期、降低开发成本、提高设计自动化水平。
关键词：轮胎；模板；节距花纹；自动排列；CATIA；CAA二次开发中图分类号：TQ336.1＋1；TP391.7 文章编号：1006-8171（2021）01-0009-04文献标志码：A DOI：10.12135/j.issn.1006-8171.2021.01.0009伴随着经济的不断发展，汽车的需求量日益增大，而轮胎在汽车行驶的舒适性和安全性方面起着重要作用。
因此，轮胎的设计变得日益重要，复杂程度也逐渐上升，胎面花纹形状千变万化，结构复杂，常需要耗费大量设计时间。
二维图形设计已经无法满足轮胎设计要求，众多轮胎企业纷纷采用CATIA，UG和SolidWorks等三维软件进行轮胎设计开发，显著缩短了轮胎的开发周期，同时伴随着设计自动化程度的提高，轮胎的设计质量也得到了明显提升[1]。
胎面花纹对噪声、滚动阻力和滑水等轮胎性能有重要影响[2-5]，是轮胎产品设计的重要组成部分。
改进胎面花纹的设计方法、优化设计系统是提高轮胎质量的重要途径[6]。
国外研究者积累了丰富的轮胎花纹设计经验和技术。
S.Fujiwara 等[7]通过研究轮胎花纹沟槽产生谐振频率的原理，提出了可以降低花纹沟噪声的稳态花纹设计方法。
W.Strache等[8]将虚拟开发技术应用到轮胎花纹设计过程中，可缩短开发周期和降低开发成本。
C.H.Chu等[9]在分析轮胎及其花纹特点的基础上，借助CATIA提供的CAA-RADE开发工具，实现了轮胎三维花纹的快速化设计。
1 问题的重述1.1问题背景轮胎，作为交通工具与陆地接触的唯一媒介。
一开始是用木头、铁等材料制成，世界上第一个空心轮子是1845年英国人罗伯特·汤姆逊发明，他提出将压缩空气充入弹性囊，以缓和运动时的振动与冲击。
直到1908年至1912年间，才首次出现能够提高使用性能的轮胎花纹，从而开拓了轮胎胎面花纹的历史。
最原始的胎面花纹其实很简单，仅仅只有一些直线的楞花。
经历一百多年的发展，由于路面情况、车速、载重等各方面条件一直在不断变化，轮胎花纹也随之变得越来越复杂多样。
轮胎花纹直接与路面相互作用，在有限的接触面积下，轮胎花纹对交通工具的性能起到了至关重要的作用。
轮胎花纹不仅是轮胎外观漂亮与否的决定因素，更关系到是否能够充分发挥轮胎的操纵性、制动/驱动性、滚动阻力、磨耗、水滑和噪声等特性。
轮胎技术一直不断地改进与提高，但众多新技术的出现都莫过于1948年法国米西林公司首创的子午线结构轮胎，这种轮胎由于使用寿命和使用性能的显著提高，特别是在行驶中可以节省燃料，而被誉为轮胎工业的革命。
轮胎花纹主要由花纹沟、花纹块及节距等构成，设计出合理的轮胎花纹形状，在这个油价飞涨的时代是节约了资源，提高交通工具的性能，确保形式安全的重要手段。
1.2 需要解决的问题根据题目要求及其实际生活中的应用需求，轮胎胎面花纹作为轮胎与地面接触的唯一部件，轮胎的使用性能在很大程度上取决于花纹设计，一种合理的花纹可以使轮胎性能有很大提高。
轮胎的滚动阻力、对地的抓力、抗滑水能力、直线行驶稳定性及噪声与轮胎花纹设计有直接关系。
因此，轮胎花纹的设计和优化创新受到十分关注。
从而得知以下问题需要进行具体研究：问题 1：根据花纹结构设计和布局对轮胎胎面花纹的滑水性能的影响进行深入分析。
问题 2：根据轮胎花纹对胎面压力、胎面垂直变形的影响，深入剖析胎面花纹对潮湿路面胎面单元附着性能的作用机理。
问题 3：根据花纹块和花纹槽对轮胎花纹噪声的影响，设计花纹噪声耦合模型并具体分析。
多面体表面局部纹理的映射方法
江巨浪
【期刊名称】《安庆师范学院学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2003(009)002
【摘要】本文对两步法纹理映射技术进行改造,使其适用于多面体表面的局部纹理映射.本文的方法具有纹理图案变形小和贴图位置易于控制的优点.
【总页数】4页(P61-64)
【作者】江巨浪
【作者单位】合肥工业大学计算机信息学院安徽合肥 230009
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.4
【相关文献】
1.运用局部纹理映射加速曲面纹理合成 [J], 江巨浪;张佑生;薛峰;郑江云
2.基于OSG的规则多面体重构和纹理映射技术 [J], 程菊明;赵秋雨;刘连芳
3.多面体表面纹理映射方法的研究 [J], 范波;吴慧中
4.基于三角网格模型的局部纹理映射 [J], 姚砺;钱朔
5.基于三角剖分和纹理映射的物体表面重建算法 [J], 任国强;张勇;胡婷婷;任丙忠;尹燕芳
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轮胎模具花纹块的数控加工
张富春
【期刊名称】《轮胎工业》
【年(卷),期】2006(26)3
【摘要】介绍使用数控机床加工轮胎模具花纹块的方法.首先建立参数化的轮胎胎面模型,采用TIREMAP专用模块将轮胎花纹卷曲到胎顶曲面上,使用UG的角度延伸片及扫描命令成型胎顶及胎侧部位,并用修剪片体命令修剪多余部分,得到轮胎胎面花纹的三维造型,然后对不同部位使用不同的加工方法生成数控机床NC代码,并传送至数控机床在线加工可加工塑料得到轮胎模具花纹块基础模.
【总页数】3页(P177-179)
【作者】张富春
【作者单位】沈阳子午线轮胎模具有限公司,辽宁,沈阳,110034
【正文语种】中文
【中图分类】TQ330.4+1;TP391.72/.73
【相关文献】
1.轮胎花纹块模具型腔曲面构造及数控加工 [J], 王乾廷;刘琼;梁锡坤
2.模具CAD/CAM技术及其在轮胎花纹块基模中的应用 [J], 杨建西;徐博;张健
3.轮胎花纹块模具型腔数控加工研究 [J], 杨建西;张健;林海波
4.全钢载重子午线轮胎活络模具花纹块缺陷原因分析及解决措施 [J], 王胜利;岳智勇;周鹏飞
5.轮胎模具中花纹块高压浇铸模具 [J], 赵敏
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6轮胎工业2019年第39卷基于CATIA 的复杂花纹轮胎施工设计王瑞华，雍占福，王文峰，黄兆阁**作者简介：王瑞华(1994—),男，山东滨州人，青岛科技大学在 读硕士研究生，主要从事高分子材料高性能化与仿真研究。
*通信联系人(hzg@qust. edu. cn)(青岛科技大学高分子科学与工程学院，山东青岛266042)摘要：利用CATIA 软件的三维设计功能完成块状花纹轮胎的三维造型，同时利用其强大的体积求解功能求解出轮胎各部件的体积，然后根据橡胶的不可压缩性，通过分割重组等方法较为精确地计算出轮胎施「.半成品的结构和尺寸，可克服通过AutoCAD 进行轮胎体积估算误差较大的缺点。
关键词：轮胎；花纹造型；施工设计中图分类号:TQ336. 1 + 1；TP311. 1文献标志码：A 文章编号:1006-8171(2019)01 0006 04DOI ：10. 12135/j. issn. 1006 8171.2019.01.0006交通运输业的快速发展极大地带动了轮胎行 业的进步.市场对轮胎品种和规格的需求也越来越多，加之市场变化加快，缩短轮胎的开发周期是摆在轮胎企业面前的一个重要课题，而精确计算 轮胎半成品的尺寸和质量是整个开发过程中的重 要一环。
赫泳涛等⑴利用计算机辅助设计(CAD)三维 轮胎数字化模型，基于CATIA 与VBA 语言开发出 一套轮胎设计系统,并准确绘制出各种花纹沟；董玉德等⑵以CATIA/CAA 为二次开发平台设计了一套轮胎花纹语义，提高了花纹设计效率和智能化 程度；葛华辉等""利用Visual C 语言对Solidworks 进行二次开发，实现了轮胎花纹智能化设计；张萍等⑷基于UG 软件通过对CAD 平台的二次开发实 现了轮胎模具快速造型。
此类方法虽然可高效快速实现花纹设计,但需要设计者精通计算机语言， 而且无法较好地应用于实际施工中。
陈振艺切利用CATIA 的简单实体功能实现了轮胎花纹三维造型； 丁海峰等同利用CATIA 的曲面造型功能完成了轮胎 三维造型;此类方法局限性高、误差大。
![[原创]3D制作复杂花纹的轮胎模型教程](https://uimg.taocdn.com/d3e7a7c1b04e852458fb770bf78a6529647d351b.webp)
本教程将说明如何3dmax制作轮胎的胎面如上图所示，您可以从从盒子模型或样条曲线的踩踏。
我个人使用的样条线的90%，但如果使用的样条曲线，那么你将需要清理收拾模型的几何形状0
图一0
删除模型的一半，所以我们可以在以后镜像。
选择的面和斜面他们足以让一些深度。
然后选择边缘的模型，并将它们连接的另一侧0
图二0
添加一个编辑多边形和两次命中细化。
这将使边缘漂亮和光滑，当我们添加一个网格光滑0
图三0
添加网格平滑“修改器，编辑多边形，并开始选择不需要的边循环。
然后删除它们，直到它们的边缘，使其光滑。
我使用Ctrl + Backspace键，使它更容易些，但保存以前经常这样做0
图四0
复制模型16倍，然而，许多时候，你需要使你想要的踩踏。
然后焊上所有连接的点，把它从16个到1目 - 所有连接0
图五0
镜像的模型，焊接中间点，然后去掉中间的边缘。
应用弯曲改性剂和焊接连接点0
图六0
拉出的边缘，这样我们就可以变形外0
图七0
应用的的FFD修改中，将其设置为5x5x5和规模在边缘0
图八0
挤出的边缘倒角的边缘得到平滑过渡0
图九0
希望这个小教程将帮助您为自己的项目来模拟轮胎胎面。
图十0。
复杂花纹轮胎有限元网格划分方法研究
郑丽嫦;周涛;杨晓光;臧孟炎
【期刊名称】《机械设计与制造工程》
【年(卷),期】2022(51)8
【摘要】提出一种高效的复杂花纹轮胎有限元网格划分方法。
基于MATLAB开发胎面轮廓轴向映射程序,依据保角映射原理将曲面形态的胎面转换为平面,在CATIA 软件中根据花纹平面展开图剖切花纹,使用ABAQUS/CAE软件根据节距模型的结构特征进行分区,实现自动划分形状规则的六面体网格。
开发轴向和周向还原计算程序将单个节距花纹模型进行几何还原后,根据节距排列规则实现整个轮胎花纹节距网格的自动排序。
结果表明,通过程序将胎面外表面转换为平面,采用多软件组合方法可大幅提升复杂花纹剖切效率和六面体网格划分效率。
【总页数】5页(P14-18)
【作者】郑丽嫦;周涛;杨晓光;臧孟炎
【作者单位】华南理工大学机械与汽车工程学院;万力轮胎股份有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】U463.341
【相关文献】
1.带复杂花纹的子午线轮胎建模方法及其稳态滚动的有限元分析
2.带复杂花纹的子午线轮胎有限元建模方法
3.复杂胎面花纹轮胎有限元三维建模方法
4.复杂胎面花
纹轮胎有限元三维建模方法5.帘线角对子午线轮胎力学性能的影响——基于含复杂花纹的轮胎有限元静力分析研究
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项目九轮胎的造型设计
一、教学目标
最终目标：
完成轮胎的造型设计。
二、工作任务
1、对产品进行造型分析，合理造型方法，设计零件；
1、完成轮胎的造型设计。
（合计4课时，其中授课：2课时，上机操作：2课时）
三、操作步骤和方法
1、造型方法：拉伸、阵列、环形折弯、镜像
2、操作步骤
第一步：绘制截面：
拉伸深度：600mm，完成后如下图：
第二步：
1、用拉伸切除材料方法创建轮胎纹路
深度为3.00mm 该尺寸做为阵列的驱动尺寸，别漏了
2、再阵列纹路，增量为-12，个数为50个。
第三步：环形折弯
折弯前，把前两步的特征成组。
插入－>高级－>环形折弯－>360°－>单侧－>（内定选项）曲线折弯收缩－>完成
选择任意一个端面为绘图面，绘制折弯曲线：注意选择几何参考，别漏了局部坐标系。
注释：局部坐标系的作用，指定作环形折弯时的中性平面位置，中性平面是指形状保持不变
的平面，因为在作环形折弯时，弯曲的地方总是要变形的。
该方向(7mm)的长度可长可短，没有刻意规定，系统会根据尺寸自动计算。
完成后，系统提示，选择两个平面定义折弯的长度，选择两个端面，完成，并着色。
复制另一半，编辑－>特征操作－>镜像－>从属－>完成－>所有特征,完成如下图：
曲线起点必须对齐中性平面
四、考核评分
1、规定时间内完成；
2、造型设计符合要求。
五、课外思考题
若改为双侧环形折弯，应该怎么做？
提示：双侧折弯时，中性平面一般设定在对称上，即是局部坐标放在对称线上。
基于反求工程设计的子午线轮胎花纹测量研究_丘永亮2007年10月第35卷第10期机床与液压MACH I NE TOOL&HYDRAUL I CSO ct 2007V ol 35No 10基于反求工程设计的子午线轮胎花纹测量研究*丘永亮1,阎秋生2,高伟强2(1 广东工贸职业技术学院机电工程系,广州510510;2 广东工业大学机电工程学院,广州510090)摘要:为了实现轮胎花纹的反求设计,测取轮胎花纹点云数据是非常关键的一步。
通过采用多种测量设备和方法对轮胎花纹进行测量,实验结果表明采用COM ET系统能够有效测取包括轮胎花纹凹槽、缝隙等微细特征,这为后面轮胎花纹的反求设计提供了条件。
关键词:轮胎花纹;反求设计;测量中图分类号:T P427;TQ336 1 文献标识码:A 文章编号:1001-3881(2007)10-137-3Study on theM easure m ent of Tread Pattern ofM eridianTyre Based on Reverse Engineering DesignQ I U Yongliang1,YAN Q i u sheng2,GAO W e i q iang2(1 Depart m ent o fE l e ctro m echan ical Eng i n eeri n g,Guangdong Vocati o nal Co llege o f I ndustry&Co mm erce, Guang zhou510510,Ch i n a;2 Sc hoo l o fE l e ctr o m echan ical Eng i n eeri n g,Guangdong Un i v ersity o fTechnology, Guangzhou510090,Ch i n a)Abstrac t:In o rder to fi n ish t he reverse eng i neeri ng(RE)desi gn of t y re tread pattern,it is very i m portance to capture the po i nt cloud date o f t y re tread pa ttern.The tyre tread pa ttern w asm easured w ith seve ra lm eas ure m achi nesand m ethods.The result i ndicates tha t the COM ET sy stem can m easure effecti ve l y so m e tiny charac teristi c o f the tyre tread pattern such as scoop channe l and the gap.K eyword s:T read pattern;R everse eng i neer i ng des i gn;M easure轮胎是汽车的重要部件,是橡胶工业中最重要的产品。
· 297 ·基于三维设计软件CATIA 的12R22.5全钢载重子午线轮胎施工设计战琪轩，朱柏林，雍占福*（青岛科技大学 高分子科学与工程学院，山东 青岛 266042）摘要：介绍基于三维设计软件CATIA 的12R22.5全钢载重子午线轮胎施工设计流程优化。
该方法可以简单快捷地完成轮胎花纹绘制，得到完整的轮胎花纹三维造型以及轮胎各部件的尺寸、体积和质量，模拟成品轮胎的施工设计，优化设计流程；设计数据更加精确，保证半成品尺寸设计的合理性；使轮胎设计人员更直观地比较不同设计方案，并进行优选；减少轮胎生产试制次数，缩短开发周期，降低生产成本。
关键词：全钢载重子午线轮胎；施工设计；三维设计软件；CATIA ；流程优化中图分类号：TQ336.1；TP391.7 文章编号：2095-5448（2023）06-0297-04文献标志码：A DOI ：10.12137/j.issn.2095-5448.2023.06.0297近年来，随着交通行业迅速发展，轮胎工业也在不断进步。
轮胎企业对使用计算机技术进行轮胎造型设计、施工设计和力学分析的需求逐渐增大，利用二维设计软件已经无法完全满足企业的需求。
为了降低生产成本、提高生产效率，利用三维设计软件对轮胎进行设计成为研究热点。
席思文[1]基于三维设计软件CATIA 对轮胎包络进行了准确计算分析。
陈振艺[2]利用CATIA 的简单实体功能进行了载重轮胎花纹的造型。
杨洪云等[3]基于CATIA 二次开发出轮胎包络自动形成的方法。
陈振艺[4]用VB 软件对CATIA 进行了简单的二次开发。
丁海峰等[5]介绍了CATIA 在轮胎设计中的应用。
白苏诚等[6]提出了一种轮胎多节距自动化装配方法，并将其应用于CATIA 中。
胡燕萍[7]提出了CATIA 在轮胎三维设计中的应用。
王瑞华等[8]进行了基于CATIA 的复杂花纹轮胎施工设计。
高荣彬等[9-10]研究了基于CATIA 的变节距花纹全钢载重子午线轮胎造型设计和施工设计。
具有旋转不变性的轮胎纹理特征提取
刘颖;燕皓阳
【期刊名称】《西安邮电学院学报》
【年(卷),期】2015(020)006
【摘要】针对轮胎花纹图像,给出一种基于能量分布的曲波变换纹理特征提取算法.对轮胎花纹图像进行曲波变换,提取变换后子带的均值和方差作为特征值,构成特征向量,用以表示图像的纹理特征.计算各子带的能量,按大小排序,同时对特征向量进行循环位移,使能量最大的子带所对应的特征值位于特征向量首部,从而保证特征向量不因图像旋转而发生变化.对轮胎花纹数据库进行检索试验,结果表示所给方法的查准率为47.5％,优于小波变换算法的35.5％和曲波变换算法的41.17％.
【总页数】5页(P10-13,27)
【作者】刘颖;燕皓阳
【作者单位】西安邮电大学通信与信息工程学院,陕西西安710121;西安邮电大学通信与信息工程学院,陕西西安710121
【正文语种】中文
【中图分类】TN911.7
【相关文献】
1.基于脊波变换的旋转不变性纹理特征提取方法 [J], 韩光;赵春霞
2.具有尺度与旋转不变性的立体影像自动匹配研究 [J], 赵西安;陈志学;吕京国;靖常峰
3.一种具有旋转不变性的相关系数影像校正方法 [J], 原凯敏;韦春桃;邹瑄
4.具有旋转不变性的轮胎纹理特征提取 [J], 刘颖;燕皓阳;
5.具有旋转不变性的立体轨道积木编码系统 [J], 周佳立;冯媛媛;武敏;吴超
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基于模糊聚类的最合适的轮胎花纹的设计摘要：汽车在生活中的应用越来越广泛，成了不可或缺的交通工具。
对于不同的车辆情况和环境条件，本文主要利用模糊聚类方法建立模型，求出车辆情况、路面条件、使用需求给定时适合的花纹类型，并对所得结果进行客观有效地分析和评价。
关键词：花纹类别；模糊聚类；车辆情况；路面条件；使用需求一、引言1.1研究轮胎花纹的意义随着汽车高速化以交通密度的日益增大，根据性能的需要，使用需求以及路面条件不同等，生产商往往会针对这些因素设计出带有不同花纹的轮胎。
对于不同的轮胎花纹设计方案，建立合理的数学模型，增加方案的可靠性与实用性。
1.2 轮胎花纹的问题提出（1）在只考虑车辆情况（车辆的载重量、极限速度、牵引力、轴距）且运用不同的轮胎花纹行驶情况下对车子的行驶性能的影响做出对比，筛选出相对比较优越的轮胎花纹。
（2）在只考虑路面情况（城市道路、崎岖山地、松软土地、沙地）且运用不同的轮胎花纹行驶情况下对车子的行驶性能的影响做出对比，筛选出相对比较优越的轮胎花纹。
（3）在只考虑使用需求（噪声性能、排水性能、灵活性能、自洁性能）且运用不同的轮胎花纹行驶情况下对车子的行驶性能的影响做出对比，筛选出相对比较优越的轮胎花纹。
（4）综合以上结果，设计出合适的轮胎花纹。
二、问题分析轮胎花纹是轮胎的重要组成部分，它极大程度上影响着汽车的性能，其关系到是否能够充分发挥轮胎的牵引力、制动转弯、排水性及噪音等性能。
本文就车辆情况、路面条件和使用需求三个方面分别进行分析，综合考虑多种因素设计出最适合的花纹。
2.1 普通花纹普通花纹适合于在硬路面上使用。
它分为横向花纹、纵向花纹、块状花纹、不对称花纹、复合花纹、单导向花纹。
（1）纵向花纹花纹沟方向与圆周方向一致，即胎面纵向连续，横向断开。
轮胎抗滑能力呈现出横强而纵弱的特征。
这种花纹轮胎的滚动阻力较小，不易发生侧滑，不过其在湿地的稳定性能差。
适合在硬路面（如城市道路和高速公路）上使用。
基于CAA-RADE的轮胎三维花纹参数化设计的实现鲁军;董玉德;李廷照;张方亮;刘彦超;杨洋【期刊名称】《轮胎工业》【年(卷),期】2014(34)5【摘要】为了实现轮胎花纹的快速设计,提出一种基于CAA-RADE的轮胎三维花纹参数化设计方法.在讨论轮胎花纹关键问题的基础上,给出了轮胎花纹沟曲面创建的基本方法;采用VC++语言作为CATIA软件的二次开发工具,并借助CATIA的组件开发环境,实现轮胎三维花纹的参数化设计;给出了轮胎三维花纹参数化设计的实例.测试结果表明,该程序可以减少轮胎花纹设计过程中存在的大量重复性劳动,使轮胎花纹设计更加简单和高效.【总页数】5页(P272-276)【作者】鲁军;董玉德;李廷照;张方亮;刘彦超;杨洋【作者单位】合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽合肥230009;合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽合肥230009;合肥工业大学机械与汽车工程学院,安徽合肥230009;佳通乘用子午线轮胎有限公司,安徽合肥230601;佳通乘用子午线轮胎有限公司,安徽合肥230601;佳通乘用子午线轮胎有限公司,安徽合肥230601【正文语种】中文【中图分类】U463.341;TP391.72【相关文献】1.轮胎胎面花纹的参数化设计 [J], 朱茂桃;崔成龙;王国林;应世洲2.基于数学规划模型的轮胎花纹设计研究及三维造型 [J], 姜帅琦3.基于三维设计软件CATIA的12.00R20变节距花纹全钢载重子午线轮胎造型设计 [J], 高荣彬; 黄兆阁; 杨朔; 雍占福4.基于三维设计软件CATIA的12.00R20变节距花纹全钢载重子午线轮胎造型设计 [J], 高荣彬; 黄兆阁; 杨朔; 雍占福5.一种轮胎花纹的参数化设计系统及其方法 [J], 李静萍因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
技术创新《微计算机信息》2012年第28卷第10期120元/年邮局订阅号：82-946《现场总线技术应用200例》软件时空基于两步映射的轮胎花纹曲面造型方法Surface modeling of the tire tread based on two step mapping(沈阳工业大学)张胜男王孟牛连强ZHANG Sheng-nan WANG Meng NIU Lian-qiang摘要:轮胎花纹造型是轮胎造型的主体内容,其关键是平面花纹向轮胎主曲面的映射。
为了支持一般仿真系统直接进行轮胎造型,提出了一种基于两步曲线映射的花纹造型方法。
该方法将轮胎花纹造型抽象为沿轮胎轴向截面和沿轮胎回转方向的圆环面的两次映射,得到一个周期内的轮胎花纹曲面,再对其旋转、复制,最后进行拔模得到轮胎花纹曲面。
除了具有较高的造型质量外,该方法简化了造型的复杂度,且具有较高的造型效率。
关键字:轮胎花纹;曲面造型;映射;OpenGL 中图分类号:TP 391文献标识码:AAbstract:The main content of the tire modeling is the tire pattern modeling.The key is the mapping of tire surface plane pattern to surface lord.In order to support the general simulation system of directly tire modeling.Put forward the decorative pattern modeling methods,based on the two steps curve mapping.This method will be the pattern modeling abstract for the twice mapping:along the tire axial section and long the direction of the circle turn tire.Get a cycle the pattern of the surface,then rotated,copied and draft -ed get out the tire tread surface in the last.In addition to the modeling of the high quality,the method simplifies the complexity of the model,and has higher efficiency.Keywords:Tire pattern;Surface modeling;Mapping;OpenGL文章编号:1008-0570(2012)10-0438-03引言轮胎的三维造型是轮胎研发过程中的一个重要步骤,主要包括胎冠即花纹部分的造型和胎侧造型。
由于轮胎的花纹及曲面非常复杂,因此轮胎花纹的造型是轮胎造型设计中的关键环节和技术难题。
当前,Pro/E 、UG 、CATIA 等通用的CAD 软件中都提供了与轮胎花纹设计相关的功能。
Pro/E 通过在绘制有轮胎花纹的平板上创建环形弯折特征得到轮胎花纹的造型效果;UG 系统中是将花纹平面展开图运用Tiremap 专用模块卷曲到胎顶曲面上,形成花纹空间曲线的形状,进而利用这些空间曲线进行花纹沟的造型;CATIA 则直接在轮胎轮廓的旋转曲面上进行花纹绘制,然后再形成实体造型。
基于通用CAD 软件进行轮胎花纹的三维造型,优点是建模简单、质量高,面向工业设计,方便结合CAM 软件实现后续精确、高效的数控加工。
然而,在一些要求不依赖第三方软件、不需要后续加工制造,但又对造型效果具有较高要求的仿真系统以及游戏软件中,如何利用底层方法实现轮胎花纹的精确、快速造型是更为关键的,此时可借助OpenGL 这一开放的三维图形软件包实现轮胎花纹的三维造型。
轮胎花纹设计是以轮胎花纹平面展开图为基础的,花纹造型的关键是平面花纹向胎顶曲面的映射。
传统方法多采用投影方式,将花纹平面曲线按一定的矢量投射到轮胎曲面上,这种方法在曲率变化大的区域(如轮胎两侧)会产生很大的投影误差。
文献从花纹平面展开图上的特殊点(即X 和Y 坐标轴上的点)出发,分情况推导各点从平面图形到三维模型的准确的函数关系,由于后续UG 扫描造型方法的要求,该方法计算量较大。
文献采用NURBS 曲面映射方法,即将平面花纹及轮胎表面都用NURBS 曲面参数化表示,通过在平面和轮胎自由曲面参数域的参数之间建立一一对应关系,实现平面点与曲面点的一一对应,从而将平面曲线映射到轮胎曲面上。
对于复杂的平面二维花纹,选取合适的NURBS 曲面参数化表示方法较为困难。
文献利用曲面离散方法,实现平面曲线到自由曲面的定长度映射,但存在一定的计算误差。
借鉴Pro/E 的造型方法,本文提出了基于两步映射的平面花纹向胎顶曲面的映射方法,该方法在有效地构造轮胎花纹形状的同时,简化了造型的复杂度,减少了计算量。
1轮胎花纹造型原理轮胎的设计主要包括轮胎截面形状设计和轮胎二维花纹形状设计两部分。
其中,轮胎截面包括胎冠曲线和胎侧曲线。
胎冠处曲线由若干段圆弧组成。
(1)轮胎花纹胎面一般由不同形状的花纹构成,这些花纹按照一定的变化规律均匀分布在轮胎外表面,从而构成三维的几何形状,且根据其位置和形状特点可将花纹大致分为横向花纹、纵向花纹、混合花纹、块状花纹四种形式。
随着对轮胎性能和质量要求的提高,轮胎花纹的复杂程度也越来越高,常常是多种花纹的复杂组合。
图1为混合风格的轮胎花纹的平面展开图。
(2)花纹造型轮胎造型主要包括主曲面的花纹造型和胎侧的其他附属元素如文字等的造型。
这里仅讨论前者。
造型时,首先要将轮胎截面旋转生成轮胎的主曲面,然后进行由平面到主曲面的花纹映射,最后在主曲面上相应位置构造花纹沟槽,从而完成轮胎整体造型。
由于轮胎表面的花纹造型具有周期性,通常只需对轮胎张胜男:副教授硕士研究生导师438--邮局订阅号：82-946120元/年技术创新软件时空《PLC 技术应用200例》您的论文得到两院院士关注表面的一段进行造型,再利用旋转得到完整的花纹形状。
花纹沟槽可通过对轮胎表面上的花纹按照一定的斜度拉伸(即拔模)得到。
轮胎造型中的难点是二维平面花纹向主曲面的映射,这是一种定长度映射,即要求映射到轮胎曲面上的花纹形状与平面花纹形状一致,且保持映射后的曲线长度与平面图中的尺寸相同。
2平面到轮胎主曲面的花纹映射考虑到轮胎截面由若干段圆弧构成,而将截面旋转后就可以得到轮胎的三维实体。
因此,本文采取两步映射法实现由平面到轮胎主曲面的花纹映射。
2.1花纹线的离散与信息提取在花纹的平面展开图上,花纹线一般由直线和曲线构成,其中直线段可以用参数表示,而曲线则需用控制点来描述。
在进行平面花纹线向曲面映射之前,需要提取花纹线信息,即获取平面花纹线上的离散点坐标。
对于平面直线段,可以按预定过程依次提取每条矢量线段上的两个端点,再对该线段进行等距离剖分,从而获得平面花纹线的离散点表示。
例如对矢量线段AB 进行离散剖分。
记(x A ,y A )和(x B ,y B )分别为线段端点A 、B 的坐标,n 为等分点的数目(其值由线段AB 的长度和预定精度决定),则剖分点P i (0≤i ≤n,A=P 0,B=P n )的坐标为:,0≤i ≤n(1)2.2坐标系的建立与映射过程设OXY 为花纹曲线的平面坐标系,OXYZ 为轮胎主曲面坐标系,参见图2。
其中,O 为轮胎中心,YOZ 平面为轮胎截面所在平面,该平面截轮胎主曲面后得到轮胎截面上的一段圆弧记作mn,O 1为其圆心。
设r 为轮胎半径,r ’为圆弧mn 的半径。
以下是一个周期平面花纹上的线段AB 映射到主曲面上的曲线段A ”B ”的过程。
步骤1:将AB 均匀离散,得到花纹信息;步骤2:对每个离散点P,保持X 坐标不变,做该点到YOZ 截面圆弧mn 上对应点P ’的轴向映射;步骤3:由于轮胎是一个回转体,对每个P ’,保持Y 坐标不变,做P ’向XOZ 截面上回转曲线(圆弧)上对应点P ”的径向映射。
得到一个周期内的轮胎花纹曲面;步骤4:将一周期的轮胎花纹曲面进行旋转复制,得到完整的轮胎曲面。
由后文分析可知,两步映射法便于离散点的坐标计算,并可以较小的代价达到较高的精度和速度。
2.3平面到轴向截面的花纹映射在离散处理后,将平面花纹曲线映射到圆弧mn 的实质是将平面花纹中的每个离散点P 映射到O 1XYZ 坐标系中上的P ’,如图3所示。
记P 点坐标为(x p ,y p ,z p ),点P ’坐标为(),Q 为圆弧mn 与Z 轴的交点。
在直角坐标系O 1XYZ 中,圆弧mn 对应的圆心角为n(弧度值为θ),圆弧的长度为l,根据弧长公式可以得到该圆的半径为:(2)为保证映射前后花纹线段长度不变,令圆弧QP ’的长度等于y p ,可得到弧QP ’所对应的弧度,于是,得到点P ’的坐标为:(3)在上式中,映射点坐标是通过三角函数运算得到的,比较耗时。
由于在采用等距剖分时,相邻映射点之间的弧长也是相同的,对应的圆心角也相等,记为θ△,可直接由相邻两点坐标根据式(3)计算并求差得到。
为减少计算量,以下建立计算所有映射点坐标的递归关系。
设P i 、P i+1是平面花纹线段中的相邻两点,其对应于圆弧和的圆心角分别和+。
于是,由式(3),可得到二者的变换后坐标为:,(4)将上述公式展开化简得(5)根据上述递推关系,只要计算一次线段端点对应的初始角度和角的三角函数值,所有映射点坐标可以只利用乘法和加法运算计算出来。
2.4轴向截面到轮胎圆环的径向映射径向映射的目的是将3.3节映射后的弧再映射到轮胎圆环面上。
记P ’点在坐标系OXYZ 上的映像为P ”,坐标为()。
根据长度不变原则,需要保持变换前后的两段弧长相等。
映射原理如图4所示。
在坐标系OXYZ 中,记Q ”为圆弧A ’B ’所在轮胎圆环曲线与Z 轴的交点。
由于P ”点所在的圆环的半径r ”为r-(r ’-z p '),弧Q ”P ”的长度为P ’点的x 坐标x p ',记其对应的圆心角为,有,因此,得到P ”点坐标为:(6)类似地,也可以利用递推关系来避免三角函数的计算,以提高算法的速度。
经过两次映射后得到了一个周期花纹轮胎曲面,将其绕Y 轴旋转一周,就得到了完整的轮胎花纹曲面。
3轮胎花纹造型过程描述轮胎花纹具有对称性,可以对一侧造型,另一侧通过镜像得到。
这里描述右侧花纹的造型过程。
图1所示的花纹可视为由两部分构成,复杂的轮胎花纹可能包含更多的部分,不妨设为m 。
