【正文】 between the ponents in the car with the ground, and plays a role in carrying, steering, drive, brake. In recent years, as the speed increases, the performance of the wheel has bee the key factor of a direct impact on automotive braking safety, handling and stability, an important indicator of driving and ride fort. The study reported that the . with a truck accident: in the 1588 accident, % is caused by the failure of the wheels, bearings and tire ponents, wheel fasteners accounted for a large scale . The cause of the accident is attributed to the part of the wheel is so large, so it is necessary to study the strength and stiffness of the wheel This issue through the study of traditional Chinese culture , summed up the wheel design elements , principles and methods 。 本課題通過對中國傳統(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；并將其融合到汽車輪轂的造型設(shè)計(jì) 中，從汽車造型的基本特征入手，結(jié)合視知覺心理學(xué)及工業(yè)設(shè)計(jì)美學(xué)，融入中國傳統(tǒng)文化元素，進(jìn)行具有中國特色的輪轂造型設(shè)計(jì)；運(yùn)用 UG 三維建模及有限元分析技術(shù) ,分析結(jié)構(gòu)，進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，以期設(shè)計(jì)出造型與結(jié)構(gòu)一體化的具有中國特色的汽車輪轂。因此，如何進(jìn)行車輪的造型設(shè)計(jì)，如何設(shè)計(jì)出有風(fēng)格特色和審美情趣的車輪已成為車輪制造廠和設(shè)計(jì)者們最關(guān)心的問題，眼下越來越多的新技術(shù)正逐漸被應(yīng)用到車輪的設(shè)計(jì)和開發(fā)上來。 輪轂是車輛行駛系的 主要部件之一，是汽車與地面之間的傳力元件，起著承載、轉(zhuǎn)向、驅(qū)動(dòng)、制動(dòng)等作用。 本課題主要研究課題如下： ，確定合適的載荷及邊界條件。 and integrated into the design of the car wheels , starting from the basic characteristics of the automotive styling,bined with the visual perception psychology and industrial design aesthetics, into the elements of traditional Chinese culture with Chinese characteristics for the wheel designing 。據(jù) 2020 年汽車銷量排行榜，上海通用以 1038988 輛的銷售量取得了銷售量冠軍，同比增長達(dá)到了 %，其中別克品牌全年銷量 550014 輛，同比增長 23%，雪佛蘭品牌全年銷量 471575輛，增幅為 73%，凱迪拉克品牌銷售 17366輛，同比增長 139%，另外上海大眾也突破了百萬輛銷售記錄，成為國內(nèi)第二家產(chǎn)銷突破百萬輛的汽車企業(yè)，于此同時(shí)，國內(nèi)的民族品牌吉利和長城也都有良好 的銷售，分別同比增長 22%和 98%，隨著汽車銷售量的劇增，車輪的需求也在不斷提高，提供高質(zhì)量低成本的車輪對車輪廠提出了更高的要求。 當(dāng)汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)產(chǎn)生平衡離心力的側(cè)抗力，為了保證汽車正常轉(zhuǎn)向行駛，通過車輪產(chǎn)生的自動(dòng)回正力矩，使汽車保持直線行駛方向。 國內(nèi)外研究的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 車輪和汽車的發(fā)明、改進(jìn)，使人類的交通運(yùn)輸發(fā)生了革命性的改變，對人類文明產(chǎn)生了極為重要的影響。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、輻條開始通過鑄造工藝合為一體。 車輪是車輛承載的重要 安全部件 ,對它的安全性要求很高。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環(huán)境的污染已成為汽車設(shè)計(jì)界的主要關(guān)注問題。具體來講，“鞋底”是車輪胎，“鞋幫兒”則是輪轂。因此，雖然至今 汽車輕金屬材料主要仍是集中用在車身上，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。而我國在這一領(lǐng)域的創(chuàng)新設(shè)計(jì)方面嚴(yán)重不足，具有中國特色的車輪設(shè)計(jì)幾乎沒有，即使是國產(chǎn)汽車的車輪也大多延用國外的造型。 2020 年孫利在包裝工程上發(fā)表的論文中論述了汽車輪轂造型本土化設(shè)計(jì)的 4 種方法。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)理論來設(shè)計(jì)汽車的外觀造型 【 9】 。除此之外人們還采用了疲勞試驗(yàn)、道路試驗(yàn)、應(yīng)力測試方法對車輪進(jìn)行測試。這不僅大大的縮短產(chǎn)品的設(shè)計(jì)生產(chǎn)周期，而且有效的保證了產(chǎn)品的使用性能，提高了產(chǎn)品的使用壽命，使企業(yè)在激烈的市場競爭中具有強(qiáng)有力的競爭能力 【 14】 ~【 16】 。 近些年來，國內(nèi)外許多學(xué)者在運(yùn)用有限元方法進(jìn)行車輪設(shè)計(jì)方面取得了許多有意義的成果。 2020 年哈爾濱工業(yè)大學(xué)的張斌在其碩士學(xué)位論文中以 14x6JJ 鋁合金車輪為研究對象，運(yùn)用 SNSYS 軟件對該型號(hào)車輪進(jìn)行結(jié)構(gòu)有限元分析、變幅載荷下車 輪有限壽命疲勞設(shè)計(jì)、局部應(yīng)力應(yīng)變法預(yù)測車輪疲勞壽命，并運(yùn)用可靠度理論，對預(yù)測得到的車輪壽命進(jìn)行可靠度計(jì)算，得出兩種方法預(yù)測車輪的疲勞壽命均為可信的結(jié)論 【 20】 。尋求有關(guān)這些結(jié)構(gòu)件正確而可靠的設(shè)計(jì)與計(jì)算方法，是提高汽車的工作性能以及可靠性與壽命的主要途徑之一．對汽車的各個(gè)主要結(jié)構(gòu)樣進(jìn)行分析，是研究其可靠性、尋求最佳結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方案的主要手段。 有限單元法的一個(gè)獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)是可以求解結(jié)構(gòu)形狀和邊界條件都相當(dāng)任意的力學(xué)問題。三是應(yīng)用在汽車結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)分析中，使用有限單元法進(jìn)行各構(gòu)件的模態(tài)分析，同時(shí)在計(jì)算機(jī)屏幕上直觀形象地再現(xiàn)各構(gòu)件的振動(dòng)模態(tài)，進(jìn)一步計(jì)算出各構(gòu)件的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，較真實(shí)地描繪出動(dòng)態(tài)過程，為構(gòu)件的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)提供方便有效的工具。又如，為了構(gòu)造一個(gè)好的有限元計(jì)算模型需要經(jīng)驗(yàn)和判斷等等。國內(nèi)汽車產(chǎn)業(yè)自主研發(fā)能力較弱，具有中國特色的汽車還不夠成熟，如何兼顧外觀造型設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，解決其一體化且具民族特色的車輪產(chǎn)品，是我們當(dāng)前需要去解決的問題。 華僑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 理論基礎(chǔ)與軟件介紹 7 第二章 理論基礎(chǔ)與軟件介紹 有限元法原理 有限元法概述 有限元法是為了對某些工程問題求得近似解而發(fā)展出來的一種數(shù)值分析方法，它是 將所要分析連續(xù)場分割為很多較小的區(qū)域（稱為單 元或元素），這些單元的集合體就代表原來的場，然后建立每個(gè)單元的有關(guān)特性關(guān)系式，再組合起來就能求得相應(yīng)場問題的解答。 1943 年，庫蘭特 ()已經(jīng)開始嘗試 將 一系列三角形區(qū)域上定義的分片連續(xù)函數(shù)和最小位能原理相結(jié)合，來求解 扭轉(zhuǎn)問題，并且應(yīng)用了“單 元”概念。他們把連續(xù)體劃分成一個(gè)個(gè)三角形和矩形的單元，單元中位移函數(shù)首先采用了近似表達(dá)式，推導(dǎo)了單元?jiǎng)偠染仃?，建立了單元結(jié)點(diǎn)位移與結(jié)點(diǎn)力之間的單元?jiǎng)偠确匠獭? 彈性力學(xué)基本方程 【 27】 ~【 29】 （ 1）、平衡方程 表示某種物理量處于平衡狀態(tài)的方程 ，其方程式為 ： 000xyx xzyx y yzzyzx zXx y zYx y zZx y z???? ? ??? ??? ??? ? ? ??? ? ??? ? ? ??? ? ? ??? ? ??? ?? ?? ? ? ??? ? ??? () 其中 X 、 Y 、 Z 分別是 x 、 y 、 z 方向的體積力。 結(jié)構(gòu)有限元分析過程 結(jié)構(gòu)有限元分析的過程大概可分為以下 6 個(gè)步驟 【 30】 ~【 32】 ： （ 1）、結(jié)構(gòu)的離散化 華僑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 理論基礎(chǔ)與軟件介紹 9 結(jié)構(gòu)離散化是將結(jié)構(gòu)物分割成有限個(gè)單元體，并在單元體的指定點(diǎn)設(shè)置結(jié)點(diǎn)，使相鄰單元的有關(guān)參數(shù)具有一定的連續(xù)性，并構(gòu)成 — 個(gè)單元的集合體，以它來代替原來的結(jié)構(gòu)，使力學(xué)模型變成離散模型。位移矩陣為： eNf }]{[}{ ?? （ ） 式中， }{f 為單元內(nèi)任一點(diǎn)位移； e}{? 為單元結(jié)點(diǎn)位移； ][N 為形函數(shù)。 （ 7）、結(jié)合計(jì)算結(jié)果進(jìn)行一系列后續(xù)分析，得到問題的最終分析結(jié)果。 UGS NX 支持產(chǎn)品開發(fā)的整個(gè)過程，從概 念（ CAID），到設(shè)計(jì)（ CAD），到分析（ CAE），到制造（ CAM）的完整流程。 2020 年 5 月正式被西門子收購；因此，UG 有著美國航空和汽車兩大產(chǎn)業(yè)的背景。 NX 可以管理生產(chǎn)和系統(tǒng)性能知識(shí)，根據(jù)已知準(zhǔn)則來確認(rèn)每一設(shè)計(jì)決策。它提供了產(chǎn)品從模型的設(shè)計(jì)裝配，運(yùn)動(dòng)仿真，有限元分析到加工制造的整個(gè)生命周期，能極大地提高產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)效率。 使用 UGNX 進(jìn)行模型設(shè)計(jì)有以下優(yōu)點(diǎn) : (l)操作界面人性化智能化，在進(jìn)行操作時(shí)，具有自動(dòng)推理功能，能顯著提高設(shè)計(jì)效率。同時(shí)， 華僑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 理論基礎(chǔ)與軟件介紹 11 圖 UG NX 的設(shè)計(jì)分析流程圖 將模型的修改時(shí)間大為縮減，顯著提高設(shè)計(jì)效率。在輪輻的安裝面上分布有中心孔和螺栓孔。 (4)汽車轉(zhuǎn)彎行駛時(shí)產(chǎn)生平衡離心力的側(cè)抗力， 在保證汽車正常轉(zhuǎn)向行駛的同時(shí)，通過輪轂產(chǎn)生的自動(dòng)回正力矩，使汽車保持直線行駛方向 。 整體造型 輪轂造型分為一件式、兩件式以及三件式等不同類型。 輪輞 輪輞是輪轂上與輪胎直接配合的部分，其尺寸形狀有具體的國標(biāo)規(guī)定。在兩側(cè)部位是帶有肩部的凸緣，用來安裝固定外胎的胎圈。具體選用型號(hào)為 5 度深槽輪輞 J 型 正向 輪輞。本課題選用內(nèi)側(cè)圓峰、外側(cè)平峰的胎圈座組合。 表 輪輞圓周凸峰輪廓尺寸（ mm） 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) n 21min 11min 8min 3min 3min 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) n ～ 4min 4max 11min 華僑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 鳳舞汽車輪轂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 14 圖 輪輞圓周凸峰輪廓參考尺寸和形狀 (mm) 氣門孔位置、形狀和尺寸如如圖 ，表 所示。輪輻的形狀千變?nèi)f化，沒有統(tǒng)一的規(guī)定，但設(shè)計(jì)時(shí)一般從結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，散熱性和美觀性等方面考慮，既要保證輪輻有足夠的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度又要有符合用戶審美觀的形狀，同時(shí)還 要有較好的散熱性。 位于輪輻安裝面上的中心孔和螺栓孔要與車軸裝配在一起，因此，它們的尺寸有一定的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。安裝面是和汽車剎車鼓相連接的輪圈中心后部的表面。 （ 3） 螺栓孔 :輪轂 上的螺栓孔通常設(shè)計(jì)為錐形的，其作用是方便 輪轂 對中。然后，在主體模型上修剪出輻板之間的空腔，添加螺栓孔、倒圓角等細(xì)節(jié)特征 【 36】 。中心孔直徑取為67mm，偏位值取為 +45mm。鳳舞鋁合金汽車輪轂的三維實(shí)體造型如圖 所示。然 后確定輪轂上各個(gè)裝配尺寸，最后確定輪輻的形狀，設(shè)計(jì)出一個(gè)運(yùn)動(dòng)感較強(qiáng)，外形融合了中國元素的“鳳舞”汽車輪轂。事故原因歸于輪轂的部分是如此之大，因此就有必要對輪轂的強(qiáng)度和剛度進(jìn)行研究 。輪轂是旋轉(zhuǎn)工作的部件，輪轂質(zhì) 量 的增加給整車的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量帶來的影響比其他任何部分質(zhì)量增加所帶來的影響都嚴(yán)重，它會(huì)使整車的平順性變壞，油耗增加，加速性能變差 【 11】 。 汽車輪轂是汽車上重要的安全部件，它的強(qiáng)度剛度等力學(xué)性能和疲勞性能的優(yōu)劣極大地影響著汽車行駛的安全性。 UG 靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析 本研究使用 UG NX 。理性化模型文件是對主模型進(jìn)行一定的簡化，去掉在有限元分析中可以忽略的小幾何特征。此外，還可以對分析進(jìn)行解算設(shè)置，校核前處理的各項(xiàng)參數(shù)設(shè)置是否合理，然后進(jìn)行求解。 車輪徑向疲勞試驗(yàn) 車輪徑向疲勞試驗(yàn)簡介 車輪徑向疲勞試驗(yàn)是給車輪施加一個(gè)