铝合金车轮设计及结构分析
概述铝合金轮毂的造型设计与结构
概述铝合金轮毂的造型设计与结构铝材具有矿藏资源丰富、易加工、回收利用方便、密度小、强度高、耐蚀性好、导电导热性好等优点。
并且随着科学技术的不断发展，铝合金有着越来越丰富的应用空间。
在汽车制造业中，铝合金材料的运用可以使汽车自身重量大大降低，并且能够提升汽车性能，提高行驶速度，所以铝合金已经越来越多地运用到汽车制造业中。
本文就铝合金在汽车轮毂中的应用做简要探讨。
1 汽车轮毂的结构轮毂是介于汽车半轴和轮胎之间的用于承受汽车自重及外界载荷的旋转部件，轮毂的结构包括胎圈座、胎斗、轮缘、中心孔、安装凸台、中心线、通风口等。
但是组成轮毂最主要的两个部件还是轮辋和轮辐。
轮毂通过轮辋与轮胎配合的同时还通过轮辐与车桥连接，从而实现轮毂承载、行驶、转向、驱动和制动等作用。
1.1 轮辋轮辋，俗称轮圈，是车轮周边安装轮胎的部件，轮辋的规格很重要，因为它直接决定汽车可以用哪些轮胎。
常见的轮辋形式主要有深槽轮辋、平底轮辋、对开式轮辋、半深槽轮辋、整体式轮辋、平底宽式轮辋等。
此外，还可以根据组成轮辋的零件的数量，将轮辋分为一件式轮辋、两件式轮辋和三件式轮辋甚至四件式、五件式轮辋。
轮辋的设计和制造都有相应的标准，这关系着设计制造出来的轮辋是否能够与轮胎的使用相配合。
就目前而言，我国的轮辋在生产时都是按照按国家标准GB/T 3487-2005来生产。
1.2 轮辐轮辐介于轮辋和车轴之间，在轮毂中主要功能是支撑作用。
轮辐的构造是决定轮毂分类的基础，根据轮辐结构的差异，可以将轮毂分为辐板式轮毂和辐条式轮毂。
辐条式轮毂主要靠众多钢丝辐条来达到支撑重力。
辐条式轮毂的优点是通风散热优良，但是由于制作成本高，做工复杂不便于安装和维修，所以应用多见于高级轿车和赛车，很少应用在普通汽车上。
在普通的汽车中应用最广泛的还是辐板式轮毂，辐板的作用是连接轮辋和安装凸台。
轮辐的作用主要是起到重量支撑的作用，所以轮辐的形状在设计和制造的时候可以多种多样，并没有统一的要求。
基于有限元分析的轿车铝合金车轮设计
本科学生毕业设计基于有限元分析的轿车铝合金车轮设计院系名称：汽车与交通工程学院专业班级：车辆工程07-1班学生姓名：沈维梁指导教师：石美玉职称：教授黑龙江工程学院二○一一年六月The Graduation Design for Bachelor's DegreeBased on Finite Element Analysis Design of Car Alloy WheelsCandidate：Shen WeiliangSpecialty：Vehicle EngineeringClass：B07-1Supervisor：Prof. Shi MeiyuHeilongjiang Institute of Technology2011-06·Harbin摘要轻量化是世界汽车工业发展的主要趋势，轻质材料铝及其合金等的使用是一种有效的途径。
目前，大部分汽车车轮已使用铝及其合金做作为材料，利用现代设计方法，在此基础上进一步实现车轮的轻量化则是本文的研究所在。
在研究了CAD软件Pro /E以及有限元分析软件ANSYS的功能及其主要特点后，着重进行了了应用ANSYS对铝合金车轮进行结构强度分析的具体过程。
首先使用Pro/E软件，按照轮辋的国家标准，建构车轮的实体模型;然后把模型导入ANSYS，按2005年中国汽车行业标准中的汽车轻合金车轮的性能要求和实验方法所规定的疲劳实验要求施加荷载;然后进行强度分析和模态分析，分析结果表明，车轮的最大应力远小于铝合金的许用应力，车轮的固有频率满足要求，存在进一步改进的可能和必要。
最后，改进车轮模型，改进结果表明，车轮的重量有了显著的减少。
利用CAE分析技术有助于提高汽车车轮的设计水平、缩短设计周期、减少开发成本。
该方法具有普遍性，适用于指导任何其言型号车轮的设计和分析。
关键词：铝合金车轮；结构设计；有限元分析；强度分析；模态分析ABSTRACTLightweight is the main trends of the world's automotive industry, lightweight materials such as the use of aluminum and its alloys is an effective way. At present, most automotive aluminum and its alloy wheels have been used to do as a material, using modern design methods, based on the further realization of this lightweight wheels is the Institute of this article.In the study of the CAD software Pro / E and ANSYS finite element analysis software functions and the main characteristics, the Emphasis was the application of ANSYS, the structural strength of aluminum alloy wheel analysis of the specific process.First ，uses the Pro / E software, according to the rim of the national standards, building wheel solid model; then the model into ANSYS, by 2005 China's auto industry standard in automotive light-alloy wheels and performance requirements and test methods under the fatigue test requirements defined load and then the strength analysis and the results showed that the wheel is much less than the maximum stress allowable stress of aluminum alloy, there is further improvement possible and necessary. Then, the improved wheel models, improved results show that the weight of the wheels have been significantly reduced.The results show that the use of CAE analysis technology helps improve the design of automobile wheel level, shorten design cycles, reduce development costs. The method is universal, applicable to any of his words and models to guide the design and analysis of the wheel.Key words: Aluminum Alloy Wheels; Structural Design; Finite Element Analysis; Strength Analysis; Modal Analysis目录摘要 (I)Abstract ............................................................................................................... I I 第1章绪论. (1)1.1课题研究的目的意义 (1)1.2铝合金车轮行业现状及发展趋势 (1)1.2.1铝合金车轮的发展及其现状 (1)1.2.2铝合金车轮的发展趋势 (3)1.3国内外研究方法 (4)1.4主要研究内容 (5)第2章车轮三维模型的建立 (6)2.1 Pro/E软件基础 (6)2.2车轮Pro/E模型的建立 (7)2.2.1车轮构造、种类及装配 (7)2.2.2 车轮三维模型建立过程 (9)2.3 本章小结 (15)第3 章车轮强度静态分析 (16)3.1 ANSYS软件基础 (16)3.2 Pro/E与ANSYS的接口创建 (17)3.3车轮几何模型的简化 (18)3.4 A356的材料特性 (18)3.5边界条件的处理 (18)3.6载荷的处理 (19)3.7车轮弯曲疲劳试验有限元模型 ............................................... 错误！未定义书签。
低压铸造铝合金车轮设计要点
低压铸造铝合金车轮设计要点铝合金车轮具有质量轻、能耗低、散热快、减震性好、安全可靠、外观漂亮、图案丰富以及平衡性好等优点，被整车制造企业和广大车主所青睐。
我国铝合金轮毂的生产大多采用低压铸造工艺。
该工艺是在20世纪80年代后期由中信戴卡公司引进，经过20多年的发展，已经比较成熟。
但真正意义上的开发设计工作是在最近几年，随着我国整车制造水平的提升，才开始与整车开发同步进行设计。
车轮设计要点铝合金车轮的设计包括外观设计和工程设计。
车轮外观要与整车外观相匹配，车轮不仅是外观件，还是重要的安全部件，因此外观设计时就必须考虑工程要求。
一般情况下，在车轮进行外观设计时，工程人员也要参与，与造型设计师共同完成外观设计工作，以缩短车轮的开发周期。
现以大众车轮设计为例，具体分析低压铸造铝合金车轮设计中关注的要点。
大众车轮执行德国大众标准和欧盟的设计规范，主要考虑的方面有整车造型、车轮装配、车轮生产工艺和车轮试验。
1.整车造型车轮是整车的时尚装饰，是对整车外形设计的一种延伸，因此车轮造型作为整车造型的一部分，必须与整车的造型风格协调一致，给人以美感。
2.车轮装配车轮最终要装配到整车上，装配时与之相配合的零部件有轮胎、平衡块、刹车鼓、安装盘、安装螺栓和气门嘴。
铝合金车轮设计时注意的装配要点如下：（1）轮胎与铝合金车轮装配的轮胎一般情况下是无内胎的子午线轮胎，在轮胎与车轮轮辋之间形成一个封闭的空间。
大众车轮的轮辋结构执行欧洲轮辋标准——ETRTO标准，该标准对轮辋各部位的结构、尺寸做出了明确规定，在车轮设计时必须严格遵守。
同时，为防止车辆行驶过程中路肩石划伤车轮表面（路肩石的高度标准为150mm），要求车轮正面不能超出轮胎外侧面，一般要缩进2.5mm以上。
（2）平衡块平衡块的作用是使车轮在高速旋转下保持平衡，避免车辆在行驶过程中抖动和方向盘振动，提高车辆的舒适性。
车轮设计时，要求平衡块与刹车鼓之间的间隙不小于3mm。
（3）刹车鼓在车辆行驶过程中，车轮是旋转的，刹车鼓是静止的，因此在车轮设计时要保证车轮内表面与刹车鼓之间有一定的间隙，一般控制在3mm以上。
铝合金车轮的制造工艺技术(PPT 42页)
提纲
一、铝合金车轮概述 二、铝合金车轮的结构和分类 三、铝合金车轮的设计 四、铝合金车轮使用的材料 五、铝合金车轮的制造工艺 六、铝合金车轮的相关标准
一、铝合金车轮的概述
铝合金车轮是基于“轻量化”的设计目标，首先使用在赛车上。 20世纪初，使用砂模制造铝合金车轮，并应用于赛车 20世纪50年代，使用钢模铸造整体式铝合金车轮，并应用于轿车 20世纪70年代，得到快速发展，被广泛应用 21世纪初，极其迅猛发展，进入国内外OEM配套体系
二
轮辋
主要由两部分组成
轮辐
1、铝合金车轮按结构形式分： 1片式（整体式）
2片式 3片式
2、铝合金车轮按生产方式分：
1）铸造：重力铸造、低压铸造、液态挤压、反压铸造、离心铸造、
真空压铸、半凝固铸造等
2）锻造
优缺点: 锻造车轮简单说有以下优点：1.强度高，2.重量轻,3.相对铸
本工序控制要点：前处理槽液参数、调漆参数和固化参数。
全涂装车轮的工艺流程： 上料——预处理——烘干——喷粉——固化——喷漆——固化——下料
预处理：通常指在涂装前在工件上进行的除油、除锈、磷化这三个工序的通称。
较典型的铝合金车轮涂装预处理的工艺流程如下： 表面活性剂水溶液除油→水洗（二道） →中和出光→水洗→转化膜处理→水
轮辋名义 直径
轮辋轮 廓代号
安装孔 个数
轮辋名 义宽度
偏距
螺栓孔分 度圆直径
2、铝合金车轮构造图
3、铝合金车轮各部位命名示意图
4、铝合金的设计流程图
新开发产品流程：
外观造型效 果图
轮辐造型A 面三维数模
车轮工程结 构设计
提供供应商工 艺分析
提交客户转供应商 开发模具、试制
《铝合金轮毂的有限元分析》范文
《铝合金轮毂的有限元分析》篇一一、引言铝合金轮毂以其轻量化、耐腐蚀和良好的造型设计等特点，在现代汽车制造领域得到了广泛应用。
为了确保其设计、制造和使用的可靠性和安全性，有限元分析（FEA）技术被广泛应用于铝合金轮毂的力学性能评估。
本文将通过有限元分析的方法，对铝合金轮毂的力学性能进行深入研究。
二、铝合金轮毂的有限元模型建立1. 模型简化与假设在建立铝合金轮毂的有限元模型时，我们首先对实际结构进行适当的简化，忽略微小细节和次要因素。
同时，我们假设材料具有各向同性的特性，并遵循胡克定律。
2. 材料属性定义铝合金轮毂的材料属性包括弹性模量、泊松比、屈服强度等。
这些参数将直接影响有限元分析的准确性。
因此，在分析前需准确获取这些材料属性。
3. 网格划分网格划分是有限元分析的关键步骤。
我们采用合适的网格尺寸和类型，对铝合金轮毂进行网格划分，确保模型的准确性和计算效率。
三、铝合金轮毂的有限元分析方法1. 边界条件设定在有限元分析中，我们需要设定合理的边界条件，包括约束、载荷等。
这些边界条件将直接影响分析结果的准确性。
2. 静力学分析静力学分析是评估铝合金轮毂在静态载荷下的力学性能的重要手段。
我们通过施加力、压力等载荷，分析轮毂的应力分布、变形等情况。
3. 动力学分析动力学分析则用于评估铝合金轮毂在动态载荷下的力学性能。
我们通过模拟不同工况下的振动、冲击等动态载荷，分析轮毂的动态响应和疲劳寿命。
四、结果与讨论1. 静力学分析结果静力学分析结果显示，铝合金轮毂在承受静态载荷时，应力主要集中在轮辐与轮盘的连接处以及轮辐与轮毂边缘的过渡区域。
通过对比不同设计方案的应力分布情况，我们可以找出最优设计方案，以提高轮毂的承载能力和使用寿命。
2. 动力学分析结果动力学分析表明，铝合金轮毂在受到动态载荷时，会产生一定的振动和变形。
通过分析轮毂的动态响应和疲劳寿命，我们可以评估其在实际使用过程中的可靠性和安全性。
同时，我们还可以通过优化设计，降低轮毂的振动和疲劳损伤，提高其使用寿命。
谈汽车轮毂造型设计与结构
关键词：汽车；轮毂；设计；结构分析1铝合金轮毂的应用根据市场的需要，研究中国传统文化和中国人民的美学特征，并讨论如何开发汽车轮毂，同时兼顾本地特色的工业设计美学和虚拟三维软件。
该方法有效地提高了轮毂设计系统的效率和质量，从而使设计过程更加专业化和质量更高。
实用的能源和环境保护的理由对轻型汽车技术的研究在全世界引起了广泛的兴趣，除了使用成品法来改进汽车部件的结构以获得最佳设计之外，该研究还包括：提高汽车部件中轻质合金材料的比例是实现汽车轻质化的主要途径之一。
40多年前，主要工业化国家在石油危机之后，看到了在机械工业特别是汽车工业广泛使用轻合金的可能性。
他们生产和大量使用了轻质合金部件，以减少燃烧量、净化排放气体、延长车辆寿命和改善车辆安全。
为了使轻质合金成为现代汽车制造中使用最多和最先进的材料。
2铝合金轮毂的优势作为汽车的一个重要部分，轮毂对节能、环境保护、汽车安全和控制具有重大影响，而将铝合金材料用于轮毂制造是汽车体重下降的最典型表现。
而中国拥有丰富的铝资源，几乎完全可以回收和再循环，并在环境保护方面具有绝对的优势。
①使用铝合金轮毂可以节省燃料。
同样大小的铝合金轮毂比钢铁轮毂轻2公斤，如果一辆汽车使用4公斤，就会减少8公斤。
每当汽车重量减少1公斤时，每年节省约20升汽油。
虽然铝合金轮圈比钢轮圈贵，但其节省的燃料足以支付每辆车长达20000公里的费用。
由于铝合金轮毂质量低，发动机负荷降低，从而降低发动机的故障率并延长发动机的寿命。
②铝合金轮毂具有良好的散热性，并且整个汽车的安全性很高。
铝合金的热传导系数是钢的三倍，在车辆的高速驾驶中，热效应良好。
地面摩擦产生的热量可以快速分散，轮毂保持在适当的温度，制动鼓和轮胎不能衰老，从而降低了在相同条件下通过高速驾驶线在长距离上断裂汽车地风险。
提高轮胎寿命，保证车辆的正常驾驶，并大大提高汽车高速驾驶的安全性能。
③铝合金轮毂真圆，尺寸精度高，整个汽车的驾驶和操作平衡良好。
低压铸造铝合金车轮设计要点
（ ４ ）安 装 盘 、安 装 螺栓
安 装螺 栓 是 将 车 轮 定
准和欧盟的设计规范 ，主要考虑的方面有整车造型、
车轮 装配 、车轮 生产工艺和车轮 试验 。
位 、紧 固到 安装 盘上 的零 件 。在车 轮设 计 时 ，要考 虑
安 装盘 的尺 寸 ，车轮 与 安装 盘的 接触 面积 ，安装 螺栓 的尺 寸 、结 构和 数 量 ，螺栓 的安 装空 间以及 螺栓 孔在 车 轮造 型 中的位 置 （ 车 轮上 的螺 栓 孔最 好对 应车 轮 的 窗 口部位 ） ，保证车轮安 装安全可靠 。 （ ５ ）气 门嘴 气门 嘴是 向轮胎 和车轮 轮辋 形成 的
经过 ２ Ｏ 多年 的发展 ，已经 比较成 熟 。但 真正 意义 上的
标准— —Ｅ Ｔ Ｒ Ｔ ０ 标准 ，该标 准对轮 辋各部位 的结 构 、
尺 寸做 出 了明确 规定 ，在 车轮 设 计时 必须 严格 遵 守 。
开 发设 计 工作是 在 最近 几年 ，随 着我 国整车 制造 水平
的提升 ，才开始与整车 开发同步进行设 计 。
注意的要 点。
横 截 面 ８
低 压 铸 造 铝 合金 车 轮 的 生 产 主 要 包 括 熔 炼 、压 铸 、热处理 、金属加工和喷 涂五大工序 。
图 １
充 ，防止先 冷却 的部位 出现缩松 的现 象。与 图ｌ 相比 ， 图２ 中螺栓孔 的布 置较 好 。同时 ，在 轮辐减 重窝 的设计 中要避 免如 图３ ａ 所示的结构 ，该结构对铝液 流动的阻力 大 ，不利于 铝液的流动 、凝 固过程 中的补缩 和车 轮轮辐
１ ． 整车造型
车轮是整车的时 尚装饰 ，是对整车外形设计的一
种延 伸 ，因此车轮 造 型作 为整 车造 型 的一 部分 ，必 须 与整车 的造 型风格协调 一致 ，给人 以美感 。
铝合金车轮工艺
机加工：
铝合金车轮一般采用数控加工，即CNC加工。 CNC加工在车轮加工中应用非常广泛。
本工序控制要点：所有装车尺寸。 重点控制项目：中心孔直径、PCD位置度、端径跳、动平衡。
数控机床加工工序划分的特点为：先粗后精，先面后孔， 刀具集中。刀具R的大小可按铝合金车轮型面的要求选取。
涂装：
铝合金车轮涂装的目的: 首先是提高车轮的运行可靠性和耐久性；其次是提高它的外观装饰性。
造车轮节省燃油。 但目前受限于行业整体技术状况，包括材料，加工工艺， 成本等因素。目前仅少量用于零售改装市场。
3、铝合金车轮按涂装方式分：
1）车亮面
2）全涂装
3）电镀
4）抛光 5）组合
三、铝合金车轮的设计
1、铝合金车轮的表示方法（乘用车，轻型商用车，整体式铝合金车轮）
简略表示：可省略偏距后内容 表示为：18×8J
铝合金车轮相对于钢制车轮的优缺点：
优点
☞重量轻，节能效果明显 （铝的密度是2.76×103kg/m3 ,钢的密度是7.8×103kg/m3） ☞散热快，整车安全性能高 （铝合金A356的导热系数是128w/m·℃，
含碳量为0.5%的低碳钢导热系数是54w/m·℃） ☞尺寸精度高，整车驾驶性能好 ☞款式多样，更适应现代化整车的造型要求 ☞不易藏污纳垢，不会产生铁锈，易清洁
提纲
一、铝合金车轮概述 二、铝合金车轮的结构和分类 三、铝合金车轮的设计 四、铝合金车轮使用的材料 五、铝合金车轮的制造工艺 六、铝合金车轮的相关标准
一、铝合金车轮的概述
铝合金车轮是基于“轻量化”的设计目标，首先使用在赛车上。 20世纪初，使用砂模制造铝合金车轮，并应用于赛车 20世纪50年代，使用钢模铸造整体式铝合金车轮，并应用于轿车 20世纪70年代，得到快速发展，被广泛应用 21世纪初，极其迅猛发展，进入国内外OEM配套体系
铝合金车轮的制造工艺技术
轮辋名义 直径
轮辋轮 廓代号
安装孔 个数
轮辋名 义宽度
偏距
螺栓孔分 度圆直径
2、铝合金车轮构造图
3、铝合金车轮各部位命名示意图
4、铝合金的设计流程图
新开发产品流程：
外观造型效 果图
轮辐造型A 面三维数模
车轮工程结 构设计
提供供应商工 艺分析
提交客户转供应商 开发模具、试制
反馈修改
如从供应商处现有产品选择，则需提供相关参数
低压铸造模具
利用气体压力将液态金属压入铸型，并 使铸件在一定压力的作用下结晶凝固的铸造 方法。
采用水流冷却。
热处理：
热处理的目的：提高铸件的力学性能，改善合金的切削性能；消 除由于铸件壁厚不均匀、快速冷却等所造成的内应力；稳定铸件的 尺寸和组织，防止和消除因高温引起相变产生体积膨大现象；消除 偏析和针状组织，改善合金的组织和力学性能。 本工序控制要点：固溶时间和温度（540±5℃，6H）、淬火时间 和温度（60-85℃，3min）、时效时间和温度（130±5 ℃，3H）
铝合金车轮相对于钢制车轮的优缺点：
优点
☞重量轻，节能效果明显 （铝的密度是2.76×103kg/m3 ,钢的密度是7.8×103kg/m3） ☞散热快，整车安全性能高 （铝合金A356的导热系数是128w/m·℃，
含碳量为0.5%的低碳钢导热系数是54w/m·℃） ☞尺寸精度高，整车驾驶性能好 ☞款式多样，更适应现代化整车的造型要求 ☞不易藏污纳垢，不会产生铁锈，易清洁
本工序控制要点：前处理槽液参数、调漆参数和固化参数。
全涂装车轮的工艺流程： 上料——预处理——烘干——喷粉——固化——喷漆——固化——下料
预处理：通常指在涂装前在工件上进行的除油、除锈、磷化这三个工序的通称。
铝合金车轮结构优化
形状优化
1 2
形状优化概述
形状优化是通过改变结构的几何形状来提高其性 能的方法，它可以在保持材料用量不变的情况下 ，实现更好的力学性能。
在铝合金车轮中的应用
通过形状优化，可以优化车轮的轮廓、辐条形状 等，以提高其承载能力、减震性能和稳定性。
3
形状优化技术
采用基于梯度的优化算法、遗传算法等形状优化 技术，能够高效地进行车轮结构的形状优化。
03
通过模拟车轮在实际使用环境中的疲劳载荷谱，预测优化后车
轮的疲劳寿命，确保其满足设计要求。
重量、强度和刚度等关键指标评价
重量指标
在保证强度和刚度等性能的前提下，通过结构优化降低铝合金车轮 的重量，实现轻量化设计，有助于提高车辆的燃油经济性和动力性 能。
强度指标
优化后的车轮结构具有更高的强度，能够承受更大的载荷和冲击力 ，确保行车安全。
粒子群算法
原理
粒子群算法是一种基于群体行为的优化算法，通过模拟鸟群、鱼群等生物群体 的运动规律，实现全局寻优。
应用
在铝合金车轮结构优化中，粒子群算法可用于车轮的强度、刚度等性能优化， 具有较快的收敛速度和较好的寻优精度。
模拟退火算法
原理
模拟退火算法是一种基于物理退火过程的优化算法，通过模拟物质的热运动过程 ，以一定的概率接受劣解，从而避免陷入局部最优解。
航空航天领域
航空航天领域对于轻量化、高强度、高可靠性的要求更加苛刻，铝合金车轮结构优化技术有望在该领域发挥重要作用 。
高端装备制造领域
诸如高速列车、船舶等高端装备制造领域，对于减轻装备质量、提高运行效率等方面有着迫切需求，结 构优化技术拥有广阔的应用前景。
未来研究方向与挑战
跨尺度优化方法
铝合金汽车用轮毂的研发与制造
铝合金汽车用轮毂的研发与制造一、引言随着人们对汽车外观的不断追求和对行驶舒适感的提高，轮毂成为了一项重要的汽车装饰品，铝合金汽车用轮毂因其良好的耐腐蚀性、强度和轻量化等特点受到人们的喜爱，是目前市场上广泛应用的一种轮毂材质。
本文将就铝合金汽车用轮毂的研发与制造进行探讨。
二、铝合金汽车用轮毂材料的特点铝合金轮毂材料以其具有强度高、重量轻、耐腐蚀性好、加工性能优良、较高的综合使用性能等特点，成为了高档汽车车轮的必选材料。
在铝合金轮毂中，常用的材料有铝硅合金、铝镁合金、铝镁硅合金等。
其中，铝镁合金被普遍应用于高档轿车和跑车的轮毂上，因其高强度和轻量化的特性被广泛推广使用。
三、铝合金轮毂的研发1. 铝合金轮毂的设计铝合金汽车用轮毂的设计必须在轮辋的强度、振动性、制动效应和风阻等方面进行考虑，以满足多样化的使用需求。
通过计算机辅助设计软件和有限元分析技术等手段，设计师可以分析和模拟轮毂的受力情况和振动特性，并确定最优的结构设计方案，以满足各种工况条件下的使用需求。
2. 铝合金轮毂的模具制作铝合金轮毂的生产首先需要制作模具，模具的设计和制作直接影响到铝合金轮毂的生产质量和生产效率。
通过采用先进的数控加工技术和模具材料，可以提高模具精度和硬度等关键指标，同时也可以降低模具制造的时间成本和生产成本。
3. 铝合金轮毂的热成型铝合金轮毂的成型过程中，采用热成型技术可以提高制品的强度和韧性，并有效减少轮毂表面的氧化层，以保证轮毂的表面质量和外观。
在热成型过程中，需要控制铝合金的加热温度和放冷速度，使其在成型过程中达到理想的物理性能。
四、铝合金轮毂的制造工艺1. 铝合金轮毂的铸造工艺铝合金轮毂的铸造工艺是主要工艺之一，它采用铸造机进行生产，一次成型后不需要进行后续加工处理，成品率高、生产效率高。
但是，铸造工艺会影响到铝合金轮毂的性能和表面粗糙度。
目前，采用新一代铸造技术，如高压铸造和低压铸造等，可以提高铸造质量和生产效率。
铝合金车轮设计及结构分析
失 效
热 处 理
Ｉ 产品规 格ｌ 试验弯矩 ｌ 实 验转速 ｌ 螺纹扭矩ｌ 要求寿命 ｌ 在有 限元模型中，载荷是加在加载轴端 ， Ｌ 为加载轴长度 ：
Ｍ ＝ ＬＸ Ｆ ｖ
施加载荷 ：
机 加 工
Ｆ：
三
（ ２ ）
实验
…… … 善 格
● 一 批 — —１ 最生 ｒ — ’ 产 ｆ － 一 － － －
ｆ
… ． ． ． ， ．
（ ２ ） 螺栓预紧力 在试验 过程 中车轮通过轮毅 的五个螺栓 固 定在 安装盘 上 ，螺 纹规格 为Ｍ １ ２ ｘ １ ． ５ ，试验 要 参考文献 求 螺栓扭矩 达到 １ １ ０ Ｎ ｍ ，根据机 械设计 原理 ， 【 １ ］ 赵 玉涛编 铝合金车轮制造技术【 Ｍ ］ ． 北京： 机械 工业出 普通螺纹力矩 ：
…
…
…
…
…
…
…
…
…
…
．
室 一 －
铝 合 金 车 轮 设 计 及 结 构 分 析
德 州学院汽车工程学院 王 豪楠
【 摘要 】车轮是汽车行驶 系统 中重要的安全部件，汽车前进的驱动力通过车轮传递 ，车轮的结构性 能对整车的安全性和可靠性有着重要的影响。另外，车轮还是汽车外观 的重要组成部分 。传统 车轮设计 多凭借经验展开，存在着设计盲 目性大、设计制造周 期长、成本高等诸 多弊端。面对 日益激烈的市场竞争，企业迫切需要采用科学的手段 改善设计 方法，本文所采用 Ｃ Ａ Ｄ 技 术和有限元分析方法是解决上述 问题的理想方法。本文运用 工业设计理论 ，将造 型设计构思表现的方法与技能应用于车轮设计中，结 合车轮结构尺寸优 化和形状优化 ，使工程技术与形式美密切结合，综合表现 了车轮 的性 能、结构和外观美。 【 关键词 】铝 合金车轮；有 限元分析 ；结构设计；强度分析；疲劳分析
汽车铝合金轮毂的设计与加工
汽车铝合金轮毂的设计与加工第一章：引言随着汽车工业的迅速发展，汽车轮毂的设计与加工变得日益重要。
在车辆的性能和外观方面，轮毂是至关重要的组成部分之一。
汽车铝合金轮毂由于具有良好的轻量化和高强度特性而备受青睐。
因此，对于汽车铝合金轮毂的设计和加工技术，得到了广泛关注。
第二章：汽车铝合金轮毂的材料性能汽车铝合金轮毂的材料应具有高强度、高耐腐蚀性和耐磨损性。
其材料通常采用高强度铝合金，例如7系列铝合金，包括7075、7050和7068。
与其他铝合金相比，7系列铝合金具有更高的强度、硬度和疲劳寿命。
另外，这种铝合金还具有良好的耐腐蚀性和耐热性。
第三章：汽车铝合金轮毂的设计汽车铝合金轮毂的设计需要考虑许多因素，例如材料强度、几何形状和重量。
轮毂的几何形状应该满足美观、高强度和良好的重心平衡的要求。
为此，设计者通常采用CAD或3D模型软件来进行设计和测试。
在设计方面，需要注意几个关键因素：1. 轮毂的尺寸和轮距：轮毂的尺寸和轮距需与车身匹配，以确保适当的车辆外观和性能。
2. 轮毂的几何形状：轮毂的几何形状应具有良好的强度和重心平衡，以提供高性能和安全性。
3. 材料的选择：选择高强度和耐腐蚀性的铝合金材料，以确保轮毂具有适当的强度和寿命。
第四章：汽车铝合金轮毂的加工技术汽车铝合金轮毂的加工技术包括铸造、锻造、压力减小、挤压和精密加工等。
其中，铸造是最常用的加工技术，由于其成本低、生产效率高和加工精度可控。
以下是铸造过程的一些关键步骤：1. 模具制备：制备轮毂的模具，根据轮毂的几何形状，制造出合适的模具。
模具中还包括通风系统，以确保铝熔体在模具内流动和凝固时，气泡可以顺畅排出。
2. 熔炼和浇注：将铝合金材料投入熔炉中并使其熔化，然后将熔体倒入轮毂的模具中。
3. 冷却和固化：待铝熔体冷却凝固后，将其从模具中取出。
这样的轮毂尚需进行轧制、剪切、钻孔等精密加工，以达到要求尺寸和形状。
第五章：结论汽车铝合金轮毂的设计和加工技术对于汽车性能和外观都至关重要。
铝合金车轮结构优化研究 译文
铝合金车轮结构优化研究Zhihua Zhu, Jinhua Hu, 孙红梅Xiaoming Yuan, Huixue Sun 钱江学院机械工程学院杭州师范大学燕山大学中国杭州中国秦皇岛EmailEmail文摘-车轮的优化设计实施摘要.环刚度有限元模型，首先建立车轮13-度冲击强度有限元模型和弯曲有限元分析模型。
综合考虑车轮冲击强度和弯曲疲劳强度对环刚度的影响。
将约束变量法优化程序OPT III基于检测技术应用于优化计算。
结果表明，OPT III有高的收敛速率及轻量化设计车轮可以实现基于优化设计方法。
关键词-最优化；车轮；有限元I概述优化设计是一种设计方法，即：在给定载荷的影响或环境条件，选择设计变量。
建立目标函数，得到在约束范围内性质最优的产品状态，几何尺寸之间的关系或其它状态。
设计变量、约束条件和目标函数构成了优化设计的三个基本要素。
数学模型编程的方法成功用于优化设计始于1960年。
一些基本的程序已被用于优化铝合金车轮。
2003年H．Akbulut 在土耳其研究结构优化的车轮冲击试验条件，他选择关键节点位移作为设计变量，观察设计变量如何随着结构应力变化而变化，应用分析结果来指导设计结构安全的车轮。
在2007年，孙红梅建立了汽车轮基于约束变量指标优化算法的结构优化设计模型，综合考虑了边缘环刚度、弯曲应力和车轮振动模式。
该结构优化设计的铝合金车轮研究将轮毂厚度作为设计变量，车轮轻量化作为目标函数。
2009年，周家福在ANSYS中利用零级优化方法，在弯曲饰演的条件下以车轮为对象，采用复合材料优化轻质结构尺寸设计车轮轮缘厚度，安装法兰厚度和轮廓的车轮，已达到轻量化设计的目的。
经优化设计的复合材料的车轮弯曲疲劳试验，应力、应变和位移变化不大但重量减少了%。
综上所述、由于复杂的铝合金车轮结构，车轮优化设计研究在海内外都比较少，近年来，车轮结构优化设计研究显著增加。
车轮轻量化设计的优化设计已经成为研究热点。
铝合金轮毂的结构优化及试验分析
铝合金轮毂的结构优化及试验分析摘要：针对铝合金轮毂有限元分析模型中的应力集中和强度富余情况，利用ANSYS软件对其进行结构优化，使其应力分布更加合理，达到了提高材料的利用率和减轻自重的目的。
优化后的轮毂通过了弯曲疲劳试验、径向疲劳试验和冲击试验，且试验结果与有限元分析结果基本吻合，从而论证了该轮毂研发途径的可行性。
关键词：铝合金轮毂；结构优化；疲劳试验；ANSYS软件铝合金轮毂具有质量轻、散热性好、缓冲和吸震性好、造型美观、易加工、耐腐蚀等优点，能够降低油耗，并提高车轮的寿命。
但国内铝合金车轮普遍存在设计周期长，制造成本高等问题。
在设计阶段采用有限元分析技术，可以较早发现产品在设计中存在的潜在缺陷并及时修改，不仅可以缩短产品的试制周期，而且能提高产品的可靠性。
本课题以工程应用为目的，基于ＡＮＳＹＳ软件，对铝合金车轮毂进行了模拟仿真及结构优化，旨在获得质量轻、强度高的铝合金轮毂。
1轮毂有限元分析轮毂有限元分析时，只考虑试验工况下产生的结构应力的作用。
在行驶过程中，轮毂支撑整个车身，因此，在有限元分析时要考虑支撑和载荷的影响，所受载荷主要有弯矩载荷、紧固螺栓对轮毂产生的预紧力和高速旋转时轮毂产生的径向载荷。
以弯矩载荷为例，使用ANSYS软件中的Functions功能，对轮辋侧面半圆周施加载荷。
经过ANSYS后处理，可以得到轮毂应力云图和轮毂应变云图，可看出，轮毂应力分布不均匀，虽然由于加载方式的影响，在轮辋的部分地方产生应力集中，但最大的应力出现在轮毂中轮辐和轮辋的连接部分。
最大应力值为110MPa，远远小于铝合金材料的许用屈服强度[σ]=240MPa。
因此，轮毂强度富余程度很高，存在着进一步优化的潜力。
2铝合金轮毂结构优化利用ANSYS优化分析理论中参数化优化方法，对铝合金轮毂结构尺寸进行优化设计。
在满足轮毂强度和刚度使用条件的前提下，采用求解轮毂质量最小的设计方案。
结构优化中包括设计变量、状态变量目标函数等数学概念。
铝合金汽车轮毂结构设计及优化
铝合金汽车轮毂结构设计及优化随着汽车工业的发展，汽车轮毂的设计与优化成为了提升汽车性能和降低能耗的关键因素。
铝合金汽车轮毂具有重量轻、强度高、散热性好等优点，因此得到了广泛的应用。
本文将介绍铝合金汽车轮毂的结构设计及优化方案，旨在提高轮毂的性能和降低制造成本。
铝合金汽车轮毂结构主要包括轮辋和轮辐两部分。
轮辋是轮胎的安装部分，通常由一个或多个轮缘和轮毂组成。
轮辐是连接轮辋和轮毂的部分，其主要作用是分散载荷并增加结构强度。
铝合金汽车轮毂结构设计需要考虑的因素包括强度、刚度、散热性和轻量化等。
强度和刚度是保证汽车行驶安全性的关键因素，而散热性则是防止轮胎过度发热从而提高使用寿命的重要因素。
在轻量化方面，通过优化结构设计来减少材料的使用量，可有效降低汽车的能耗。
轮辋结构的优化主要包括减小轮缘厚度、增加轮缘高度和优化轮胎安装面形状。
通过这些改进，可以减小轮胎的径向截面积，从而降低轮胎转动时的风阻和滚阻，提高汽车的燃油经济性。
轮辐设计的优化主要包括采用高强度材料、改进轮辐形状和增加轮辐数量。
采用高强度材料可有效提高轮辐的强度和刚度，改进轮辐形状则能够提高结构的稳定性和散热性，增加轮辐数量则能更好地分散载荷。
轮毂尺寸和壁厚的优化主要包括减小轮毂直径、减小轮毂壁厚和增加轮毂通风孔。
减小轮毂直径可有效降低轮胎的截面积，从而降低风阻和滚阻，减小簧下质量；减小轮毂壁厚则能降低轮毂重量，增加轮毂通风孔则是为了提高散热性能。
为评估铝合金汽车轮毂性能，我们进行了以下实验：我们对优化前后的铝合金汽车轮毂进行了强度测试，测试结果显示，优化后的轮毂强度明显高于优化前，能够满足汽车行驶过程中的各种工况要求。
通过对比优化前后的铝合金汽车轮毂在多种工况下的形变量，我们发现优化后的轮毂刚度有了显著提升，从而提高汽车的操控稳定性和乘坐舒适性。
在散热性能测试中，我们对比了优化前后的铝合金汽车轮毂在不同行驶状态下的温度变化，结果显示优化后的轮毂散热性能明显优于优化前，有效避免了轮胎过度发热而受到损害的情况。
摩托车铝合金车轮的有限元分析
和约 束 的定 义 。 铝轮 产 品有 限元分 析主 要是 模 拟车轮 试验 ，试
飞 机 ，所 有的设 计制 造都 离不 开有 限元 分析 。 因此 许 多 国外 及部分 国 内摩托 车企业 对 有限 元分析 的推 进更 为热 衷 ，如 意大 利 比亚乔 、法 国标 致 、韩 国大
林 、 日本雅 马哈 、大 长江 、钱 江等 ，无论 它 们注 重 于车 轮外 观造 型的 绚丽 ，还是 注重 于节 省每 克原 材
３０ 摩 托车技术 ：｛ ＿ ¨ ｊ ｌ ｃ 、
铝 车轮有 限元分析 实施的 内容和技 术路线
针对 目前存在 的主要问题 ，需要展开 以下 工作 ：
ａ ）对 产 品载荷和 约束定 义不精 确 ，会直 接导 致
维普资讯
…
Ｄｅｉｎ・ ｅｅ ｒｈ 设计 ・ ｓ ｇ Ｒ ｓａｃ 研究
ｏ ｉ ｕ ｄｅ ｉ ｎ ｗｉｌｐ ｏ ｏ ｅ ｔ ｅ ｒ ｐｉ ｅ ｌ ｐ ｅ ｆｔ ｅ ｅ ｔｒ ｌ ｍｉ ｍ ｅ ｌｓ ｃ ｏ ，ｔ ｏ ｏ ｈ ｙ ｐｔ ｍ ｍ ｓｇ ｌ ｒ ｍ ｔ ｈ ａ ｄ ｄ ｖｅ ｏ ｍ ｎｔｏ ｈ ｎ ｉｅ ａ ｕ ｎｕ ｗｈ ｅ ｅ ｔ ｒ ｈ ｒ ｕｇ ｌ
１ 有 限 元分 析 应用 于 摩托 车 车 轮 的实 施方 案
在以 往 的有 限元分 析 中 ，必 须花 费大 量的 时 间 和精 力 经过几 何模 型简 化 、 网格 划 分 、载 荷和 约束 的定 义 、材料 定 义等步 骤来 建立 分析 模型 ，而 在铝 轮这 种模 型抽 象化 的过 程 中 ，最 难把 握 的就是 载荷
摩托车铝合金车轮技术条件
摩托车铝合金车轮技术条件1. 引言摩托车铝合金车轮是一种采用铝合金材料制造的摩托车车轮。
由于铝合金具有轻质、高强度和良好的耐腐蚀性能，摩托车铝合金车轮在近年来越来越受到摩托车制造商和车主的青睐。
本文将介绍摩托车铝合金车轮的技术条件和相关要求。
2. 技术要求2.1 材料要求摩托车铝合金车轮的材料要求具有以下特性：•高强度：车轮需要承受摩托车在行驶过程中的各种力的作用，因此需要具有足够的强度和刚度，能够抵御高速行驶和复杂路况带来的冲击和振动。
•耐腐蚀性：摩托车常常在各种复杂的环境中行驶，如雨水、沙尘等，车轮需要具有良好的耐腐蚀性能，以保证长期使用不生锈或损坏。
•轻质：摩托车铝合金车轮的轻质特性可以减轻整车的总重量，提高操控性和加速性能，同时也可以减少燃料消耗和排放量。
2.2 结构要求摩托车铝合金车轮的结构要求如下：•针对不同车型和用途的摩托车，车轮的外观和尺寸应与车辆相匹配，以满足车辆外观美观和操控性能的要求。
•车轮应具有足够的刚度，以保证悬挂系统和车辆的稳定性。
•在车轮设计中应考虑到刹车系统的安装和使用，以保证刹车系统的正常工作和刹车效果。
•车轮的内部结构应具有足够的强度和刚度，以承受车辆在行驶中产生的各种载荷和冲击。
2.3 制造要求摩托车铝合金车轮的制造要求如下：•使用合适的加工工艺和设备，确保车轮的精度和质量。
•采用合适的焊接技术，确保车轮的焊接强度和密封性。
•严格控制车轮的成型工艺和热处理工艺，以确保车轮的性能和稳定性。
•在制造过程中，应进行严格的质量控制和检测，确保车轮的质量符合要求。
3. 检测要求为了确保摩托车铝合金车轮的质量和安全性，需要进行以下检测：•外观检测：检查车轮的表面是否有明显的缺陷、裂纹和变形等。
•物理性能检测：包括硬度测试、拉伸试验、冲击试验等，以评估车轮的强度和韧性。
•尺寸检测：检查车轮的直径、宽度、偏心度等尺寸是否符合要求。
•焊接检测：对车轮焊接部位进行检测，确保焊接无裂纹、气孔和缺陷。
轿车铝合金车轮模态计算和优化设计
燕山大学硕士学位论文轿车铝合金车轮模态计算和优化设计姓名：孙红梅申请学位级别：硕士专业：材料加工工程指导教师：孙惠学;胡金华20070501第４章轿车车轮模态计算．（４）对车轮几何模型进行有限元网格划分得到车轮有限元模型如图４．２所示，该模型共有６８７６５个单元，ｌ１５９３１个节点。
图４－２车轮有限元模型Ｆｉｇ．４－２Ｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｗｈｅｅｌ４．２加载与求解这一步要定义分析类型和分析选项，施加约束，指定载荷步选项，然后进行固有频率的计算。
具体的步骤如下：（１）指定分析类型创建一个新的分析，选择分析类型为模态分析。
（２）设定模态分析选项考虑到对车轮动态特性影响较大的频率集中在低、中频段，因此提取模型的低、中频段的各阶模态，即能满足对车轮进行动力学特性研究的要求。
ＡＮＳＹＳ软件计算频率范围的选取是指选取求解和提取模态的频段。
在０－２０００Ｈｚ内提取模态。
模态提取方法主要取决于模型的大小（相对于计算机的计算能力而言）和具体的应用场合．综合比较几种方法，由于铝合金车轮的有限元模型含有较多的节点和单元。
另外，结构的复杂性使得有限元模型中不免含有形状较差的实体单元。
结合模型与电脑硬件配置；忽略结构中小阻尼的影响，采用ＢｌｏｃｋＬａｎｃｚｏｓ（分块３１第４章轿车车轮模态计算图４．３车轮第７阶振型Ｆｉｇ．４－３Ｔｈｅｓｅｖｅｎｔｈｓｅｔｏｆｖｉｂｒａｔｉｏｎｍｏｄｅｓｏｆｔｈｅｗｈｅｅｌ图４－４车轮第８阶振型Ｆｉｇ．４－４Ｔｈｅｅｉｇｈｔｈｓｅｔｏｆｖｉｂｒａｔｉｏｎｍｏｄｅｓｏｆｔｈｅｗｈｅｅｌ３３燕山人学工学硕士学位论文图４．５车轮第９阶振型Ｆｉｇ．４·５Ｔｈｅｎｉｎｔｈｓｅｔｏｆｖｉｂｒａｔｉｏｎｍｏｄｅｓｏｆｔｈｅｗｈｅｅｌ图４．６车轮第ｌＯ阶振型ＴｈｅｔｅｎｔｈｓｅｔｏｆｖｉｂｒａｔｉｏｎｍｏｄｅｓｏｆｔｈｃｗｈｅｅｌＦｉｇ．４—６笙！量堑兰垩丝丝奎生竺图４．７车轮第１ｌ阶振型Ｆｉｇ．４—７Ｔｈｅｅｌｅｖｅｎｔｈｓｅｔｏｆｖｉｂｒａｔｉｏｎｍｏｄｅｓｏｆｔｈｅｗｈｅｅｌ图４．８车轮第１２阶振型Ｆｉｇ．４—８Ｔｈｅｔｗｅｌｆｔｈｓｅｔｏｆｖｉｂｒａｔｉｏｎｍｏｄｅｓｏｆｔｈｅｗｈｅｅｌ３５燕山人学工学硕士学位论文图４－９车轮第１３阶振型Ｆｉｇ．４—９Ｔｈｅｔｈｉｒｔｅｅｎｔｈｓｅｔｏｆｖｉｂｒａｔｉｏｎｍｏｄｅｓｏｆｔｈｅｗｈｅｅｌ图４．１０车轮第１４阶振型Ｆｉｇ．４－１０Ｔｈｅｆｏｕｒｔｅｅｎｔｈｓｅｔｏｆｖｉｂｒａｔｉｏｎｍｏｄｅｓｏｆｔｈｅｗｈｅｅｌ第４章轿车车轮模态计算不大。
探究铝合金汽车轮毂的结构设计及优化措施
探究铝合金汽车轮毂的结构设计及优化措施摘要：随着社会的发展，汽车已经走向了千家万户。
汽车的轮毂类型很多，而铝合金汽车轮毂因具有重量轻、散热快等优点，深受广大车主的青睐。
本文以铝合金轮毂的发展现状为着手点，分析了铝合金轮毂结构设计的技术优点和存在的问题，针对存在的问题提出个性化的优化措施。
关键词：铝合金；汽车轮毂；结构设计；优化措施一部汽车的轮子由轮毂和轮胎两个部分组成，汽车轮子支撑着整部汽车的重量，对汽车的正常行驶起着决定性的作用。
随着铝合金轮毂技术逐渐成熟，铝合金轮毂已经逐渐成为衡量一部汽车好坏的重要标志。
同时，轮毂的寿命对汽车的安全性发挥着至关重要的作用，铝合金轮毂以优良的品质在汽车轮毂领域独占鳌头，对汽车轮毂的发展产生了深远的影响。
一、铝合金汽车轮毂概述铝合金汽车轮毂是1980年以后发展起来的一种新型的轮毂品种，它的一体化功能强，造型美观。
在20世纪90年代以后在轿车行业已经得到了广泛的应用。
如今，铝合金汽车轮毂已经成为了衡量汽车质量的重要标志，在能源紧张和环境问题日益严重的今天，铝合金轮毂还因具有节能环保的优点在汽车行业也被充分利用，铝合金轮毂所用的铝合金是能被回收利用的，可以有效节约能源。
另外，铝合金轮毂还有具有重量轻、强度大和散热快的优点。
调查发现每只铝合金轮毂的重量要比钢轮毂轻2公斤左右，重量轻就意味着汽车在行驶的过程中惯性小，速度快。
铝合金轮胎还具有散热快的优点，汽车即使长时间行驶，车轮的温度也不会太高，有效减少了爆胎率。
铝合金轮毂的强度大，同样重量的轮毂放在一起，铝合金轮毂的耐用度要高很多。
二、铝合金轮毂的结构设计要点一个完整的轮毂由轮辋和轮辐两个部分组成。
在轮毂结构设计的过程中要注意以下几个方面的要点：（1）在轮胎的暗转个过程中一定要注意中心孔、螺栓孔和螺母座等轮胎与轮毂连接部位之间的关系，通常情况下将拧紧的螺栓均匀传递至安装面部位。
螺栓孔一定要做成锥形的，中心孔一定要设计好间隙，防止轮毂锈死。
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铝合金车轮设计及结构分析
【摘要】车轮是汽车行驶系统中重要的安全部件，汽车前进的驱动力通过车轮传递，车轮的结构性能对整车的安全性和可靠性有着重要的影响。
另外，车轮还是汽车外观的重要组成部分。
传统车轮设计多凭借经验展开，存在着设计盲目性大、设计制造周期长、成本高等诸多弊端。
面对日益激烈的市场竞争，企业迫切需要采用科学的手段改善设计方法，本文所采用的CAD技术和有限元分析方法是解决上述问题的理想方法。
本文运用工业设计理论，将造型设计构思表现的方法与技能应用于车轮设计中，结合车轮结构尺寸优化和形状优化，使工程技术与形式美密切结合，综合表现了车轮的性能、结构和外观美。
【关键词】铝合金车轮;有限元分析;结构设计;强度分析;疲劳分析
1.引言
普遍意义的车轮包括轮胎和金属轮辆一轮辐一轮毅两部分，本文所研究的车轮只限于金属轮惘一轮辐一轮毅部分，不包括轮胎。
车轮是介于轮胎和车桥之间承受负荷的旋转件，它不仅承受着静态时车辆本身垂直方向的自重载荷，同时也经受着车轮行驶过程中来自各个方向因起动、制动、转弯、物体冲击、路面凹凸不平等各种动态载荷所产生不规则力的作用，是车辆行驶系统中重要的安全结构部件，其结构性能是车轮设计中主要因素[1]。
另外，车轮作为整车外观的主要元素之一，象征着整车的档次，多变的铝合金车轮轮辐形态和明亮的色泽越来越为人们所关注，因此车轮的外观设计也因此变得越发的重要。
2.铝合金车轮的设计方法
车轮制造企业的设计手段依然采用传统的设计方法，其设计及生产流程如图1所示。
图1 传统的车轮设计流程图
产品的结构强度、疲劳性能则在产品试样制造出来后，通过试验来验证。
这样导致产品的设计周期过长，成本过高。
而且设计时为了保证产品的通过率，避免反复多次修改模型，设计人员往往留有过大的设计欲量，对于大批量生产的企业，这无形中造成了材料浪费，增加成本[2]。
此外，当试验失败进行结构修改时，设计人员也是凭借经验，通过局部增加材料达到提高强度的目的，缺乏理论依据，具有较强的盲目性，对于产品的结构优化更是无从入手[3]。
因此，采用新的技术和手段，使车轮设计由经验类比型向科学分析计算型转变，是车轮行业一项势在必行的工作。
3.载荷的处理
试验中车轮所受到应力有弯曲疲劳试验工况下产生的结构应力和车轮在制造过程（如铸造、机加工、热处理等）中产生的残余应力。
车轮铸造中往往会产生疏松、针孔等缺陷，它们在一定程度上影响了材料的属性及其疲劳强度，机加工过程的进刀量和进刀速度等工艺也会在车轮上留下残余应力，热处理过程有着消除残余应力的作用，但是这些残余应力受众多因素影响[4]，难以在有限元仿真中进行定量分析，因此我们只考虑试验工况下车轮结构应力的作用。
在动态弯曲疲劳试验工况下，车轮承受载荷来源有三个，轮毅紧固螺栓产生的预紧力、车轮高速旋转时产生的离心力和试验弯矩载荷。
表1和表2分别为车轮的设计参数及试验参数。
表1 车轮设计参数
产品规格设计载荷静载荷半径偏距安全系数
16×6.5 500kg 350mm 50mm 2
（1）试验弯距
试验弯矩可通过式（1）求得。
最小循环次数也可根据车轮的尺寸及安全系数查SAE J2530得出，车轮试验参数如表2所示。
表2 车轮的试验参数
产品规格试验弯矩实验转速螺纹扭矩要求寿命
1.6×6.5 2880 1700 110 2000000
在有限元模型中，载荷是加在加载轴端，L为加载轴长度：
M=L×Fv （1）
施加载荷：
（2）
（2）螺栓预紧力
在试验过程中车轮通过轮毅的五个螺栓固定在安装盘上，螺纹规格为M12x1.5，试验要求螺栓扭矩达到110Nm，根据机械设计原理，普通螺纹力矩：
（3）
螺栓轴向载荷：
（4）
螺纹中径：
升角λ：
（5）
当量摩擦角：
（6）
其中，普通螺纹的牙型斜角为300}螺栓材料为A3钢，其摩擦系数f为0.20根据上述公式，代入相关数据即可得作用在轮毅上螺栓预紧力。
4.设计载荷的变化对结构应力的影响
为了检测车轮的疲劳性能，改变车轮的设计载荷，对不同的设计载荷分别进行车轮的弯曲疲劳寿命试验。
表3-7是设计载荷及其相应的试验弯矩。
本节利用有限元静力学分析法，计算车轮在各试验弯矩作用下，结构危险点的应力值状况，分析结果如表3所示。
表3 设计载荷及其相应的试验弯矩
试验载荷kg 330 500 690 865
试验弯矩Nm 1920 2880 4000 5000
节点Mpa 71.5 108 149 189
由于螺栓预紧力仅对螺栓孔附近区域产生影响，对车轮结构其他部位影响近乎为零，因此有限元分析时仅考虑离心力及试验弯矩作用（以下分析相同）。
由分析结果可见，随着设计载荷、试验弯矩的增大，车轮结构的应力也随之线性增大。
应力最大点在四种试验弯矩下，结构应力值均低于材料的屈服极限，处于线弹性状态，因此采用线弹性分析是可行的。
5.结论
车轮是介于轮胎和车桥之间承受负荷的旋转件，是车辆行驶系统中重要的安全部件，同时也是汽车外观重要组成部分，车轮的造型设计、结构强度和疲劳强度是车轮设计的关键。
传统的车轮设计主要进行造型设计，结构强度和疲劳强度通过试样的试验验证。
该方法对经验有很强的依赖性，存在设计盲目性大、周期
长、成本高等弊端。
结合有限元方法对车轮进行结构优化、强度分析和疲劳分析，在设计阶段预测车轮的结构强度和疲劳寿命，并实现优化设计。
保证产品质量的前提下，缩短了产品的设计周期，降低了产品的设计和制造成本。
参考文献
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