某型汽车轮毂设计的有限元分析
目 录
1 引言 1
1.1 研究的目的与意义 1
1.2 铝合金轮毂分析简述 2
1.3 本课题依据和参考对象2
1.4 研究内容及文章架构3
2 有限元理论及CAE软件ABAQUS简介 3
2.1 有限元方法的理论概要 4
2.2 有限元理论方法的分析步骤 4
2. 3 有限元分析软件ABAQUS介绍5
3 铝合金汽车轮毂三维模型的建立 6
3.1 CAD模型的建立 6
3.2 CAD模型导入ABAQUS软件 11
4 轮毂的有限元分析12
4.1 分析步骤12
4.2 轮毂静态分析15
4.3 轮毂动态分析18
结论 24
致谢 25
参考文献26
1 引言
1．1 研究背景与意义
当今社会，是一个信息化飞速发展的社会，汽车作为从上个世纪末被发明以来，到如今已经走过了近一百多年的风风雨雨的历程，从最初的只有上流社会的名流富豪才能享受的起的玩物，是表明自己身份和地位的象征，到现在经过社会的变迁和发展、科技的发展已经是今非昔比，汽车生产技术变得越来越成熟，制造成本变得越来越低，我国现在基本实现了汽车国产化生产，也随之成为了人们日常生活中离不开的交通工具。而汽车轮毂作为同汽车诞生以来也经历了同样岁月的发展，甚至在汽车诞生以前的马车，自行车就有了轮毂，只是形式不同，最早的汽车轮毂是木制的，渐渐发展成为铁制、钢制轮毂，到现代的各种合金制轮毂。轮毂的发展或多或少影响着汽车整体的发展，轮毂的发展状况一定程度上决 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
定和衡量着汽车的生产制造水平，是一项重要的评判手段。
汽车车轮作为车辆的唯一的安全外观件，同时也是汽车承载的重要部件，对其的安全性要求更高，在行驶过程中要承受着来自泥泞，山地以及各种复杂路面的冲击和振动。特别是一些高性能汽车像跑车，方程式赛车等，要求车轮在高速行驶的过程中要保持整体车辆的平稳性和驾驶操作性，能应对各种突发的路面情况。车轮的优劣程度对汽车的行驶安全性，操控性及使用耐久度方面都有着及其重要的影响。特别要说的是，现在的轮毂生产技术已经变得相当成熟了，各种造型酷炫的轮毂出现在各大汽车生产商的车辆上，使汽车更具有动感的外观造型，从一定程度上带动了人们特别是年轻人对汽车的消费。
目前汽车上主要使用的是铝合金轮毂，以前的钢制轮毂现在基本在市面上看不到了，或者在一些大型承载货车上使用，这种轮毂的优点是强度高，抗金属疲劳性强，制造成本低，相对于铝合金轮毂的制造工艺简单，但缺点也是很明显：钢制轮毂比重大，惯性力大，不利于散热等等。对比当今主流的铝合金轮毂，具有质量轻，精度高承载受力分布均匀，惯性力小，造型外观多变美观，散热性能好。缺点目前制造工艺程序繁复，铝合金原材料元素繁多，带来的资源浪费，制造过程中还带有污染环境的废弃料。
经过实验数据表明：在相同尺寸下的钢制轮毂和铝合金轮毂的重量之间平均下来相差3kg左右，用相同的铝合金轮毂安装在一台小轿车上可以减轻大约10kg左右的重量。根据有关实验数据证明：每减轻1kg的重量，汽车一年就节省大约15L汽油。虽然说铝合金轮毂价格比钢制轮毂贵，但放长远眼光来看，汽车的耗油量与车重有关，研究数据显示：一辆装有铝轮毂的汽车行驶里程达到2500km左右所花费的汽油费用，和用钢制轮毂的差价之间基本持平。
所以如今绝大多数的汽车生产商已经把铝轮毂作为汽车的常规配件。除了铝合金轮毂，另外一些高档汽车上配备了像用新兴材料如镁合金，高碳纤维复合分子材料等优质轻型材料制造的车轮毂，但目前由于研究技术的局限性和生产成本的过于昂贵等因素，仅用于一些超级跑车，赛车等为减轻重量而追求速度的高档车上，并没有因此成为主要流行的趋势用在市面上的大多数民用车上。
纵观当前我国的汽车轮毂的发展，中国铝合金轮毂制造业起始于20世纪80年代末期，到了20世纪90年代中期这一阶段，是中国汽车轮毂行业的发展期。伴随着汽车制造行业的发展，带动了轮毂行业的崛起和发展，在汽车轮毂具有高利润回报的利润催使下，我国出现了投资建造轮毂生产厂的投资热潮，许多轮毂生产企业应运而生。在这一时期我国内的汽车工业正处在初步探索发展时期，国内市场没有形成初具规模，国外市场也尚未开拓，所以说国内竞争非常激烈，每个企业都想分一杯羹。1997年-2002年的这段时期,因为汽车铝轮毂的产能过剩，远超国内的汽车生产的需求,因而国内的轮毂行业投入资金逐步减少，国内的轮毂行业进入了缓慢发展时期。从2003年至今，汽车行业的发展已是今非昔比，由于制造技术的提升和新型材料的研发，国内的汽车铝合金产业又强势抬头，到现在已经发展到具有大中小企业200家左右。绝大部分已经转变为非公有化企业，民营化的发展将成为带动中国轮毂制造行业的中坚力量。所以说现在应该要牢牢抓住这一有利形势，在当今世界上，让我国逐步成为汽车轮毂制造大国。
经过多年的市场成长发展，我国目前的轮毂制造业主要分布于汽车制造商的周边地区，主要分布在江苏、 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
上海、广东、浙江、河北等经济发达地区。各个地域的轮毂产品线都趋于成熟，利润产值总体呈现平稳态势，没有较大的波动。比较世界上其他三个主要轮毂市场（美国市场、日本市场和欧洲德国市场）的综合分析来看，轮毂产业的发展前景离不开汽车行业的发展，汽车行业的竞争必定会带到轮毂行业中来，在目前制造厂商的制造技术，生产工艺，产品质量都相差无几的情况下，价格的竞争使生产商不得不严控制成本，来维持自身的市场流动性。
总的来说，我国如今是轮毂生产大国，铝合金轮毂的市场占有率目前保持稳定，除了一部分新兴材料市场，从轮毂的生产到销售都维持在一定的百分比。
1. 2 铝合金轮毂分析简述
本文以理论知识为参考，以汽车轮毂的实际受力工况为分析对象，用学术性的研究手段，对铝合金轮毂的载荷受力进行分析，找出铝合金轮毂存在的缺陷，并通过分析结果对比来改善轮毂的结构强度，提高轮毂的使用寿命。
1. 3 本文的课题依据和参考对象
本文研究轮毂以大众汽车轮毂为原型的铝合金轮毂，该轮毂主要由以下部分组成
轮辋：与轮胎配合使用，共同组成轮胎的支撑部分；
偏距：轮辋表面安装表面之间的距离的辐条，分为正，负和零偏移抵消；
胎圈座：与轮胎面配合，起到固定车轮胎的作用；
轮辋：轮辋起着维护和支持的轮胎零件的方向；
轮辐：安装连接实现和支持轴的轮毂；
槽底：便于方便车轮的更换而设置的各种形式的凹槽。
图1. 轮毂造型建模
1. 4 研究内容和文章架构
本文主要结合铝合金轮毂在实际工作中出现的常见问题进行分析研究，研究汽车轮毂因受到载荷冲击所出现的情况进行分析评估，采用的方法是用有限元分析的方法进行受力分析，结合具体工况，来预测轮毂的失效部位，针对薄弱环节进行调整。本文的主要分析架构如下，总共分为五个部分：
（1）第一部分主要了解了汽车铝合金轮毂的发展和未来的趋势，重点介绍了钢制和铝制轮毂的区别和优点，分析了我国轮毂产业的前世今生和未来的展望，阐明了本文的所研究的主题。
1 引言 1
1.1 研究的目的与意义 1
1.2 铝合金轮毂分析简述 2
1.3 本课题依据和参考对象2
1.4 研究内容及文章架构3
2 有限元理论及CAE软件ABAQUS简介 3
2.1 有限元方法的理论概要 4
2.2 有限元理论方法的分析步骤 4
2. 3 有限元分析软件ABAQUS介绍5
3 铝合金汽车轮毂三维模型的建立 6
3.1 CAD模型的建立 6
3.2 CAD模型导入ABAQUS软件 11
4 轮毂的有限元分析12
4.1 分析步骤12
4.2 轮毂静态分析15
4.3 轮毂动态分析18
结论 24
致谢 25
参考文献26
1 引言
1．1 研究背景与意义
当今社会，是一个信息化飞速发展的社会，汽车作为从上个世纪末被发明以来，到如今已经走过了近一百多年的风风雨雨的历程，从最初的只有上流社会的名流富豪才能享受的起的玩物，是表明自己身份和地位的象征，到现在经过社会的变迁和发展、科技的发展已经是今非昔比，汽车生产技术变得越来越成熟，制造成本变得越来越低，我国现在基本实现了汽车国产化生产，也随之成为了人们日常生活中离不开的交通工具。而汽车轮毂作为同汽车诞生以来也经历了同样岁月的发展，甚至在汽车诞生以前的马车，自行车就有了轮毂，只是形式不同，最早的汽车轮毂是木制的，渐渐发展成为铁制、钢制轮毂，到现代的各种合金制轮毂。轮毂的发展或多或少影响着汽车整体的发展，轮毂的发展状况一定程度上决 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
定和衡量着汽车的生产制造水平，是一项重要的评判手段。
汽车车轮作为车辆的唯一的安全外观件，同时也是汽车承载的重要部件，对其的安全性要求更高，在行驶过程中要承受着来自泥泞，山地以及各种复杂路面的冲击和振动。特别是一些高性能汽车像跑车，方程式赛车等，要求车轮在高速行驶的过程中要保持整体车辆的平稳性和驾驶操作性，能应对各种突发的路面情况。车轮的优劣程度对汽车的行驶安全性，操控性及使用耐久度方面都有着及其重要的影响。特别要说的是，现在的轮毂生产技术已经变得相当成熟了，各种造型酷炫的轮毂出现在各大汽车生产商的车辆上，使汽车更具有动感的外观造型，从一定程度上带动了人们特别是年轻人对汽车的消费。
目前汽车上主要使用的是铝合金轮毂，以前的钢制轮毂现在基本在市面上看不到了，或者在一些大型承载货车上使用，这种轮毂的优点是强度高，抗金属疲劳性强，制造成本低，相对于铝合金轮毂的制造工艺简单，但缺点也是很明显：钢制轮毂比重大，惯性力大，不利于散热等等。对比当今主流的铝合金轮毂，具有质量轻，精度高承载受力分布均匀，惯性力小，造型外观多变美观，散热性能好。缺点目前制造工艺程序繁复，铝合金原材料元素繁多，带来的资源浪费，制造过程中还带有污染环境的废弃料。
经过实验数据表明：在相同尺寸下的钢制轮毂和铝合金轮毂的重量之间平均下来相差3kg左右，用相同的铝合金轮毂安装在一台小轿车上可以减轻大约10kg左右的重量。根据有关实验数据证明：每减轻1kg的重量，汽车一年就节省大约15L汽油。虽然说铝合金轮毂价格比钢制轮毂贵，但放长远眼光来看，汽车的耗油量与车重有关，研究数据显示：一辆装有铝轮毂的汽车行驶里程达到2500km左右所花费的汽油费用，和用钢制轮毂的差价之间基本持平。
所以如今绝大多数的汽车生产商已经把铝轮毂作为汽车的常规配件。除了铝合金轮毂，另外一些高档汽车上配备了像用新兴材料如镁合金，高碳纤维复合分子材料等优质轻型材料制造的车轮毂，但目前由于研究技术的局限性和生产成本的过于昂贵等因素，仅用于一些超级跑车，赛车等为减轻重量而追求速度的高档车上，并没有因此成为主要流行的趋势用在市面上的大多数民用车上。
纵观当前我国的汽车轮毂的发展，中国铝合金轮毂制造业起始于20世纪80年代末期，到了20世纪90年代中期这一阶段，是中国汽车轮毂行业的发展期。伴随着汽车制造行业的发展，带动了轮毂行业的崛起和发展，在汽车轮毂具有高利润回报的利润催使下，我国出现了投资建造轮毂生产厂的投资热潮，许多轮毂生产企业应运而生。在这一时期我国内的汽车工业正处在初步探索发展时期，国内市场没有形成初具规模，国外市场也尚未开拓，所以说国内竞争非常激烈，每个企业都想分一杯羹。1997年-2002年的这段时期,因为汽车铝轮毂的产能过剩，远超国内的汽车生产的需求,因而国内的轮毂行业投入资金逐步减少，国内的轮毂行业进入了缓慢发展时期。从2003年至今，汽车行业的发展已是今非昔比，由于制造技术的提升和新型材料的研发，国内的汽车铝合金产业又强势抬头，到现在已经发展到具有大中小企业200家左右。绝大部分已经转变为非公有化企业，民营化的发展将成为带动中国轮毂制造行业的中坚力量。所以说现在应该要牢牢抓住这一有利形势，在当今世界上，让我国逐步成为汽车轮毂制造大国。
经过多年的市场成长发展，我国目前的轮毂制造业主要分布于汽车制造商的周边地区，主要分布在江苏、 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: %3^5`1^9`1^6^0`7^2#
上海、广东、浙江、河北等经济发达地区。各个地域的轮毂产品线都趋于成熟，利润产值总体呈现平稳态势，没有较大的波动。比较世界上其他三个主要轮毂市场（美国市场、日本市场和欧洲德国市场）的综合分析来看，轮毂产业的发展前景离不开汽车行业的发展，汽车行业的竞争必定会带到轮毂行业中来，在目前制造厂商的制造技术，生产工艺，产品质量都相差无几的情况下，价格的竞争使生产商不得不严控制成本，来维持自身的市场流动性。
总的来说，我国如今是轮毂生产大国，铝合金轮毂的市场占有率目前保持稳定，除了一部分新兴材料市场，从轮毂的生产到销售都维持在一定的百分比。
1. 2 铝合金轮毂分析简述
本文以理论知识为参考，以汽车轮毂的实际受力工况为分析对象，用学术性的研究手段，对铝合金轮毂的载荷受力进行分析，找出铝合金轮毂存在的缺陷，并通过分析结果对比来改善轮毂的结构强度，提高轮毂的使用寿命。
1. 3 本文的课题依据和参考对象
本文研究轮毂以大众汽车轮毂为原型的铝合金轮毂，该轮毂主要由以下部分组成
轮辋：与轮胎配合使用，共同组成轮胎的支撑部分；
偏距：轮辋表面安装表面之间的距离的辐条，分为正，负和零偏移抵消；
胎圈座：与轮胎面配合，起到固定车轮胎的作用；
轮辋：轮辋起着维护和支持的轮胎零件的方向；
轮辐：安装连接实现和支持轴的轮毂；
槽底：便于方便车轮的更换而设置的各种形式的凹槽。
图1. 轮毂造型建模
1. 4 研究内容和文章架构
本文主要结合铝合金轮毂在实际工作中出现的常见问题进行分析研究，研究汽车轮毂因受到载荷冲击所出现的情况进行分析评估，采用的方法是用有限元分析的方法进行受力分析，结合具体工况，来预测轮毂的失效部位，针对薄弱环节进行调整。本文的主要分析架构如下，总共分为五个部分：
（1）第一部分主要了解了汽车铝合金轮毂的发展和未来的趋势，重点介绍了钢制和铝制轮毂的区别和优点，分析了我国轮毂产业的前世今生和未来的展望，阐明了本文的所研究的主题。
版权保护: 本文由 hbsrm.com编辑，转载请保留链接: www.hbsrm.com/jxgc/zdh/4081.html
