《汽车轮毂轻量化分析》12000字（论文）

汽车轮毂轻量化分析摘要在社会飞速发展的今天，汽车行业也加快了发展的步伐，为人们带来了便利的生活方式，但汽车新趋势更向着节能、环保、安全、等方面发展。节能、环保这一课题在全球范围内都得到了不断的努力，也关系到我国汽车、汽车零件制造厂商，轻量化更成为众多汽车行业及轮毂厂商关注的焦点。本论文以轿车轮毂为主要研究对象，通过有限元方法对其进行静力学分析以实现质量，成本及性能三方面的综合考虑，并在确保轮毂强度，刚度及不会降低车辆性能的基础上，通过结构分析及轻量化设计来实现车辆前桥的轻量化，去除了轮毂中的某些冗余部位，以较少的可靠性试验数据获得较为可信的可靠性评价结果，降低设计及试验成本，从而为载重车用高性能轻量化轮毂的研制提供技术方法及理论支撑。关键词：汽车轮毂；高性能；轻量化目录TOC\o"1-3"\h\u32596摘要 146931绪论 259801.1选题背景和研究意义 2105181.2国内外研究现状 3201972轮毂表面点云数据的获取与预处理 4215502.1点云数据采集方法 423392.2点云数据测量 5248382.3点云数据的预处理 6259923UG轮毂几何建模 787513.1UG软件建模功能分析 74213.2轮毂结构造型分析 818403.3重构模型误差检测 977344优化后轮毂的试验分析 9265944.1轮毂试验要求 934734.2弯曲疲劳试验有限元分析 10183324.3轮毂轻量化改进 1216039结论 1414002参考文献 161绪论1.1选题背景和研究意义在科技与现代化飞速发展的今天，汽车以其方便快捷己经成了人们出行的第一选择，尤其是21世纪后，汽车在世界范围内的年销售量呈现不断上升的态势，统计显示2019年世界汽车年销量将超过1亿。中国作为世界上人口最多的国家,GDP排名第二，在这样一个大环境下，我国汽车行业有着巨大的需求空间，而汽车轮毂又是我国汽车中最重要的组成部分之一，因此，在未来几年内，我国的汽车需求都会带动国内轮毂行业的发展。汽车行业在近些年来取得了长足的进步，但与此同时，由于汽车尾部产生大量的汽车尾气对大气环境造成了严重的污染和破坏，温室效应就是其中的罪魁祸首之一。汽车尾气排放已被列入我国《中国制造2025规划》中的绿色发展的基本方针之一。目前世界上有很多国家都在大力发展汽车制造业，但是由于汽车尾气排放所导致的大气污染问题已经严重影响到人类赖以生存的环境。汽车尾气排放中含有大量有害物质如二氧化碳、一氧化碳以及氮氧化物等。这些有害气体会造成环境污染。加剧气候变暖。威胁着人类健康。破坏自然环境。危害生态系统。污染环境。所以减少汽车尾气污染物的排放已成为汽车工业的主要发展方向。研究汽车轻量化结构可以控制汽车的油耗，进而有效控制污染物排放。更重要的是，它可以减少对石油和其他不可再生资源的需求，并有效保护大气环境。从有效利用资源和生态环境的角度来看，轻型结构研究已成为未来汽车工业的主要任务[1]。汽车零部件轻量化研究有两方面内容：一方面要选用质量较轻、性能较好的原材料（例如铝合金），另一方面要优化原结构以减少原材料用量，同时要满足零部件使用要求及安全性能。这就需要对现有零部件进行重新设计，以达到降低成本的目的。而目前，许多零部件都采用常规方法来解决这些问题。这种做法不但浪费材料，而且增加制造工序，缩短生产周期，因此必须加以改进。逆向工程就是其中之一，技术成熟，应用广泛，前景广阔，成效显着，势在必行。在汽车零件的开发过程中，通过对市场的调研与分析，结合用户的反馈信息，经过充分的市场调研和合理的结构设计，采用循环再设计的方法，缩短产品的设计周期，从而节约企业的人力和经济成本。新开发节省了大量时间并降低了开发成本，由于它能快速准确地获得零件表面信息，现已经被汽车行业广泛应用。本专题探索的主旨是在汽车时代飞速发展的今天，越来越多的汽车向智能化、环保化、节能化、轻量化的方向迈进，轻量化一词首先来源于赛车运动，由于赛车对速度、操控性的追求，轻量化能够让汽车簧下重量降低，带来较好的操控效果，同时发动机输出的动力还能产生较高水平的加速运动效果，为赛车带来良好的比赛效果。因此，汽车行业对轻量化技术的研究逐渐成为热点，并取得了良好的效果。如今，世界上许多国家都将降低油耗作为汽车行业最重要的指标之一；与此同时，减少污染排放已成为汽车行业关注的焦点，节能减排势在必行，保护环境迫在眉睫，低碳经济势在必行，绿色经济势在必行，储蓄迫在眉睫，环境保护迫在眉睫。我们每天使用的轿车、货车和卡车也需要轻量化，我们每天所使用的车辆也需要节能、环保和可操控。1.2国内外研究现状自2010年以来，重庆大学，吉林大学，南京航空航天大学，燕山大学，江苏大学先后启动了汽车轮毂结构优化研究工作。通过查阅大量文献并结合自身多年来的研究经验，提出了一种新的基于现代设计方法一一参数化建模技术的新型轮毂结构设计理论。该理论将先进的CAD/CAM技术相结合，提高了工作效率，缩短了研发周期，节约成本，提高效率，降低成本，降低风险，节省时间，方便实用。2010年张宁运用现代化设计方法，对已建成轮毂模型的三个基础性能进行了分析和优选，优选后的模型质量减轻了。2013年康淑贤运用工业设计美学结合中国传统文化，设计出“凤舞”、“禅意”、“火轮”、“中式”四种图案轮毂，探索出轮毂造型与轻量化结合的设计方法，达到了轮毂造型美观、形式多样的目的[2]。2012年刘学军提出了基于CAE技术的轻量型铝合金轮毂设计思路和方法，运用Pro/e软件建立轮毂三维实体模型。应用ABAQUS仿真软件分析轮辋应力分布规律，确定轮毂设计方案。2014年孙建鹏利用UG和ANSYS作为轮毂参数化设计和性能分析的平台，验证了其在轮毂设计中的指导意义[3]。2015年马晓康分别对模拟轮毂的三个基础实验和实际试验相结合的方法开展了轮毂轻量化的研究，以达到轻量化的目的为前提验证了有限元模拟的准确性[4]。2016年李家准备研究某重型汽车轮毂，对于改善轮毂的性能有较好的作用。王龙等于2017年以某轻型载货车为研究平台，采用有限元计算分析的方法，以强度和刚度为约束条件，对轮毂结构进行了轻量化设计的研究，优化后的轮毂顺利完成整车可靠性试验，实现了降重，降成本的总体目标，提升产品竞争力[5]。2016年何建民研究并开发了一种新型轮毂材料——碳纤维复合材料（CFRP），该轮毂不仅具有高强度高刚度以及良好的散热能力，还可避免因应力集中造成疲劳裂纹。目前已经应用到多个车型中。受到用户好评并得到市场认可以及广泛应用,其前景广阔市场潜力大[6]。李丰在2018年对汽车轮毂轻量化优点与必要性进行分析，并在此基础上提出使用铝合金轮毂可以切实提升汽车轻量化水平、绿色环保、操纵性好等优点[7]。国外在轮毂轻量化方面也有很大发展，包括国外部分轮毂生产厂家（BulletinBoardSystem,MoMo,WheelPros）均采用强大的计算机辅助设计软件CATIA和Solidworks对轮毂外形进行了设计，运用ANSYS、Abaqus和HyperMesh等软件对轮毂进行了性能分析和结构优化。美国福特公司参考车轮动态弯曲疲劳仿真结果，优化减小模型所受最大应力值。国内对于轮毂的减重研究还处于起步阶段，主要是通过对现有车型的改进来达到减轻车身重量的目的，在实际应用中存在着不少问题。如轮座处容易产生应力集中；辐板强度不够等等。这些都需要解决，解决问题才能实现，降低成本，提高效率，节约成本，节省时间。M.M.Topac,S.Ercan于采用有限元分析对一个钢制车轮做了寿命分析，结果表明轮辐处容易产生疲劳破坏，经过优化使轮毂疲劳寿命极限值得到改善[8]。2轮毂表面点云数据的获取与预处理2.1点云数据采集方法接触式测量从字面上理解，即扫描设备中的某个部件通过间接或者直接方式和待测物体进行接触，最典型的测量设备为三坐标测量机（CMM）。三坐标测量机主要由控制和测量两部分组成，其中机械系统包括测量平台、手动及电控等模块，测量探头用于对待测物体进行测量并将测得的数据传递给计算机，而计算机则负责对数据进行处理。随着计算机技术和工业自动化技术的不断发展，人们对三坐标测量机也提出了更高要求[9]。首先，要提高其精度；其次，要降低测量所需的时间，这就离不开机械结构方面的改进，减少测量误差，减小误差，简化操作，提高效率，降低成本，节省成本，缩短周期。三坐标测量机具有精度高、速度快、外形尺寸小、精准度高以及测量时间短等优点，但由于其无法获取被测对象的内部表面数据，因此限制了三坐标测量机的应用范围。非接触测量是指通过对待测模型的模型表面施加一定的力，利用声学和光学反射原理来实现对待测模型内表面的测量。近些年来，越来越多的科研人员开始研究和开发各种新型的非接触测量设备来代替传统的测量设备[10]。一、激光散斑测量法（LaserDistributionMethod,简称LDA）该方法是一种简单有效的测量方法，可以通过改变激光器发射光线和探测器接收光线之间夹角来实现被测对象三维形貌参数的检测，主要用于曲面重建结构比较简单、成本低、易操作、激光三角法是根据光的反射原理，待测物体表面反射设备投射出的蓝光或红光到内部接收器上，待测物体的轮廓信息通过相机得到，根据待测物体外轮廓形状的变化，反射到设备接收器上的相应位置也会发生相应变化，相机可记录待测物体表面上不同区域的变化情况，根据记录得到的激光投影到待测物体表面上位置的变化情况来处理得到待测物体的表面信息[11]。由于激光束与被测物体发生干涉，会产生光强分布不均现象，因此采用光学方法或光电方法对其条纹图像进行采集和分析是非常必要的，目前应用最广泛的方法是激光三角法。激光波长越短越好，光程越长效果越好，距离越近越好。投影光栅法即用两台CCD相机构成光栅投射机得到光栅影线，超声波法的本质是发出超声波脉冲到需要测量的模型表面并对反射波进行信息处理，进而得到被测模型的表面信息[12]。工业CT法通过射线照射到待测物体的表面，由于物体表面各处曲率的改变，身寸线对待测模型各处的照射衰减也不一样，因此本装置的探测器接收到的透射能量也不完全一样，根据透射能量的改变来处理就可以得到待测物体各处的信息。2.2点云数据测量本专题选取的车型为某车型的轮毂，实物如图.1，轮毂内径14英寸、宽度5.5英寸。由于其形状为扭曲状，所以在实际应用中，必须要有一定数量的螺栓安装孔以满足不同的测量条件，同时为了实现轮毂的拼接功能，还需要获取大量的点云数据。轮毂反射回来的反射光中含有大量的显像剂，具有很强的反光能力，这就使得相机在使用过程中很容易受到外界环境影响而出现各种问题，例如：拍摄时光线太暗或太亮都会导致拍照式扫描仪无法正常工作，同时还会因为工作环境恶劣或者外界环境中存在一些噪声点而误拍；但是因为扫描过程中不可避免地存在大量的冗余和重复采样，造成整个系统效率低下[13]。为了提高扫描仪的工作效率，本文采用了一种快速有效的方法——最小二乘拟合算法实现对点云数据的重建。但这种方法精度不高，计算量大、耗时长、且操作繁琐、费时费工、浪费人力、此外，这类扫描仪主要通过双侧摄像机获取待测物体的图片，因此光照强等外界因素也会极大地影响扫描仪的使用效果使其不能正常获取待测物体的相关信息。针对此问题，本文提出了一种基于单目视觉和激光雷达相结合的方法来获取待检测对象信息并进行分类处理，从而提高了该系统的准确性及实时性。最后通过实验验证了其可行性与有效性。本文在对轮毂点云进行数据采集时，选取光线较暗室为扫描位置，以降低外部环境对于扫描结果造成的影响。图2.1轮毂实物图轮毂模型分析完成后，还要进行扫描仪的校准工作，将标志点贴附到轮毂表面上，而且贴附标志点也是扫描前的一项重要工作。在本文中提出了一种新的方法来解决这一问题：用曲面拟合技术获取标志点坐标。采用该算法不仅能快速有效地实现三维实体建模过程，而且具有较高的计算效率和良好的稳定性。标志点是一种表面覆盖有特殊反光材料的标志点，它可以反射从装置中发出的光线，并将这些光线经过标志点反射后被计算机接收和处理后最终加工得到待测模型的点云数据，同时标志点也可以提高扫描精度和图形图像拼接效率[14]。标志点一般粘贴在模型易于识别的骨架位置上，标志点的疏密程度要适中，标志点过密会增加扫描后数据处理的困难，过稀标志点无法使装置得到完整模型数据，通常扫描仪相机摄像范围内4个标志点不位于同一直线时可同时观察到点云数据。2.3点云数据的预处理为方便扫描时未被彻底扫描的表面的修复以及扫描后点云数据的光顺，需要封装精简的点云数据，从而将点云数据变换为三角形网格。在点云封装之前需要先将模型数据转换为三角形面片，然后再利用工具栏上自带的封装操作按钮来实现对轮毂的修复工作。由于轮毂扫描时轮毂本身的遮挡效应和点云数据在过渡过程中在不同部位的拼接，难免会出现部分缺失或断裂数据，可利用软件本身的修补功能来修复该部分点云数据[15]。本文采用了一种简单而有效的方法来实现上述目的。首先根据所要提取的轮廓信息确定待裁剪区域；然后利用OpenGL技术构建轮廓线；最后运用Delaunay三角网法生成曲面。算法步骤如下：创建顶点文件、添加边界元素、设置属性参数。手动选择“多边形”工具栏中的“填充孔”命令，并根据曲率更改完成缺少的网格数据。如果轮毂模型具有粗糙的局部曲面或完成后具有局部指甲，请选择“Clearnail”和“ClearFeature”按钮来平滑粗糙和异常的网格，并使用网格医生的命令来检查和修复处理过的网格。最后，在表面光滑后获得轮毂的修复和局部膨胀。3UG轮毂几何建模3.1UG软件建模功能分析铝合金轮毂作为汽车行驶过程中重要构成零件，对质量要求十分苛刻，对外形及结构设计也有较高要求，所以在设计中需要借助计算机辅助设计技术。UG软件在轮毂设计过程中主要应用于几何造型方面，parasol公司开发了基于parasolID的几何建模与特征建模相结合的复合建模技术；同时该系统具有良好的人机界面；另外，使用参数化编程语言VisualC++编写了用户界面友好的程序；此外，它可以方便地建立不同的标准零件库和变体零件库，以满足不同的客户需求；具有特定的数据库支持；易于维护和更新。强大的易于使用，普遍的易于推广，快速高效。此外，它还具有处理复杂曲面建模的强大能力，该方面的功能是UG软件freeformmodeling模块，它使用Bezier，B样条，Nurbs作为解析几何实体造型的数学基础，因此造型能力很强。在曲面建模实际操作过程中，使用UG可直接生成或者修改三维实体几何模型（简称三维几何模型）在曲面壳体生成过程中，现将该部分分别设置为实体，再将它与几何实体界定为一个完整的实体模型，那么在建模过程中就可将它置于实体建模中同时生成并进行独立运算，这种建模方式就是当前最先进的三维几何建模技术。UG软件提供了一个强大的工具来辅助计算机辅助设计，它不仅能帮助用户快速完成零件的重新建模工作，提高设计效率；这使得UG成为了目前CAD/CAM领域使用最为广泛的工具之一，尤其是在产品设计阶段，UG不仅具有强大的三维建模能力；而且能很好地处理复杂零件之间的干涉问题；并能自动生成加工轨迹；提供各种数据格式的接口；方便快捷；功能强大；易于扩充。实用性强。并能有效地对实体模型中任意部位进行编辑修改，能灵活便捷地对自由形状曲面上实体进行由特征向自由形状曲面上转换，可随时添加参数，将传统实体，线框及曲面造型等优点充分地表现。此外，UG复合建模功能比其他纯参数化系统更灵活。该系统包含一个基本特征建模库（例如型腔、凸台、轨迹、开口、凹口等）。只需确定其最终形状、材料和尺寸，即可识别此基本特征建模。如果设计师知道系统功能信息，如手掌，他们可以直接使用，能最大限度地满足设计人员需求，并能让设计人员将设计思想在尽可能短时间内表达清楚。3.2轮毂结构造型分析国标（GB3487-1996）对铝合金轮毂有一些尺寸要求。通过对轮毂结构进行分析可知，轮毂主要采用平底轮毂与深槽轮毂两种结构形式，此外常用半深槽轮毂与对开式轮毂等多种轮毂。该项目开发设计的铝合金轮毂为某工厂开发的目标，属深槽宽轮毂形式，其平面图形如图3.1。从轮毂平面图形可看出该车型铝合金轮毂结构比较复杂，在设计时研发人员严格执行国家标准规定，即轮毂宽度、直径等设计规格与其配合轮胎尺寸特性一致，对其进行优化设计分析并将其达到轮毂要求，制成成品并按国家标准规定测试校验，以证实制造出铝合金轮毂能否达到同一配合轮胎要求无误。应用UG对铝合金轮毂进行三维模型的构建，结构设计需着重关注如下几个问题：轮毂设计需根据标准化制动系统，轮毂壁厚以及轮胎等约束尽量选用标准化轮毂。铝合金轮毂安装面为轮毂与车轴连接处，由中心孔，支撑面，螺母座及螺栓孔组成。在对它进行合理设计时，它必须能够以均匀的速度将螺钉的拧紧扭矩传递到安装表面，以便最大夹紧力出现在安装表面的最大直径上。此外，还应保证中心孔预留出足够大的缝隙，以保证在不良环境情况下消除轮毂与车轴之间锈死现象。在轮毂结构设计中，还应根据具体情况综合考虑圆角半径及拔模斜度的设计过程。应注意轮辐的边缘通风孔的设计。本实用新型旨在降低铝合金轮毂质量，在轮毂安装过程中起到把手处的作用，同时也可以散去传动轴，制动鼓以及其他零部件之间摩擦所带来的巨大热量，同时也可以提高轮毂造型美感。此外，轮辐边缘作为连接轮辋的部位，其设计中也需要降低轮毂边缘部位的刚度，在外界较大幅度冲击载荷作用下，会发生一定程度的弯曲变形以达到缓冲的作用。图3.1汽车轮辋平面图形3.3重构模型误差检测利用UG软件对铝合金车轮进行几何建模有两种方法，一种是通用几何建模，另一种是个体几何建模。整体几何建模是指轮辐和轮辋作为一个整体的三维几何建模，该方法简单，快速，它还可以避免考虑轮辐和轮辋组合部分的局限性，避免轮辐与轮辋之间的装配关系以及它们之间的布尔运算。然而，当拉伸辐条边缘的通风口时，这种方法的效果并不理想，并且很难对铝合金车轮进行CAE分析。相反，单独的几何建模恰恰相反，它仅适用于具有更复杂辐条的三维几何建模。它可以强调轮毂三维几何模型的美观。因此，在本课题中，铝合金车轮的三维几何建模采用单独的几何建模方法。打开UG软件建模窗口，建立UG平面图形。图3.2UG软件中的轮辋平面图形4优化后轮毂的试验分析4.1轮毂试验要求汽车行业对铝合金轮毂需求猛增的同时，对于铝合金轮毂的性能要求更加苛刻，尤其对于高档汽车来说，对于铝合金轮毂疲劳性能有了更加苛刻的要求。在汽车速度需求不断提高的情况下，对轮毂提出了更高的要求。由于轮毂作为车辆行驶系统中的一个主要组成部分，作为车辆与地面间传力元件直接关系到车辆运行制动安全性，运行舒适性以及运行稳定性。运行时，旋转轮毂应受到垂直载荷、横向载荷、驱动和制动扭矩、弯矩和径向应力的影响，这些都是周期性变化的；此外，轮毂不仅是轮胎的形状骨架，也是轮胎连接车轴的旋转部件。轮毂在工作时主要表现为强度损伤和疲劳损伤。统计表明，轮毂的上述损伤是由疲劳损伤引起的，因此轮毂的疲劳性能对轮毂的质量有重要影响。所谓“疲劳”是指材料在循环载荷下的失效和破坏。它是指导致裂纹或性能损坏的情况。铝合金轮毂在弯曲疲劳、螺旋预紧力和动态径向力等因素的影响下，其自身性能发生变化。如果轮毂受到重复载荷，其应力不大于铝合金材料的允许载荷[o]=240MPa，轮毂本身很可能损坏。可以看出，疲劳有一个不断积累的过程。从疲劳的性质来看，疲劳所造成的损伤，往往出现在应力、应变相对集中的部分地区。疲劳累积至一定程度时，裂纹由应力较大区开始向应变较大区发展，当载荷持续施加时裂纹逐步扩展直至断裂，通常以疲劳极限作为量度，通过了。以上讲述可知道铝合金轮毂承受着一个循环变化载荷，循环载荷次数到达一定值后铝合金轮毂表面就出现了裂纹，载荷持续施加为，裂纹扩大，最后造成轮毂出现局部断裂。当轮毂表面出现裂纹时，称为疲劳破坏。轮毂轮辋与轮辐连接处区域应力与应变比较集中，因此轮毂出现疲劳破坏最早出现于此区域。在轮毂的循环载荷作用下，当铝合金颗粒表面受到最大应力时，轮辋和轮辐之间的连接处会出现微裂纹，然后发展为宏观裂纹，最终导致断裂。因此，轮毂的疲劳误差可分为三个阶段：裂纹形成，扩展和轮辋与辐条连接区域的局部断裂。4.2弯曲疲劳试验有限元分析在实际的台架试验中，有两种不同的试验方法：一种是固定车轮，在电机驱动下旋转偏心，并通过加载轴向车轮施加弯矩；另一种方法是在开始时施加固定弯矩，然后轮毂随加载轴旋转。目前，中国基本上采用第一种测试方法。无论使用哪种测试方法，系统都会以一定速度运行。为了避免外部激励和固有频率之间的共振，需要对仿真模型进行模态分析。模态分析是动力分析的基础。它将系统振动微分方程中的物理坐标（矩阵）转换为模态坐标或刚度矩阵，从而使方程解耦。它是一组独立的方程，可转换为模态坐标和模态参数描述。计算并分析了系统的模态参数。模态分析通常用于确定结构的本征频率和模态形式本征值和本征向量。做实验前准备，把待测铝合金轮毂置于弯曲疲劳试验测试机中，通过专用螺钉把待测轮毂锁附到测试轴中，并在锁附过程中添加指定锁附扭力。再为最大限度地确保试验结果精度，水平仪用于在水平状态下检查被测轮毂，以避免因试验机振动和试验机损坏而导致被测轮毂测试结果不准确。如果使用专用装置紧固试验机的轮毂和工作台，当被测轮毂锁紧时，首先锁紧相应的螺钉，以避免被测轮毂负载不均匀。当测试仪开始工作时，测试仪上的转轴速度继续增加，被测轮毂的弯矩也增加。待测轮毂上的载荷达到规定的待测载荷后，开始计算转轴转速。当转轴达到规定的转数时，完成测试。在试验过程中，轮毂可以持续承载载荷，直到达到规定的循环次数，并且在达到试验循环次数之前加载点的偏差不大于初始满载偏差。取出试验后轮毂，采用渗透探伤时着色法对损伤情况进行观测。先对被测件轮毂表面进行清洁，再向易发生疲劳破坏部位喷洒渗透剂，静置5～15min,冲洗渗透剂，再向渗透剂喷洒部位喷洒完全摇匀显像剂，观测测试结果如表4.1。表4.1轮毂弯曲疲劳试验结果失效形式裂纹断裂试验结果无无通过对采用着色渗透对测试轮毂结果进行细致观察，发现被测轮毂各部分均未出现裂痕。因此认为，对车辆进行强度分析时，必须考虑到材料的疲劳极限。但是由于受到试验设备条件等因素的影响，试验过程中受测试对象所承受的荷载并不能完全反映实际情况，这使得其可靠性降低这种可能性较大，不可忽视、可能存在风险、不可取、值得商榷、结论错误、而在测试一次循环之后之测试结果，细心观察可发现在轮毂与螺栓孔间之位置以及轮毂轮惘与轮辐相连之部位，呈现比周边颜色更深之色彩，此结果显示此部位所承受之高强度循环载荷，不存在导致疲劳失效开裂或局部开裂的显著性能，轮毂已通过弯曲试验。然而，不能忽略该范围内的失效概率，这是轮毂的最大应力集中区域，即这一区域属于最危险区，距安全区及破坏区接近等大，且出现在轮惘与轮辐衔接区，这一结果与有限元模拟结果吻合。在铝合金轮毂径向疲劳试验装置中，设有驱动转鼓其光滑表面较承载试验轮毂截面宽度更大，建议最小转鼓直径在1700mm左右。轮毂沿垂直于加载方向布置在驱动转鼓上。连接件材料与轮毂同材质，并与轮毂用相同规格的螺栓、螺母连接。试验时把轮毂放入被测试件中并施加一定扭矩，使其产生轴向变形。当载荷达到预定值时，启动电机带动旋转盘转动，从而对被测轮毂施加压力。然后停止转动。直到试样断裂为止。轮毂上的螺母由轮毂厂或汽车制造厂提供，用规定的螺栓和螺母对其进行紧固，并要求达到规定的转矩极限值；实验过程中对螺母转矩进行周期性检查与调节，弥补螺母与螺栓孔配合面磨损，螺栓，螺母不得润滑。通过对采用着色渗透方式对测试轮毂进行细致观察，发现经过1个周期测试轮毂能持续承受径向载荷且轮毂表面未发现疲劳裂纹，仅与轮毂轮惘及轮辐相连部位处，呈现比周边色泽更深色泽，此结果表明此部位所承受高强度循环载荷并不会导致疲劳失效显着特征—开裂或者局部破裂，表明轮毂已经过径向疲劳测试。4.3轮毂轻量化改进在能源和资源日益紧张的今天，为能降低油耗，车辆轻量化研究逐渐引起了人们的普遍重视。轮毂作为汽车的重要部件之一，其质量对汽车的安全性能有很大的影响；它不仅要满足汽车在行驶制动时的安全性和舒适性，还要保证汽车行驶过程中的稳定性。轮毂的疲劳强度、刚性、动平衡以及尺寸精度等都是非常重要的指标。为了实现轮毂的轻量化，在轮毂的制造过程中需要考虑到以下两个因素：形状和大小；目前，在减轻车身重量方面，主要采用减重措施；在提高车轮刚度方面，主要采用轮辐减薄等方法。这些措施都不能达到预期效果。因此，需要寻找一种新的方式来解决这个问题，结构优化就是其中之一。节约成本、降低成本、提高效率、节能减排、节约资源、环保。在众多的材料性能中，铝合金具有重量轻、强度高、质量小等优点。铝合金轮毂的轻量化是其结构设计中最关键的部分之一，轻质铝合金车轮结构对实现汽车节能环保具有重要意义。铝合金轮毂以其重量轻、强度高、原料来源广、生产成本低、油耗低、废气排放低等优点，被越来越多的制造商采用。目前，我国汽车铝合金轮毂的设计和研究已逐步从主要依靠传统的经验设计方法发展到有限元等现代设计方法。然而，在实际生产过程中，由于各种原因，轮毂强度不足或性能差，无法满足应用要求。这不仅会影响车辆的驾驶安全，而且会造成巨大的经济损失。同时，也不利于企业的可持续发展。它严重限制了该行业的发展因此汽车铝合金轮毂结构设计和优化仍然是汽车轻量化中的一个重要的研究方向。由于人们的审美兴趣越来越高，人们的审美观也不同，铝合金车轮在外观和形状上也有很大的差异，尽可能不满足人们的要求。因此，现阶段铝合金轮毂外观有宽辐条、窄辐条、多辐条和少辐条，因此外观结构设计也有很广阔的发展空间。无论是哪种外观和结构造型，铝合金轮毂的结构设计都应与安全和使用功能相适应。因此，对汽车铝合金车轮进行优化和轻量化设计研究，以大大减轻自重，提高整体性能，显得尤为重要和迫切。为了大幅度降低铝合金轮毂的质量，可采用的设计方法主要包括以下几个方面：在产品结构优化方面，本文设计了一个重量减轻室，以满足轮毂的厚度，从而使铝合金轮毂厚度、，轮辐和轮辋可以适当减小。此外，轮毂储物结构在稀释的基础上重新设计为窄辐条，铝轮毂储物的内部、外部边缘或肩部设计为空腔结构。如今，铝合金轮毂加速了轻量化的步伐。两种设计思想成熟并应用于具体实践，即窄辐铝合金轮毂和内置空气铝合金轮毂。

结论轮毂轻量化是指在确保轮毂强度与安全性能同时尽量减轻轮毂整体质量。随着汽车工业的迅速发展，对轮胎的要求越来越高，而轮胎的结构决定了车辆行驶时产生的振动以及噪音，所以，减轻轮胎重量已成为提高汽车乘坐舒适性及安全性的一个重要因素，同时减少能耗、降低成本、节约能源、保护环境、促进社会可持续发展。节约材料、节约资源、目前，出于环保、节能等要求，轮毂轻量化已是世界潮流。所以轮毂轻量化问题也逐渐受到人们的关注。通过本文的描述，我们可以知道，可以采用两种类型的轻质结构措施来达到轮毂，一种是选择符合使用要求的新型轻质材料；二是采用先进的加工技术和结构优化方法，达到减轻轮毂重量的目的。根据材料选择趋势，镁合金的密度为1.74cm3，远小于铝合金的2.73g/cm3。它是世界上最便携的金属结构材料之一。铝合金具有高强度、高硬度、优越的阻尼、减震、导热和电磁屏蔽性能，易于回收利用，具有良好的环保性能，在汽车工业中，铝合金被广泛应用于车身骨架、车轮等零部件、以