吳賢開，吳賢標(biāo)，張首冠，蔡子平，柯湧躍，張賽軍

（1.天陽模具有限公司，廣東 揭陽 515559；2.華南理工大學(xué) 機械與汽車工程學(xué)院，廣東 廣州 510640）

0 引 言

輪胎是橡膠工業(yè)的代表產(chǎn)品，是一個國家發(fā)展必不可少的戰(zhàn)略資源[1]。近年來,汽車工業(yè)進(jìn)入了快速發(fā)展通道,節(jié)能與新能源汽車不斷推出[2],也促進(jìn)了輪胎行業(yè)的發(fā)展。隨著輪胎行業(yè)的飛速發(fā)展，對輪胎產(chǎn)品的多樣性和性能要求也越來越高。成型是輪胎生產(chǎn)中的重要工序，其成型模的成型鼓直接影響成型輪胎的使用性能和制造精度。針對不同的要求實現(xiàn)輪胎成型是成型鼓研發(fā)的重點，也是輪胎生產(chǎn)企業(yè)提高生產(chǎn)效益的有效途徑。

成型鼓是輪胎成型模的主要零件，其結(jié)構(gòu)的設(shè)計與改進(jìn)一直都是輪胎生產(chǎn)的重點。目前，國內(nèi)外關(guān)于普通車輛輪胎成型鼓的研究較多，而關(guān)于大伸縮比寬基輪胎成型鼓（徑向伸縮式）和大伸縮比航空輪胎成型鼓（軸/徑向伸縮式）的研究仍處于研發(fā)階段[3]。國內(nèi)輪胎企業(yè)的生產(chǎn)主要集中于中低端產(chǎn)品，多數(shù)高精度成型鼓與大伸縮比成型鼓依賴進(jìn)口。因此，大徑向伸縮比成型鼓的改進(jìn)設(shè)計成為其設(shè)計方面的研究重點。汪菲等[4]基于螺旋理論對一種航空輪胎用軸/徑向伸縮式成型鼓進(jìn)行了拓?fù)浞治雠c結(jié)構(gòu)創(chuàng)新，得到了多種可行的改進(jìn)方案。豆亞云[5]基于螺旋理論與疊加原理提出了一種新型軸/徑向伸縮式成型鼓，對其運動學(xué)、尺度綜合、運動仿真等進(jìn)行分析，實現(xiàn)了較大徑向伸縮比下成型鼓的應(yīng)用。在實際生產(chǎn)中，目前國內(nèi)徑向伸縮鼓多采用雙滑塊式連桿機構(gòu)。

改革開放以來,我國整體經(jīng)濟得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展,汽車行業(yè)尤為突出[6]。近年來，國內(nèi)針對大徑向伸縮比成型鼓的結(jié)構(gòu)分析與改進(jìn)的研究一直在進(jìn)行，但在實現(xiàn)大徑向收縮比的同時難以兼顧對鼓寬的控制。在要求大徑向伸縮比、對鼓寬大小沒有嚴(yán)格限制的情況下可以很好地完成成型工作，在徑向伸縮比較大、鼓寬較小的場合中無法滿足設(shè)計要求。現(xiàn)介紹一種改進(jìn)后的軸向伸縮旋轉(zhuǎn)折疊成型鼓結(jié)構(gòu)，可應(yīng)用于伸縮比大且鼓寬小的場合，同時改善了成型后的輪胎質(zhì)量。

1 雙滑塊式徑向伸縮成型鼓局限性

雙滑塊式徑向伸縮成型鼓是目前國內(nèi)最多使用的徑向伸縮鼓，結(jié)構(gòu)簡圖如圖1所示，采用雙滑塊式連桿機構(gòu)，通過左右導(dǎo)向盤的限位作用，將主軸1上滑動座2的軸向運動轉(zhuǎn)化為鼓架的徑向運動。這種成型鼓具有整體精度高、成型效率高、運行穩(wěn)定、可靠性高等優(yōu)點，但鼓架的伸縮范圍會受到滑動座軸向行程的限制。要達(dá)到較大的徑向伸縮比，必須增大滑動座的軸向行程。而滑動座行程的大小直接影響伸縮鼓的鼓寬大小，增大滑動座行程則鼓寬也隨之增大。這種結(jié)構(gòu)的局限性在于滿足大伸縮比的同時鼓寬也較大，無法應(yīng)用于伸縮比較大、鼓寬較小的場合。

圖1 雙滑塊式徑向伸縮成型鼓結(jié)構(gòu)簡圖

2 新結(jié)構(gòu)成型鼓分析

雙滑塊式徑向伸縮鼓實現(xiàn)大伸縮比的同時無法保證較小鼓寬的應(yīng)用，現(xiàn)設(shè)計了一種新結(jié)構(gòu)軸向伸縮旋轉(zhuǎn)折疊成型鼓。新結(jié)構(gòu)成型鼓改進(jìn)了原結(jié)構(gòu)對鼓寬的限制，可適用于伸縮比大、鼓寬小的場合，成型鼓結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 新結(jié)構(gòu)成型鼓

成型鼓不再采用原來將滑動座軸向運動轉(zhuǎn)化為鼓架徑向運動的伸縮方式，而是利用旋轉(zhuǎn)座的回轉(zhuǎn)運動帶動連桿擺動使鼓架與鼓肩進(jìn)行徑向伸縮運動。成型鼓主體結(jié)構(gòu)由主軸1、鼓肩8、與鼓肩固定連接的鼓架4、鼓肩的徑向伸縮裝置和旋轉(zhuǎn)折疊裝置、心軸2和軸向旋轉(zhuǎn)運動裝置組成。其中徑向伸縮裝置由導(dǎo)向桿3及導(dǎo)向套組成，帶動鼓肩鼓架實現(xiàn)徑向伸縮；旋轉(zhuǎn)折疊裝置由主軸1、連桿5、旋轉(zhuǎn)座6和旋轉(zhuǎn)套組成，旋轉(zhuǎn)座由螺釘固定在旋轉(zhuǎn)套上，連桿兩端通過傳動銷7分別與鼓架和旋轉(zhuǎn)座連接，通過旋轉(zhuǎn)座的旋轉(zhuǎn)運動帶動連桿完成成型鼓的張開、折疊動作。鼓肩由大鼓肩和小鼓肩組成，連桿由大連桿與小連桿組成。大鼓肩與大連桿相連，小鼓肩與小連桿相連。大連桿長度較長，大連桿與導(dǎo)向桿形成的角度應(yīng)大于小連桿與導(dǎo)向桿形成的角度，小連桿與導(dǎo)向桿形成的角度可以接近于0。因此，鼓肩收縮時小鼓肩先進(jìn)行收縮，這種結(jié)構(gòu)設(shè)計使收縮過程中大小鼓肩不會互相干擾，展開過程中又能相互閉合，形成無縫隙真圓狀態(tài)。成型鼓兩邊各有一個導(dǎo)向座，左導(dǎo)向座通過主軸上的鎖緊環(huán)與小平鍵實現(xiàn)定位，右導(dǎo)向座通過主軸上的軸肩與小平鍵實現(xiàn)定位。此外，在導(dǎo)向座上還設(shè)有限位盤，用以限制鼓架徑向展開的行程，還可以減少行程誤差，提高輪胎胎胚的成型精度。對于軸向旋轉(zhuǎn)運動裝置，旋轉(zhuǎn)套設(shè)計為中空圓筒狀，裝配在主軸上，旋轉(zhuǎn)套側(cè)面設(shè)有軸向方向的直線導(dǎo)向通孔，與芯軸固定連接的傳動銷穿過直線導(dǎo)向通孔并進(jìn)入螺旋導(dǎo)向槽，旋轉(zhuǎn)座設(shè)置在旋轉(zhuǎn)套外側(cè)并固定連接，實現(xiàn)軸向旋轉(zhuǎn)運動。成型鼓的小鼓架上還焊接了調(diào)整塊，可以通過調(diào)整螺釘來調(diào)節(jié)調(diào)整塊與鼓配合的松緊程度，使鼓肩整體更接近真圓狀態(tài)，有利于提高輪胎胎胚成型的合格率。

這種新型軸向伸縮旋轉(zhuǎn)折疊成型鼓的結(jié)構(gòu)使鼓架與鼓肩只進(jìn)行徑向運動，在軸向?qū)崿F(xiàn)了零行程，縮短成型鼓的軸向內(nèi)部空間，結(jié)構(gòu)更緊湊，有效減小了鼓寬，尤其適用于伸縮比大但鼓寬小的工作場合。

3 新結(jié)構(gòu)成型鼓工作過程

軸向伸縮旋轉(zhuǎn)折疊成型鼓通過對運動伸縮機構(gòu)的改進(jìn)，利用旋轉(zhuǎn)運動向徑向直線運動的轉(zhuǎn)化實現(xiàn)了徑向伸縮功能。實際工作時，芯軸在主軸內(nèi)做軸向直線往復(fù)運動，傳動銷在芯軸與直線導(dǎo)向通孔和螺旋導(dǎo)向槽的共同作用下，推動旋轉(zhuǎn)套旋轉(zhuǎn)。這一步驟將芯軸的軸向運動轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)套的旋轉(zhuǎn)運動，即“軸向伸縮”的實現(xiàn)。連桿一端通過銷軸與鼓架連接，另一端通過銷軸與旋轉(zhuǎn)座連接，旋轉(zhuǎn)套帶動旋轉(zhuǎn)座沿主軸表面做旋轉(zhuǎn)運動，以此帶動連桿的擺動，使鼓肩與鼓架在導(dǎo)向桿的作用下進(jìn)行徑向伸縮運動，實現(xiàn)輪胎成型。成型鼓的大連桿長度比小連桿長，鼓肩收縮時，小鼓肩由于小連桿較短直接進(jìn)行收縮，而大鼓肩則先向外展開一小段距離后再進(jìn)行收縮，順利完成鼓架的徑向伸縮運動。

4 新結(jié)構(gòu)成型鼓在實際生產(chǎn)中的應(yīng)用

采用新結(jié)構(gòu)的軸向伸縮旋轉(zhuǎn)折疊成型鼓已應(yīng)用于實際生產(chǎn)中，成型鼓實物如圖3所示。傳統(tǒng)的雙滑塊結(jié)構(gòu)式成型鼓結(jié)構(gòu)簡單，可以實現(xiàn)不同大小的徑向伸縮比。但針對大徑向伸縮比及較小鼓寬的要求，由于其導(dǎo)向裝置的限制必須增大滑動座的軸向行程，從而鼓寬隨之增大無法滿足要求。新結(jié)構(gòu)成型鼓通過新的運動轉(zhuǎn)換方式可以在實現(xiàn)大徑向伸縮比的同時達(dá)到較小的鼓寬，其結(jié)構(gòu)更為緊湊，同時提高了成型精度并延長了使用壽命。相較于普通成型鼓5萬次左右的使用壽命和徑向跳動0.5 mm以上的變形量，新結(jié)構(gòu)成型鼓的使用壽命為15萬次以上，變形量為徑向跳動0.2 mm以下。

圖3 成型鼓實物

5 結(jié)束語

針對原結(jié)構(gòu)成型鼓實現(xiàn)大伸縮比的同時無法對鼓寬進(jìn)行限制的問題，設(shè)計了一種新型軸向伸縮式汽車輪胎成型模，通過芯軸的直線運動向旋轉(zhuǎn)運動的轉(zhuǎn)化，再向鼓架的徑向伸縮運動的轉(zhuǎn)化，使鼓架和鼓肩只進(jìn)行徑向運動，實現(xiàn)了不影響鼓寬的大伸縮比輪胎成型。

新型成型鼓已經(jīng)在實際生產(chǎn)中應(yīng)用，生產(chǎn)精度得到了較大提高，對輪胎生產(chǎn)有著重要的實用意義。