生成式优化设计乘用车铝合金轮毂结构

　　日常做整车底盘行走系统的结构匹配时，轮毂是连接轮胎与车轴轴头的核心承载部件，既要承担整车整备质量、行驶过程中的动载荷冲击，也要兼顾制动系统的散热空间预留、转向时的运动间隙避让，很多新手做轮毂建模时容易只关注外观曲面的流畅度，忽略实际装车后的边界约束，最后做装配干涉检查时才发现轮辐和制动卡钳间隙不足、中心孔定位公差不匹配的问题。这次做的这款轮毂结构，是基于生成式设计逻辑迭代出来的，前期先把安装边界的硬约束全部锁定：首先是PCD节圆直径、中心孔定位尺寸、螺栓孔的数量与孔径，这些参数直接和对应车型的轴头匹配，不能随意调整，中心孔需要和轴头定位凸台过盈配合，保证高速转动时的同轴度，螺栓孔的位置度公差要控制在0.1mm以内，

　　避免装车后出现动平衡超差的问题。轮辋部分的宽度、偏距ET值是按照适配轮胎的规格来定的，轮辋的胎圈座角度、凸缘结构完全符合乘用车轮辋的标准规范，保证轮胎安装后不会出现滑圈、漏气的问题，轮辋的内侧预留了平衡块的安装空间，不管是粘贴式还是卡扣式平衡块都有足够的安装位置，不会和转向节、下摆臂等底盘部件发生运动干涉。轮辐部分采用生成式设计做拓扑优化，把载荷工况作为输入条件：包括垂直方向的满载冲击载荷、转向时的横向载荷、制动时的扭矩载荷，在满足强度、刚度要求的前提下，把非承载区域的材料尽可能去除，最终形成的多辐条曲面结构，不是单纯为了外观造型做的异形曲面，每一处曲面的走向都是顺着应力传递路径分布的，轮辐和轮辋的连接位置做了渐变的圆角过渡，

　　避免应力集中导致的疲劳开裂问题，轮辐靠近中心安装盘的位置厚度更大，往轮辋方向逐渐收薄，既保证了中心区域的安装强度，也能降低整体的转动惯量，对于提升车辆的加速响应、降低制动系统的负荷都有实际帮助。散热通道的设计也结合了轮辐的曲面走向，车辆行驶时迎面气流可以顺着轮辐的曲面导向制动盘、制动卡钳的位置，带走制动过程中产生的热量，避免长距离制动时出现热衰减，这一点比很多等厚度直辐条的轮毂散热效率更高。做结构校核的时候，重点关注了几个关键位置的应力分布：螺栓孔周边、轮辐与安装盘的过渡位置、轮辐与轮辋的焊接（整体铸造则是一体成型的连接位置）位置，在1.5倍满载冲击载荷的工况下，最大应力值低于铝合金材料的屈服强度，

　　循环载荷下的疲劳寿命满足乘用车行驶里程的设计要求。另外轮辐的曲面造型也考虑了空气动力学效应，行驶时可以梳理轮辋区域的乱流，降低风阻系数，同时曲面的弧度也避免了直角结构带来的风噪问题。实际建模过程中，先做安装基准面的草图，把所有安装孔的位置、中心孔的尺寸完全约束，再做轮辋的回转体基础特征，之后把生成式计算得到的轮辐点云数据做曲面重构，每一处曲面都做曲率连续检查，避免出现曲面褶皱、曲率突变的问题，最后做实体合并、圆角过渡，完成整体结构后再做装配干涉检查，模拟车轮上下跳动、最大转向角度时的运动轨迹，确认和周边的悬架部件、制动部件、翼子板内衬都有足够的安全间隙。很多人觉得轮毂设计就是做外观造型，实际上作为安全件，所有的曲面、厚度、结构都要服务于承载、安装、散热这些实际功能，生成式设计的优势就是可以在给定的约束边界内，找到材料分布最优的结构形式，不用受传统等截面辐条设计的思维限制，最终出来的结构既能满足性能要求，也能实现更流畅的外观效果，同时重量比同尺寸同强度的传统轮毂更低，簧下质量的降低对于整车操控性、平顺性的提升是很明显的。