摩托车铝制轮辋的轻量化研究

摩托车铝制轮辋的轻量化研究
摘要：随着我国经济的不断发展，逐渐对于摩托车行业轻量化的研究和分析已成为重点，车轮也是摩托车最重要的承重部件之一，它的轻量化对于现代工业的标准来说也是成为了发展的重点。

对摩托车的车轮进行轻量化的改造，可以在其保障安全性能和使用的基础下，对于如何去提高车轮的材质和韧性等使用方面的问题重点进行分析，提高车轮的使用寿命。

考虑到摩托车在运行过程当中所消耗的燃料来分析，根据数据统计，将摩托车的车轮轻量化比其他部位轻量化对于燃料的消耗量降低来说更加有效。

轮辋是摩托车车轮的核心部位，它的作用就是支撑和摩托车安全的行驶起到非常重要的作用，对其部分进行轻量化的处理具有良好的效果。

当今社会的制造业来观察，对于可以将车轮中一些可以控制的方面进行修改和完善之外，还可以根据对轮辋截面的设计会很大程度的影响其重量。

关键词：摩托车；铝制轮辋；轻量化
一、引言
对于传统摩托车轮辋的径向荷载试验中，强度测试选取轮辋的轮缘、槽底以及其高度进行设计策略，根据相关专业程序对测量数据的分析和设计，将轮辋所关系到的重量和应力支持部分等影响，从而有效的得到了对轮辋的相关设计合理的范围和完善的方式。

将这种方式测量获得的结果进行相关技术的分析处理规划出两种以上的方案，然后在对其进行轮辋的荷载试验，获得的数据进行对比，才能更好的发现所需改进和完善的部位，有利于增加轮辋方面对于轻量化标准的追求。

接下来将会对摩托车铝制轮辋的轻量化研究，采用与传统之前不同的材料和方式，极大的减少了成本的投入，并且有效的缩短了对轮辋的制造周期，为轮辋设计以及生产技术水平开拓了新的探索与实践。

二、轻量化发展背景
随着我国经济以及工业的大力发展，摩托车行业得到了快速的推动，我国从二十世纪开始逐渐对摩托车进行自主的研发和生产，再看到现如今的社会，摩托车的发展历程已经经过了几十年，根据近几年的摩托车产量和摩托车销售量的数据显示，虽然呈现的是逐步增加的，但其中也显现出了许多不足的地方成为了摩托车发展中的绊脚石。

比如就是在摩托车生产技术中还不够完善，对于摩托车一些地方缺少完善和创新，相同行业之间因为一些部位设备的质量问题进行竞争，一些不良的相对竞争使得摩托车行业的产量和销售量下滑。

并且随着当今社会的发展，随着人口的增多，人们逐渐对环境的保护意识建立了起来，想办法开始对有限资源的节约和利用，为了能够有效的减少车辆尾气排放对大气的污染，所以我们不仅仅要重视对工业的大力发展，还要保障资源的合理利用以及环境的保护意识，所以根据联系主题，摩托车的轻量化对于尾气的排放和燃料的消耗有会有所节约和更好的利用。

根据研究摩托车的结构来看，摩托车的车轮是A级的安全件，经过这些年对于摩托车的性能研究和开发，车轮速度效率就是能够影响整个摩托车的性能以及它的安全稳定性能。

可以这么说，可以根据判断轮辋的质量和轻量化就能够来衡量一个摩托车的好坏或者等级。

由于考虑到车轮的轮辋是核心部位，还有摩托车运行环境的恶劣程度，冷热的干扰、雨水的冲刷等一些含有腐蚀程度的环境，都是会影响轮辋的韧性和寿命的问题，不做好保护就会导致轮辋的老化和变形，在以后的使用和运行过程当中可能会出现安全隐患，导致事故的发生。

对于摩托车
轮辋的轻量化和安全性要做重要作用，所以在轻量化的设计非常重要。

三、铝制轮辋的介绍以及优势
摩托车的车轮轮辋不仅仅是整个车身的承重部分的核心，而且还是比较注重
外观设计的一个部位零件，所以随着市场的不断发展和需求，都是基本的要求对
于轮辋的制造美观、韧性强、轻量化的标准来评定。

经过对摩托车整体以及车轮发展的改良和完善，通过对比传统的摩托车车轮
部分，在之前一直是钢制的车轮占据市场的主导地位，依靠钢制车轮的韧性和强度，能够有效的对大重量问题的承载。

但随着社会经济的发展和市场要求，以及
科技水平的不断创新，对于合理的对现如今要求的安全、环保、节能等几方面，
逐渐的推出了铝制合金的车轮，它能够完全的媲美现如今市场的要求，比如环保、节能、轻便、强度大、耐腐蚀性好、外形美观等好多方面的适应能力，都得到了
市场和摩托车工业中的大力推广和使用。

逐渐的代替了钢制车轮成为更好的选择。

通过数据的分析，如果使用一千克的铝制合金，就能够减少整个车身两千克
左右的重量，并且铝制合金的强度要远大于钢制合金的强度，市场中也出现了许
多比如镁合金与其他复合材料的合金，都无法与铝制合金的优势比拟。

铝制合金
能够减少整个车身重量的40%以上，也在汽车和飞机等行业中得到了广泛的应用，为了发展的前途可期。

这里我们对于比较在汽车中所运用的铝制合金和其他钢制合金所制造车轮的
减重情况。

铝制合金的车轮能够对整个汽车的车身进行减重，并且根据耗油量相关的数
据进行对比和联系，总结出此方式完全的符合摩托车的车轮改造条件。

对于摩托
车的减重和节油方面也会有很大的影响和改善。

并且，铝制合金的车轮也完全符
合现代摩托车对于安全、节能、环保等几方面的需求，能够适应美观、散热好、
对于缓冲和减重的性能强，也逐渐的收到了消费者的青睐和选择。

四、摩托车轮辋轻量化的意义以及原因
首先，根据社会经济的发展和市场环境的需求，摩托车的生产能力逐渐的向
轻量化发展的方向前行，随着同行业直接的有力竞争，在摩托车价格和质量方面
都是消费者入手的地方和在市场中所占据主导地位的因素。

所以，企业在保障摩
托车安全性能的同时，还要加强对摩托车使用寿命的提高以及对生产摩托车成本
进行降低作为核心。

减轻摩托车的重量和降低摩托车的油耗问题也成为了主要的
研究对象。

根据相关油耗方面数据的对比，发现如果减轻摩托车车轮的重量能够
有效的降低摩托车油耗量的增加，这比减轻摩托车其他部位重量的作用要大的多。

由此可见，对于减轻摩托车车轮轮辋部分的重量，可以有效的提高同行间的竞争力，并且可以有效的增加材料利用率，从而收缩了摩托车的制造周期，大幅度的
降低了成本投入，并且更加环保。

经过车轮中轮辋的研究分析，减轻轮辋重量的方式有两种，第一种方法就是
选择比较轻的合金进行制造，比如镁合金与复合材料等。

但由于这些合金的强度
和韧性不够高，可能会降低摩托车的使用寿命。

第二种选择是通过限元法对铝制
合金进行优化和完善轮辋的结构。

所以，此项技术在轮辋的材料选择后进行，轮
辋的大小是由CAE技术的程度来决定，通过此技术对模型的创建来进行选择。

CAE技术相当于计算机中的一种辅助软件，它可以在计算机上通过对材料的选择
后直接绘制出车辆零部件的三维模型。

然后进行数据分析在车辆的零部件生产之
前发现和处理出现的问题缺陷，进行弥补和修改。

五、铝制合金轮辋在国内外的研究现状
（1）国外现状
相对于国外工业程度发达的国家来说，是从对生态环境保护的方面和有限资
源节约的两部分结合。

对于他们国家中的资源消耗和车辆尾气的排放都做出了相
应改良措施，这也是有效的推动了摩托车轻量化发展的进程和方向。

国外的许多
学者开始着手于摩托车车轮轮辋部分的研究，发现降低轮辋的重量可以有效的降
低对油耗的增加以及尾气的排放，所以经过研究改造，在1923年首先将摩托车
车轮轮辋所使用的钢制合金轮辋替换成了铝制合金轮辋，并且与其他的钢制部件
想结合装配在了汽车上使用，并且取得了良好的实验结果，这也为之后再摩托车
上装配铝制合金车轮打下了基础。

现如今世界中的发达国家，比如日本、美国等国家在对车辆部件问题的研究
当中，合理的利用了CAE技术。

此技术的推出迅速得到有力的推广，并且在国际
的市场中占据有力的地位。

经过发展，国外学者通过用有限元法分析车轮的结构，并且在计算机中模拟出了车轮的结构图，得到了其中各个部分的应力规律。

在后
期的发展过程当中，逐渐的思考应变率对所使用材料的影响问题，并且修复了在
材料不同方面出现的性能问题，根据温度对应变力的影响还确定了有限元法的公式，为后期选择更加好的方案奠定了基础。

经过各方面模型的建立和对轮辋于其
他部件之间的应力检测，可以通过计算获得轮辋所能够承受的最大应力作用。

在
车轮模型建立研究中，还可能会发现在车轮的螺栓处可能会存在应力，所以可以
通过模型进行修改，然后可以大大的缩短对于车轮设计以及制造的周期，并且能
够有效的判断车轮中薄弱的部位和疲劳的程度，利用MSC等软件建立有限元模型，然后对其应力部位分部进行检测和修改。

有效的预防了车轮的断裂。

总而言之，国外对于CAE技术的使用时间和经验都比较丰富，大部分的模型
建立都是在宏观的物理学上，CAE软件的技术还在不断的发展进步。

（2）国内现状
我国从1987年开始着手于汽车零部件的改造和性能的开发，开始使汽车向轻量化、节能环保的目标进发。

1993年我国对第一个摩托车铝制合金整体车轮通过
了技术的认定，也极大的满足了国内摩托车轻量化的需求，这也为之后的发展奠
定了基础。

由于国内的经济发展，消费者对于摩托车在运行的速度方面和载荷方面有了
新的需求，为了满足市场的需求，许多企业开始着手于研究车轮，但还是不能只
依靠对车轮的片面研究，所以，通过分析发掘一种科学的计算方式的设计，也就
是联系CAE技术进行结构上的分析和实际，是我国现如今的发展趋势。

国内的学者通过对径向弯曲疲劳测试和冲击测试，通过运用ANSYS软件对车
轮有限元分析和轻量化的改造。

完善和优化了轮辋的数据，在满足应力学的基础下，有效的降低车轮的重量，才能减轻油耗和速度的提升。

经过对国内现状技术的总结，我国许多的学者只是对于汽车车轮在受力和轻
量化方面的研究，并没有太多的对摩托车车轮的轻量化做研究，暂时还没有出现
对摩托车的径向荷载试验模型的建立和研究。

六、研究的意义
通过对摩托车轮辋进行了研究和分析，然后将其物理的实验和计算机模型的
构建相结合起来，能够有效的解决在设计和修改方面的局限性。

（1）探讨铝制合金在轮辋方面技术与CAE技术的结合，将复杂的工程数据化，建立测量荷载模型。

（2）对于现如今所拥有的铝制合金轮辋进行强度和韧性的测试，合理的运用仿真软件，在计算机中建立模型，利用模拟的数值对模型进行计算和修改。

（3）将铝制合金轮辋结合与Workbench平台，以研究轮辋的承重能力和韧性为基础，为轻量化的程度作以方向指导，才能够满足其他方面部件的需求和性能的完善。

结语：本篇论文主要对摩托车铝制轮辋的轻量化进行分部的探讨和研究，分析铝制合金轮辋的发展市场，并且结合国内外发展历史和市场结构分析，通过对有限元等分析结果的结合，关于应力和分部的情况，通过实验对比和宏观物理学上的研究，对摩托车能够更有效的降低成本和减轻车身重量以及环保节能方面作以优化和完善。

参考文献：
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[2]赵振伟.应用有限元软件知道车轮的结构改进[J].机械设计与制造.2000
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