车轮径向疲劳试验有限元仿真及疲劳寿命估算
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ｃ ｔｏ ‘ｎ Ｓ ｉ ｎ ｉ ｃ Ｆ ｄ ｍｅ ｔ ｌ ｆ Ｒｏ ｏ ｉ ｓ。 ｗ ｒ Ｓ ｒｎ ｅ － ａ ｉｎ Ｉ ： ｃ ｅ ｔ ｕｎ ａ ｎ ａ ｓ ｏ ｂ ｔｃ Ｎｅ Ｙｏ ｋ： ｐ ｉ ｇ ｒ— ｉ ｆ Ｖｅ ｌ ｇ １ ９ ｒａ ， ９ ０．
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针对 目前双摆角数控铣头研究现状中亟待解决的精度和扭
ｒｌｆｒａｅ ｈｅｓ ｕｔｒ ｉｐｏｅ ｎ ｏｅｏ ｒ ｅｌｔ ｃｕｅ ｍ ｒｙｍｅｔ ｌ ｗ ｒ ｔ ．
Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｈｅ ｌ Ｒｉ ； Ｗ ｅ ； ｍ Ｒａｄｉ ａ ｉ ｕｅｔ ｓ ； ａｌ ｔｇ ｅ ｔＦＥＭ ｉ ｕｌ ｔｏ Ｆａ ｉ ｕｅｌ ｅ ｆ ｓｍ ａ ｉ ｎ； ｔｇ ｆ ｉ
【 摘
要】 采用有限元分析方法， 建立汽车车轮有限元模型， 模拟车轮径 向疲劳试验施加合理的栽
荷及 边界条 件 。通过 分析 车轮 试验过 程 中的应力 变化 情 况 ， 出高应 力集 中区域及其各 主应 力值 ， 用 得 运
疲劳寿命计算理论及 Ａ Ｓ Ｓ Ｎ Ｙ 软件估算车轮 的疲劳寿命。 通过与车轮径向疲劳试验结果进行比较 ， 结果
验进行仿真模拟及疲劳寿命估算 ， 的是得到此车轮在动态径向疲 １７ ０ 目 ２ ６ 个单元和 ５ ２３个节点口如 图 ２ ０９ ， 所示 。 不考虑轮辐和轮辋
★ 来稿 日 ： １— ８ ０ ★基金项 目： 期 ２ ０ ０—６ ０ 厦门市科技计划 高校创新项 目（５ ２ ２ ｏ ３ ４ ） ３ Ｏ ｚ ｏ ８ ０ ４
新型双摆角数控铣头。
矩兼顾问题 ， 研究精度保证技术和采用提高扭矩 的方案 ， 设计 出 参考文 献
（） １进行 了整体结构和传动方 案的分 析和论证 ；２采用力 （）
矩电机与蜗轮蜗杆驱动方式 ， 优化传 动链配置 ， 达到大传动 比、 高 精度传 动 ；３ 建立精度分析数学模型 ， （） 确定驱动扭矩 算式 ， 通过 优化参数配置提高铣头精度和转矩 ；４ 分析加工过程铣头精度状 （） 况， 进行了铣头体刚度分析并进行结构优化 ；５设计的双摆角数 （）
第 ６期
２ １ 年 ６月 ０１
文章编号 ：０ １３ ９ （０ １０ — ０ ７ ０ １０ — ９ ７ ２ １ ）６ ０ ２ — ３
机 械 设 计 与 制 造
Ｍａ ｈ ｎ ｒ Ｄｅ ｉ ｎ ｃ ｉｅｙ ｓｇ ＆ Ｍａ ｆｃ ｕ ｅ ｎｕ ａ ｔ ｒ ２ ７
车轮径 向疲劳试验有限元仿真及疲 劳寿命估算 术
节 点 的方 式 。车 轮轮辋 的材料 为 Ｒ Ｌ ８ Ｃ ３ ０钢 ； 辐 的材料 为 如 图 ４所示 ， 轮 通过车轮一圈的旋 转分 析 ． 高应力区域 出现在通风
Ｓ ０ 钢， Ｗ４ ０ 强度极限为 ＝ ９ ＭＰ ， ５ ０ ａ屈服极 限为 ￣＝ ６ Ｍ ａ对称 孔边缘 Ａ、 Ｃ、 四个位置处 ， 中， ，４ ０ Ｐ ， Ｂ、 Ｄ 其 Ａ点处的应力最高 ， 其当量 ５ ＭＰ 。 Ｂ Ｃ Ｄ四个位 置即为 弯曲疲劳极限 由公式 ＝ ８０ ３ 计算得 ＝ ９ ．ＭＰ 。 ３＋． ４ ２ １ ａ 分 应力达到 ２ ６ ａ据此预测通风孔边缘 Ａ、 、 、 ７ 析计算时材料 的弹性模量取 为 Ｅ ２０ ８５ ａ ＝ ． ｅ ＭＰ ，泊松 比取 为 ＝ 车轮 的危险点 ， ６ 与车轮径向疲 劳试验结果基本吻合 ， 如图 ５所示。 ０３质量密度取 ｐ ７８ ３ ￣ ＿， ＝． ｋ ｍ。 Ｅ
２车轮 的有 限元模型建立
该 型无 内胎车 轮钢 圈 的轮辐 与 轮辋厚 度分 别为 ７ ｍ和 ａ ｒ
作用ｍ 随着我国汽车工业整体水平的提高， 。 以及对汽车的行驶速度 ２１车轮有限元模型 ． 与载荷 的大幅度提高 ， 对车轮的质量要求也越来越高。一般意义上 ｍ， ｌ 所示。运用有限元分析软件 Ａ Ｓ Ｓ建立车轮 的实 ＮＹ 的车轮包括轮胎和钢圈两部分 ，研究的是某车轮厂生产 的某 型号 １ｍ 如图 １ 采用 Ｓ ｌ ９ ｏｄ ５单元对车轮进行 网格划分 ， ｉ 分网后模型共有 １。 Ｃ无内胎车轮钢圈。采用 Ａ Ｓ Ｓ ５Ｄ Ｎ Ｙ 软件对该车轮的径向疲劳试 体模 型，
载荷和汽车负载。 气压载荷分 为 ２部分施ａ ： １作用在整个轮辋 ｎ（）
表面的内压；２作用在钢圈两侧沿圆周均布 的侧向载荷［ （） ３ １ 。 试验 中车轮的汽车负载等效 于地 面对 轮胎的反作用 力 ， 通
图 ， 疲 劳 试验 中车 轮 裂 纹位 置
４车轮疲劳寿命估算
名义应力法是 以材料或零件的 Ｓ Ｎ曲线为基础 ，对 照零件 －
ａｔａ ｃ ｉｎ ｃａｋ， ｅｓｍｅ ｏｆｔ ｅｌｅｅａｕ ｉ ｎ ｅｗ ｅｌ ｒｅｌｅ ｌｏ ｔｅｅａ － ｃｕｌｏａｏｓ ｒｃｓｉｉｔ ａ ｆｒａｉ ｉ ｖ ａｏ ａｄｔ ｈｅ’ ｔ ｉ． ｌ ｈｓ ｐ ｌｔ ｆ ｏ ｔｓｈ ｕ ｇ ｆ ｌｔ ｎ ｈ Ｓ ｕ ｆＡ ｆ
ｍｅ ｏ ，ｎ ｅｓｎ ｌ Ｚａｓ ａｄ ｂ ｕ ｄ ｒ ｏ ｄｔ ｎ ｒ ｐ ｌ ｄ ｂ ｉ ｕａｉｇｔｅ ｒｄａ ｆ ｔ ｕ ｅｔ ｔ ｄ ａ ｄ ｒａｏ ａ ｅ ｏｄ ｏ ｎ ａｙｃ ｎ ｉｏ ｓａｅａ ｐｉ ｙｓｍ ｌ ｎ ａ ｉｌ ａｉ ｅ ｔ ． ｈ ｂ ｎ ｉ ｅ ｔ ｈ ｇ ｓ Ｔ ｒｕ ｈａ ａ ｚｎ ｅｃ ａｇ ｒｓ ｉ ｅ ｒｃｓ ｏ ｈ ｅ ｓ ｎ ，ｉ ｔ ｓ ｐ ｓ ｉ ｓｏ ｅａ ｔｍ － ｈｏ ｇ ｌ ｉｇｔ ｈ ｅｏ ｓ ｅｓ ｎｔ ｏ ｅｓｆ ｗ ｅｌｅｔ ｇ ｈｇ ｓ ｅｓ ｏｉｏ ｔ ｕｏ ｏ ｎ ｙ ｈ ｎ ｆｔ ｈ ｐ ｔ ｉ ｈ ｒ ｔｎ ｆ ｈ ｂｌ ｗ ｅ ｌ ｎ ｒ ｃ ａ ｓ ｅｓｓｔｅｏｔｉｅ ， ｅ ｖ ｕ ｅ ｔｅ ａｉ ｅｌｅｗｔ ｅ ｒ ｎ Ｎ Ｙ ｉ ｈ ｅ ａ ｄｐ ｉ ｉｌ ｔ ｓｅ ； ｂａ ｄ ｔ ｎｅａ ａ ｓ ｈ ｔ ｇ ｉ ｉ ｔ ｏｙａ ｄＡ Ｓ Ｓｓ ｅ ｎ ｐ ｒ ｌ ｆ ｎ ｈ ｌｔ ｆ ｕ ｆ ｈｈ Ｃ ｍ ａｉｇｗ ｔ ｔｅｒ ｉ ｉ ｅｔｓ ｒｓｌ ｉｓ ｏ ｓｔａ ｔｅ ｏ ｐ ｒ ｉ ｈ ａ ａｆ ｇ ｅｔ ｅｕｔ ｔ ｈ ｗ ｔ ｈ 劲 ｓ ｅｓ ｏｉｏ ｅｃｎｉ ｅ ｔ ｉ ｅ ｎ ｈ ｄ ｌ ａｕ ｔ ， ｈ ｔ ｓ ｐ ｓｔ ｎ ａ ｏ ｓ ｔｎ ｗｔ ｔ ｒ ｉ ｒ ｓ ｓ ｈｈ
颜 伟泽 郝艳华 黄致 建 蒋万标
（ 华侨 大学 机 电及 自动化学 院 ， 泉州 ３２２ ） ６０ １
Ｆ ＥＭ ｉ ｌｔ ｎ ｆ ｅ ｌ ａ ｉｌ ａ ｉ ｕ ｓ ｎ ａ ｉｕ ｆ ｖ ｌａ ｉ ｎ ｓｍｕ ａ ｉ ｏｒ ｏ ｗｈ ｅ ｄａ ｔ ｅ ｔ ｔａ ｄ ｆ ｔ ｅ ｌｅ ｅ ａｕ ｔ ｒ ｆ ｇ ｅ ｇ ｉ ｏ Ｙ Ｎ Ｗｅ—ｅ Ｈ Ｏ Ｙ ｎ ｈ ａ Ｈ Ａ Ｇ Ｚ ｉｊ ｎ Ｊ Ｎ ｎ ｂａ Ａ ｉｚ ， Ａ ａ － ｕ ， Ｕ Ｎ ｈ－ｉ ，Ｉ Ｇ Ｗａ— ｉｏ ａ Ａ （ ｏ ｅｅｏ ｃａ ｉ ｌ ｎ ｉｅｒ ｇａ ｄＡ ｔｍ ｔ ｎ Ｈ ａｉｏＵ ｉ ｒｉ ， ｕ ｎｈ ｕ３ ２ ２ ， ｈｎ ） Ｃ ｌ ｇ ｆ ｌ Ｍｅｈ ｎｃ ｇｎ ｅｉ ｎ ｕｏ ａｉ ， ｕ ｑａ ｎｖ ｓｙ Ｑ ａ ｚｏ ６ ０ Ｃ ｉａ ａＥ ｎ ｏ ｅ ｔ １
一
结
Ｈ
和重复定位精度分别达到 １ ５。其大功率 、 ０和 ” 大扭矩、 高精度的
特性可极大扩展五轴联动机床加工能力范围。
［］ １ 丁雪生． 欧洲双主轴加工中心简介世 界制造技术与装备市场， ０ ： ） ２ ５（ ． ０ ２ ［］ ２ 赵妙霞 ， 郑玉巧 ， 胡世军 ， 工进花． 机床传动链误差对齿轮加工精度 的 影 响及控制． 工业科技 ，０ ５ ６ ：５ ４ ． ２ ０ （ ）４ － ７ ［］ ３ 徐峰 ， 李庆祥精密机械设计 京： Ｅ 清华大学出版社 ， ０ ： ２２ ５ ２ ５ １ － １． ０ ２ ［］ ４ 成大先． 机械设计手册． ： 北京 化学工业 出版社 ， ９ （３ ：９ ． １ ３ １ ）２ ６ ９ ［ ］ ・ａ ｅ ・ ｋｂａ ｖ ・ ｒｅ ｆ ｔ ｌ ｅｔ ｎ ｏ ｅｈ ｉ ｅｆ ｈｍ ｎ ｉ ５ ＤＫ ｔ ， Ｖ ｏ ｒ ｏｉ Ｓ ｖｙｉ ｅ ｉ ｎ ｏｔ ｌ ｃｎ ｕ ｓ ｒ ａｏ ｉＭ ｕ ｔ ｃ ｕ ｏ ｎ ｌｇ ｃ ｒ ｔ ｑ ｏ ｕ ｄ ｒｂ ｔ・ ｕｎｌｆｎｅｌ ｅｔｎ Ｒ ｂｔ ｓ ｙｔｍ ．０ ３３ （）１ ７ １ １ ｏｏｓ ｏ ｒａｏＩｔｌｇｎ ａｄ ｏ ｏｉ Ｓ ｓ ｓ２０ ．７２ ：１— ４ ． Ｊ ｉ ｃ ｅ ［］ ・ｕ ｏｒｏｉ・ｉ ｄｌ ｃｍ ｔｎ ｙａ ｉ ，ａｉｔｃｎ ｏａｄ ｐｌ ６ ＭＶ ｋｂａ ｖ Ｂｐ ａｌ ０ ｏ ０ｄｎｍｃ ｓｂｌ ， ｔ ｌ ａｐ－ ｔ ｃ ｅ ０ ｉ ｓｔ ｉ ｏｒ ｎ ｙ ｉ
控铣头 Ａ Ｃ 、 轴额定进给扭矩均达到 ３０Ｎ ， ００ ｍ 驱动系统定位精度
２ ８
颜伟泽等 ： 车轮径向疲劳试验有限元仿真及疲劳寿命估算
第６ 期
装配焊接过程 中产生的初始应力 ， 轮辐与轮辋之间的连接采用共 应力状态 ， 以以当量应力 （ ｏ ｓｓ作 为计算 应力进行研 究。 所 Ｖ ｎＭｉ ） ｅ
． 过轮胎 与轮辋 的接触 面间接 的传递 给轮辋 ， 具体加载情况 ， 图 ４１名义应力法估算车轮疲劳寿命 如
３所示。车轮在工作时轮胎与轮辋之间传递力的有效接触范围为
尺寸系数 、 面加工 系数 表 对称于车轮中轴线前后各 的范围内， 的大小为从 中间向两边 或结 构疲 劳危 险部位 的应 力集 中系数 、 力 结合疲劳损伤累积理论 ， 计算零件的疲劳寿命 。 按余 弦规律减小 。由于车轮工作时的离心力对车轮强度的影响 及名义应力 ， 微忽其微 ， 予考虑。 不 为了有效模拟动态径 向试验工况 ， 将车轮固 由于轮辐材料 Ｓ ０ Ｗ４ ０为新型材料 ， 没有现成 的材料 Ｓ Ｎ曲 － 所 － 当 ０ 定外载荷绕 车轮旋转 ， 外载荷每转一个小角度写 出一个载荷步 。 线 ， 以只能采用简化的方法估算 该材料的 Ｓ Ｎ曲线 。 Ⅳ １ ０９ ； 盯 ０时 １ ； （０ ０） 由 该车轮的试 验汽 车负载 ￣ ６ ６ ０ 轮胎内压 ￣ Ｉ ａ 轮胎与轮 时 ， ＝ ． ＾当 Ⅳ≥１ ， ＝ 一 当 Ⅳ＝ １３ １ 时 ， Ⅳ＝ ５ ６ Ｎ， ＭＰ ，
中 图分类 号 ：Ｈ１ ， ４ ３３ 文献标 识码 ： Ｔ ６Ｕ ６ ．４ Ａ
１ 前言
平产生的冲击力 ， 对汽车的行驶安全 Ｉ 稳定性和牵 引性有重要的 生、
劳试验状态下的疲劳裂纹位置及车轮的使用寿命 ， 并通过与试验结
果对比， 验证此有限元分析方法模拟车轮径向疲劳试验的有效 陛及
车轮是汽车的重要部件 ， 承受汽车的重力 、 制动力 、 驱动力、 汽 为以后车轮结构的改进打下基础。 车转向时产生的侧向力及这些力产生的力矩 ， 并且还要承受路面不 疲劳寿命估算的可靠 ，
（） ａ车轮应力云 图
（） ｂ 风孔应力 云图
图 ４车轮高应力集 中区域 图 １车轮实物图 图 ２车轮 网格模型
２２ 边界 条件 ．
边界条件主要根据车轮径向疲 劳试 验来 建立 ， 主要包括施
加在模型上的约束及外载ຫໍສະໝຸດ 等。 车轮 的约束加在轮辐的螺栓孔内
侧面和轮辐 的安装端面上。 施加在车轮上的外载荷主要包括气压
ｐｏ ｅｔａ ｉｉ ｖ ｉ ｖ ｕ ｔ ｔｅｗ ｅ ｌ ｆｔ ｉ ｉ ｅ ｎｔ ｍｅ ｏ， ｈｃ ｉ ｐａ ｉ ｃｉｅ ｒｖ ｈ ａ ｄｔ ｅａ ａｅ ｈ ｈ ｅ￣ ａｉ ｌｅｗｔ ｔ ｆ ｉ ｔ ｄ ｗ ｉ ｗｌ ｌ ａｄｒ ｔ ｔ ｔｓ ｌ ｏ ｌ ￣ｅ ｆ ｈｈｉ ｅ ｈ ｈ ｌ ｙ ｅ ｖ
表明高应力集中区域与实际裂纹位置吻合 ， 预估 的疲劳寿命与车轮 实验寿命基本吻合 ， 验证 了有限元
方法预估车轮寿命的有效性 ， 为以后对车轮进行结构改进起指导作用。 关键词 ： 车轮 ； 轮辋； 径向疲劳试验； 有限元仿真 ； 疲劳寿命
【 ｓ ａｔ Ａｆｎｔ ｅ ｍ ｎ ｏｅｆｒａｔ ｂｌ ｗ ｅｌｓｅｔ ｌｈｄｗｔｆｎｔ ｅ ｍｅｔ ｎｌｓ Ａｂｔ ｃ】 ｉ ｌ ｅ ｔ ｄｌｏ ｕｏ ｉ ｈｅ ｉ ｓ ｂｉ ｅ ｉ ｉ ｌ ｎ ａａ ｉ ｒ ｉ ｅ ｅ ｍ ｍｏ ｅ ａ ｓ ｈ ｉ ｅ ｅ ｙｓ
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针对 目前双摆角数控铣头研究现状中亟待解决的精度和扭
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Ｋｅ ｙ ｗｏｒ ｄｓ： ｈｅ ｌ Ｒｉ ； Ｗ ｅ ； ｍ Ｒａｄｉ ａ ｉ ｕｅｔ ｓ ； ａｌ ｔｇ ｅ ｔＦＥＭ ｉ ｕｌ ｔｏ Ｆａ ｉ ｕｅｌ ｅ ｆ ｓｍ ａ ｉ ｎ； ｔｇ ｆ ｉ
【 摘
要】 采用有限元分析方法， 建立汽车车轮有限元模型， 模拟车轮径 向疲劳试验施加合理的栽
荷及 边界条 件 。通过 分析 车轮 试验过 程 中的应力 变化 情 况 ， 出高应 力集 中区域及其各 主应 力值 ， 用 得 运
疲劳寿命计算理论及 Ａ Ｓ Ｓ Ｎ Ｙ 软件估算车轮 的疲劳寿命。 通过与车轮径向疲劳试验结果进行比较 ， 结果
验进行仿真模拟及疲劳寿命估算 ， 的是得到此车轮在动态径向疲 １７ ０ 目 ２ ６ 个单元和 ５ ２３个节点口如 图 ２ ０９ ， 所示 。 不考虑轮辐和轮辋
★ 来稿 日 ： １— ８ ０ ★基金项 目： 期 ２ ０ ０—６ ０ 厦门市科技计划 高校创新项 目（５ ２ ２ ｏ ３ ４ ） ３ Ｏ ｚ ｏ ８ ０ ４
新型双摆角数控铣头。
矩兼顾问题 ， 研究精度保证技术和采用提高扭矩 的方案 ， 设计 出 参考文 献
（） １进行 了整体结构和传动方 案的分 析和论证 ；２采用力 （）
矩电机与蜗轮蜗杆驱动方式 ， 优化传 动链配置 ， 达到大传动 比、 高 精度传 动 ；３ 建立精度分析数学模型 ， （） 确定驱动扭矩 算式 ， 通过 优化参数配置提高铣头精度和转矩 ；４ 分析加工过程铣头精度状 （） 况， 进行了铣头体刚度分析并进行结构优化 ；５设计的双摆角数 （）
第 ６期
２ １ 年 ６月 ０１
文章编号 ：０ １３ ９ （０ １０ — ０ ７ ０ １０ — ９ ７ ２ １ ）６ ０ ２ — ３
机 械 设 计 与 制 造
Ｍａ ｈ ｎ ｒ Ｄｅ ｉ ｎ ｃ ｉｅｙ ｓｇ ＆ Ｍａ ｆｃ ｕ ｅ ｎｕ ａ ｔ ｒ ２ ７
车轮径 向疲劳试验有限元仿真及疲 劳寿命估算 术
节 点 的方 式 。车 轮轮辋 的材料 为 Ｒ Ｌ ８ Ｃ ３ ０钢 ； 辐 的材料 为 如 图 ４所示 ， 轮 通过车轮一圈的旋 转分 析 ． 高应力区域 出现在通风
Ｓ ０ 钢， Ｗ４ ０ 强度极限为 ＝ ９ ＭＰ ， ５ ０ ａ屈服极 限为 ￣＝ ６ Ｍ ａ对称 孔边缘 Ａ、 Ｃ、 四个位置处 ， 中， ，４ ０ Ｐ ， Ｂ、 Ｄ 其 Ａ点处的应力最高 ， 其当量 ５ ＭＰ 。 Ｂ Ｃ Ｄ四个位 置即为 弯曲疲劳极限 由公式 ＝ ８０ ３ 计算得 ＝ ９ ．ＭＰ 。 ３＋． ４ ２ １ ａ 分 应力达到 ２ ６ ａ据此预测通风孔边缘 Ａ、 、 、 ７ 析计算时材料 的弹性模量取 为 Ｅ ２０ ８５ ａ ＝ ． ｅ ＭＰ ，泊松 比取 为 ＝ 车轮 的危险点 ， ６ 与车轮径向疲 劳试验结果基本吻合 ， 如图 ５所示。 ０３质量密度取 ｐ ７８ ３ ￣ ＿， ＝． ｋ ｍ。 Ｅ
２车轮 的有 限元模型建立
该 型无 内胎车 轮钢 圈 的轮辐 与 轮辋厚 度分 别为 ７ ｍ和 ａ ｒ
作用ｍ 随着我国汽车工业整体水平的提高， 。 以及对汽车的行驶速度 ２１车轮有限元模型 ． 与载荷 的大幅度提高 ， 对车轮的质量要求也越来越高。一般意义上 ｍ， ｌ 所示。运用有限元分析软件 Ａ Ｓ Ｓ建立车轮 的实 ＮＹ 的车轮包括轮胎和钢圈两部分 ，研究的是某车轮厂生产 的某 型号 １ｍ 如图 １ 采用 Ｓ ｌ ９ ｏｄ ５单元对车轮进行 网格划分 ， ｉ 分网后模型共有 １。 Ｃ无内胎车轮钢圈。采用 Ａ Ｓ Ｓ ５Ｄ Ｎ Ｙ 软件对该车轮的径向疲劳试 体模 型，
载荷和汽车负载。 气压载荷分 为 ２部分施ａ ： １作用在整个轮辋 ｎ（）
表面的内压；２作用在钢圈两侧沿圆周均布 的侧向载荷［ （） ３ １ 。 试验 中车轮的汽车负载等效 于地 面对 轮胎的反作用 力 ， 通
图 ， 疲 劳 试验 中车 轮 裂 纹位 置
４车轮疲劳寿命估算
名义应力法是 以材料或零件的 Ｓ Ｎ曲线为基础 ，对 照零件 －
ａｔａ ｃ ｉｎ ｃａｋ， ｅｓｍｅ ｏｆｔ ｅｌｅｅａｕ ｉ ｎ ｅｗ ｅｌ ｒｅｌｅ ｌｏ ｔｅｅａ － ｃｕｌｏａｏｓ ｒｃｓｉｉｔ ａ ｆｒａｉ ｉ ｖ ａｏ ａｄｔ ｈｅ’ ｔ ｉ． ｌ ｈｓ ｐ ｌｔ ｆ ｏ ｔｓｈ ｕ ｇ ｆ ｌｔ ｎ ｈ Ｓ ｕ ｆＡ ｆ
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颜 伟泽 郝艳华 黄致 建 蒋万标
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一
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和重复定位精度分别达到 １ ５。其大功率 、 ０和 ” 大扭矩、 高精度的
特性可极大扩展五轴联动机床加工能力范围。
［］ １ 丁雪生． 欧洲双主轴加工中心简介世 界制造技术与装备市场， ０ ： ） ２ ５（ ． ０ ２ ［］ ２ 赵妙霞 ， 郑玉巧 ， 胡世军 ， 工进花． 机床传动链误差对齿轮加工精度 的 影 响及控制． 工业科技 ，０ ５ ６ ：５ ４ ． ２ ０ （ ）４ － ７ ［］ ３ 徐峰 ， 李庆祥精密机械设计 京： Ｅ 清华大学出版社 ， ０ ： ２２ ５ ２ ５ １ － １． ０ ２ ［］ ４ 成大先． 机械设计手册． ： 北京 化学工业 出版社 ， ９ （３ ：９ ． １ ３ １ ）２ ６ ９ ［ ］ ・ａ ｅ ・ ｋｂａ ｖ ・ ｒｅ ｆ ｔ ｌ ｅｔ ｎ ｏ ｅｈ ｉ ｅｆ ｈｍ ｎ ｉ ５ ＤＫ ｔ ， Ｖ ｏ ｒ ｏｉ Ｓ ｖｙｉ ｅ ｉ ｎ ｏｔ ｌ ｃｎ ｕ ｓ ｒ ａｏ ｉＭ ｕ ｔ ｃ ｕ ｏ ｎ ｌｇ ｃ ｒ ｔ ｑ ｏ ｕ ｄ ｒｂ ｔ・ ｕｎｌｆｎｅｌ ｅｔｎ Ｒ ｂｔ ｓ ｙｔｍ ．０ ３３ （）１ ７ １ １ ｏｏｓ ｏ ｒａｏＩｔｌｇｎ ａｄ ｏ ｏｉ Ｓ ｓ ｓ２０ ．７２ ：１— ４ ． Ｊ ｉ ｃ ｅ ［］ ・ｕ ｏｒｏｉ・ｉ ｄｌ ｃｍ ｔｎ ｙａ ｉ ，ａｉｔｃｎ ｏａｄ ｐｌ ６ ＭＶ ｋｂａ ｖ Ｂｐ ａｌ ０ ｏ ０ｄｎｍｃ ｓｂｌ ， ｔ ｌ ａｐ－ ｔ ｃ ｅ ０ ｉ ｓｔ ｉ ｏｒ ｎ ｙ ｉ
控铣头 Ａ Ｃ 、 轴额定进给扭矩均达到 ３０Ｎ ， ００ ｍ 驱动系统定位精度
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颜伟泽等 ： 车轮径向疲劳试验有限元仿真及疲劳寿命估算
第６ 期
装配焊接过程 中产生的初始应力 ， 轮辐与轮辋之间的连接采用共 应力状态 ， 以以当量应力 （ ｏ ｓｓ作 为计算 应力进行研 究。 所 Ｖ ｎＭｉ ） ｅ
． 过轮胎 与轮辋 的接触 面间接 的传递 给轮辋 ， 具体加载情况 ， 图 ４１名义应力法估算车轮疲劳寿命 如
３所示。车轮在工作时轮胎与轮辋之间传递力的有效接触范围为
尺寸系数 、 面加工 系数 表 对称于车轮中轴线前后各 的范围内， 的大小为从 中间向两边 或结 构疲 劳危 险部位 的应 力集 中系数 、 力 结合疲劳损伤累积理论 ， 计算零件的疲劳寿命 。 按余 弦规律减小 。由于车轮工作时的离心力对车轮强度的影响 及名义应力 ， 微忽其微 ， 予考虑。 不 为了有效模拟动态径 向试验工况 ， 将车轮固 由于轮辐材料 Ｓ ０ Ｗ４ ０为新型材料 ， 没有现成 的材料 Ｓ Ｎ曲 － 所 － 当 ０ 定外载荷绕 车轮旋转 ， 外载荷每转一个小角度写 出一个载荷步 。 线 ， 以只能采用简化的方法估算 该材料的 Ｓ Ｎ曲线 。 Ⅳ １ ０９ ； 盯 ０时 １ ； （０ ０） 由 该车轮的试 验汽 车负载 ￣ ６ ６ ０ 轮胎内压 ￣ Ｉ ａ 轮胎与轮 时 ， ＝ ． ＾当 Ⅳ≥１ ， ＝ 一 当 Ⅳ＝ １３ １ 时 ， Ⅳ＝ ５ ６ Ｎ， ＭＰ ，
中 图分类 号 ：Ｈ１ ， ４ ３３ 文献标 识码 ： Ｔ ６Ｕ ６ ．４ Ａ
１ 前言
平产生的冲击力 ， 对汽车的行驶安全 Ｉ 稳定性和牵 引性有重要的 生、
劳试验状态下的疲劳裂纹位置及车轮的使用寿命 ， 并通过与试验结
果对比， 验证此有限元分析方法模拟车轮径向疲劳试验的有效 陛及
车轮是汽车的重要部件 ， 承受汽车的重力 、 制动力 、 驱动力、 汽 为以后车轮结构的改进打下基础。 车转向时产生的侧向力及这些力产生的力矩 ， 并且还要承受路面不 疲劳寿命估算的可靠 ，
（） ａ车轮应力云 图
（） ｂ 风孔应力 云图
图 ４车轮高应力集 中区域 图 １车轮实物图 图 ２车轮 网格模型
２２ 边界 条件 ．
边界条件主要根据车轮径向疲 劳试 验来 建立 ， 主要包括施
加在模型上的约束及外载ຫໍສະໝຸດ 等。 车轮 的约束加在轮辐的螺栓孔内
侧面和轮辐 的安装端面上。 施加在车轮上的外载荷主要包括气压
ｐｏ ｅｔａ ｉｉ ｖ ｉ ｖ ｕ ｔ ｔｅｗ ｅ ｌ ｆｔ ｉ ｉ ｅ ｎｔ ｍｅ ｏ， ｈｃ ｉ ｐａ ｉ ｃｉｅ ｒｖ ｈ ａ ｄｔ ｅａ ａｅ ｈ ｈ ｅ￣ ａｉ ｌｅｗｔ ｔ ｆ ｉ ｔ ｄ ｗ ｉ ｗｌ ｌ ａｄｒ ｔ ｔ ｔｓ ｌ ｏ ｌ ￣ｅ ｆ ｈｈｉ ｅ ｈ ｈ ｌ ｙ ｅ ｖ
表明高应力集中区域与实际裂纹位置吻合 ， 预估 的疲劳寿命与车轮 实验寿命基本吻合 ， 验证 了有限元
方法预估车轮寿命的有效性 ， 为以后对车轮进行结构改进起指导作用。 关键词 ： 车轮 ； 轮辋； 径向疲劳试验； 有限元仿真 ； 疲劳寿命
【 ｓ ａｔ Ａｆｎｔ ｅ ｍ ｎ ｏｅｆｒａｔ ｂｌ ｗ ｅｌｓｅｔ ｌｈｄｗｔｆｎｔ ｅ ｍｅｔ ｎｌｓ Ａｂｔ ｃ】 ｉ ｌ ｅ ｔ ｄｌｏ ｕｏ ｉ ｈｅ ｉ ｓ ｂｉ ｅ ｉ ｉ ｌ ｎ ａａ ｉ ｒ ｉ ｅ ｅ ｍ ｍｏ ｅ ａ ｓ ｈ ｉ ｅ ｅ ｙｓ