【正文】 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)。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]。 最后，把所有單元的這種特性關(guān)系，按照保證節(jié)點(diǎn)位移連續(xù)和節(jié)點(diǎn)應(yīng)力平衡的方式集合起來，就可以得到整個(gè)物體的平衡方程組。 2） 模態(tài)分析和穩(wěn)定性分析 ， 它是平衡問題的推廣。上述的有限元法三大應(yīng)用領(lǐng)域也包含了機(jī)械與汽車結(jié)構(gòu)分析的主要應(yīng)用范圍。另外一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)是概念淺顯，容易掌握。主要步驟包括 :創(chuàng)建有限元模型 。一般情況下結(jié)構(gòu)都是一個(gè)空間物體 ,屬于三維問題 ,但在某些情況下可以降維簡(jiǎn)化。 4)將計(jì)算結(jié)構(gòu)進(jìn)行整理歸納并得出相應(yīng)的結(jié)論。 實(shí)體建模 在確定了鋁合金車輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)以后，就利用 CATIA 的實(shí)體建模子模塊對(duì)鋁合金車輪進(jìn)行實(shí)體建模。 根據(jù)車輪模型的特點(diǎn) ， 采用四面體單元 ， 將輪輻模型單元長(zhǎng)度定義為， 采用自由網(wǎng)格和人工技術(shù)相結(jié)合 ， 通過已經(jīng)建立好的幾何模型劃分網(wǎng)格 。 同時(shí)只分析車輪在旋轉(zhuǎn)時(shí)某一瞬間的應(yīng)力分布情況 。 由 得出的力臂長(zhǎng)度可以 確定載荷作用點(diǎn)的位置 。 沿車輪軸向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) 180186。 沿車輪軸向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) 沿車輪軸向逆時(shí)針旋 轉(zhuǎn) 90186。上述分析也實(shí)際情況基本相符，這說明模型的建立比較合理。 自由模態(tài)通?？紤]的是結(jié)構(gòu)本身的一些特性 ， 這些特性是很容易表現(xiàn)出來的 ； 在約束作用下 ， 有些模態(tài)將不能反映出來或者被改變了 (引入了新的模態(tài)轉(zhuǎn)換坐標(biāo) )， 因此 ， 自由模態(tài)通過轉(zhuǎn)換 、 縮減后可以獲得約束模態(tài) ， 同時(shí)也說明約束對(duì)模態(tài)起重要作用 ， 如增加約束將提高模態(tài)頻率 ， 事實(shí)上也就是改變了約束程度 ， 增加了聯(lián)結(jié)剛度 。 2） 利用試驗(yàn)結(jié)果對(duì)有限元分析模型進(jìn)行修改，以達(dá)到行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)或國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)要求。 模態(tài)分析技術(shù)發(fā)展到今天已趨成熟，特別是線性模態(tài)理論方面的研究已日臻完善，但在工程應(yīng)用方面還有不少工作可做。關(guān)于非線性模態(tài)的正交性、解耦性、穩(wěn)定性、模態(tài)的分叉、滲透等問題是當(dāng)前研究的重點(diǎn)。求解式 即可得出自由振動(dòng)的固有頻率和振型 [3]。 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 44 圖 第一階段振型 圖 第二階段振型 圖 第三階段振型 圖 第四階段振型 圖 第五階段振型 圖 第六階段振型 設(shè)計(jì)方案二的十個(gè)階段振型所處的頻率如表 。 3) 本次計(jì)算得到完整的頻率和振型 ,但其合理性有待通過試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析予以驗(yàn)證。利用 CATIA 的軟件平臺(tái)可以完成鋁合金車輪的性能分析和 模態(tài)分析 的研究工作，雖然研究的內(nèi)容偏于膚淺，但是完全能在車輪定型生產(chǎn)之前使設(shè)計(jì)人員對(duì)車輪的整體性能有比較清晰的了解，這將大大縮短車輪的設(shè)計(jì)周期，提高設(shè)計(jì)效率。 為了進(jìn)一步測(cè)定 輪胎的 工作 特性譬如 操縱 , 噪聲 ， 乘駕 ， 干濕的牽引和 磨損 。反過來 , 胎面花紋 充當(dāng)在 測(cè)定 輪胎的側(cè)向力參量的一個(gè)重大角色。 輪胎干濕狀態(tài)的附著摩擦力同時(shí)受到輪胎凹紋的影響 。 完全理解這個(gè)過程一定要通過車輪制造才能獲得 ,剪切力和法向力無疑是模擬磨損過程的關(guān)鍵 。 這比不把摩擦計(jì)算在內(nèi)的法向力分布計(jì)算要更精確，而且這時(shí)候分配到每一個(gè)點(diǎn)上剪切力等于摩擦系數(shù)乘以法向力 。這振動(dòng) 會(huì)引起聽得見的噪聲，胎面凸出花紋的 形狀 和大小是決定它的 頻率和 功率 水上海工程技術(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 58 平 的眾多原因之一 。當(dāng)各種各樣的 胎面花紋 被塑造在 簾布上 , 在輪胎與路面接觸時(shí)受到胎面花紋變化影響而改變的力可以被觀察到。感謝上海工程技術(shù)大學(xué)汽車工程學(xué)院，感謝畢業(yè)設(shè)計(jì)期間同學(xué)們 ，特別是唐煜成和韓奇 對(duì)我的關(guān)心和支持，他們的分享和幫助使我順利完成了大學(xué)學(xué)業(yè)。 4） 利用有限元法對(duì)汽車零部件進(jìn)行分析，設(shè)計(jì)者在設(shè)計(jì)過程中就可以準(zhǔn)確地了解零部件性能，可以隨時(shí)對(duì)其進(jìn)行修改，大大提高了設(shè)計(jì)效 率。 圖 第一階段振型 圖 第二階段振型 圖 第三階段振型 圖 第四階段振型 圖 第五階段振型 圖 第六階段振型 設(shè)計(jì)方案四車輪的十 個(gè)振型所處的頻率見表 所示。 用 CATIA軟件 進(jìn)行自由模態(tài)計(jì)算 ， 并與剛性車輪模態(tài)進(jìn)行比較 [2]。 模態(tài)分析的理論基礎(chǔ) 模態(tài)分析用以確定結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特性 (即固有頻率和振型 )， 是進(jìn)行動(dòng)力學(xué)分析的基礎(chǔ)。模態(tài)分析當(dāng)前的一個(gè)重要發(fā)展趨勢(shì)是由線性向非線性問題方向發(fā)展。 可以 用試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的結(jié)果 來 修正有限元分析的結(jié)果： 1） 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)的修正，可用優(yōu)化方法進(jìn)行。 換言之 ， ODS 表現(xiàn)出了真正的運(yùn)動(dòng)變形情況 ，但它是由約束模態(tài)的哪幾階組合 ， 需要通過約束模態(tài)加以判斷 ， 從而獲得各階貢獻(xiàn)量 ， 并加以判斷 和 改進(jìn) 。 通過這些方法為老產(chǎn)品的改進(jìn)和新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)提供可靠的指導(dǎo)。 2） 從應(yīng)力分布圖還可以看出 ，四 種車輪輪輻高應(yīng)力區(qū)都是集中在通風(fēng)孔與通風(fēng)孔之間及通風(fēng)孔與螺栓孔之間 ， 而實(shí)際情況輪輻主要就是在這些部位容易出現(xiàn)開裂 ， 這說明有限元模型與實(shí)際情況非常接近 ， 模型及邊界條件的建立也比較合理 。 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 34 表 設(shè)計(jì)方案三車輪分析結(jié)果 氣門孔位置 輪輻螺栓孔處最大應(yīng)力值 MPa 輪輻通風(fēng)孔處最大應(yīng)力值 MPa 正上方 沿車輪軸向逆時(shí)針旋轉(zhuǎn) 沿車輪軸向逆 時(shí)針旋轉(zhuǎn) 45186。 根據(jù)輪輻的通風(fēng)孔 、 氣門孔和螺栓孔在汽車行駛時(shí)相對(duì)于地面的位置及載荷的影響 ， 對(duì)于輪輻有 六 種不同的情況 ， 在確定分析方案時(shí)因輪輻結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性只需分析幾種典型的方案 。 SFdRM ??? )(? ? ?????????????????????? () 式中： R —— 為靜負(fù)荷半徑。四 種車輪劃分網(wǎng)格的節(jié)點(diǎn)數(shù)和單元數(shù)見表 。 楊氏系數(shù) （ 即彈性模量 ）10107??E Pa， 泊松比 ? =。 CATIA 不但能夠保證企業(yè)內(nèi)部設(shè)計(jì)部門之間的協(xié)同設(shè)計(jì)功能而且還可以提供企業(yè)整個(gè)集成的設(shè)計(jì)流程和端對(duì)端的解決方案。一些重要的力學(xué)原理如疊加原理、圣維南原理、解 的唯一性原理等可作為簡(jiǎn)化的理論依據(jù) ,同時(shí)還可以充分利用結(jié)構(gòu)和載荷的對(duì)稱性、反對(duì)稱性、重復(fù)性和相似性。通常 ,應(yīng)力應(yīng)變分析是有限元法求解的基本目的。 有限元分析的優(yōu)點(diǎn) 隨著計(jì)算機(jī)的 飛 速發(fā)展，有限元法在工程中得到了廣泛應(yīng)用。 有限元法除了廣泛應(yīng)用于機(jī)械與汽車結(jié)構(gòu)分析中外，還可以應(yīng)用丁車身內(nèi)的聲學(xué)設(shè)計(jì)，通過車身內(nèi)聲模態(tài) 和 整機(jī)結(jié) 構(gòu)模態(tài)的 耦 合，評(píng)價(jià)乘員感受的噪音并進(jìn)行噪音控制。一輛好車的主要特點(diǎn)是造型美觀、有時(shí)代感、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理、輕量化、材料利用率高，車輛性能先進(jìn)并且 滿足國(guó)家法規(guī)、標(biāo)準(zhǔn)和環(huán)保的要求，質(zhì)量可靠、保養(yǎng)方便、低成本、用戶滿意、滿足市場(chǎng)需求等。 有限元在工程技術(shù)與汽車中的應(yīng)用 有限元是一種數(shù)值方法，是解決工程實(shí)際問題的一種有力的工具。切點(diǎn)的位移分量作為結(jié)構(gòu)的基本未知量。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)。 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。 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。 (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。 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。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)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 時(shí)必須充分預(yù)見到這些潛在的問題，將危害降到最低。針對(duì)這樣的問題，本課題在研究過程中采用了一種 “ 實(shí)體對(duì)比 ” 的修正方法，這種修正方法主要是在明確了設(shè)計(jì)任務(wù)書的各項(xiàng)要求以后，在參考相關(guān)設(shè)計(jì)資料和設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)的同時(shí)，以相似車型所使用的 輪轂 作為實(shí)體參照模型，并從這些已成型的產(chǎn)品入手，對(duì)比車輪結(jié)構(gòu)的各項(xiàng)主要參數(shù)，這里將重點(diǎn)考慮 輪輞 的厚度、通風(fēng)孔尺寸的大小和位置、螺栓的布置形式、輪輻曲面的變化情況等等。 （ 8） 偏距 ： 輪輞中心面到輪輻安裝面間的距離。轎車裝配鋁合金車圈，具有散熱快，重量輕，舒適性好，外觀漂亮等優(yōu)點(diǎn) [13， 18]。使用鎂合金制造的車輪具有極佳的減振性能。 （ 3）輻條式車輪： 輪輞與中央輪盤部件，通過很多輻條實(shí)現(xiàn)連結(jié)的車輪結(jié)構(gòu)。通過常規(guī)的設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)出車輪的幾何形狀，為有限元分析建立模型時(shí)提供車輪的幾何尺寸。除此之外，車輪還是汽車外觀的重要組成部分。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 1 提供全套畢業(yè)論文，各專業(yè)都有 摘 要 本課題的研究?jī)?nèi)容是“小排量轎車車輪結(jié)構(gòu)的有限元模態(tài)分析”。車輪的技術(shù)發(fā)展方向是在保證足夠強(qiáng)度和可靠性的前 提下，盡可能減輕其質(zhì)量和美化其外觀 [1]。而通過有限元軟件對(duì)設(shè)計(jì)的車輪模型劃分網(wǎng)格，進(jìn)行有限元模態(tài)分析，判斷設(shè)計(jì)的上海工程技術(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 5 車輪結(jié)構(gòu)是否符合實(shí)際要求。 按輪輻的構(gòu)造，車輪可分為兩種主要形式：輻板式 和 輻條式 [5]。但目前除飛機(jī)、跑車等一些特殊場(chǎng)合外，鎂合金車輪還未能像鋁合金車輪那樣廣泛用于市場(chǎng)，主要原因是鎂合金極易氧化的特點(diǎn)給熔煉、鑄造所涉及的環(huán)保和生產(chǎn)成本等因素，帶來了諸多暫時(shí)難于大量生產(chǎn)的難題，而且還有許多產(chǎn)業(yè)化的問題有待我們?nèi)パ芯拷鉀Q [5， 13]。 由于鋁合金車輪的重量輕，可以使小排量轎車的性能得到更好的發(fā)揮，所以本論文選擇鋁合金車輪作為研究的對(duì)象。有正偏距、零偏距、負(fù)偏距之分。通過使用這樣對(duì)比參照的設(shè)計(jì)方法，