铸造铝合金轮毂的设计与静力学分析.pdf

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1、万方数据基于Pro／E的低压铸造铝合金轮毂的设计与静力学分析Designandstaticsanalysisoflow-pressurecastaluminumalloywheelsonPro／E曲文君QUWen-jun(临沂师范学院工程学院。临沂276005)摘要：本文对低压铸造铝合金轮毂的参数化设计进行了研究及分析，以16X6．50为应用实例，按照轮辋的国家标准，建构了车轮的Pro／Engineer实体模型，并将模型导入ANSYS，进行强度分析，并且与试验结果进行了比较。结果计算和试验符合较好。关键词：有限元；铝合金轮毂；弯曲

2、疲劳中图分类号：TM464文献标识码：B文章编号：1009-0134(2009)07—0161-030引言轮毂在工作中主要以强度破坏和疲劳破坏为主，而统计数据表明，80％以上的轮毂破坏是由疲劳破坏引起的，所以轮毂的疲劳性能是轮毂质量的重要指标。根据国家标准以及国外相关标准VIA／TUV等规定，轮毂的疲劳性能主要通过径向疲劳试验和弯曲疲劳试验来检验，两者之中以弯曲疲劳强度的失效率为高。因此，本文仅针对轮毂3项性能试验中的弯曲疲劳试验展开研究。利用有限元仿真技术，对轮毂的弯曲疲劳试验工况进行静力及动力分析，研究轮毂结构的受力情况，并在

3、此基础上预测轮毂的弯曲疲劳寿命。1低压铸造铝合金轮毂的静力学分析1．1低压铸造铝合金轮毂的几何结构设计轮毂为整体铸造辐条式的铝合金轮毂16×6．5J，轮毂材料为A356．2，相当于国内ZLl01A。轮辋最小厚度为4．2mm，轮辐最大厚度为26．75ram。轮毂为五根双辐条系列，为了美观及提高结构的抗冲击性能，辐条表面形状设计为弧形；辐条背面挖有掏料，既提高结构的强度也能减轻结构重量。轮毂上有5个直径为①15mm的PCD孑L，均部在直径为CI)l14．3mm的圆周上，轮毂结构如图1a所示。为了节省仿真计算时间和计算量，对轮毂的几何模

4、型进行简化，略去对结构应力分析影响不大的装饰槽、圆角、气图I简化前后的轮毂结构图收穑日期：2009·06-14作者简介：曲文君(1967一)，男，内蒙古赤峰人，讲师，硕士，研究方向为机械CAD／CAM。第31卷第7期2009—07[161]万方数据门孔等，仅保持轮毂的基本结构尺寸，简化后的轮毂结构如图1b所示。为了准确模拟实际试验工况如图2所示，在分析模型上加入加载轴和5个固定螺栓作为传递载荷的辅助件。图2螺栓孔试验工况图1．2边界条件的处理轮毂轮缘通过夹具固定在试验旋转台上，而轮毂毂部的5个紧固螺栓使轮毂安装盘与加载轴紧密相连。

5、因此轮毂轮缘和轮毂螺栓孔内表面的3个平移自由度，和2个旋转自由度都受到约束，只允许绕轮毂中心轴的转动自由度存在。1．3载荷的处理在动态弯曲疲劳试验工况下，轮毂承受载荷来源有3个，轮毂紧固时螺栓产生的预紧力、轮毂高速旋转时产生的离心力和试验弯矩载荷。这3个载荷可以通过相关的设计参数及试验参数求得。表1，表2分别为轮毂的设计参数及试验参数。表1轮毂的设计参数I产品规格设计载荷Fv静载荷半径R偏距d安全系数s16x6．5J690kg348mm40mm1．51．3．1试验弯距试验弯矩可通过1式求得。最小循环次数也可根据轮毂的尺寸及安全系数

6、查VIAJ2530得出，轮毂试验参数如表5所示。M=W(RX附d)×S(1)其中：W一轮毂的载荷，N；R一最大装胎直径的一半，即静载荷半径，可由当前轮胎和轮辋协会的年度手册；或汽车／[1621第31卷第7期2009-07轮毂生产商规定，mill；p一轮胎和地面的摩擦系数，通常取；d一轮毂偏距的绝对值，mm；S一安全系数，根据所用的标准不同而不同，表2轮毂的试验参数产品规格试验弯矩Nm试验转速rpm螺纹扭矩Nm要求寿命h16x6．5J37131700llO200000在有限元模型中，载荷是加在加载轴端，L为加载轴长度M=LXFv(2

7、)施加载荷：。M，，2—■(3)1．3．2螺栓预紧力在试验过程中轮毂通过轮毂的五个螺栓固定在安装盘上，螺纹规格为M12X1．5，试验要求螺栓扭矩达到110Nm，根据机械设计原理，普通螺纹力矩：一：掣tan@恨)(4)螺栓轴向载荷：乞=孟‰④螺纹中径d2：d2=d一0．6495P升角九：(6)、nP／L=arctan一，1、7cd．vj当量摩擦角：．厂PV2撇胁∥2删锄赢(8)其中，普通螺纹的牙型斜角为300，螺栓材料．厂为A3钢，其摩擦系数为0．2。根据上述公式，代入相关数据即可得作用在轮毂上螺栓预紧力。1．3．3离心力试验中，轮

8、毂以恒定的转速1700rev／min转动。轮毂结构各点的应力值为上述三个载荷单独作用下应力的合力，可描述为：o驴=(C，)。一一。+(cf，)～+(C：，)一一加只(9)其中(C，)。．～。是节点在螺栓预紧力作用下的应力张量，(C，)。～是节点在离