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轿车车轮强度分析与设计方法研究

张小格  
【摘要】: 本文旨在研究应用有限元分析方法来指导进行车轮设计的方法。首先分析了在道路行驶中对车轮强度有重要影响的作用力和力矩。还对车轮台架疲劳试验的载荷进行了分析,为在对车轮进行有限元分析时确定加载和约束条件提供依据。 应用I-Deas软件对车轮进行静态有限元分析,在所建立的车轮有限元模型中包括了轮辋、轮辐和加载轴,其中轮辋和轮辐采用平面壳单元划分网格,加载轴模型用四面体单元划分网格,模拟了车轮动态弯曲疲劳试验的约束和加载条件。为了验证所建车轮有限元模型的精度,进行了车轮实验应力分析。测量应力与静态有限元分析结果的差别在0.0%~19.9%范围,表明这种有限元模型的分析精度可以满足工程要求。 对一种车轮进行的有限元分析结果表明,车轮上的高应力区域主要分布在通风孔两侧和轮辐的凸起处,而且轮辐内表面的应力要大于外表面的应力。这些高应力区域即为在实际动态弯曲疲劳试验中车轮发生疲劳破坏的区域。这表明采用这种分析方法可以有效地判定疲劳裂纹发生区域。 对车轮进行有限元分析可以比较准确地确定车轮中的应力分布,指明对车轮结构进行改进的方向,即降低车轮中的应力集中,使车轮的应力分布尽可能趋于均匀。这样就可以在保证车轮强度的前提下,尽可能减轻车轮的质量,实现轿车车轮的轻量化设计。利用上述有限元分析方法对一种轿车车轮的不同结构改进方案进行了评价,发现了降低车轮关键区域应力的有效措施。对一种乘用车车轮采用了上述改进措施,并且进行了试制。台架疲劳试验表明,这些改进措施既提高了车轮疲劳强度又达到了车轮轻量化的目的。这证明了这种方法的有效性。


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