[发明专利]一种综合考虑滚型工艺影响的钢制车轮轮辋优化设计方法

说明书

本发明公开一种综合考虑滚型工艺影响的钢制车轮轮辋优化设计方法，充分考虑滚型工艺导致的轮辋厚度变化以及加工后轮辋内的残余应力，在此基础上建立车轮在径向载荷作用下的仿真模型，获得轮辋的强度分布及疲劳寿命预测，并以此为基础对轮辋截面进行优化设计。该方法同时考虑材料流动产生的厚度变化和残余应力对车轮承载能力的影响，可避免以往将轮辋假设为等厚度且忽略其初始应力场所导致的仿真结果与实验结果存在较大偏差的情况，为滚型加工轮辋的优化设计提供更加准确的仿真结果。

技术领域

本发明涉及一种综合考虑滚型工艺影响的钢制车轮轮辋优化设计方法，尤其是一种基于正交试验综合考虑轮辋在加工过程中产生的截面厚度变化和残余应力对其疲劳寿命影响的钢制车轮轮辋截面尺寸优化设计方法，属于汽车及机械工程技术领域。

背景技术

钢制车轮因其具有承载能力强、抗冲击性能强、疲劳强度高、成本低等优势，广泛用于商用车、越野车等车辆；而且，随着高强钢的不断开发，新型钢制车轮也在乘用车上具有良好前景。因车轮属旋转的簧下质量，研究表明其轻量化效果明显高于簧上质量。轮辋作为车轮中旋转半径较大的结构部分，其轻量化效果比轮辐更为明显，故其轻量化设计意义更为重要，而结构的轻量化优化设计必须以对其强度的准确仿真为基础。随着计算机和有限元技术的发展，在产品设计的初级阶段运用仿真技术对轮辋强度进行仿真及优化已成为不可缺少的环节，然而对于轮辋结构，如何在国标给定参数范围内合理设计其尺寸参数，相关方法尚不成熟。钢制车轮轮辋通常采用三序滚型工艺进行成型，目前对滚型成型的轮辋在载荷作用下的强度仿真，均假设轮辋截面为等厚度，未考虑滚型加工导致的轮辋不同截面处厚度的变化，也未考虑滚型加工后轮辋中残余应力对其强度的影响，无法真实反映轮辋的强度特性，从而难以为轮辋的轻量化优化设计提供准确的强度仿真结果。因此本发明拟在车轮设计阶段，不但考虑轮辋所受外载荷的作用，同时综合考虑滚型工艺导致的轮辋不同截面处的厚度变化以及残余应力场的影响，获得轮辋中更加接近实际受力情况的强度结果，实现轮辋的轻量化优化设计，最终缩短设计周期，减少开发成本。

发明内容

本发明的目的是为了解决上述问题，提供一种综合考虑滚型工艺影响的钢制车轮轮辋优化设计方法，尤其是一种基于正交试验综合考虑滚型工艺导致的轮辋不同截面厚度变化以及轮辋残余应力对其强度影响的轮辋截面优化设计方法，以获得截面减薄量小、承载能力强、重量最轻的轮辋截面尺寸。其截面尺寸满足我国汽车轮辋设计标准：GB/T 3487-2015“乘用车轮辋规格系列”和GB/T 31961-2015“载货汽车和客车轮辋规格系列”两个标准，充分考虑滚型工艺导致的轮辋厚度变化以及加工后轮辋内的残余应力，在此基础上建立车轮在径向载荷作用下的仿真模型，获得轮辋的强度分布及疲劳寿命预测，并以此为基础对轮辋截面进行优化设计。该方法同时考虑材料流动产生的厚度变化和残余应力对车轮承载能力的影响，可避免以往将轮辋假设为等厚度且忽略其初始应力场所导致的仿真结果与实验结果存在较大偏差的情况，为滚型加工轮辋的优化设计提供更加准确的仿真结果。

本发明提供一种综合考虑滚型工艺影响的钢制车轮轮辋优化设计方法，该方法中的轮辋截面尺寸均需满足我国汽车车轮辋设计标准：GB/T 3487-2015和GB/T 31961-2015的要求。最终形成一个考虑轮辋的国标尺寸要求、轮辋滚型加工导致的截面厚度变化、滚型加工后产生的轮辋内残余应力分布、车轮所受径向载荷等多种因素共同作用下新的轮辋尺寸的优化设计方法。

本发明提供一种综合考虑滚型工艺影响的钢制车轮轮辋优化设计方法，它包括以下步骤：

步骤一：选取若干个轮辋截面关键尺寸为正交试验的试验因素，确定各试验因素的水平数量，基于正交试验表，得到不同试验因素组合的轮辋等厚度截面设计尺寸，反推出各相应配套模具截面尺寸，建立滚型工艺仿真所需模具的三维模型。

步骤二：分别建立轮辋一次、二次、三次滚型的工艺仿真模型，设置滚型结果之间的传递，得到滚型加工完成之后轮辋不同截面的厚度变化以及卸载模具之后的加工残余应力。