基于Solideworks的實心輪胎輪輞裝、拆機的設計開發

徐玉紅 ，龍明源 ，陳亞洲

（1.貴州裝備制造職業學院，貴陽 貴州 550004；2.貴州優瑞特工業有限公司，貴陽 貴州550001；3.貴州師范大學機電工程學院，貴陽 貴州550001）

基于Solideworks的實心輪胎輪輞裝、拆機的設計開發

徐玉紅1，2，龍明源3，陳亞洲2

（1.貴州裝備制造職業學院，貴陽 貴州 550004；2.貴州優瑞特工業有限公司，貴陽 貴州550001；3.貴州師范大學機電工程學院，貴陽 貴州550001）

為了解決實際生產銷售中對實心輪胎的輪輞快速裝拆的問題，設計與開發一臺簡易方便的實心輪胎的輪輞裝拆裝置，并對裝置中的關鍵部件受力狀態開展分析。基于Solideworks軟件平臺的虛擬設計結果表明該裝置可以有效提升裝拆效率，降低使用成本。對關鍵部件的有限元分析也表明該裝置能夠滿足設計需要。

實心胎；實心輪胎拆裝裝置設計；有限元分析

在實心輪胎生產銷售中，其輪輞都是裝配完畢后送達用戶手中使用[1]。隨著實心輪胎的廣泛使用，實心胎輪輞的裝拆問題日益突出，需要設計開發一臺簡易方便的實心輪胎的輪輞裝、拆機器，以提高效率，方便用戶，降低實心胎使用成本。

傳統的設計一般采用二維平面設計各部分的尺寸，以二維圖紙的形式進行表達機器尺寸，沒有用三維模型進行參考及查驗。三維設計對于初學設計的人員具有上手快，立體感強的優點；而二維設計需要很強的立體想象能力，這種能力對于初學者比較困難，容易出錯；三維設計可以采用參數化設計，相對二維設計修改方便、快速、簡單，更加直觀、清楚，同時利用干涉檢查功能可以避免復雜設計時經常會出現的“干涉”問題，確保機器的準確性，這個功能是二維設計不能具備的。在具有三維實體的環境下出二維工程圖可以保證平面圖、斷面圖、局部圖等準確可靠。三維實體設計是一種可以嘗試前所未有的、全新的構思的工具。因為它可以任意試驗在實物上不允許的失敗，使設計人員勇于創新。在基于Solideworks軟件自帶的有限元分析插件SimulationXpress為SolidWorks用戶提供了一種容易使用的初步分析工具。SimulationXpress通過在計算機上測試設計從而取代實地測試，可降低設計成本及節約時間，縮短設計周期[2-4]。作為設計人員，使用三維設計工具，對提高設計水平將有極大的幫助。

下面基于Solideworks軟件平臺對實心輪胎的輪輞裝、拆機器進行虛擬設計與開發，并進行受力零件（墊板）的有限元分析。

1 基于SolidWorks的實心輪胎輪輞裝、拆機三維設計過程

新型實心輪胎輪輞裝拆機主要針對輪輞裝拆不便問題，實現傳統實心胎輪輞裝拆機由笨重向小型化和輕量化轉變，解決了傳統實心胎輪輞須返廠拆裝，周期長的問題。

首先，建立實心輪胎及輪輞的模型，其步驟如下：在Solideworks里面繪制建立某規格15寸實心輪胎模型，如圖1所示；在SW里面繪制建立某規格15寸實心胎輪輞模型，如圖2所示。

圖2 實心胎輪輞模型

其次，設計裝拆胎機液壓站、液壓缸，其三維模型如圖3所示。

圖3 液壓站、液壓油缸三維模型

第三，建立機架部分及輪輞壓圈、墊塊、壓板、鎖緊螺母等附件的三維模型，其中關鍵受力部件墊板如圖4所示。

圖4 墊板模型

第四，開展裝配，將液壓站、液壓缸及機架等附件部分的組裝拆輪輞三維裝配體模型，如圖5所示。

圖5 實心輪輞拆裝裝置裝配體模型

2 基于SolidWorks的實心輪胎輪輞裝、拆機的墊板設計有限元分析

2.1 墊板模型的建立

（1）建立三維模型

墊板的結構屬長方形中間挖缺口，中間半圓環型結構，按材料力學初步估算托板厚度尺寸（普通碳鋼，材料Q235），其零件圖如圖6確定。

圖6 墊板零件圖

（2）仿真模型簡化

通過Solidworks對墊板造型后得到圖12所示外形。在實際計算中需要對一些次要因素進行簡化，如忽略一些對整個構建受力不顯著的些圓角、倒角等在仿真過程中對其忽略。建模完畢后利用SolidWorks的有限元分析插件Simulation開展有限元分析。

2.2 有限元分析

（1）在Solidwork中建立仿真算例。主要是對零件材料（Q235）以及零件受力狀態進行分析（本零件工作中主要以抵抗靜壓力），并在軟件中根據零件實際受力情況設定受力方向、位置與大小。根據工況，設定載荷為10 kN（因載荷只需要克服輪輞與實心輪胎內壁的摩擦力即可脫離，取值10 kN即可），如圖7所示。

圖7 載荷加載位置與大小

（2）預處理結束后，進行網格劃分，網格密度按照中等精度進行劃分即可，網格參數如下表1所示。

表1 網格信息

2.3 結果分析

求解后得到的應力圖、位移圖與變形形狀圖，如圖8～10所示。

圖8 應力分布圖

圖9 受力位移圖

圖10 受力變形圖

壓板材料為Q235，屈服強度為235 MPa.應力云圖顯示材料的屈服應力為221 MPa，該模擬結果顯示該結構能夠滿足強度要求。位移圖中最大位移值為0.298 mm，可滿足要求[5-6]。對照應力圖，在零件圓弧的兩側存在較大應力，這對于零件強度是不利的，可以在零件設計圖中對應力值較大區域進行加強以進行優化。實際上，在壓板工作過程中，由于克服了輪輞與實心輪胎內壁的摩擦力，壓板將整體進行移動，應力峰值不會出現，壓板的應力與位移遠遠小于單獨承受載荷分析所產生的值。

3 結束語

本次設計簡易實心輪胎裝拆胎機三維模型，在實際簡易實心輪胎裝拆胎機設計工作中，通過三維模型進行三維虛擬研發，可以將機器設計思路、設計過程及外形尺寸準確的表示出來，并可以進行二維圖紙的轉換，表達出機器的各個尺寸，三維設計對于初學設計的人員具有上手快，立體感強的優點；設計修改方便、快速、簡單；更加直觀、清楚；三維實體設計可以任意試驗在實物上不允許的失敗，使設計人員不怕錯誤，勇于創新，同時通過三維虛擬設計，也極大縮短了開發設計時間，提高了工作效率。

[1]馮水安.實心胎注射式多工位移模硫化生產線[J].橡塑技術與裝備，2010，36（2）：41-43.

[2]湛迪強，孔 杰.SolidWorks 2014快速入門、進階與精通[M].北京：電子工業出版社，2014：1-5.

[3]陳超祥，胡其登.SolidWorks高級教程簡編[M].北京：機械工業出版社，2016：37-42.

[4]藍榮香，高 翔，劉 文，等.SolidWorks零件設計技術與實踐[M].北京：電子工業出版社，2007：67-71.

[5]成大先.機械設計手冊（第1卷）[M].北京：化學工業出版社，2002.

[6]劉鴻文．材料力學[M].北京：高等教育出版社，2004：224-229.

Design and Development of Teardown of Solid Tyre Rim Outfit Based on Solidework

XU Yu-hong1，2，LONG Ming-yuan3，CHEN Ya-zhou2
（1.Guizhou Equipment Manufacturing Vocational College，Guiyang Guizhou 550004，China；2.Guizhou Optimal Rhett industrial Co.，Ltd.，Guiyang Guizhou 550001，China；3.Institute of technology of Profession of Guizhou Normal University，Guiyang Guizhou 550001，China）

In order to solve the problem of solid tire and rim fast installation and tear in sales，a rim design and development of a simple and convenient solid tire dismantling equipment，and key components of the device’s stress state analysis.The virtual design results based on Solideworks software platform show that the device can effectively improve the efficiency of assembly and tear，and reduce the cost of using.The finite element analysis of the key components also shows that the device can meet the design requirements

solid tire；tear and assemble device；finite element analysis

TH122

A

1672-545X（2017）08-0218-03

2017-05-11

徐玉紅（1975-），男，貴州福泉人，工程師，本科，研究方向：機械工程。