基于有限元分析的轿车铝合金车轮设计-开题报告

我国铝合金车轮工业起步较晚，最早使用铝合金车轮是在 20 世纪 80 年代初，国营洪都机械厂
将砂型铸造的铝合金车轮装在边三轮摩托车上，但是数量很少，未形成气候。到加世纪 80 年代末， 我国出现了第一个具有现代规模的戴卡轮毂制造有限公司，其规模和设备都进入了世界先进行列。 加世纪 90 年代初，在广东出现了既生产汽车，又生产摩托车铝合金车轮的南海中南铝合金轮毂有 限公司，这两个生产厂的生产设备都已达到国际水平。但这段时期，因国内汽车和摩托车对铝合金 车轮的装车欲望还很低，钢圈仍占据着绝对统治市场的地位。随着我国公路设施的飞速发展，这两 个企业也分别在汽车、摩托车行业中积极地宣传，铝合金车轮开始以极其迅猛之势在全国得到推广， 生产铝合金车轮的工厂也像雨后春笋般出现，蔓延至全国。2002 年，我国轿车的铝合金车轮装车 率已接近 45%;摩托车的铝合金车轮装车率已逾 50%。综上所述，不难看出，铝合金车轮是现代车 辆轻量化、高速化、现代化的必然产物。
2）铝合金车轮的制造工艺 目前，整体式铝合金车轮的成形工艺有铸造、锻造两大方法。全世界 95%的铝合金车轮采用铸 造工艺，铸造又可细分为低压铸造、重力铸造和挤压铸造。国外铝合金车轮的制造方法以低压铸造 为主，大概占全部产量的 80%以上，少数企业采用锻造法、焊接组装法生产。最近，国外出现无气 孔压铸新工艺(充氧压铸法)，日本轻金属株式会社、美国铸锻公司已开始应用于生产。 国内铝合金车轮制造普遍采用成本较低的低压铸造工艺，约占全部产量的 80%以上，其次是采 用最简便的重力铸造工艺，约占其全部产量的 20%不到。上海金合利采用挤压铸造工艺，其产品质 量都有提高，取得较好的效果。在铝合金车轮加工方面，一般采用数控机床和高精度自动化柔性加 工系统;采用自动化涂装工艺，喷粉技术在表面涂装方面渐有替代喷漆之势，少数企业还采用先进 的真空电镀涂装技术;在热处理试验检测方面，基本都接近或达到国外先进水平。 3）基于 CAD/CAE 技术的设计方法 国外企业对 CAD/CAE 技术的应用已经较为成熟，在汽车领域中有限元技术应用也较为广泛。如 采用 CAD 技术进行产品的三维设计，采用 CAE 技术计算汽车零部件的应力和变形、进行结构强度和 刚度的分析;采用多体动力学方法进行汽车整车操纵稳定性和行驶平稳性的动态仿真分析;采用有 限元法进行汽车碰撞分析、汽车噪声分析、结构疲劳分析、振动模态分析等。国内 CAD 技术运用也 较为普遍，许多汽车整车及相关零部件制造企业早已使用 UG、PROE/、CATIA 等计算机设计软件作 为产品开发的主要工具，实现三维设计。而 CAE 技术对设计人员的知识水平要求较高，因此应用范 围有所局限，较多运用于高校及学术机构的研究，在企业中涉足较少。但近年来，随着国内市场于 国际接轨，对企业产品开发技术要求日渐提高，CAE 技术也慢慢在企业中发展起来，不少大型生产 企业已引进大型有限元软件并培训起自己的技术人员。实际应用表明，有限元技术的应用给企业带 来了许多实际效益。它使设计人员能在产品的设计阶段进行模拟仿真，及时发现设计中潜在并予以 修改，缩短了产品的开发周期，降低成本，提高产品质量和可靠性，因此在汽车及其零部件的开发 过程中己占有无可替代的地位。CAD/CAE 技术的提高对增强我国汽车工业自主研发能力和企业的国
日本铝合金车轮工业是在 1970 年后至 1984 年之间快速发展起来的，在 1984 年的年产量达 640 万件。意大利在 1979 年曾生产 150 万件。到 1980 年，西欧共生产 700 多万件铝合金车轮(其中 50% 是铸造铝合金车轮)，并以年产 6%~7%的速度递增。1988 年，美国生产的车辆中，铝合金车轮已作 为好几种车型的系列部件，Pontiac SE 车型的 Grand Prix 车更是采用了涂装彩色条带状的铝合金车 轮。通用汽车公司生产的 Gorvette 车和另外两种 Grand Prix 车型也采用了铝合金车轮;Pontiao Fiero 的一种新车采用了表面为黑色的铝合金车轮;Dodge Dynasty 车也把花边式样的铝合金车轮装了上 去。同年，福特公司在 Merkur Scorprio 轿车上也装上了铝合金车轮，并把铝合金车轮定为公司系 列的标准件。20 世纪 80 年代初，美国原装轿车铝合金车轮装车率大约 4%一 5%，如今已超过 40%。 而日本目前轿车铝合金车轮装车率超过 45%，欧洲国家超过 50%。
毕业设计开题报告
学生姓名 指导教师姓名
题目ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ称
系部 汽车与交通工程学院 专业、班级
职称
教授
从事 专业
车辆工程、 交通工程
是否外聘 □是√否
基于有限元分析的轿车铝合金车轮设计
一、课题研究现状、选题目的和意义 1、课题研究现状 1）铝合金车轮的起源，发展 长时期内，钢制车轮在车轮制造业中占主导地位，随着科学技术的发展与进步，对车辆安全、
环保、节能的要求日趋严格，铝合金车轮以其美观、质轻、节能、散热好、耐腐蚀、加工性能好等 特点，逐步取代钢制车轮。铝合金车轮的出现到如今渐渐替代钢制车轮是一个漫长的发展阶段。在 20 世纪初，一些热衷于赛车的爱好者，为了能使车辆更轻以提高赛车速度，想方设法对车辆各零 部件作轻量化的改进，其中车轮是重点减轻的主要对象。1923 年，Bugatti 公司大胆地将砂型铸造 的铝合金车轮装上了赛车，加世纪 30 年代联邦德国汽车联合会、拜尔(BMW)发动机公司及戴姆勒 一奔驰汽车公司，正式将钢制辐条式轮毂与铝制扎制轮辋相结合的车轮装上汽车，为铝合金车轮的 发展奠定了基础。二次世界大战和世界性的能源危机大大刺激了汽车商的轻量化需求。1945 年汽 车厂商纷纷开展批量生产铝合金车轮的研究，重要集中在铝合金车轮的材质和成形工艺方面，但由 于车轮的特殊安全要求，仍未能实施批量生产。直至 20 世纪 50 年代末，联邦德国还只能少量地生 产铝合金车轮。1970 年末，拜尔发动机公司率先将铸造铝合金车轮作为特殊部件装到了 2002 型轿 车上，1972 年又在双门小轿车上成批装上了铸造铝合金车轮，开始了铸造铝合金车轮批量用于轿 车的新局面。