铝合金车轮的仿真模拟与结构优化

便清 理 。
铝合金 车轮原 材料 ： Ａ １ Ｓ ｉ ７ Ｍｇ （ Ａ ３ ５ ６ ． ２） ；
初始 重量 ： １ ０ ． ０ ｋ ｇ 。铝合 金 车轮外 形 、 结 构 及
重量 见图 １ 。
称 重
基于 以上优 点 ，铝合金 车轮 的市 场前 景 日益 广阔 ， 截至 ２ ０ １ ４年 ， 全球 的铝合 金 车 轮产 量 已达
结构 优化 前后 的受 力状 态。通过 对 铝合 金 车轮 结构优 化 前后 的 受 力状 态进 行 比
较， 可以看 出Ｃ Ａ Ｔ Ｉ Ａ软件对于铝合金 车轮 的前期开发有着巨大的作 用， 它的应用
可 以为铝合金 车轮 的结构设 计 指 明方 向 ， 并 大 大缩短 铝合 金 车轮 的设 计及试 验 周
轻型 汽 车技 术
２ ０ １ ６ （ １ １ ／ １ ２）
技 术纵横
３
铝合金车轮的仿真模拟与结构优化
孙嶷 何文 勇 孙军 章骏
（ 上海汽车集团 股份有限公司技术中 心）
摘 要 ：本 文主要介 绍使 用 Ｃ Ａ ＴＩ Ａ软件 中的 Ａ ｎ ｓ ｉ ｓ ＆Ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ模块 对铝 合 金 车轮进 行 Ｃ Ａ Ｅ仿 真模 拟 ， 并根 据 仿 真模 拟 结果 （ 径 向疲 劳试 验 、 弯曲疲 劳试 验、 １ ３ ￣ 冲 击试验 ） 对铝 合金 车轮 进行 结构 分析及 优化 ， 同时对 比 了铝合 金 车轮在
出 。这 使整 车行 驶过程 中的抓地 性 、 偏 摆性 、 平稳
低位置 的行驶部位 ，体现整车的节能效果更举足
轻重。一汽对奥迪用铝合金车轮做节油统计实验
Hale Waihona Puke 得 出结论 ： 对 轿 车来 说 ， 与钢 轮 相 比 ， 每 个 铝 合金
车轮平均可减轻重量 １ ０ ％～ ２ ０ ％，而车轮重量每 减轻 １ ０ ％， 在车速为 ９ ０ —１ ２ ０ ｋ ｍ ／ ｈ的条件下 ， 油耗
４ 技 术纵横
轻 型汽 车技 术
ＥＴ： ５ ０ ｍｍ ；
２ ０ １ ６ （ １ １ ／ １ ２）
的车 型 ， 迎 合 不同客 户的需求 。 作 为象征 整车档 次 之 一 的车轮 外观 ， 在点 缀整 车 “ 时装 化”作用 中越 来 越 向着艺 术化方 向发展 。随着铝 合金 车轮 涂 装 和表 面处理 技术 的发 展 ，铝 合金车 轮 的颜 色也 越 来 越 丰富 ， 目前市 面上 有高亮 蓝 、 高亮 红 、 高 亮黑 、 金色、 黑色 、 白色 、 钢灰 、 电镀 等色泽 的产 品。 而且 ， 铝合 金轮不 易藏 污纳垢 ， 耐腐 蚀不 会产 生铁 锈 ， 方
面临着节能减排的巨大压力 ，这也使得车辆的轻
量化 成为越 来越重 要 的研究 课题 。车 轮轻量 化 是 整车轻 量化 的一个 重要 组成 部分 ，车轮 的轻 量 化
ｌ ／ ２ ， 即５ ２ ０ ｋ ｇ ； ｒ
得出： Ｆ ｒ ＝ － １ ２ ７ ５ ３ Ｎ。
不仅对整车油耗的降低有着重要的作用 ，同时车 轮作为簧下质量 ，起重量的减轻可以明显的改善
车辆 的底盘 操控性 能 ， 因此 ， 车轮 的轻量 化代 表 着 车轮行业 的发展 方 向。
在仿真 模拟 中 ，车轮 的固定 面选 择车 轮安 装 面， 载荷 施加 在车轮 内轮缘 两侧 ， 见图 ２ 。
子午线轮胎 ， 实现车轮的无内胎化 ， 大大提高了汽
车高速行 驶 的安 全性 。
装在车轴上的回转体零件 ， 并将整车的载荷均匀 传导给轮胎。 铝合金车轮相较钢制车轮 ， 具有如下优点 ： １ ） 重量轻 ， 节能降耗 ： 车轮处于整车重心最
３ ） 尺寸精度高， 整车行驶性能好 ： 高速行驶的 车轮必须在具有足够精度的前提下才能确保高速 平稳行驶 ，而车轮的尺寸精度直接影响整车的行 驶性能。铸造铝合金车轮最后都经数控机床机械 加工 ，所以车轮的直径精度 、端径跳精度都更突
期。
关 键词 ： 铝合金 车轮
Ｃ Ａ Ｅ仿真模 拟 结构优 化
１ 引 言
铝合金车轮是 以铝合金为原材料，布置在轮
胎 内部 以支撑 轮胎 的形 状 、以 中心装 配 的形式 安
与其直接接触的零配件 （ 如刹车毂 ） 也相对提高
了寿命 。同时 ， 铝 车轮 的结 构和精度 更有 利于安装
可减少 ０ ． ０ １ ３ Ｌ ／ １ ０ ０ ｋ ｍ。
性和遇意外时的制动性都优于传统的钢车轮。传 统钢车轮的端径跳允许值为 ±ｌ ｍ ｍ ，而铝合金的 普通车轮端径跳控制在 ± ０ ． ５ ｍ ｍ，高档的更控制 在± ０ ． ３ ｍ ｍ内。 同样 ， 车轮的高精度也有利于提高
车辆起 动 和变速 的灵 敏度 ，如奥 迪轿 车从 静止加 速到 ｌ Ｏ Ｏ ｋ ｍ ／ ｈ的时 间在用铝 轮后减 少 了 ０ ． ３ Ｓ 。
３ － ２ 径 向疲 劳仿真模 拟
径 向疲 劳试 验转 鼓施加 的载 荷根 据如 下计 算
公式 ： Ｆ ｒ ＝Ｃ ｒ Ｘ Ｆ ｖ× ｇ
其中： Ｆ 广＿－径 向疲劳 载荷 ， 单位 Ｎ ； ｃ 广＿．载 荷 系数 ； Ｆ 一 车 轮最 大载荷 ， 这 里取 最大 轴载 的
重力 加速度 ， 取９ ． ８ ｌ 。
到２ ． ５亿 只。
图 １ 铝 合 金车 轮 外 形 、 结 构 及 重 量
２ 铝合 金 车 轮 结构 优 化 的 目标
目前 国 内乘用 车 市场竞 争 日趋 激 烈 ，提 升 车 辆 的舒适 性 及 经 济型 是 在竞 争 中胜 出的 关键 ， 同 时 随着原材 料 、 能源价 格 的上 涨 ， 整 个 汽车行 业 都
２ ） 散热快 ， 整车安全性高 ： 铝合金车轮的高
导热性 ，有 利于 轿车高 速行驶 过程 中发 热后 的散
热， 与相同条件下的钢车轮 比较 ， 减少了轿 车长距 离高速行驶产生爆胎的可能，明显提高了轿车高 速行驶 的安全性能 ， 而且 由于铝车轮的散热效果 ，
４ ） 时尚美观， 造型丰富 ： 铸造法生产的铝合金 车轮 ，可以制出任意空间曲面和形状来配装不同