镁合金电动车轮毂的研究与开发说明书

硕士学位论文论文题目：镁合金电动车轮毂的研究与开发

作者姓名龚惠玲

指导教师潘柏松教授

彭廷红讲师

学科专业机械设计与理论

所在学院机电学院

提交日期二零零八年五月

浙江工业大学

学位论文原创性声明

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镁合金电动车轮毂的研究与开发

摘 要

镁合金是现已知的最轻金属结构材料，随着能源短缺与环境污染问题的日趋严重，镁合金越来越受到各国的青睐。自1990年以来，美国、日本、德国、澳大利亚等国家相继出台了自己的镁合金研究计划，把镁合金列为21世纪研究与开发的重点项目。我国科技部也在“十五”国家科技攻关计划中特别提出了“镁合金开发应用和产业化”重大项目。本文基于该背景，提出了镁合金电动自行车轮毂的研究与开发课题。

本课题研究的内容是关于材料替代再设计的问题，本文首先分析了产品材料替代再设计方法，归纳总结了一个产品材料替代再设计的通用模型。基于该模型，分别从结构设计、成形工艺及成品检测三方面研发镁合金电动自行车轮毂。

本文通过对轮毂的静负载荷和动态弯曲疲劳试验有限元模拟，分析了六种轮毂结构改进方案。分析结果表明，通过适当增大轮辐的整体宽度，可以有效降低轮毂的应力，并且应力分布趋向均匀。根据该结论，重新设计轮毂结构，经分析该结构满足性能要求。

镁合金轮毂的成型工艺类型较多，但多处于研究阶段。本文基于正交试验法和有限元法对其压铸成型工艺进行模拟分析，采用极差法处理试验结果数据，得出内浇口截面积对轮毂充型影响最大，其次是模具温度、充型速度、金属液温度和直浇口直径。通过绘制因素水平趋势图，分析出一个较优的成型工艺方案A1B2C2D2E2。

根据动态弯曲疲劳试验标准，自行设计了一套轮毂性能测试装置，检验其疲劳强度。轮毂经过连续转动105次转后，采用着色渗透法对其

检验，结果显示无裂纹、断裂现象，满足标准规定的要求。

关键词：镁合金，轮毂，有限元分析，正交试验，弯曲疲劳试验

REARCH AND DEVOLPMENT ON MAGNESIUM

ALLOY WHEELS OF ELECTRIC BICYCLES

ABSTRACT

Energy crisis and environmental problem have been more and more critical. As a result, magnesium alloy, the lightest structural metal material known, is attracting much more attentions around the world. Since 1990, US, Japan, Germany，Australia etc. sequentially announced research projects on magnesium alloy, which is considered as the key subject of study and research in the 21st century. China’s Ministry of Science also specially announced the significant projects, “Development, Application and Industrialization of Magnesium”, in the “10th Five- -Year Plan” national key science program. This paper proposed a developmental process of magnesium alloy wheels used for electric bicycle based on this background.

This paper mainly worked on redesigning of material substitution. Firstly, the redesign method of product material substitution is analyzed. Then, a common model about this is proposed. Based on the model, the research is carried out in the three aspects of structure design and molding process and product test.

Six improved projects of wheel structure are analyzed through the Finite element simulation of its static load test and dynamic bending fatigue test. The result shows that increasing the whole width of spoke