蒋万标，郝艳华，李 嘉

（华侨大学 机电及自动化学院，厦门 361021）

轻量化趋势是未来汽车的必然选择，而汽车钢圈的轻量化，必然通过提高材料强度，同时减薄材料厚度来实现。为了保证材料的焊接性能，目前的钢材主要通过添加微量合金元素、改进轧制方法等细化晶粒来实现强度的提高，但其主要成份的含量变动很小。由于弹性模量只与材料的成份有关，而与其他因素，包括组织形态、晶粒大小等无关，因此，在车轮专用钢中，不同强度的材料，其弹性模量差异并不大。而材料厚度的减薄势必引起钢圈刚度的下降，因此，在钢圈的轻量化过程中，其结构也必须作出相应改变以提高钢圈的刚度。

1 钢圈简介

钢圈由轮辋轮辐焊合而成，轮辐有中孔、螺孔、风孔等组成，轮辋则由轮缘、胎圈座、安装面、槽底等部分组成，并以R角连接各部分。其名称如图1所示。

图1 钢圈各部分的名称

2 有限元模型的建立

有限元仿真模型参照GB/T 5909-2009(中国商用车辆车轮性能要求和试验方法)中的径向疲劳试验方法建立[1]。

在试验中，钢圈主要受径向负载及轮胎气压。径向负载通过轮胎传递，此力在圆周方向上沿中间向两侧依余弦规律递减[2]，其合力为设备对轮胎施加的载荷，如图2所示。

图2 钢圈的径向受力示意图

气压则作用于整个轮辋表面，且通过轮胎对轮缘有侧向压力。车轮重力、转动时的离心力，忽略不计。

运用有限元分析软件ANSYS建立车轮实体，采用Solid单元对车轮进行网格划分[3]，材料的弹性模量取值206 800 MPa，泊松比取值0.3。……