【正文】 尺寸如如圖 ，表 所示。 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。 （ 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(duì)中。中心孔直徑取為67mm，偏位值取為 +45mm。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。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】 。 UG 靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析 本研究使用 UG NX 對(duì)所設(shè)計(jì)的鎂合金汽車輪轂進(jìn)行有限元分析。此外，還可以對(duì)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。在施加徑向載荷的同時(shí)，要使轉(zhuǎn)鼓旋轉(zhuǎn)。 (4)施加載荷和約束，并進(jìn)行求解。對(duì)所設(shè)計(jì)的汽車輪轂進(jìn)行網(wǎng)格劃分時(shí)，在應(yīng)力集中處 (截面形狀變化較大的部位 )網(wǎng)格單元小，相對(duì)密集。 利用 UG 對(duì)所設(shè)計(jì)的鳳舞鋁合金汽車輪轂?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行網(wǎng)格劃分后： 部件中的單元總數(shù)： 21075 部件中的節(jié)點(diǎn)總數(shù)： 81873 八節(jié)點(diǎn)四邊形單元數(shù)： 167 六節(jié)點(diǎn)三角形單元數(shù)： 15 十節(jié)點(diǎn)四面體單元數(shù)： 6997 二十節(jié)點(diǎn)六面體單元 數(shù)： 12024 十五節(jié)點(diǎn)楔形體單元數(shù)： 1080 十三節(jié)點(diǎn)金字塔單元的數(shù)目： 792 模型的網(wǎng)格如圖 所示。實(shí)際裝車和試驗(yàn)時(shí)都是取其 3 個(gè) PCD 螺栓孔 進(jìn)行固定，所以約束也僅施加在其 3 個(gè) PCD 孔的錐面和安裝盤面上，全約束這些面的6 個(gè)自由度。支撐力通過輪胎傳遞給輪轂，華僑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 鳳舞汽車輪轂的徑向疲勞分析 23 輪轂受到的支撐力分布在輪輞上胎圈座部分。不同類型的網(wǎng)格單元的階次不同，四節(jié)點(diǎn)四面體和八節(jié)點(diǎn)六面體是一階單元，曲邊四面體和曲邊六面體單元為高階單元 (單元階次為二次或三次 )。 材料參數(shù) 本研究所采用材料為鋁合金 A356，其材料參數(shù) 見 表 。 圖 車輪徑向疲勞試驗(yàn) 圖 車輪徑向疲勞試驗(yàn)原理圖 車輪徑向載荷計(jì)算 國標(biāo) GB/T533420xx 規(guī)定 乘用汽車車輪徑向載荷用牛頓（ N）計(jì)量，由下式確定： KFF vr ?? （ ） 式中： rF —— 徑向載荷， N； vF—— 車輪額定負(fù)荷即車輪或汽車制造廠規(guī)定的車輪上的最大垂直靜負(fù)載荷， N； 華僑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 鳳舞汽車輪轂的徑向疲勞分析 21 K —— 強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)系數(shù)。 （ 2）分析模型與主模型相關(guān)聯(lián)，當(dāng)主模型的幾何特征改變時(shí)有限元模型也相應(yīng)地發(fā)生改變。 UG NX 提供了進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)仿真時(shí)所需要的所有結(jié)構(gòu)分析和熱分析應(yīng)用，不僅可以進(jìn)行靜態(tài)結(jié)構(gòu)分析、屈曲分析、耐久性分析、模態(tài)分析以及熱分析等多種有限元分析，預(yù)測模型的力學(xué)性能和疲勞特性，華僑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 鳳舞汽車輪轂的徑向疲勞分析 19 還可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，使所設(shè)計(jì) 模型在利用較少資源的情況下，滿足設(shè)計(jì)要求。 輪轂是一個(gè)承受隨機(jī)疲勞載荷的旋轉(zhuǎn)薄殼結(jié)構(gòu)，上面開有孔洞，沖有筋條，形狀復(fù)雜：同時(shí)，汽車在行駛中所受到的各種載荷向輪轂的傳遞也十分復(fù)雜；此外，它還受充氣、聯(lián)接螺栓擰緊力矩以及過盈配合等所產(chǎn)生的內(nèi)應(yīng)力的作用．因此，輪轂受力復(fù)雜，斷面上應(yīng)力分布變化梯度大。 華僑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 鳳舞汽車輪轂的徑向疲勞分析 18 第四章 鳳舞汽車輪轂的徑向疲勞分析 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。在所設(shè)計(jì)的汽車輪轂主體部分基礎(chǔ)上，創(chuàng)建曲面，利用修剪體功能修剪出鳳舞輪轂的效果曲面。 汽車輪轂?zāi)Ｐ偷慕? UG 提供了強(qiáng)大的三維實(shí)體建模功能，可以利用參數(shù)建模和特征建模方式建立輪轂?zāi)Ｐ?，本研究采用特征建模方式建?！? （ 2）偏位值 :輪圈安裝面和輪圈中心線的距離。 表 氣門孔尺寸（ mm） H1 最小值為 ，取 H2 最小值為 ，取 H3 HD ??d 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) 15 輪輞截面總圖見圖 。所設(shè)計(jì)的輪輞尺寸為 716? 英寸的 5 度深槽 正向 輪輞。本文所設(shè)計(jì)的輪轂采用整體式的深槽輪輞。 鳳舞鋁合金汽車輪轂的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于滿足顧客需求的功能非常重要，其重要度僅次于材料的重要度。 (4)將設(shè)計(jì)、仿真分析和制造進(jìn)行了無縫集成，使得產(chǎn)品的開發(fā)設(shè)計(jì)變得準(zhǔn)確快速。 UGNX在產(chǎn)品開發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)首先利用草繪、特征、實(shí)體、曲線曲面等功能創(chuàng)建三維模型，然后進(jìn)行部件裝配，經(jīng)過高級(jí)仿真模塊進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真和結(jié)構(gòu)分析，確定產(chǎn)品的最終結(jié)構(gòu)，最后生成標(biāo)準(zhǔn)圖紙和數(shù)控代碼，進(jìn)行產(chǎn)品的生產(chǎn)加工。 NX 是 UGS 新一代數(shù)字化產(chǎn)品開發(fā)系統(tǒng)，它可以通過過程變更來驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品革新。依據(jù)這些結(jié)果，就可以進(jìn)行具體結(jié)構(gòu)的進(jìn)一步設(shè)計(jì)，并達(dá)到輸出最終零件工程圖紙的結(jié)果。 （ 2）、選擇位移模式 位移函數(shù)是指描述單元中各點(diǎn)位移變化規(guī)律的函數(shù)。近二十年來，隨著電子 計(jì)算機(jī)的高速化和普遍化，有限元繼續(xù)的向更加廣闊、更加深入的方面發(fā)展。從數(shù)學(xué)的角度來說，有限元法是從變分原理或加權(quán)殘數(shù)法出發(fā)，通過區(qū)域部分和分片插值，把數(shù)理方程的邊值問題化為等價(jià)的一組多元線性代數(shù)方程的求解 【 26】 。同時(shí)要注愈，有限單元法是一種近似的數(shù)值計(jì)算方法，如果將試驗(yàn)測試與之相結(jié)合，則可 取長補(bǔ)短，較好地解決設(shè)計(jì)問題 【 22】 。隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，有限單元法已經(jīng)成為計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（ CAD ） 中的一部分，滲透到了每一輛汽車的設(shè)計(jì)計(jì)算中。文中提出了存在接觸的三件式裝載機(jī)車輪的疲勞試驗(yàn)?zāi)Ｊ?，并提出了徑向疲勞試?yàn)試驗(yàn)的模擬方式以及對(duì)進(jìn)行分析 【 21】 。絕大多數(shù)的車輪廠商仍然沿用傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法對(duì)車輪進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，為了了解車輪的結(jié)構(gòu)性能，大多數(shù)廠商采用試驗(yàn)法，即在車輪設(shè)計(jì)生產(chǎn)出來以后，也要進(jìn)行架試驗(yàn)和路試。 有限元法的研究 國際上對(duì)車輪性能和結(jié)構(gòu)的研究最初都只是采用經(jīng)驗(yàn)類比的方法，然后按材料力學(xué)公式進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度校核。 20xx 年美籍華人 ,汽車資深設(shè)計(jì)師陳聰仁談?wù)撝袊钠囋O(shè)計(jì)時(shí)提出了中國汽車設(shè)計(jì)應(yīng)體現(xiàn)本土特色的觀點(diǎn) 【 5】 。輪轂一方面通過輪輞與輪胎配合，另一方面通過輪輻與車橋相連，發(fā)揮其承載、行駛、轉(zhuǎn)向、驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)等作用。車輪在高速旋轉(zhuǎn)中 , 還影響車輛的平穩(wěn)性、操作性等性能。輪輞是指緊貼胎唇的部分，輪轂是指套在車軸外層的部分，輻條呈放射狀由輪轂發(fā)散到輪輞。車輛在減少能源消耗方面，減輕整車重量是一個(gè)有效途徑，但是，整車輕量化的同時(shí)，可能對(duì)汽車的安全造成影響，因此有必要在保證汽車強(qiáng)度和剛度符合要求的前提下，對(duì)汽車進(jìn)行輕量化設(shè)計(jì)。 綜上所述，本課題對(duì)車輪 的造型 結(jié)構(gòu) 設(shè)計(jì)及其結(jié)構(gòu) 的應(yīng)力分析方面進(jìn)行了研究， 為設(shè)計(jì)出具有中國特色的輪轂并檢驗(yàn)其性能提供了依據(jù) 。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 題 目： 基于 UG的“鳳舞”汽車輪轂 三維建模及有限元應(yīng)力分析 院（系）別 ： 機(jī)電及自動(dòng)化學(xué)院 專 業(yè) ： 機(jī)械工程及自動(dòng)化 級(jí) 別 ： 20xx 學(xué) 號(hào)： 0811113026 姓 名 ： 林 飛 指導(dǎo) 老師： 黃致建 華僑大學(xué)教務(wù)處 20xx 年 6 月華僑大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 摘要 摘 要 現(xiàn)今的汽車車輪設(shè)計(jì)是汽車造型設(shè)計(jì)中一個(gè)不可遺漏的重點(diǎn)，車輪不僅要滿足承重、通風(fēng)（制動(dòng)器散熱）的需要，而且車輪造型直接關(guān)系著汽車車身設(shè)計(jì)的品位和檔次。 ，確定合適的載荷及邊界條件。汽車行業(yè)的飛速發(fā)展，在給人們帶來便利的同時(shí)，也造成了一些問題，例如能源、安全和環(huán)境等。車輪的發(fā)展經(jīng)歷了漫長的歷史過程：最早的汽車車輪繼承于馬車，密密麻麻的輻條是這個(gè)時(shí)期車輪的主要特點(diǎn)，而且這個(gè)時(shí)期的車輪輪轂、輪輞的概念都是非常明確的 ，并不像現(xiàn)在我們所說的車輪這樣包括了輪胎和車軸之間的整個(gè)部分。它除了受正壓力外 , 還承受因車輛啟動(dòng)、制動(dòng)時(shí)扭矩的交互作用 , 以及行駛過程中轉(zhuǎn)彎、沖擊等來自各個(gè)方向的不規(guī)則受力。其中輪轂由 輪輞 和輪輻構(gòu)成。因而有必要結(jié)合設(shè)計(jì)美學(xué)，人機(jī)工程學(xué)及中國傳統(tǒng)文化元素，開展汽車輪轂的造型設(shè)計(jì)研究，創(chuàng)造出具有中國民族特色以及自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品。這也為我們?cè)谲囕喸煨驮O(shè)計(jì)過程中融入中國傳統(tǒng)藝術(shù)文化提供了借鑒。 然而，從目前整個(gè)車輪行業(yè)來看，我國車輪設(shè)計(jì)研究工 作的方法和手段都比較落后。 20xx 年廣西大學(xué)的韋傾在其碩士論文中以三件式裝載機(jī)車用輪輞為研究對(duì)象，運(yùn)用 UG 對(duì)車輪輪輞進(jìn)行建模并導(dǎo)進(jìn) Ansys 軟件中進(jìn)行疲勞分析及進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。所以有限元法出現(xiàn)后，立即就應(yīng)用在汽車結(jié)構(gòu)的計(jì)算之中，成為一種可靠的新的理論計(jì)算方法。當(dāng)然這些缺點(diǎn)并不影響有限單元法在工程技術(shù)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。這是一種從部分到整體的方法，分析過程大為簡化。在 1960 年，克拉夫首次把這種解決彈性力學(xué)問題的方法，給予特定的名詞，稱為“有限單元法”。結(jié)構(gòu)離散化是有限元分析中重要的一步，關(guān)系到有限元分析的計(jì)算精度及效率。 求出結(jié)構(gòu)全部結(jié)點(diǎn)位移后，利用分析過程中已建立的一些關(guān)系，即可以進(jìn)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 10 一步計(jì)算單元中的應(yīng)力或內(nèi)力 ，并以數(shù)表或圖形的方式輸出計(jì)算結(jié)果。 自 UG 19 版以后，此產(chǎn)品更名為 NX。 UG NX 的一大優(yōu)勢(shì)在于將設(shè)計(jì)、分析和制造無縫集成，避免了因數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化帶來的種種問題。 (3)裝配設(shè)計(jì)擁有自上而下和自底而上的定義方式，能夠快速定位部件，可以通過改變部件間的關(guān)聯(lián)性來改變部件的裝配關(guān)系。 (5)承擔(dān)越障和提高 車輪 通過性。輪輞的常見類型有深槽輪輞、平底輪輞、對(duì)開式輪輞、半深槽輪輞、深槽寬輪輞、平底寬輪輞以及全斜底輪輞。其截面形狀尺寸如圖 、 、 、 所示。 圖 氣門孔尺寸和位置 其中， 氣門孔尺寸見表 。主要的安裝尺寸有： （ 1）孔距：螺栓安裝孔的中心連接而成的節(jié)圓直徑。本研究采用錐形螺栓孔 【 35】 。輪輻部分的外表面為弧形，為了減小應(yīng)力集中，在輪輻與 輪輞 相交的部位設(shè)置有較大的圓角過渡區(qū)域。然后利用 UG NX 進(jìn)行汽車輪轂的三維模型設(shè)計(jì)。因此，我們的研究目的就是使輪轂在滿足強(qiáng)度和剛度要求的前提下，盡量減少質(zhì)量，使整車具有更好的經(jīng)濟(jì)性、動(dòng)力性和平順性 。 UG NX 的高級(jí)仿真模塊可以進(jìn)行有限元建模、求解和結(jié)果可視化處理，擁有豐富的前處理和后處理工具，功能強(qiáng)大。 利用 UG NX 進(jìn)行有限元分析的主要過程如圖所示 圖 UG NX 分析流程圖 由于本研究所設(shè)計(jì)的鋁合金汽車輪轂?zāi)Ｐ褪抢?UG NX 建立，所以利用UG 高級(jí)仿真直接進(jìn)行有限元分析有以下優(yōu)點(diǎn)： （ 1）建模模塊與高級(jí)仿真模塊進(jìn)行了無縫集成，可以直接生成有限元模型，避免了因數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換帶來的錯(cuò)誤。試驗(yàn)前的輪胎氣壓 (單位 :)至少應(yīng)相當(dāng)于被試驗(yàn)輪胎的最大設(shè)計(jì)載荷氣壓。 (5)對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析。 在三維空間中，常用的網(wǎng)格單元類型有四面體、 六面體、曲邊四面體和曲邊六面體等。 圖 鳳舞汽車輪轂有限元模型圖 載荷和約束 【 38】 車輪在汽車靜止時(shí)起到支撐作用，假定汽車滿載時(shí)的總質(zhì)量為 2500Kg，則在汽車靜止時(shí)每一個(gè)車輪受到的承載力 F=6250N。其中徑向載荷 加載函數(shù)計(jì)算公式如下： 101 1 0 c o s c o s )2 2 s i nFq br ?????（ （ ） 202 2 0 c o s c o s )2 2 s i nFq br ?????（ （ ） 其中， F 為試驗(yàn)要求徑向載荷， 1b ， 2b 分別為內(nèi)、外輪輞胎圈座寬度， 1