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可以预测,今后对车轮的设计将集中于在不影响车轮性能的前提下尽量减轻车轮质量,这对于生产商来说是一个巨大的挑战,同样在产品进人市场之前对其进行测试也非常重要。对车轮进行轻量化处理具有显著的优势:①可以改善汽车的燃油经济性、减轻汽车的簧下质量、减轻驾驶员疲劳;②可以减少原材料的消耗、降低成本。通过区分车轮高应力与低应力区域,节省低应力区域的材料可以实现上述目标。采用试验应力分析方法对新设计车轮进行测试可以得到车轮每一点处的应力,有助于进一步改进车轮。利用有限元方法对车轮进行应力分析可以提高测试效率,尤其对于新设计车轮,不仅可以提高其效率,而且可以避免制造样品。大量数据表明,多数故障发生在车轮的轮毂区。本文利用有限元分析方法对新设计车轮进行分析。新设计车轮的特征为增加高应力区域的厚度、减少低应力区域的厚度。
研究在不影响车轮基本功能(如疲劳寿命)的条件下,利用可变厚度轮辆减轻车轮质量,并建立相应模型。将分析结果与现有相关数据进行对比。
主要方法。利用有限元对现有车轮和改进后的车轮进行应力分析和比较。测量应力时,利用基于道路负荷的真实数据模拟车轮使用状况;利用试验应力分析方法得到车轮各点应力。
主要措施。增加轮毅的厚度,防止因磨损使轮胎开裂;利用变厚度轮惘来减轻质量及降低成本;对排气孔进行优化以减少应力集中,并得到较好的冷却效果。
结果分析。相比普通轮惘应力值,变厚度轮惘的应力值为153.2MPa,而普通轮惘应力值为176.5MPa。普通车轮排气孔附近区域峰值应力处厚度约为12mm,变厚度轮惘通过轮惘形状及排气孔形状的改变,厚度减至8.5mm,使应力降低15%~20%。