【正文】 .............................. 24 本章小結(jié) ................................................... 29 第五章 鳳舞汽車(chē)輪轂的彎曲疲勞分析 ................................. 30 車(chē)輪彎曲疲勞試驗(yàn) ........................................... 30 車(chē)輪彎曲疲勞試驗(yàn)簡(jiǎn)介 ................................. 30 華僑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 目錄 2 車(chē)輪彎曲載荷計(jì)算 ..................................... 31 車(chē)輪彎曲疲勞試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕? ................................. 31 建立車(chē)輪彎曲疲勞試驗(yàn)幾何模型 ......................... 31 建立車(chē)輪彎曲疲勞試驗(yàn)有限元模型 ....................... 31 施加邊界條件及載荷 ................................... 32 求解計(jì)算及結(jié)果分析 ......................................... 34 本章小結(jié) ................................................... 37 第六章 結(jié)論與展望 ................................................. 38 主要結(jié)論 ................................................... 38 工作展望 ................................................... 38 參考文獻(xiàn) ........................................................... 40 致謝 ............................................................... 42 附錄：鳳舞汽車(chē)輪轂 CAD 圖 ........................................... 43 華僑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 緒論 1 第一章 緒論 課題的研究目的和意義 本課題研究的目的是：（ 1）學(xué)習(xí)和掌握 UG 軟件的 3D 建模、有限元分析功能；（ 2）針對(duì)實(shí)際工程結(jié)構(gòu)，完成其 3D 幾何建模、網(wǎng)格劃分、強(qiáng)度分析，熟悉 UG 軟件的相關(guān)功能；（ 3）綜合運(yùn)用所學(xué)專(zhuān)業(yè)知識(shí)，獨(dú)立完成工程結(jié)構(gòu)件的強(qiáng)度分析。 本課題研究從汽車(chē)造型的基本特征入手，結(jié)合視知覺(jué)心理學(xué)及工業(yè)設(shè)計(jì)美學(xué)，融入中國(guó)傳統(tǒng)文化元素，進(jìn)行具有中國(guó)特色的輪轂造型設(shè)計(jì)；利用 UG 三維軟件建立模型，并用有限元法分析結(jié)構(gòu)，進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，旨在設(shè)計(jì)出造型與結(jié)構(gòu)一體化的具有中國(guó)特色的汽車(chē)輪轂。 在 科技高速發(fā)展的今天，汽車(chē)工業(yè)已經(jīng)成為了當(dāng)今國(guó)民經(jīng)濟(jì)的主要支柱產(chǎn)業(yè)之一，隨著人們生活質(zhì)量的提高，轎車(chē)成為了人們生活的一部分。據(jù) 2020 年汽車(chē)銷(xiāo)量排行榜，上海通用以 1038988 輛的銷(xiāo)售量取得了銷(xiāo)售量冠軍，同比增長(zhǎng)達(dá)到了 %，其中別克品牌全年銷(xiāo)量 550014 輛，同比增長(zhǎng) 23%，雪佛蘭品牌全年銷(xiāo)量 471575輛，增幅為 73%，凱迪拉克品牌銷(xiāo)售 17366輛，同比增長(zhǎng) 139%，另外上海大眾也突破了百萬(wàn)輛銷(xiāo)售記錄，成為國(guó)內(nèi)第二家產(chǎn)銷(xiāo)突破百萬(wàn)輛的汽車(chē)企業(yè)，于此同時(shí)，國(guó)內(nèi)的民族品牌吉利和長(zhǎng)城也都有良好 的銷(xiāo)售，分別同比增長(zhǎng) 22%和 98%，隨著汽車(chē)銷(xiāo)售量的劇增，車(chē)輪的需求也在不斷提高，提供高質(zhì)量低成本的車(chē)輪對(duì)車(chē)輪廠提出了更高的要求。汽車(chē)行業(yè)的飛速發(fā)展，在給人們帶來(lái)便利的同時(shí)，也造成了一些問(wèn)題，例如能源、安全和環(huán)境等。車(chē)輛在減少能源消耗方面，減輕整車(chē)重量是一個(gè)有效途徑，但是，整車(chē)輕量化的同時(shí)，可能對(duì)汽車(chē)的安全造成影響，因此有必要在保證汽車(chē)強(qiáng)度和剛度符合要求的前提下，對(duì)汽車(chē)進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)。 車(chē)輪的主要功能是與輪胎一起支撐整車(chē)、緩解路面給車(chē)體帶來(lái)的沖擊力，同時(shí)車(chē)輪通過(guò)輪胎同輪眉間的摩擦力來(lái)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)力和制動(dòng)力。 當(dāng)汽車(chē)轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)產(chǎn)生平衡離心力的側(cè)抗力，為了保證汽車(chē)正常轉(zhuǎn)向行駛，通過(guò)車(chē)輪產(chǎn)生的自動(dòng)回正力矩，使汽車(chē)保持直線(xiàn)行駛方向。 科技的不斷進(jìn)步，車(chē)輪形式呈多樣化發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越注重汽車(chē)的外觀、經(jīng)濟(jì)性和舒適性，這就使得汽車(chē)行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，同時(shí)給汽車(chē)生產(chǎn)商提出越來(lái)越多的要求，車(chē)輪作為汽車(chē)上的主要零部件也需要不斷地提高性能。目前，車(chē)輪生產(chǎn)商在保證車(chē)輪強(qiáng)度和剛度的情況下，盡力使車(chē)輪朝著輕量化和美觀化的方向發(fā)展，無(wú)論是從客戶(hù)還是從生產(chǎn)商來(lái)講都是意義重大的，現(xiàn)在車(chē)輪企業(yè)已經(jīng)使用有限元技術(shù)來(lái)指導(dǎo)車(chē)輪的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)過(guò)程 【 1】 。 本 課題通過(guò)對(duì)中國(guó)傳統(tǒng)文化的研究，歸納輪轂造型設(shè)計(jì)的要素，原則及其方法；并將其融合到汽車(chē)輪轂的造型設(shè)計(jì)中，運(yùn)用 UG 三維建模及有限元分析技華僑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 緒論 2 術(shù)使其不僅做到結(jié)構(gòu)輕量化同時(shí)又滿(mǎn)足人們對(duì)審美的需求，以期為汽車(chē)輪轂造型設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供好的方法。 國(guó)內(nèi)外研究的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 車(chē)輪和汽車(chē)的發(fā)明、改進(jìn)，使人類(lèi)的交通運(yùn)輸發(fā)生了革命性的改變，對(duì)人類(lèi)文明產(chǎn)生了極為重要的影響。車(chē)輪的發(fā)展經(jīng)歷了漫長(zhǎng)的歷史過(guò)程：最早的汽車(chē)車(chē)輪繼承于馬車(chē)，密密麻麻的輻條是這個(gè)時(shí)期車(chē)輪的主要特點(diǎn)，而且這個(gè)時(shí)期的車(chē)輪輪轂、輪輞的概念都是非常明確的 ，并不像現(xiàn)在我們所說(shuō)的車(chē)輪這樣包括了輪胎和車(chē)軸之間的整個(gè)部分。輪輞是指緊貼胎唇的部分，輪轂是指套在車(chē)軸外層的部分，輻條呈放射狀由輪轂發(fā)散到輪輞。輪輞、輪轂、輻條，三者是可分離的，并不是一體的。隨著科技的進(jìn)步，工業(yè)的發(fā)展，在 19 世紀(jì)末 20 世紀(jì)初的這段時(shí)間，輪輞、輪轂、輻條開(kāi)始通過(guò)鑄造工藝合為一體。此后不久，隨著輪胎工藝的發(fā)展，我們非常熟悉的鋼（鐵）車(chē)輪出現(xiàn)了，后來(lái)愛(ài)美的人們發(fā)明了一個(gè)東西叫車(chē)輪蓋，一般用塑料制成，蓋在鋼車(chē)輪外層。車(chē)輪蓋開(kāi)始是為了“遮丑”。 現(xiàn)在，鋁合金車(chē)輪成為主流 【 2】 。 車(chē)輪是車(chē)輛承載的重要 安全部件 ,對(duì)它的安全性要求很高。它除了受正壓力外 , 還承受因車(chē)輛啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)扭矩的交互作用 , 以及行駛過(guò)程中轉(zhuǎn)彎、沖擊等來(lái)自各個(gè)方向的不規(guī)則受力。車(chē)輪在高速旋轉(zhuǎn)中 , 還影響車(chē)輛的平穩(wěn)性、操作性等性能。當(dāng)前國(guó)際先進(jìn)的汽車(chē)設(shè)計(jì)，一是考慮它的安全性，；二是考慮它的節(jié)能性；三是考慮它的簡(jiǎn)易操作性。特別是現(xiàn)在全球能源緊張，石油價(jià)格不斷攀升，如何降低能源的消耗以及緩解對(duì)環(huán)境的污染已成為汽車(chē)設(shè)計(jì)界的主要關(guān)注問(wèn)題。而在降低能耗的一個(gè)關(guān)鍵因素就取決于汽車(chē)自身的重量，降低汽車(chē)自重一般采用兩種方法，一是在提高材料強(qiáng)度和可靠性的基 礎(chǔ)上，利用有限元分析法使汽車(chē)結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)化設(shè)計(jì)，使零部件合理化、薄壁化、中空化、小型化等 。二是采用輕量化材料。車(chē)輪，是汽車(chē)的“鞋子”。具體來(lái)講，“鞋底”是車(chē)輪胎，“鞋幫兒”則是輪轂。其中輪轂由 輪輞 和輪輻構(gòu)成。輪轂一方面通過(guò)輪輞與輪胎配合，另一方面通過(guò)輪輻與車(chē)橋相連，發(fā)揮其承載、行駛、轉(zhuǎn)向、驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)等作用。而其中有資料表明，輪轂質(zhì)量的減輕對(duì)于燃油經(jīng)濟(jì)性的提高效果要比減輕汽車(chē)其它部件的質(zhì)量要大的多，而且試驗(yàn)表明，汽車(chē)輪轂 (輪輞、輪輻部分 )在滿(mǎn)足其使用性能要求的基礎(chǔ)上存在著減輕質(zhì)量的潛力 【 3】 。因此，雖然至今 汽車(chē)輕金屬材料主要仍是集中用在車(chē)身上，但是在轉(zhuǎn)動(dòng)件和振動(dòng)件中的用量也在與日俱增，按質(zhì)量計(jì)，輪轂占首位。 盡管我國(guó)汽車(chē)工業(yè)發(fā)展迅速，但與工業(yè)化的汽車(chē)強(qiáng)國(guó)相比還存在不少差距，其中之一便是汽車(chē)用材與國(guó)外存在一定差距，汽車(chē)鋁化率還比較低，以轎車(chē)最為突出，一般轎車(chē)單車(chē)耗鋁量?jī)H為 4050kg 左右，隨著世界汽車(chē)輕量化進(jìn)程的加快，特別是加入 WTO 后，汽車(chē)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)國(guó)際化日趨激烈，汽車(chē)的節(jié)能化、輕量化成華僑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 緒論 3 為我國(guó)汽車(chē)工業(yè)發(fā)展的必要趨勢(shì)。 輪轂造型設(shè)計(jì)方法研究 汽車(chē)類(lèi)型不同，所選用的車(chē)輪結(jié)構(gòu)也不盡相同，國(guó)際上對(duì)于車(chē)輪輪轂造 型的設(shè)計(jì)已趨于成熟，每個(gè)國(guó)家在設(shè)計(jì)過(guò)程中都融入了自己的民族文化特色。也是西方國(guó)家在激烈的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)中保持不敗的一大籌碼 【 4】 。而我國(guó)在這一領(lǐng)域的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方面嚴(yán)重不足，具有中國(guó)特色的車(chē)輪設(shè)計(jì)幾乎沒(méi)有，即使是國(guó)產(chǎn)汽車(chē)的車(chē)輪也大多延用國(guó)外的造型。因而有必要結(jié)合設(shè)計(jì)美學(xué)，人機(jī)工程學(xué)及中國(guó)傳統(tǒng)文化元素，開(kāi)展汽車(chē)輪轂的造型設(shè)計(jì)研究，創(chuàng)造出具有中國(guó)民族特色以及自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品。 2020 年美籍華人 ,汽車(chē)資深設(shè)計(jì)師陳聰仁談?wù)撝袊?guó)的汽車(chē)設(shè)計(jì)時(shí)提出了中國(guó)汽車(chē)設(shè)計(jì)應(yīng)體現(xiàn)本土特色的觀點(diǎn) 【 5】 。 2020 年王謙在 ART PANORAMA 上發(fā)表的論文中總結(jié)了現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外汽車(chē)造型的現(xiàn)狀，認(rèn)為現(xiàn)在我國(guó)的汽車(chē)造型設(shè)計(jì)不但要學(xué)習(xí)西方經(jīng)驗(yàn)而且要堅(jiān)持自己的特色，將中華民族傳統(tǒng)文化融入潮流從而煥發(fā)出新的光彩 【 6】 。 2020 年孫利在包裝工程上發(fā)表的論文中論述了汽車(chē)輪轂造型本土化設(shè)計(jì)的 4 種方法。對(duì)提高中國(guó)輪轂造型的本土化設(shè)計(jì)水平，拓展中國(guó)汽車(chē)輪轂的國(guó)際市場(chǎng)具有重要意義和影響 【 7】 。 2020 年南京華舜輪轂有限公司 /陸斌等在 MC 現(xiàn)代零部件上發(fā)表的論文中介紹了現(xiàn)有的一些時(shí)尚車(chē)輪設(shè)計(jì) 【 8】 ，讓我們?cè)诟袊@輪轂設(shè)計(jì)的多姿多彩的同時(shí)，也在深思中國(guó)汽車(chē)設(shè)計(jì)的未來(lái)。同期的湖南 科技大學(xué)工業(yè)設(shè)計(jì)系的王沈策等發(fā)表的論文中分析了汽車(chē)造型與中國(guó)傳統(tǒng)文化的關(guān)聯(lián)性。提出了如何利用工業(yè)設(shè)計(jì)中的感性工程學(xué)的系統(tǒng)理論來(lái)設(shè)計(jì)汽車(chē)的外觀造型 【 9】 。這也為我們?cè)谲?chē)輪造型設(shè)計(jì)過(guò)程中融入中國(guó)傳統(tǒng)藝術(shù)文化提供了借鑒。 有限元法的研究 國(guó)際上對(duì)車(chē)輪性能和結(jié)構(gòu)的研究最初都只是采用經(jīng)驗(yàn)類(lèi)比的方法，然后按材料力學(xué)公式進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核。隨著測(cè)試技術(shù)的發(fā)展，人們逐漸開(kāi)始使用應(yīng)變電測(cè)技術(shù)、脆漆法對(duì)車(chē)輪進(jìn)行試驗(yàn)。除此之外人們還采用了疲勞試驗(yàn)、道路試驗(yàn)、應(yīng)力測(cè)試方法對(duì)車(chē)輪進(jìn)行測(cè)試。雖然這些方法均真實(shí)可靠，但是只能對(duì)已生 產(chǎn)出來(lái)的的車(chē)輪結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究分析，而且得不到車(chē)輪整體應(yīng)力分布規(guī)律，無(wú)法對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行深入細(xì)致的研究，因此不能實(shí)現(xiàn)在設(shè)計(jì)階段就對(duì)車(chē)輪結(jié)構(gòu)性能進(jìn)行預(yù)測(cè)，不能解決車(chē)輪設(shè)計(jì)中遇到的問(wèn)題 【 10】 ~【 13】