車輪設(shè)計面臨的挑戰(zhàn)

車輪設(shè)計面臨的挑戰(zhàn)

可以預(yù)測，今后對車輪的設(shè)計將集中于在不影響車輪性能的前提下盡量減輕車輪質(zhì)量，這對于生產(chǎn)商來說是一個巨大的挑戰(zhàn)，同樣在產(chǎn)品進(jìn)入市場之前對其進(jìn)行測試也非常重要。對車輪進(jìn)行輕量化處理具有顯著的優(yōu)勢：①可以改善汽車的燃油經(jīng)濟(jì)性、減輕汽車的簧下質(zhì)量、減輕駕駛員疲勞；②可以減少原材料的消耗、降低成本。通過區(qū)分車輪高應(yīng)力與低應(yīng)力區(qū)域，節(jié)省低應(yīng)力區(qū)域的材料可以實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)。采用試驗(yàn)應(yīng)力分析方法對新設(shè)計車輪進(jìn)行測試可以得到車輪每一點(diǎn)處的應(yīng)力，有助于進(jìn)一步改進(jìn)車輪。利用有限元方法對車輪進(jìn)行應(yīng)力分析可以提高測試效率，尤其對于新設(shè)計車輪，不僅可以提高其效率，而且可以避免制造樣品。大量數(shù)據(jù)表明，多數(shù)故障發(fā)生在車輪的輪轂區(qū)。本文利用有限元分析方法對新設(shè)計車輪進(jìn)行分析。新設(shè)計車輪的特征為增加高應(yīng)力區(qū)域的厚度、減少低應(yīng)力區(qū)域的厚度。

研究在不影響車輪基本功能（如疲勞壽命）的條件下，利用可變厚度輪輞減輕車輪質(zhì)量，并建立相應(yīng)模型。將分析結(jié)果與現(xiàn)有相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。

主要方法。利用有限元對現(xiàn)有車輪和改進(jìn)后的車輪進(jìn)行應(yīng)力分析和比較。測量應(yīng)力時，利用基于道路負(fù)荷的真實(shí)數(shù)據(jù)模擬車輪使用狀況；利用試驗(yàn)應(yīng)力分析方法得到車輪各點(diǎn)應(yīng)力。

主要措施。增加輪轂的厚度，防止因磨損使輪胎開裂；利用變厚度輪輞來減輕質(zhì)量及降低成本；對排氣孔進(jìn)行優(yōu)化以減少應(yīng)力集中，并得到較好的冷卻效果。

結(jié)果分析。相比普通輪輞應(yīng)力值，變厚度輪輞的應(yīng)力值為153.2MPa，而普通輪輞應(yīng)力值為176.5MPa。普通車輪排氣孔附近區(qū)域峰值應(yīng)力處厚度約為12mm，變厚度輪輞通過輪輞形狀及排氣孔形狀的改變，厚度減至8.5mm，使應(yīng)力降低15%～20%。

MuthurajRetal.SAE 2013-01-2900.

編譯：王祥