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机械研究与应用?2013年第6期(第26卷,总第128期)
应用与试验
铝合金轮毂轮辐轻量化分析
韦辽,李健
广西科技大学机械工程学院,广西柳州545006
摘要:以16x7J铝合金轮彀为研究对象,根据弯曲疲劳试验,运用 ANSYS Workbench建立车轮有限元模型。通过对
有限元计算结果的分析,得到应力和应变分布情况。通过寿命预测,轮辐厚度减少1mm,其寿命仍可达到国家标准要
求。研究表明:该方法可缩短设计周期,降低成本,减轻车轮重量,对工程应用有一定的实用价值。
关鍵词:轮毂;弯曲疲芳试验; ANSYS Workbench;有限元分析;寿命预测
中图分类号:THO3
文献标志码:A
文章编号:1007~-4414(2013)06-0075-03
Lightweight Analysis of Aluminum Alloy Wheel Arm
WEI Liao, LI Jian
Department of Mechanical Engineering, Guangxi Universiy of Science and echnolog, Liuzhol Guangxi 54500, China
Abstract Taking 16X7J aluminum alloy wheel as research object, according to fatigue bending test, ANSYS Workbench is
used to establish finite model. With the analysis on FA calculation results, the distribution of stress and strain is founded
According to life forecast, the wheels life can still reach the national standard requirements when the thickness of wheel arm
decreases 1mm. The research shows that the method can shorten design cycle, and reduce cost and wheel weight, which has
some practical value in engineering applications
Key words: wheel; fatigue bending test; ANSYS Workbench finite element analysis life forecast
1引言
2建模和网格划分
车轮(也称钢圈、轮毂)是介于轮胎和车轴之间
轮毂材料为A356,国内脾号为ZL101。材料属
承受负荷的旋转组件,通常由轮辋和轮辐组成,而轮性:密度为2.8g/cm3,弹性模量为68.8GPa,泊松比
辋是指在车轮上安装和支承轮胎的部件,轮辐是指在为0.33。其许用应力[o]=240MPa。对轮毂模型进
车轮上介于车轴和轮辋之间的支承部件。车轮是汽行简化,简化后的轮毂结构如图1所示。
车的一个重要部件,对汽车的行驶安全性、经济性和
运用Pro/E软件完成车轮建模之后,导入AN-
整车的外观性都有重要的意义。
SYS Workbench环境下进行网格划分。设置单元大
随着汽车工业的不断发展,汽车制造商对车轮小为15mm生成网格。轮辐厚度为12mm的模型网
要求越来越高,在保证必须的强度和疲劳寿命的前格划分结果如图2所示。共有42471个单元,76351
提下,减轻车轮的重量以节省能源提高汽车的动力个节点。铝合金车轮的有限元模型如图2所示。
性成为研究的主要方向。
为了节省能源,汽车车轮向轻量化发展。铝合金
轮毂质量小,由于车轮质量的减小而使整车的质量减
小,减少了车轮的转动惯性,使汽车加速性能提高,并
相应减少了制动能量的消耗,从而减少了油耗。
笔者从轮辐方向对车轮轻量化进行分析与研究。
应用有限元分析软件 ANSYS Workbench对车轮包括
图1轮毂实体模型
图2铝合金轮毂有限元模型
加载轴法兰盘和螺栓在内的整体进行有限元建模,通
过加载计算车轮疲劳寿命,得到车轮应力应变分3弯曲疲劳试验
布图,预测车轮的疲劳寿命。通过改变轮辐厚度
实验台应有一个旋转装置,车轮可在固定不变的
mm,单个车轮质量将减少0.25kg,每车(4个)减重1弯矩作用下旋转,或是车轮静止不动,而承受一个旋
kg,车轮质量有所减小。
转弯曲力矩作用2?,车轮弯曲疲劳试验装置如图3所
收稿日期:2013-10-30
基金项目:广西科学研究与技术开发计划资助项目(10100026)
作者简介:韦辽(1986-),男,广西河池人,硕士,研究方向:机械设计及理论。