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基于疲劳寿命的汽车铝合金车轮轻量化研究
来源: | 作者:chinacaw | 发布时间: 2020-03-07 | 1030 次浏览 | 分享到:

后续优化的基础是轻量化的初始方案，该方案是在满足性能要求的没有轻量化的基础上，减薄料厚2.36 kg后，疲劳损伤结果不能满足性能目标。将车轮按材料的加工工艺，分为三部分，如图8所示，分别是轮辐、轮辋、轮缘。

图8 车轮材料工艺优化示意图


轮辐不经过特殊工艺处理，所以轮辐的机械性能参数对应表2所示的材料；轮辋采用旋压工艺，材料性能参数得到提高，对应表3所示的材料参数及图9所示的拉伸试验曲线；轮缘因为在旋压工艺的基础上，再经过挤压才成形，所以性能参数对应表4所示的材料参数及图10所示的拉伸试验曲线。因为轮辐自身没有经过特殊处理，同时之前的疲劳寿命分析也没有满足目标性能要求，所以将辐条增厚1.5 mm，此时，车轮质量增加了0.79 kg，经过材料特殊处理和料厚的增减后，再进行疲劳寿命分析，得到如图11所示的车轮疲劳优化后损伤云图。

表3 A356材料经旋压后材料参数


图9 A356材料经旋压后拉伸试验曲线


表4 A356材料经旋压和挤压后材料参数


图10 A356材料经旋压和挤压后拉伸试验曲线


图11 车轮疲劳优化后损伤云图


由图11可知，经过以上优化，车轮径向工况的最大损伤为0.55，弯曲工况的最大损伤为0.33，均小于1，满足疲劳破坏目标要求。同时，车轮在原方案上减轻了1.57 kg，轻量化效果非常明显。该方案已经在试验中得到验证，能够完成试验标准的循环次数而不发生疲劳破坏。按照此方法，同时改变辐条倒角“R”可能对于轻量化优化还存在一定的空间，但是，继续减重而提高工艺成本于工程上并不适用，仅仅适合轻量化的理论研究。


4 结论


(1)采用交变载荷仿真车轮的疲劳寿命，是考虑了汽车在复杂路面的行驶情况，得到的分析结果更贴合实际，更具工程可靠性。
(2)车轮在行驶过程中受到复杂的载荷作用，结构强度仅仅是车轮发生破坏的过程量，可以作为参考，但不适合作为车轮破坏的最终评价指标。
(3)以疲劳寿命作为轻量化研究的目标，采用优化材料工艺的方式实现车轮轻量化，是轻量化实施的一个重要方向，具有较高的工程价值。


来源：期刊《汽车零部件》 侵删