鋁合金輪轂受力狀態(tài)的有限元分析與優(yōu)化設計.pdf

1、鋁合金輪轂不僅是摩托車重要的結(jié)構零件．而且又是外觀件、安全件。除了要求其輕量化外，還需要美觀、牢固．通過傳統(tǒng)的經(jīng)驗設計方法很難找到其最佳平衡點，但用計算機輔助工程CAE 方法進行設計則是解決此問題的非常有效的手段。如何確保輪轂在性能和使用要求的前提下，減輕輪轂重量、縮短產(chǎn)品研發(fā)周期，降低生產(chǎn)成本，已成為我國摩托車設計制造業(yè)中所要急需解決的問題之一。
　　 本文采用現(xiàn)代設計方法，對鋁合金輪轂進行造型設計、有限元分析、疲勞壽命預測及

2、優(yōu)化設計。首先，使用UG 軟件對鋁合金輪轂進行參數(shù)化三維造型設計；
　　 再根據(jù)摩托車鋁合金輪轂所承受載荷的特點，確定采用安全壽命設計方法對該輪轂進行疲勞分析和名義應力法進行疲勞壽命預測；在A356 鋁合金材料S-N 曲線基礎上，結(jié)合輪轂疲勞壽命的影響因素，繪制出零件的S-N 曲線。其次，按照摩托車行業(yè)標準中輪轂疲勞性能的試驗方法，對該輪轂進行動態(tài)彎曲疲勞試驗和扭轉(zhuǎn)疲勞試驗的有限元分析，確定出彎矩載荷作用下，應力集中區(qū)域主要位于

3、輻條與輪芯過渡圓角處，最大應力值為84.061MPa，并預測出彎曲疲勞壽命為384.7 萬次循環(huán)，滿足設計要求，存在優(yōu)化的潛力；在扭矩載荷作用下，應力集中部位是輪輻靠近輪芯的圓弧處以及輪輻與輪輞交接的圓角處，最大應力值為42.319MPa，并預測出扭轉(zhuǎn)疲勞壽命為2386 萬次循環(huán)，不僅滿足設計要求，還存在更大的優(yōu)化潛能。再次，根據(jù)上述兩個試驗的有限元分析結(jié)果并結(jié)合國內(nèi)實際鑄造工藝水平找到輪轂結(jié)構的最終優(yōu)化設計方案：減薄輪輻厚度0.5mm

4、，輪輞厚度從原來的5.2mm 減小到4.8mm，輪輻靠近輪芯處過渡圓角的半徑從30mm 增加到60mm。經(jīng)過最終優(yōu)化后的輪轂應力分布更加均勻，輪轂重量從4.75 公斤減輕到4.49 公斤，比優(yōu)化前減輕了5.5％；得出優(yōu)化后輪轂的彎曲疲勞壽命為49.71 萬次循環(huán)，比優(yōu)化前降低了87.1％；扭轉(zhuǎn)疲勞壽命為428.3 萬次循環(huán)，比優(yōu)化前降低了82.1％，但輪轂的疲勞壽命值仍然滿足設計要求，在規(guī)定使用期內(nèi)，不會發(fā)生疲勞破壞，所以該優(yōu)化結(jié)果是可