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MANUFACTURING AND PROCESS | 制造与工艺
1　引言
整车轻量化、降低油耗是当前汽车工业发展的主要方向[2].在汽车的各类零部件中从节能的角度考虑，单位质量旋转件的效果相当于非旋转件的1.2-1.3倍[3].因此OE车厂对车轮产品的轻量化要求越来越高，另外从车轮自身角度考虑，材料厚度减薄，车轮强度下降比较明显，钢厂主要还是在钢材中加入一些微量的合金元素，再加之轧钢工艺的改进，提高材料的强度，但是其钢材的主要成份变化很小，因此，车轮单从钢材强度方面考虑，对于提升车轮的性能差异并不大，从产品结构设计方面考虑，使车轮产品性能提高，成本降低，产品才更有市场竞争力。
2　车轮产品基本信息
车轮产品主要轮辐和轮辋组立焊接而成，轮辐与制动毂通过螺栓直接装配，轮辋部分与轮胎接触，产品特性参数如表1：
3　仿真模型建立
本文利用SolidWorks建立22.5×9.00钢圈静态有限元模型导入Abaqus CAE仿真计算。
3.1　车轮产品模型建立
车轮仿真模型采用SolidWorks建立导入Abaqus CAE计算，材料特性通过万能试验
钢制车轮产品性能的仿真与研究
韩世秀
厦门日上集团股份有限公司　福建省厦门市　361000
摘　要： 车轮是汽车组成中重要的安全部件之一，是轮胎与制动毂之间的一个连接件，车轮主要由轮辐和轮辋组立焊
接而成，轮辐与制动毂通过螺栓直接装配，轮辋部分与轮胎接触。由于车轮的特殊性，对于本身的强度、密封性等疲劳失效的性能要求比较高，结构设计又与产品的疲劳性能息息相关，因此研究钢圈合理的结构和良好的疲劳性能显得尤为重要。对此本文研究的这款车轮产品，通过Abaqus CAE 仿真计算[1]确定车轮的薄弱点，反映结构参数对车轮产品的最大应力和形变量的影响程度，结果表明，这款产品具有重量轻，结构合理，耐疲劳等特点，在市场具有竞争性。
关键词：车轮；性能；仿真分析
机如图1得出，数据如表2、3所示。
3.2　约束与加载
根据EUWA ES-3.11（卡车钢制车轮的试验要求）所知[4]，汽车车轮动态径向疲劳试验工况下，钢圈会承受螺栓的预紧力与轮毂贴合、高速旋转时的离心力、以及自身重力等，因数值对分析产生的影响较小，可以忽
略，故主要考虑径向负载与轮胎气压。
表1　产品特性参数
图1　材料特性试验机
表2　5mm590CL应力应变参数
汽车钢圈价格
对上述图1所示的车轮几何模型进行实体化网格划分[5]，计算出最大应力的数值和位置，在很多相关文献中，一般的处理方法为：沿钢圈圆周等间距的8个方向上施加径向载荷，通过8次计算，研究钢圈最危险的方
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位。根据现有资料，我们可以知道钢圈上最危险的方位，一般位于气门开孔方向[6]
。因此，本文中直接使用这个方向进行加载，从而得出最大应力出现的位置[7]
，图3所示为车轮有限元前处理图示，图3所示为车轮模型的应力云图。
3.3　仿真信息分析
上述仿真得到的信息结论如表4所示。通过上述分析，从图2和表4可以得知，该产品的应力集中在，没
有安装轮辐的一侧，最容易失效的位置在轮缘或辋槽底R角。
3.4　产品径向疲劳试验
产品分析验证，对上述车轮产品随机抽取2件样品，送车轮检测中心进行实际测试，试验设备如图5、结果如表5所示：
根据实际测试结论表明，产品失效的位置与仿真分析预测的结果是一致的。
4　结语
本文通过对22.5×9.00钢制车轮的强度分析，仿真和实际测试均表明这款产品的设
计的薄弱点在轮辋槽底R角处，并按此结构和
作者简介
韩世秀： （1981—），男，陕西人，本科，助
理工程师。研究方向：车轮产品开发与
工艺研究。
表3　13mm490CL应力应变参数
图2　车轮几何模型
图3　车轮产品仿真前处理示意图
图4　车轮产品应力云图
失效图片
槽底R角失效图片
表5　产品测试信息
材料配置，产品的重量和性能都能达到标准要求，能适应市场，并为以后设计开发更多的具有竞争力的产品奠定基础。
参考文献：
[1]石玉平，周玉荣.ABAQUS 有限元分析实例详解[M].北京.机械工业出版社，2006，6.
[2]黄为民.构建和谐社会 汽车工业任重道远[J].汽车工业研究，2005，7：29-31.[3]祖荣祥.热轧高强度钢的研究与在汽车车轮上的应用[J].汽车工艺与材料，1994，12：23-27.
[4] EUWA ES-3.11 卡车钢制车轮的试验要求[S].[5]马晓峰.abaqus6.11中文版有限元分析从入门到精通[M]. 北京.清华大学出版社，2012，2.[6]周梅，王新.基于SolidWorks 的工程机械
钢圈三维建模及有限元分析[J].《CAD/
CAM 与制造业信息化》2013年第11期.[7]郑红霞.货车车轮辐板孔裂纹形成原因及疲劳扩展特性研究[D].北京：北京交通大
学，2007：40-45.
表4　车轮仿真模拟结果
图5　径向疲劳试验机