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基于Pro_E的低压铸造铝合金轮毂的设计与静力学分析.pdf
制造业自动化
基于Pro /E的低压铸造铝合金轮毂的设计
与静力学分析
Design and statics analysis of low-pressure cast aluminum alloy wheels on Pro/E
曲文君
QU Wen-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16×6.5J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；弯曲疲劳
中图分类号：TM464 文献标识码：B 文章编号：
0 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，并在此基础上预
测轮毂的弯曲疲劳寿命。 (a)简化前的轮毂结构图
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ZL101A。轮辋最
小厚度为4.2mm，轮辐最大厚度为26.75mm。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 15mm的PCD孔，均部在直径为 114.
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，对轮毂的几何模型进行简化， (b)简化后的轮毂结构图
略去对结构应力分析影响不大的装饰槽、圆角、气 图1简化前后的轮毂结构图
收稿日期：2009-06-14
作者简介：曲文君（1967－），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】
制造业自动化
门孔等，仅保持轮毂的基本结构尺寸，简化后的轮 轮毂生产商规定，mm；
毂结构如图1b所示。 m —轮胎和地面的摩擦系数，通常取；
为了准确模拟实际试验工况如图2所示，在分 d—轮毂偏距的绝对值，mm；
析模型上加入加载轴和5个固定螺栓作为传递载荷 S—安全系数，根据所用的标准不同而不同；
的辅助件。 表2 轮毂的试验参数
在有限元模型中，载荷是加在加载轴端，L为
加载轴长度
M=L×F (2)
施加载荷:
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