【正文】 第三章 鳳舞汽車輪轂的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ..................................... 12 鳳舞汽車輪轂的結(jié)構(gòu)設(shè)計 ..................................... 12 整體造型 ............................................. 12 輪輞 ................................................. 12 輪輻 ................................................. 15 汽車輪轂?zāi)Ｐ偷慕?........................................ 176 本章小結(jié) ................................................... 15 第四章 鳳舞 汽車輪轂的徑向疲勞分析 ................................. 12 UG 靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析 ...................................... 18 車輪徑向疲勞試驗 ........................................... 19 車輪徑向疲勞試驗簡介 ................................. 19 車輪徑向載荷計算 ..................................... 20 鳳舞 汽車 輪轂徑向疲勞仿真過程 ............................... 21 材料參數(shù) ............................................. 21 網(wǎng)格劃分 ............................................. 21 載荷和約束 ........................................... 22 輪轂有限元結(jié)構(gòu)結(jié)果分析 ..................................... 24 本章小結(jié) ................................................... 29 第五章 鳳舞汽車輪轂的彎曲疲勞分析 ................................. 30 車輪彎曲疲勞試驗 ........................................... 30 車輪彎曲疲勞試驗簡介 ................................. 30 華僑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計論文 目錄 2 車輪彎曲載荷計算 ..................................... 31 車輪彎曲疲勞試驗?zāi)Ｐ偷慕? ................................. 31 建立車輪彎曲疲勞試驗幾何模型 ......................... 31 建立車輪彎曲疲勞試驗有限元模型 ....................... 31 施加邊界條件及載荷 ................................... 32 求解計算及結(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 ........................................................... 40 致謝 ............................................................... 42 附錄：鳳舞汽車輪轂 CAD 圖 ........................................... 43 華僑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計論文 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）針對實際工程結(jié)構(gòu)，完成其 3D 幾何建模、網(wǎng)格劃分、強度分析，熟悉 UG 軟件的相關(guān)功能；（ 3）綜合運用所學(xué)專業(yè)知識，獨立完成工程結(jié)構(gòu)件的強度分析。近年來，隨著車速的提高，輪轂的性能成為直接影響汽車制動安全性、操縱穩(wěn)定性、行駛平順性等重要指標的關(guān)鍵因素．美國一份關(guān)于卡車事故的研究報告指出：在 1588 起事故中，有 33 .5％是“車輪、軸承和輪胎”組件的失效所造成的，其中輪轂緊固件又占了很大的比額。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度和剛度進行研究 。 本課題研究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)計美學(xué)，融入中國傳統(tǒng)文化元素，進行具有中國特色的輪轂造型設(shè)計；利用 UG 三維軟件建立模型，并用有限元法分析結(jié)構(gòu)，進行模擬實驗，旨在設(shè)計出造型與結(jié)構(gòu)一體化的具有中國特色的汽車輪轂。目前，車輪生產(chǎn)商在保證車輪強度和剛度的情況下，盡力使車輪朝著輕量化和美觀化的方向發(fā)展，無論是從客戶還是從生產(chǎn)商來講都是意義重大的，現(xiàn)在車輪企業(yè)已經(jīng)使用有限元技術(shù)來指導(dǎo)車輪的開發(fā)設(shè)計過程 【 1】 。車輪蓋開始是為了“遮丑”。二是采用輕量化材料。 輪轂造型設(shè)計方法研究 汽車類型不同，所選用的車輪結(jié)構(gòu)也不盡相同，國際上對于車輪輪轂造 型的設(shè)計已趨于成熟，每個國家在設(shè)計過程中都融入了自己的民族文化特色。 20xx 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)有的一些時尚車輪設(shè)計 【 8】 ，讓我們在感嘆輪轂設(shè)計的多姿多彩的同時，也在深思中國汽車設(shè)計的未來。 二十世紀七十年代開始，有限元法的出現(xiàn)為機械零部件的結(jié)構(gòu)強度研究提供了強有力的分析工具，特別是隨著計算機水平的發(fā)展， CAD 技術(shù)的廣泛應(yīng)用，以及有限元軟件的出現(xiàn)使人們開始嘗試用有限元方法研究車輪結(jié)構(gòu)。 20xx年 , 在 Engineering Failure Analysis 發(fā)表的論文中以貨車車輪為研究對象，運用有限元軟件對車輪進行疲勞壽命分析，并分析了由于生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的瑕疵對車輪疲勞壽命的影響情況，及針對這些情況對車輪結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化設(shè)計 【 18】 。為了能夠計算，往往采用較多的假設(shè)和簡化，計算模型只能構(gòu)造得非常簡單，與實際的結(jié)構(gòu)形狀相差很大，所以計算是粗糙的、不很精確的，而一些結(jié)構(gòu)件甚至 采用常規(guī)方法根本無法計算，這些都影響了汽車工業(yè)的進一步發(fā)展。 通過上述可以看到，有限單元法的應(yīng)用范圍極為廣泛，有非常強的實用性：而且概念淺顯，易于掌握。 （ 2） 徑向疲勞試驗仿真時 使用分開建模，實現(xiàn)網(wǎng)格劃分時，輪輞與輪輻之間的金字塔單元的鏈接 。在 1945 年至 1955 年間，阿吉里斯 (Argyris)等人在結(jié)構(gòu)矩陣分析方面的研究有很大的發(fā)展。 （ 3）、物理方程： ? ?? ?? ?111111x x y zy y x zz z x yxy xyyz yzzx zxEEEGGG? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ??????????? ? ?? ???? ??? ? ?????? ??? ? ?????? ???? ?????? () （ 4）、力邊界條件即給定物體表面上的面力，其方程式為： x xy xzyx y yzzx zy zX l m nY l m nZ l m n? ? ?? ? ?? ? ?? ? ? ??? ? ? ??? ? ? ??? () （ 5）、位移邊界條件即給定物體表面上的位移，其方程式為： uuvvww? ??? ??? ??? () 結(jié)構(gòu)體中任何一個離散單元的應(yīng)力和應(yīng)變狀態(tài)均可以用上式 ()、 ()、 ()三組方程來進行表示。 ② 由本構(gòu)方程，導(dǎo)出用結(jié)點位移表示的單元應(yīng)力為 eBD }]{][[}{ ?? ? （ ） 式中， ][D 為與單元材料有關(guān)的彈性矩陣 ③ 由變分原理，建立單元上結(jié)點力與 結(jié)點位移間的關(guān)系式 —— 平衡方程為： eee kF }{][}{ ?? （ ） 式中， ek][ 為單元剛度矩陣，其形式為 ???? d xd yd zBDBk Te ]][[][][ （ 4）、集合所有單元的平衡方程，建立整個結(jié)構(gòu)的平衡方程組集總體剛度矩陣 ][K ，由總體剛度矩陣形成的整個結(jié)構(gòu)的平衡方程為 }{}]{[ FK ?? （ ） （ 5）、求解未知結(jié)點位移和計算單元應(yīng)力 對平衡方程進行求解，解出未知的節(jié)點位移，然后根據(jù)前面給出的關(guān)系式計算出節(jié)點的應(yīng)變和應(yīng)力以及單元的應(yīng)力和應(yīng)變。 20 世紀 70 年代，美國麥道飛機公司成立了解決自動編程系統(tǒng)的數(shù)控小組，后來發(fā)展成為 CAD/CAM 一體化的 UG1 軟件。 NX 使企業(yè)能夠通過新一代數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)實現(xiàn)向產(chǎn)品全生命周期管理轉(zhuǎn)型的目標。有實體、曲面曲線，特征等多樣化的參數(shù)化建模方 式，可以通過添加孔，凸臺，鍵槽等常用特征的方式快速創(chuàng)建模型。 (2)緩和由路面?zhèn)鱽淼臎_擊力 。三件式的往往是由一個中心部件和兩個外圓件組成，各部件之間一般通過機械連接的方式組合在一起。本研究的設(shè)計目的是設(shè)計一款應(yīng)用在轎車上的具有中國風(fēng)特色的鋁合金汽車輪轂 ，并對設(shè)計出的輪轂進行有限元強度分析。其形狀和尺寸如圖 。輪輻設(shè)計的成敗直接影響著輪轂的整體質(zhì)量和美觀性。當安裝面凹向輪圈內(nèi)部，此時偏位值為正數(shù)，叫正偏位值 。其中， 輪輞為 5 度深槽 J 型正向輪輞，輪輞部分的輪廓形狀尺寸按照國家標準中規(guī)定的輪輞尺寸繪制。本研究所設(shè)計的汽車輪轂 規(guī)格 為 16?7 英寸。一方面，如果輪轂的剛度不夠，在行駛時遇到?jīng)_擊載荷就會產(chǎn)生局部塑性變形，輪轂是一個動平衡的部件，局部的塑性變形會破壞輪轂原有的的性能從而影響到整車的平順性，動不平衡的輪轂會破壞乘坐的舒適性，還會帶來沖擊載荷使零部件遭到破壞，高速行駛的汽車遇到這種情況必將車毀人亡，后果是慘痛的。汽車上使用的輪轂存在兩種工作狀態(tài)，一是在汽車停駛時受到靜載荷的作用，另一種是汽車行駛時受到動態(tài)循環(huán)載荷的作用。有限元模型文件是基于理想化模型文件而產(chǎn)生的，在有限元模型文件中可以對模型進行網(wǎng)格劃分，定義材料參數(shù)和物理特性。 試驗時，給車輪安裝上輪胎，輪胎額定載荷至少應(yīng)等 于車輪的標注值。對輪輞上胎圈座表面部分進行面分割，以利于模型的載荷加載。在計算數(shù)據(jù)變化梯度較小的部位，將網(wǎng)格劃分地相對稀疏些。 在本仿真中 輪轂采用分開建模，為了使輪輞與輪輻之 間的連接單元的網(wǎng)格形成金字塔結(jié)構(gòu)，因此輪輞