免充气塑料轮胎结构设计与成型设计
轮胎作为车辆与地面之间接触的媒介其安全性对于车辆人身安全有着重要的意义。目前，传统的免充气式轮胎经过了多年的投入和发展，逐步解决了充气轮胎的如扎刺爆胎、成型复杂和污染环境等方面的问题;但是，对免充气轮胎本身的结构问题并没有进行系统的研究;同时，充气轮胎结构设计仍处在摸索阶段。 针对上述情况，本文设计了一款全新的连续支撑结构型免充气轮胎，利用数值模拟方式分析了支撑结构、注射成型浇注系统以及工艺对免充气轮胎性能的影响。在此基础上，完成了支撑结构注塑模具的设计。具体研究工作如下: 结合目前市面传统充气轮胎常见的安全处理方式以及现有免充气轮胎的发展情况，提出了一款全新的连续支撑结构型免充气轮胎方案，在确定轮胎组成及材料的基础上，利用ABAQUS软件对轮胎进行了静力学分析。结果表明，这种新型轮胎结构能够达到现有市面上轮胎的性能条件，并有着较大的改进空间。利用数值模拟方式，以安全性、舒适性以及支撑能力为优化目标，通过正交实验对连续支撑结构的关键尺寸进行了优化设计。并对优化后的免充气轮胎与市面上现有两款免充气轮胎及同规格子午线轮胎的性能进行对比分析。研究表明:所设计连续支撑型免充气轮胎在静载条件下应力分布和接地压力较小且分布均匀;刚度表现均与同规格免充气轮胎相近，多个刚度性能优于子午线轮胎。说明本文所提出的连续支撑结构型免充气轮胎方案有一定的实际应用性。针对较难成型的支撑结构部分，选择注塑成型，应用Moldflow软件对其尺寸结构进行进一步优化;并分析了浇口位置和数量，以及成型工艺参数对支撑结构质量的影响。研究结果表明:局部结构的优化有利于注塑件质量的提高;浇口方面，四浇口方案在充填时间，翘曲变形，熔接痕、气穴和流动前沿温度等方面表现较好，注塑制品质量较好;工艺参数优化过程显示，熔体温度对支撑结构的翘曲变形影响最大;最佳工艺参数为保压压力为注射压力的70％，冷却时间15s，熔体温度242.5℃，模具温度70℃。针对连续支撑结构，借鉴直压硫化金属内模胀缩工作原理设计了注塑成型模具。支撑结构内侧空间狭小，内模具采用了斜楔式和阶梯式组合的形式实现异步胀缩;支撑结构外侧面采用“斜导柱+滑块”的结构形式。对内模宽瓦、窄瓦和其对应的支架等关键零部件进行校核并进行了结构改进。经分析，这套模具经过分析强度达到许用要求，能够完成有效的开合模注塑工艺。 本文的研究结果为免充气轮胎的设计提供一定的理论支持以及新的研究思路。
免充气塑料轮胎;连续支撑结构;注塑成型;数值模拟
北京化工大学
硕士
机械工程
安瑛
2020
中文
TQ320.662
2020-11-17（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）