● 摘要
汽车车轮和驱动桥都是汽车行驶系中关键的结构件，作为非簧载部件，两者均对汽车的平顺性有很大影响，它们的轻量化设计工作是产品重要的发展方向。对其进行轻量化设计将有效的降低油耗，减少排放，在现今倡导节能减排的社会环境下，具有非常重要的意义。应用有限元仿真可以在车轮和驱动桥设计阶段模拟其性能，预知产品缺陷，为实际生产作指导，而进行疲劳寿命计算则能够保证所设计产品的可靠性。 本文首先对现有车轮钢SW400和一种新材料高强铌合金钢RS590进行了材料力学的拉伸和疲劳试验，得到了其屈服强度、抗拉强度、应力-应变曲线和S-N曲线等力学性能；建立了车轮在径向载荷和弯曲载荷工况下的有限元模型，获得了两种载荷工况下的应力分布情况，并对车轮上的危险点进行了疲劳寿命的计算；之后将轮辋材料替换为RS590钢材，先通过整体减薄的方式对轮辋进行了轻量化设计，在满足国家标准要求的疲劳寿命的情况下，将等截面轮辋厚度降到了最薄；进而应用Isight对轮辋进行了变截面设计，进一步降低了车轮的质量。对于商用汽车驱动桥，建立其三维模型及有限元模型，进行了满载和冲击载荷工况下仿真分析，基于应力计算结果对驱动桥尺寸进行了调整，并根据国家标准对仿真结果进行了校核。 通过对某型车轮及驱动桥的轻量化设计工作,车轮轮辋质量由最初的20.6kg 降为17.02kg，共减重3.58kg，占轻量化设计前轮辋总质量的17.4%；原驱动桥壳总体重量由设计前的147.3kg降为128.0kg，减重19.3kg，占原驱动桥重量的13.1%。两者共减重22.88kg，占原有车轮与车桥总和的12.6%，获得了良好的轻量化效果。