轮毂的轻量化幻灯片.ppt

轮毂的轻量化设计 什么是轮毂 轮胎本身是软体的 轮胎内廓支撑轮胎的圆桶形的 中心轮毂是装在轴上的部件就叫轮毂 说白了就是我们平时说的轮胎的钢圈 轻量化是未来轮毂的主要发展趋势 轮毂结构 一些轮毂图片 轮毂按材质可以分为二大类 钢轮毂 合金轮毂 钢轮毂主要优点是制造工艺简单 成本相对较低 抗金属疲劳能力强 但是缺点也很明显 如重量大 惯性阻力大 散热性较差等等合金轮毂其优点是重量轻 制造精度高 强度大 惯性阻力小 散热能力强 视觉效果好等等 缺点是制造工艺复杂 成本高合金轮毂多以铝为基本材料 适当加入锰 镁 铬 钛等金属元素而成 和钢轮毂相比 合金轮毂具有节能 安全 舒适等特点 所以越来越多的汽车已经把合金轮毂列为标准配置 几种合金轮毂 多件式合金轮毂多件式合金轮毂有两件式和三件式 轮毂的几个部分分别用锻造和旋压工艺制造 然后用钛螺栓联接 这些产品质量轻 强度高 性能优越 但是价格昂贵 目前主要用于各类锦标赛赛车和高档豪华汽车 在全球各类级别的车赛中 无论是汽车还是摩托车 无论是在何种条件下 要求车辆能在短短的3s内将车速从零加速到100km h 因此轮毂需要在赛道上能够承受由于极高的横向加速度 极高的运行速度和恶劣的条件而产生的超负荷运行状态 以及轮胎强烈的磨损而产生的温升造成的影响 在这种环境中多件式铝轮毂经受住了各种艰苦环境的考验 尽管产品质量轻 由于采用了先进的制造工艺技术 产品结构强度高 多件式的组合造型给人以厚实坚固的感觉 单件式赛车合金轮毂F1赛车要求采用单件式轮毂 为了确保轮毂的使用性能和车辆减重的要求 通常采用锻造制坯再利用旋压工艺成形生产 以确保产品的高性能和最轻量化 与同规格的铸造合金轮毂相比 其力学性能提高18 以上 还可减轻约20 的质量 专门为F1赛车设计制造的单件式合金轮毂 经受住了各种艰苦环境的考验 然而乘用车合金轮毂不像赛车对性能的要求是那样的苛刻 整体式低压铸造合金轮毂足以满足其性能的要求了 但乘用车更加注重合金轮毂的外观造型和美观性设计 受赛车运动的影响和节能 美观的要求 汽车合金轮毂也在发生着变化 更富有运动感的大直径 柔细轮辐合金轮毂设计以及轻量化合金轮毂设计 是汽车合金轮毂主要的发展趋势和追求的方向 单件式汽车合金轮毂虽然汽车在安全 环保 节能 舒适 美观等方面的要求在不断的提高 然而乘用车合金轮毂不像赛车对性能的要求是那样的苛刻 整体式低压铸造合金轮毂足以满足其性能的要求了 但乘用车更加注重合金轮毂的外观造型和美观性设计 受赛车运动的影响和节能 美观的要求 汽车合金轮毂也在发生着变化 更富有运动感的大直径 柔细轮辐合金轮毂设计以及轻量化合金轮毂设计 是汽车合金轮毂主要的发展趋势和追求的方向 传统的合金轮毂设计大家在道路上随时可见 在此不必多说了 下面介绍几类时尚的汽车合金轮毂 这几类合金轮毂在外形及结构造型上突出的特点就是柔细的轮辐 大型化 轻量化 代表了合金轮毂的发展潮流 窄细的轮辐提供了宽阔的轮辐间空间 确保了刹车盘很好的冷却 提高了安全性 内置空气合金轮毂为了最大限度的减轻轮毂的质量 一种全新概念的新型轻量化合金轮毂内置空气合金轮毂应运而生 通过空腔技术进一步减轻轮毂的质量 这种合金轮毂有单件式和两件组合式之分 单件式内置空气合金轮毂通过空腔技术 将轮毂的所有轮辐 轮辋的内外凸肩处均制成空腔 极大的减轻了轮毂的质量 与同结构合金轮毂相比减重达20 而使用性能却得到了大大的提升 两件组合式内置空气合金轮毂则是将轮毂轮辋的内凸肩处制成空腔 大大地减轻了轮毂的质量 与同结构合金轮毂相比减重5 提高了产品的使用性能 该类型的合金轮毂是采用铸造毛坯 利用旋压工艺完成空腔的制造 随着汽车工业的发展 在保证安全系数的情况下 汽车轻量化设计已经成为大多数汽车生产厂家和制造商追求的目标 经测算汽车质量每减轻100kg百公里可节省汽油0 3L 每降低10 的汽车质量 就可减少10 的汽车排放 而与之相关的汽车轻量化技术成为21世纪汽车发展的前沿和热点 轮毂的轻量化研究方法 在现代轮毂工业中 轮毂的材料选定后 还可以通过结构设计和成形工艺等方式实现轻量化 CAD CAE CAM的方法将材料 结构设计和采用的成形工艺综合在一起 并贯穿在设计和制造的各个环节 在整个过程中最关键的部分是轮毂性能测试结果的预测 首先利用CAD软件将设计完成的轮毂建模 然后CAE软件对轮毂进行弯曲破坏 径向破坏 冲击破坏等三项性能进行模拟预测 判断轮毂设计方案能否进行试制和实际性能测试 若设计无法通过性能测试时 必须根据破坏情况进行修改 再进行分析 直到预测结果通过 若利用CAE预测原始设计结构破坏几率较小时 则必须优化设计 再进行分析 直到接近可接受的破坏几率为止 通过模拟测试和分析 最终达到轮毂轻量化的要求 此时轮毂结构称为结构设计合理 结构合理设计包括结构优化设计 结构的小型化和改进运动结构等方式 为了更大限度地减轻铝合金轮毂的质量 可采取的设计方法有 优化产品结构 在满足轮毂强度要求的前提下 设计减重腔如图所示 使铝合金轮毂的轮辋 轮辐和轮缘等部位的厚度适当变薄 另外 在变薄的基础上 把轮毂轮辐的结构重新设计为窄轮辐式 并且在铝轮毂的轮辐内外轮缘或凸肩处的区域设计成空腔结构 现在铝合金轮毂的轻量化进程加快 己有两种设计思想比较成熟 并应用具体的实践中 分别是窄轮辐铝合金轮毂和内置空气铝合金轮毂 窄轮辐铝轮毂的设计优点与同尺寸普通铝轮毂相比 窄轮辐铝轮毂的优点如下 1 每一件铝轮毂减轻质量约2 3kg 减重约10 15 每辆汽车五个铝轮毂共减重约10 15kg 由于质量减轻对降低汽车的燃油消耗作用显著 提高了配套车辆的使用经济性 2 轮辐质量的减轻可改善轮毂的加速性能及制动性能 降低了轮毂在运行时的噪声 3 窄轮辐使得辐窗加大 因而加大了散热面积 降低了轮毂及轮胎侧面的温度 提高了车辆行驶的安全性 4 动感的十字窄轮辐外观设计 与长条而柔和的成对的辐条形成衬托 外观上显得高雅而轻巧 窄轮辐铝轮毂的设计原理减轻铝轮毂的质量 通常采取的方法是优化产品结构 如减薄轮缘 轮辋 轮辐等部位的厚度 我们在优化设计的基础上 利用珩架结构的支撑原理 采用十字交叉结构 设计成窄轮辐的外观结构 十字交叉的轮辐与长条而柔和的成对窄轮辐条形成衬托 外观上显得高雅而轻巧 内置空气铝轮毂的设计优点对于规格10 5in 22in 1in 2 54cm 的整体式内置空气铝轮毂 与同尺寸普通铝轮毂相比 优点如下 1 每一件铝轮毂减轻质量约5 3kg 减重约25 每辆汽车五个铝轮毂共减重约26 5kg 由于质量减轻对降低汽车的燃油消耗作用显著 提高了配套车辆的使用经济性 2 轮缘内外角抵抗冲击变形的能力提高了60 提高了车辆行驶的安全性能 3 轮辐及外轮辋凸肩内的空腔增加了轮胎内的空气容量 可抵消扁平型轮胎空气容量少的缺点 4 当轮胎亏气时 轮辐及外轮辋凸肩内的空腔所容纳的空气可以对轮胎补充安全压力 5 空腔结构可提高轮毂的减振性能 使得车辆行驶的舒适性到了提高 6 外圈质量的减轻可改善轮毂的加速性能及制动性能 降低了轮毂在运行时的噪声 7 空腔结构加大了散热面积和速度 降低了轮毂及轮胎侧面的温度 提高了车辆行驶的安全性 内置空气铝轮毂的设计原理人们在自然界中发现了通过空腔结构可以增强某一部位的承载能力这一自然规律 虽然其中心是空的 却能够支撑起比自身质量大的多的质量 并且具有很好的弹性 也就是说承载能力强 韧性好 在工程应用实践中我们知道 当空心轴的内 外径之比超过0 4时 空心轴比实心轴的承载能力更强 韧性更好 因此当对静载荷的要求比较高时 空腔构造便是一种可以有效提高承载能力的成功的设计理论准则 这就是将铝轮毂的轮辐设计成空腔的原理 减轻质量是车辆减少油耗最有效的途径 为了最大限度地减轻铝轮毂的质量 提高轮毂的使用性能 设计工程师根据运动力学的原理 大胆地将空腔构造的理论准则应用到铝轮毂的设计中 将铝轮毂的轮辐及内外轮缘凸肩处设计成空腔结构 创造性得设计开发出了 内置空气铝轮毂 在减轻铝轮毂质量的同时还大大地提高了其承载能力 使得车辆的油耗得到了降低 行驶的安全性能得到了提高 轻量化铝轮毂的设计制造技术 1 整体式窄轮辐铝轮毂设计制造技术整体式窄轮辐铝轮毂的简要生产流程是 低压铸造或锻造毛坯 热处理 加工 涂装窄轮辐铝轮毂制造过程中要特别注意铸造环节 由于轮辐窄 铸造成型的难度相对大一些 因此要准备好模具 保持好模具的表面质量 轮辐变窄并配合适当的模具冷却 使得轮辐处的晶粒细化 材料的力学性能得到了提高 在减轻质量的同时 保证了产品的性能 2 组合式窄轮辐铝轮毂设计制造技术组合式窄轮辐铝轮毂的简要生产流程是 低压铸造或锻造轮辐 轮辋 热处理 局部加工 旋压 加工 涂装 用螺栓组装轮毂 3 整体式内置空气铝轮毂设计制造技术整体式内置空气铝轮毂是一种单件整体式轮毂 它是将轮毂的内外轮辋肩部和轮辐处设计成空腔 即所谓 内置空气 这是一项最新的铝轮毂设计技术 整体式内置空气铝轮毂的简要生产流程是 低压铸造 热处理 局部加工 旋压形成空腔 激光焊接 加工 涂装特点 利用低压铸造工艺技术 采用特殊结构的铸造模具 将铝轮毂的轮辐铸造成中空的 并在铝轮毂内外轮辋肩部铸造出可用来形成空腔的部分 利用旋压成形技术 使铝轮毂内外轮辋凸肩内部形成空腔的形状 轮辐内部的空腔与外轮辋凸肩内部的空腔是连在一起的 随后用激光焊接 将轮毂内外轮辋凸肩内部变成封闭的空腔 整体式内置空气铝轮毂这一技术 将铝轮毂内外轮辋凸肩部抵抗冲击变形的能力提高了60 每辆车配备的铝轮毂重量至少减轻26kg 减重约25 4 两件组合式内置空气铝轮毂设计制造技术两件组合式内置空气铝轮毂 是一种将两件体组合到一起的组合式轮毂 两件组合式内置空气铝轮毂技术将铝轮毂内角凸肩抵抗冲击变形的能力提高了80 每辆车配备的铝轮毂重量可减轻约5kg 减重约5 两件组合式内置空气铝轮毂的简要生产流程是 低压铸造 热处理 局部加工 旋压形成空腔 激光焊接 加工 涂装 用螺栓组装轮毂两件组合式 内置空气铝轮毂 空腔制造技术的特点是 利用低压铸造工艺技术 采用特殊结构的铸造模具 将轮毂内轮辋凸肩部铸造出可用来形成空腔的部分 利用旋压成形技术 使轮毂内轮辋凸肩内部形成空腔的形状 随后用激光焊接将其焊起来 将轮毂内轮