《汽車輪轂輕量化探析》

1節(jié)能、環(huán)保這一課題在全球范圍內(nèi)都得到了不斷的努力，也關(guān)系到我國(guó)汽車、本論文以重卡輪轂為主要研究對(duì)象，通過(guò)有限元方法對(duì)其進(jìn)行靜力學(xué)分析以實(shí)現(xiàn)質(zhì)量，成本及性能三方面的綜合考慮，并在確保輪轂強(qiáng)度，剛度及不會(huì)降低車輛性能的基礎(chǔ)上，通過(guò)結(jié)構(gòu)分析及輕量化設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)車輛前橋的輕量化，去除了輪轂中的某些冗余部位，以較少的可靠性試驗(yàn)數(shù)據(jù)獲得較為可信的可靠性評(píng)價(jià)結(jié)果，降低設(shè)計(jì)及試驗(yàn)成本，從而為載重車用高性能輕量化輪轂的研制提目錄1.緒論 21.1選題背景和研究意義 2 32輪轂表面點(diǎn)云數(shù)據(jù)的獲取與預(yù)處理 42.1點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集方法 4 52.3點(diǎn)云數(shù)據(jù)的預(yù)處理 63UG輪轂幾何建模 3.1UG軟件建模功能分析 73.2輪轂結(jié)構(gòu)造型分析 83.3重構(gòu)模型誤差檢測(cè) 94優(yōu)化后輪轂的試驗(yàn)分析 4.1輪轂試驗(yàn)要求 4.2彎曲疲勞試驗(yàn)有限元分析 4.3輪轂輕量化改進(jìn) 25.結(jié)論 1.緒論1.1選題背景和研究意義在科技與現(xiàn)代化飛速發(fā)展的今天，汽車以其方便快捷己經(jīng)成了人們出行的第一選擇，尤其是21世紀(jì)后，汽車在世界范圍內(nèi)的年銷售量呈現(xiàn)不斷上升的態(tài)勢(shì)，統(tǒng)計(jì)顯示2019年世界汽車年銷量將超過(guò)1億。中國(guó)作為世界上人口最多的而汽車輪轂又是我國(guó)汽車中最重要的組成部分之一，因此，在未來(lái)幾年內(nèi)，我國(guó)的汽車需求都會(huì)帶動(dòng)國(guó)內(nèi)輪轂行業(yè)的發(fā)展。汽車行業(yè)在近些年來(lái)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，但與此同時(shí)，由于汽車尾部產(chǎn)生大量的汽車尾氣對(duì)大氣環(huán)境造成了嚴(yán)國(guó)《中國(guó)制造2025規(guī)劃》中的綠色發(fā)展的基本方針之一。目前世界上有很多國(guó)家都在大力發(fā)展汽車制造業(yè)，但是由于汽車尾氣排放所導(dǎo)致的大氣污染問(wèn)題已經(jīng)嚴(yán)重影響到人類賴以生存的環(huán)境。汽車尾氣排放中含有大量有害物質(zhì)如二氧化碳、一氧化碳以及氮氧化物等。這些有害氣體會(huì)造成環(huán)境污染。加劇氣候變暖。威脅著人類健康。破壞自然環(huán)境。危害生態(tài)系統(tǒng)。污染環(huán)境。所以，降低汽車尾氣污染物排放量就成了汽車工業(yè)的主要發(fā)展方向，汽車輕量化研究能控制汽車油耗，繼而有效地控制污染物排放，更為重要的是能緩解石油和其他不可再生資源需求，有效保護(hù)大氣環(huán)境。從資源有效利用與生態(tài)環(huán)境兩個(gè)角度來(lái)汽車零部件輕量化研究有兩方面內(nèi)容：一方面要選用質(zhì)量較輕、性能較好的原材料(例如鋁合金),另一方面要優(yōu)化原結(jié)構(gòu)以減少原材料用量，同時(shí)要滿足零部件使用要求及安全性能。這就需要對(duì)現(xiàn)有零部件進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，以達(dá)到降低成本的目的。而目前，許多零部件都采用常規(guī)方法來(lái)解決這些問(wèn)題。這逆向工程就是其中之一。技術(shù)成熟。應(yīng)用廣泛。前景廣闊。成效顯著。勢(shì)在必行。在汽車零件的開發(fā)過(guò)程中，通過(guò)對(duì)市場(chǎng)的調(diào)研與分析，結(jié)合用戶的34BoardSystem,MoMo,WheelPros)都利用功能強(qiáng)大的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件要解決。解決問(wèn)題才能實(shí)現(xiàn)。降低成本。提高效率。節(jié)約成本。節(jié)省時(shí)2.1點(diǎn)云數(shù)據(jù)采集方法52.2點(diǎn)云數(shù)據(jù)測(cè)量本專題選取的車型為某車型的輪轂，實(shí)物如圖16圖1輪轂實(shí)物圖7戶快速完成零件的重新建模工作，提高設(shè)計(jì)效率；這使得UG成為了目前8實(shí)用性強(qiáng)。并能有效地對(duì)實(shí)體模型中任意部位進(jìn)行編輯修改，能靈活便捷地對(duì)自由形狀曲面上實(shí)體進(jìn)行由特征向自由形狀曲面上轉(zhuǎn)換，可隨時(shí)添加參數(shù)，將其它純參數(shù)化系統(tǒng)更自由靈活，該系統(tǒng)內(nèi)部含有基本特征造型庫(kù)(例如內(nèi)腔，凸臺(tái)，腹板，孔口，槽口等),只需確定它們最終的形狀，材質(zhì)及大小，便可對(duì)這些基本特征造型進(jìn)行識(shí)別，當(dāng)設(shè)計(jì)人員對(duì)系統(tǒng)特征信息了如指掌時(shí)，便可直接使用，能最大限度地滿足設(shè)計(jì)人員需求，并能讓設(shè)計(jì)人員將設(shè)計(jì)思想在盡國(guó)標(biāo)(GB3487-1996)對(duì)鋁合金輪轂有一些尺寸要求。通過(guò)對(duì)輪轂結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析可知，輪轂主要采用平底輪轂與深槽輪轂兩種結(jié)構(gòu)形式，此外常用半深槽輪轂與對(duì)開式輪轂等多種輪轂。該項(xiàng)目開發(fā)設(shè)計(jì)的鋁合金輪轂為某工廠開發(fā)的目標(biāo)，屬深槽寬輪轂形式，其平面圖形如圖2。從輪轂平面圖形可看出該車型鋁合金輪轂結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，在設(shè)計(jì)時(shí)研發(fā)人員嚴(yán)格執(zhí)行國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，即輪轂寬度、直徑等設(shè)計(jì)規(guī)格與其配合輪胎尺寸特性一致，對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)分析并將其達(dá)到輪轂要求，制成成品并按國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定測(cè)試校驗(yàn)，以證實(shí)制造出鋁合金輪轂?zāi)芊襁_(dá)到同一配合輪胎要求無(wú)誤。應(yīng)用UG對(duì)鋁合金輪轂進(jìn)行三維模及螺栓孔組成。在對(duì)它進(jìn)行合理設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)能把螺栓擰緊力矩勻速傳遞給安裝面，使最大夾緊力負(fù)荷出現(xiàn)在安裝面的最大直徑。此外，還應(yīng)保證中心孔預(yù)留出足夠大的縫隙，以保證在不良環(huán)境情況下消除輪轂與車軸之間銹死現(xiàn)象。3.在輪轂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，還應(yīng)根據(jù)具體情況綜合考慮圓角半徑及拔模斜度的設(shè)計(jì)過(guò)在輪轂安裝過(guò)程中起到把手處的作用，同時(shí)也可以散去傳動(dòng)軸，制動(dòng)鼓以及其他零部件之間摩擦所帶來(lái)的巨大熱量，同時(shí)也可以提高輪轂造型美感。此外，輪輻邊緣作為連接輪輞的部位，其設(shè)計(jì)中也需要降低輪轂邊緣部位的剛度，在9圖2汽車輪輞平面圖形模，另一種是單獨(dú)幾何建模。整體幾何建模是指輪輻和輪輞作為一個(gè)整體的三維幾何建模。該方法簡(jiǎn)單、快速。它還可以避免考慮輪輻和輪輞組合部分的約束，避免輪輻與輪輞之間的裝配關(guān)系以及它們之間的布爾運(yùn)算。然而，當(dāng)拉伸輻條邊緣的通風(fēng)口時(shí)，這種方法的效果并不理想，并且很難對(duì)鋁合金輪轂進(jìn)行CAE分析。相反，單獨(dú)的幾何建模正好相反，它只適用于具有更復(fù)雜輻條的三維幾何建模。它可以突出輪轂三維幾何模型的美。因此，在本課題中，鋁合金4優(yōu)化后輪轂的試驗(yàn)分析汽車行業(yè)對(duì)鋁合金輪轂需求猛增的同時(shí)，對(duì)于鋁合金輪轂的性能要求更加在汽車速度需求不斷提高的情況下，對(duì)輪轂提出了更高的要求。由于輪轂作為車輛行駛系統(tǒng)中的一個(gè)主要組成部分，作為車輛與地面間傳力元件直接關(guān)系到橫向載荷以及驅(qū)動(dòng)，制動(dòng)扭矩的作用，轉(zhuǎn)動(dòng)著的輪轂要受到周期變化著的彎曲扭矩及徑向應(yīng)力；此外輪轂既是輪胎形狀骨架又是輪胎連接車軸的轉(zhuǎn)動(dòng)部分。輪轂工作時(shí)主要表現(xiàn)為強(qiáng)度破壞與疲勞破壞，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示輪轂上述損傷均為是指受循環(huán)載荷作用時(shí)，材料發(fā)生破壞與失效。就是來(lái)形容造成開裂或者性能受到損害的情況。在彎曲疲勞，螺栓預(yù)緊力以及動(dòng)態(tài)徑向力等多重因素影響下鋁合金輪轂自身所產(chǎn)生的性能改變。輪轂在承受多次反復(fù)變化載荷時(shí)，其應(yīng)力失效形式斷裂試驗(yàn)結(jié)果無(wú)無(wú)參考文獻(xiàn)[1]鄧旭，謝俊，滕飛.何謂“碳中和”?[J].氣候變化研究進(jìn)andeyRK.ShapeOptimizationofFrofTractor[J].Internationa