車輪設計面臨的挑戰

車輪設計面臨的挑戰

可以預測，今后對車輪的設計將集中于在不影響車輪性能的前提下盡量減輕車輪質量，這對于生產商來說是一個巨大的挑戰，同樣在產品進入市場之前對其進行測試也非常重要。對車輪進行輕量化處理具有顯著的優勢：①可以改善汽車的燃油經濟性、減輕汽車的簧下質量、減輕駕駛員疲勞；②可以減少原材料的消耗、降低成本。通過區分車輪高應力與低應力區域，節省低應力區域的材料可以實現上述目標。采用試驗應力分析方法對新設計車輪進行測試可以得到車輪每一點處的應力，有助于進一步改進車輪。利用有限元方法對車輪進行應力分析可以提高測試效率，尤其對于新設計車輪，不僅可以提高其效率，而且可以避免制造樣品。大量數據表明，多數故障發生在車輪的輪轂區。本文利用有限元分析方法對新設計車輪進行分析。新設計車輪的特征為增加高應力區域的厚度、減少低應力區域的厚度。

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量，并建立相應模型。將分析結果與現有相關數據進行對比。

主要方法。利用有限元對現有車輪和改進后的車輪進行應力分析和比較。測量應力時，利用基于道路負荷的真實數據模擬車輪使用狀況；利用試驗應力分析方法得到車輪各點應力。

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量及降低成本；對排氣孔進行優化以減少應力集中，并得到較好的冷卻效果。

結果分析。相比普通輪輞應力值，變厚度輪輞的應力值為153.2MPa，而普通輪輞應力值為176.5MPa。普通車輪排氣孔附近區域峰值應力處厚度約為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，使應力降低15%～20%。

MuthurajRetal.SAE 2013-01-2900.

編譯：王祥