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《基于有限元分析技术的等强度轮辋设计研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、基于有限元分析技术的等强度轮辎设计研究4现代制造技术与装备2011第3期总第202期基于有限元分析技术的等强度轮網设计研究张红梅王翔王宗申管延锦（1.中国重型汽车集团有限公司技术中心，济南250002;2.山东大学材料科学与工程学院，济南250061）摘要:等强度（变截面）轮網是国际钢轮行业的先进技术之一.采用有限元分析方法研究了等强度轮辎结构参数变化对轮蜩应力水平的影响，以在相同条件下,轮網等效应力总体水平低且波动小为目标，实现了基于CAE分析技术的车轮等强度轮辎设计方案优选，对等强度轮辎的合理设计具有一定指导作用.
2、关键词:车轮等强度轮辎有限元分析计算机辅助工程（CAE）1引言汽车车轮是介于轮胎和车桥之间承受负荷的旋转件，是汽车行驶系统中重要的安全部件，起着承载，转向，驱动，制动等作用.研究表明,汽车车轮一类旋转件轻量化的节能效果相当于非旋转件的1.2-1.3倍,车轮的等强度设计是实现车轮轻量化的重要途径2—・钢制轮網旋压技术是国际钢轮行业的先进技术之一，该技术釆用旋压工艺在原木厚度均匀的钢圈上旋压岀几道较薄的槽,在轮辎槽底和轮缘受力较大的地方保持材料的原始厚度，而在受力较小的地方减薄材料厚度，从而有效地减轻轮網的质量【1_3】•
3、由等强度轮辅与等强度轮辐焊接而成的车轮是等强度乍轮，这种车轮是目前最理想的钢制车轮•II前国内钢轮企业对于等强度旋压轮辐的设计与制造技术的研究较多，其设计与制造技术已较为成熟•但国内对于等强度轮網的研究尚处于起步阶段，其截面变化与承载能力的关系不清楚，导致了设计的盲目性.本文以22.5X9.00J型车轮轮蜩的变截而等强度设计为目标，采用有限元分析方法研究了等强度轮網结构参数变化对车轮应力水平的影响，采用基于CAE分析技术的等强度轮辎优化设计方法，实现了LT2898型车轮轮網的优化设计.222.5X9.00J型车轮轮辎有
4、限元分析2.122.5X9.00J型车轮轮蜩设计方案某公司的LT2898型车轮为典型的等强度车轮设计，轮辎和轮辐均采用等强度设计•在设计中,为实现等强度轮辎的合理设计，对比分析了两种轮辎设计变化对轮辎工作应力的影响规律，从而为轮網的设计提出了合理的方向.针对图1屮的两种方案（轮辐不变），采用有限元方法重点分析两种方案在径向实验工况下的应力变化规律.轮倘材料为SW400,径向疲劳试验负荷Fr为86240N,轮胎使用充气压力0.83MPa,疲劳试验充气压力（a）旋压方案1（b）旋压方案2图122.5X9.00,.1型车轮等
5、强度轮網变截面设计方案（点划线框内为旋压区域）IMPa.2.2有限元分析模型的建立为简化计算，建模吋不考虑轮胎，并口将径向疲劳动态分析转化为静态分析，只考虑某一时刻（车轮相对静止)转鼓与轮胎接触时车轮的受力情况.由于所研究的车轮在结构和载荷上具有良好的对称性,所以取一半进行分析，对对称面的位移予以约束・，在轮辎外表面施加均布胎压载荷IMPa.轮辎对称面左右各40。的范围是径向力的作用区域【41,选择轮網上部1/10模型的胎圈座平面所有单元，施加径向力3.39MPa(由径向载荷和实际受力面积计算求得，径向载荷Fr为862
6、40N)・选择轮辎下部1/10模型的胎圈座上的所有节点，对其施加全位移约束;选择车轮对称平面的所有节点，对其施加Y向位移约束.2.3有限元结果分析图2为在径向试验中轮網截面线上不同位置的等效应力变化规律•方案1轮辎危险点中的最大应力值为290MPa,方案2轮網危险点中的最大应力值为352MPa,除此之外两种方案中轮網其他各处的应力水平无显着差异,在减重效果相当(3.5kg和4.2kg),同时保证安全的情况下，方案1明显优于方案2.基金项目：山东省优秀中青年科学家基金(2007BS05011);山东省科技攻关项目(200
7、9GG1〜);新世纪优秀人才支持计划(NCET-08—0337);山东大学自主创新基金出青年培育项目资助(2009JQ012).设计与研究53o02752帅200吾'巅1251007533252i265毛2352001751451158555坡距/mmA相对距离］mm(a)方案1(b)方案2图2轮蜩顶部截面线上的节点应力分布曲线图通过对不同设计方案的对比分析研究发现:轮傩I的厚度减薄对轮辐的应力分布及大小没有明显影响•在径向疲劳试验模拟中，轮辐和轮網的应力集中区域同未旋压车轮相比有所扩大，应力值显着增加•轮辐部分扩展到
8、屮上部整个通风孔周围，但最大应力值仍低于轮網部分,口不超过200MPa;轮蜩的应力集中分布在拟旋压的右侧(远离轮辐侧)胎圈座，凹槽及轮缘周围•随着旋压区域的增大，轮網的危险点由右侧胎圈座向左移动至与其相接的曲率较大的槽顶圆附近，应力最大值增加至352MPa,已经接近材料的许用应力•这些都说明在径向疲劳试验模拟中，轮網的厚度减薄对其
