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随着汽车工业的发展,汽车的功能不断改进,进而对轮胎性能提出了更高的要求。硫化是影响成品轮胎质量的重要工序,对轮胎硫化设备和制造工艺的改进和创新能有效提高轮胎的性能,满足汽车绿色安全节能的需求。针对传统中心机构胶囊的缺陷,提出直压硫化技术,中心机构采用导热性好刚性高的金属内模,提高轮胎的质量,然而现有的直压硫化内模没有明确适用范围,只能针对255/30R22规格的轮胎使用,其他规格的轮胎无法在设计前判断内模是否干涉,内模结构参数的取值没有达到最优解,而且仍存在金属内模脱模时摩擦轮胎内表面的问题。本文的研究内容是在常规直压硫化内模的基础上,提出一种改进的结构形式,提出阶梯式直压硫化内模,通过轴向空间弥补径向空间的不足,并计算得出两种直压硫化内模的适用范围以及内模的最优结构参数;建立235/45R18规格轮胎的阶梯式直压硫化内模数字模型,对内模进行运动学仿真和有限元力学性能分析;为了方便金属内模脱模,提出渐变断面轮胎并进行力学性能数值模拟。本课题的主要工作内容如下:(1)针对直压硫化内模适用范围小的问题,提出改进的阶梯式直压硫化内模的结构形式,对常规直压硫化内模和阶梯式直压硫化内模的适用范围进行研究,建立常规直压硫化内模的物理模型和数学模型,采用MATLAB计算得到直压硫化内模结构参数最优解,并明确常规直压硫化内模和阶梯式直压硫化内模的适用范围和针对任意规格轮胎的判断公式,扩大直压硫化技术的实际应用范围,推广到更多具体规格的轮胎上。(2)对235/45R18规格的轮胎进行阶梯式直压硫化内模的设计,根据轮胎规格的要求和零件之间几何关系,利用公式对每个零件的尺寸参数进行计算,借助UG NX建立直压硫化内模的数字模型,并对建立的三维数字模型进行运动仿真,验证内模运动学的合理性,无干涉。(3)根据实际硫化工况,建立235/45R18规格轮胎的内模有限元力学模型,采用ABAQUS对内模有限元模型进行力学性能仿真,分析内模的应力分布和位移变化,确认内模的整体强度达到要求,可以正常工作。(4)针对金属内模脱模时容易划伤轮胎内表面的问题,参考塑料零件的拔模斜度,提出渐变断面轮胎的概念,建立235/45R18规格渐变断面轮胎的几何模型,根据充气和静载工况建立轮胎力学性能仿真有限元模型,对比普通断面轮胎和渐变断面轮胎的力学性能各项参数,验证渐变断面轮胎的可行性。