【正文】 和耐用性 :鋁合金車輪為了增加耐蝕性，整個(gè)外露表面應(yīng)全部噴漆，所用漆可以是透明的或不透明的、粉末壯的或液態(tài)的。由于鋁合金車輪采用剛螺栓和鍍鉻螺母直接與鋼或鑄件聯(lián)結(jié)在一起，所以要考慮潛在的電化學(xué)腐蝕。盡管目前鑄造鋁合金普遍采用 A356 合金，最大限 度地降低了腐蝕趨勢(shì)，但設(shè)計(jì)時(shí)要注意，如果鋁合金中含銅量較高，則在電化學(xué)條件下就更易于腐蝕。同時(shí)考慮到車輪在使用過程中，由于環(huán)境或操作人員錯(cuò)誤使用洗滌劑、錯(cuò)誤使用輪胎安裝機(jī)、不正常維護(hù)等等，所以設(shè)計(jì)時(shí)必須充分預(yù)見到這些潛在的問題，將危害降到最低。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 小排量轎車車輪結(jié)構(gòu)的有限元模態(tài)分析 11 3） 安裝可靠、拆卸方便 :確保車輪在行駛時(shí)不發(fā)生松動(dòng)是至關(guān)重要的，所以要考慮車輪的安裝面設(shè)計(jì)及緊固件的選擇。同時(shí)，為了定時(shí)維護(hù)輪胎、剎車系統(tǒng)及軸承，車輪應(yīng)該易于拆裝，緊固螺母既要能緊固車輪免于松動(dòng)，又要避免嚴(yán)重擦傷車輪，還不能與螺栓銹死。 4） 加工工藝的要求 :鋁合金車 輪復(fù)雜多變的造型設(shè)計(jì)對(duì)加工工藝提出了更高的要求，有時(shí)需要增加一些專用工具或設(shè)備，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該考慮盡量避 免新的設(shè)備及工件，并 考慮鑄造加工的工藝性特點(diǎn)，有時(shí)需要造型設(shè)計(jì)做出一些讓步 [5， 13， 18]。 設(shè)計(jì)參數(shù)的確定 在確定了設(shè)計(jì)方法以后，根據(jù)總體的設(shè)計(jì)要求，就要進(jìn)一步確定鋁合金車輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)參數(shù) ， 這里的設(shè)計(jì)參數(shù)主要包括整體設(shè)計(jì)參數(shù)和局部設(shè)計(jì)參數(shù)兩部分。 整體設(shè)計(jì)參數(shù) 首先要確定一些重要的背景數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)將勾畫出整體設(shè)計(jì)的輪廓，這主要包括輪輞直徑及寬度、 輪輞厚度、 安裝面分布圓直徑及螺栓孔尺寸 、中心孔配合尺寸、最小可適用輪胎尺寸、前后制動(dòng)空間尺寸等等 。對(duì)于這些尺寸數(shù)據(jù)，要參照不同的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和相關(guān)的車輪成型產(chǎn)品來(lái)加以確定。其中， 輪輞 在設(shè)計(jì)上已經(jīng)形成了比較固定的參考標(biāo)準(zhǔn)，這里將參考5 度 深槽 輪輞 的輪廓尺寸標(biāo)準(zhǔn) ，具體尺寸見下列各表。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 小排量轎車車輪結(jié)構(gòu)的有限元模態(tài)分析 12 表 輪輞直徑（ J型輪輞） 輪輞輪廓種類 輪輞名稱（ in） 名義直徑（ mm） 5 度深槽輪輞 10 12 304 13 14 15 16 17 18 462 19 20 21 22 23 589 24 26 28 716 表 輪輞寬度（ J 型輪輞） 輪輞輪廓種類 輪輞名稱（ in） 輪輞寬度（ mm） 5度深槽輪輞 5 127 6 7 178 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 小排量轎車車輪結(jié)構(gòu)的有限元模態(tài)分析 13 8 203 216 9 10 254 11 12 305 13 330 表 輪輞厚度規(guī)定（只適用于壓鑄輪輞） 尺寸（ in） 載荷（ LBS） 輪輞厚度（ mm） ＜ 15 ≤ 1600 15～ 17 18～ 19 20～ 22 ≥ 23 ＜ 15 2100～ 2500 15～ 17 18～ 19 20～ 22 ≥ 23 ＜ 15 ≥ 3100 15～ 17 18～ 19 20～ 22 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 小排量轎車車輪結(jié)構(gòu)的有限元模態(tài)分析 14 ≥ 23 中心孔結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)主要是需要更多的考慮裝配的關(guān)系，即中心孔與車軸之間、中心孔與卡口蓋之間、中心孔與杯蓋之間的配合。 由于有些汽車車軸與車軸連接面之間可能存在著倒角關(guān) 系，所以一般在中心孔安裝面處設(shè)計(jì)一個(gè)倒角過渡（倒角結(jié)構(gòu)見下圖） 。 圖 中心孔安裝面倒角 車輪中心孔與車軸之間的配合為間隙配合，假使車軸直徑為 D1，中心孔直徑為 D，則兩者正常的裝配關(guān)系可用下面的公式表示： D＝ D1＋ ～ ????????????????????? （ ） 當(dāng)車軸與中心孔之間進(jìn)行配合時(shí)，除了保證車輪中心孔與車軸之間的配合為間隙配合外，還要求中心孔有足夠的高度，以保證中心孔或裝飾蓋和車軸頂部不會(huì)干涉。常見的車軸結(jié)構(gòu)如下圖： 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 小排量轎車車輪結(jié)構(gòu)的有限元模態(tài)分析 15 圖 車軸結(jié)構(gòu) 根據(jù)上圖車軸的結(jié)構(gòu)，我們常用的中心孔結(jié)構(gòu)主要有以下的幾種結(jié)構(gòu)。 （ 1） 使用覆蓋螺栓孔的裝飾蓋設(shè)計(jì)時(shí)，中心孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 此時(shí)中心孔設(shè)計(jì)可采用簡(jiǎn)單的通孔型設(shè)計(jì)，安裝面處設(shè)計(jì)一個(gè) 度的倒角即可。安裝盤厚度 H1 一般設(shè)計(jì)為 20～ 25mm。 當(dāng)車輪應(yīng)用于轎車時(shí)，中心孔安裝面到裝飾蓋底部的距離設(shè)計(jì) H2最好為 45mm 以上。 圖 使用 覆蓋螺栓孔的 裝飾蓋時(shí)中心孔結(jié)構(gòu) （ 2） 使用裸露螺栓孔的裝飾蓋設(shè)計(jì)時(shí)的中心孔結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 小排量轎車車輪結(jié)構(gòu)的有限元模態(tài)分析 16 此時(shí)的中心孔設(shè)計(jì)由于考慮到裝飾蓋的安裝，一般可分成以下的幾種結(jié)構(gòu)。 (A) (B) (C) 圖 使用裸露螺栓孔的裝飾蓋時(shí)的三種中心孔結(jié)構(gòu) 當(dāng)使用裸露螺栓孔的裝飾蓋時(shí)，應(yīng)盡量應(yīng)用中心孔結(jié)構(gòu)（ A）、（ B）這兩種常用性設(shè)計(jì)，因?yàn)檫@兩種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)能夠提供更大的空間以避免與車軸的干涉，同樣的： 當(dāng)車輪應(yīng) 用于轎車時(shí)，中心孔安裝面到裝飾蓋底部的距離設(shè)計(jì) H2最好為 45mm 以上； 當(dāng)車輪應(yīng)用于卡車或 SUV 時(shí)， H2 最好為 65mm 以上。 而對(duì)于中心孔結(jié)構(gòu)（ C），根據(jù)上面車軸結(jié)構(gòu)來(lái)看，其中心孔有效高度有兩個(gè)，即為 H1 和 H2。若非特別需要，或裝車的情況不清楚，這種結(jié)構(gòu)應(yīng)該盡量免用，同樣的： 車輪應(yīng)用于轎車時(shí)，中心孔安裝面到裝飾蓋底部的距離設(shè)計(jì) H2 最好為 45mm 以上；而 H1 最好為 14mm 以上。 當(dāng)車輪應(yīng)用于卡車或 SUV 時(shí)， H2 為最好為 65mm 以上，而 H1 最好為 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 小排量轎車車輪結(jié)構(gòu)的有限元模態(tài)分析 17 18mm 以上。 螺栓孔結(jié)構(gòu)根據(jù)車輛與車輪之間的安裝方式，一般 分為 以下三種： 圖 三種螺栓孔結(jié)構(gòu) 根據(jù)車輛與車輪的裝配關(guān)系，螺栓孔結(jié)構(gòu)上的錐面座和球面座是主要的支撐部位，該部位的高度設(shè)計(jì)不應(yīng)過小。 對(duì)于錐面座，高度尺寸 H 不應(yīng)小于 3mm，錐面角度為 60 度。 對(duì)于球面座，高度尺寸 H 不應(yīng)小于 5mm，球面 R 角為 12～ 15mm。 對(duì)于螺栓孔通孔的直徑尺寸 d，根據(jù)現(xiàn)有生產(chǎn)車輛的統(tǒng)計(jì)，絕大部分汽車車軸上的螺栓規(guī)格設(shè)計(jì)有兩種： 和 。 根據(jù)上面車軸螺栓的設(shè)計(jì) ， 螺栓通孔直徑尺寸 d 一般不應(yīng)小于。對(duì)于要求尺寸 d 小于 14mm 的 螺栓孔設(shè)計(jì)，可讓客戶提供車軸螺栓的規(guī)格，以確定具體尺寸 d。 對(duì)于螺栓孔沉孔直徑 D，一般設(shè)計(jì)直徑在 28mm 以上，以適應(yīng)可用多種螺母的需要。 為適應(yīng)一些車軸螺栓底部存在倒角或凸臺(tái)的需要，要在螺栓孔的底部增加淺沉孔結(jié)構(gòu)，保證螺栓和螺栓孔的準(zhǔn)確配合。 一般沉孔直徑設(shè)計(jì)為 27mm；深度為 （見下圖）。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 小排量轎車車輪結(jié)構(gòu)的有限元模態(tài)分析 18 圖 淺沉孔結(jié)構(gòu) 常用的螺栓孔結(jié)構(gòu) 有如圖以下 2 種。 圖 錐面螺栓孔結(jié)構(gòu) 圖 球面螺栓孔結(jié)構(gòu) 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 小排量轎車車輪結(jié)構(gòu)的有限元模態(tài)分析 19 局部設(shè)計(jì)參數(shù) 確定車 輪局部的設(shè)計(jì)參數(shù)是對(duì)整個(gè)車輪造型設(shè)計(jì)的進(jìn)一步完善，局部結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)參數(shù)主要包括內(nèi)外輪緣的圓角半徑尺寸、 輪輞 槽的最小深度、輪輞 槽傾斜的角度、輪輻的結(jié)構(gòu)及尺寸大小、通風(fēng)孔的位置和尺寸、表面過渡處的圓角半徑、氣門孔處的壁厚和氣門孔徑的大小、撥模角的大小等等 。 輪輞扁平凸峰輪廓尺寸和形狀如圖 和表 所示，輪輞圓周凸峰輪廓尺寸和形狀 如圖 和表 所示。 圖 輪輞扁平凸峰輪廓尺寸和形狀 表 輪輞扁平凸峰輪廓尺寸 輪輞 標(biāo)準(zhǔn) 輪緣高度 H1 凸峰高度H2 胎座寬度 P1 平峰寬度 P2 輪緣圓角 R2 胎座圓角 R3 胎座側(cè)圓角 R4 輪緣厚度 P3 TRA標(biāo)準(zhǔn) ～ 4min 4max 11min 注： A、上面附圖為 5度深槽 J型輪輞扁平峰設(shè)計(jì)的常規(guī)尺寸（適用于 TRA標(biāo)準(zhǔn)，適用的規(guī)格范圍為 14英寸到 28英寸）； B、其中 min為最小值的意思； max為最大值的意思 ； 單位： mm。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 小排量轎車車輪結(jié)構(gòu)的有限元模態(tài)分析 20 圖 輪輞圓周凸峰輪廓尺寸和形狀 表 輪輞圓周凸峰輪廓尺寸 輪輞 標(biāo)準(zhǔn) 輪緣高度H1 胎座寬度 P1 輪緣厚度 P3 輪緣圓角 R2 胎座圓角 R3 凸峰圓角 R5 凸峰側(cè)圓角 R4 凸峰側(cè)圓角 R6 TRA標(biāo)準(zhǔn) 21min 11min 8min 3min 3min 注： A、上面附圖為 5度深槽 J型輪輞圓凸峰設(shè)計(jì)的常規(guī)尺寸（適用于 TRA標(biāo)準(zhǔn)，適用的規(guī)格范圍為 14英寸到 28英寸）； B、其中 min為最小值的意思； max為最大值的意思 ； 單位： mm。 輪輞正面的輪緣設(shè)計(jì)主要涉 及到鑄造，輕量化和沖擊試驗(yàn)等方面的因素。在符合輪輞標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，圖 和圖 為輪輞正面 與反面 輪緣的常用設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu) ，具體尺寸見表 和表 。 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 小排量轎車車輪結(jié)構(gòu)的有限元模態(tài)分析 21 圖 輪輞正面輪緣結(jié)構(gòu) 表 輪輞正面輪緣結(jié)構(gòu) 尺寸 輪輞標(biāo)準(zhǔn) 輪緣厚度 P1（ mm） 胎圈座寬度P2(mm) 輪緣圓角R1(mm) 輪緣圓角R2(mm) TRA標(biāo)準(zhǔn) 12 ～ 2 60 圖 輪輞反面輪緣結(jié)構(gòu) 表 輪輞反面輪緣結(jié)構(gòu) 尺寸 輪輞標(biāo)準(zhǔn) 輪緣寬度P1（ mm） 輪緣寬度P2(mm) 輪緣厚度H(mm) 輪緣圓角R1(mm) 輪緣圓角R2(mm) 輪緣圓角R3(mm) TRA標(biāo)準(zhǔn) 12 3 一般輪輻設(shè)計(jì)的順序是先根據(jù)車輪的外觀設(shè)計(jì)出輪輻正面的輪廓線，再設(shè)計(jì)輪輻背面的輪廓線，然后根據(jù)裝車空間的需要進(jìn)行調(diào)整兩條線的位 上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 小排量轎車車輪結(jié)構(gòu)的有限元模態(tài)分析 22 置，確定車輪剖截面的設(shè)計(jì)。 輪輻的設(shè)計(jì)特點(diǎn)是靠近輪輞位置的輪輻截面積最小，然后越靠近安裝盤輪輻的截面積就越大。這是因?yàn)榭紤]到輪輻的受力分布（越靠近安裝盤，輪輻受到的應(yīng)力就越大）、鋁液順序凝固和補(bǔ)縮通道的需要。 根據(jù)載荷和輪輻寬度的差異，對(duì)于靠近輪輞部位的輪輻厚度，設(shè)計(jì)時(shí)可先考慮在 20mm 到 26mm 之間波動(dòng)。而靠近安裝盤部位的輪輻厚度，設(shè)計(jì)時(shí)可先考慮在 25mm 到 32mm 之間波動(dòng)。 而應(yīng)用覆蓋螺栓孔的裝飾蓋設(shè)計(jì)時(shí)，可把安裝盤的厚度控制在 20～25mm 之間，而安裝盤和輪輻之間的“脖子”厚度控制在 25～ 27mm 之間。 3 有限單元法及其在汽車設(shè)計(jì)中的應(yīng)用 有限元法 的基本原理 有限元法的基本思想 有限元法基本思想的提出，可以追溯到 courant在 1943年的工作，他第一次假想翹曲函數(shù)在一個(gè)人為劃分的三角形單元集合體的每個(gè)單元上為簡(jiǎn)單的線性函數(shù)，求得了 。此后應(yīng)用數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家和工程師們由于各種原因也都涉足過有 限單元的概念，但由于當(dāng)時(shí)計(jì)算技術(shù)的約束，不能用以解決工程技術(shù)問題，因而也就沒有引起科學(xué)及工程界的重視。到了二十世紀(jì) 六十 年代以后 ，隨著電子計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的迅速發(fā)展，制約有限單元法發(fā)展的條件消失了，從而導(dǎo)致了有限單 元法的飛速發(fā)展 [6,7]。 有限元的基本思想就是 假想把彈性連續(xù)體分割成數(shù)目有限的單元，并認(rèn)為相鄰單元之間僅在節(jié)點(diǎn)處相連。根據(jù)物體的幾何特征、載荷特征、邊上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 小排量轎車車輪結(jié)構(gòu)的有限元模態(tài)分析 23 界約束特征等，單元有各種類型。切點(diǎn)一般都在單元邊界上。切點(diǎn)的位移分量作為結(jié)構(gòu)的基本未知量。這樣組成的有限元單元集合體，并引進(jìn)等效節(jié)點(diǎn)力及節(jié)點(diǎn)的約束 條件，由于節(jié)點(diǎn)數(shù)目有限，就成為具有有限自由度的有限元計(jì)算模型。它代替了原來(lái)具有無(wú)限自由度的連續(xù)體，也就是有限元連散化 。 在此基礎(chǔ)上，對(duì)每一單元根據(jù)分塊近似的思想，假設(shè)一個(gè)簡(jiǎn)單的函數(shù)來(lái)近似模擬其位移分量的分布