曹昊
天津立中锻造有限公司，天津 300450
摘要：轮毂是汽车时尚装饰和外形设计的一种延伸。它的美观程度决定着汽车的整车形象、品位和档次，是汽车造型设计中一个不容忽视的关键点。同时轮毂也是汽车行驶的重要安全部件，具有承载、转向、驱动和制动等作用，其性能的好坏直接影响汽车行驶的安全性、乘坐的舒适性和操纵的稳定性等。其造型设计与结构等直接影响着人们的选择，因此，在汽车轮毂的设计上，需要重视汽车轮毂的造型设计与结构分析，提高汽车轮毂的整体性能，使其在车辆运行中发挥其作用。基于此，本文详细分析了汽车轮毂造型设计的有关参数与结构分析，对汽车轮毂设计具有一定的参考价值。
关键词：整车形态；轮毂造型设计；结构
前言：
在汽车设计中，轮毂设计逐步成为很多车辆造型师关注的重点，在轮毂设计上要充分考虑人们的个性化需求，融入更多的特殊元素，提升汽车轮毂的美观性与实用性，带动汽车行业的快速发展。本章明确构成法则对轮毂造型设计的影响及其造型设计所用方法，更加强调了轮毂造型既要具备自身特点又要与整车形态匹配，不同车型因风格不同轮毂造型也各不相同，既要做到有个性对比，又要达到整体统一。
一、汽车轮毂造型设计
1.当前国内外汽车轮毂造型分析
随着经济的发展，人们文化水平的提高，消费者对汽车的要求也开始从实用和认知向汽车的审美功能过渡。而作为汽车外观中的一个重要部件的轮毂，经过各国文化的浸染，也展现出它的不同风情。法国是典型的罗马天主教国家，着重线条形象。法系轮毂总体线条刚柔并济，造型大胆前卫，如法国姑娘脚上的鞋子般惹眼。意大利在设计中极具鲜明的民族特征与文化特色。意系轮毂专业而特有的设计，折射出典型的意大利人热情奔放和万般风情。德国轮毂亦带有浓重的德意志民族气质。德系轮毂设计严谨，外观多简洁、大气、质轻。美国汽车讲究“大就是美”的设计观念，因此美系轮毂总是如其车身般大而张扬。日本汽车型小、量轻、紧凑，与其匹配的日系轮毂一般比较娇小玲珑些，这也体现了其民族的统一含蓄的特点。反观中国的汽车轮毂，现如今仍只是一个制造和消费大国，汽车工业正处于蓬勃发展的阶段，模仿固然是刚起步是最为经济有效的办法，但是随着外观专利的限制及国际市场竞争的激烈化，中国的轮毂厂商要想在中国站稳脚，无论从生产技术，还是造型开发方面，必须走本土化的道路。
2.方案构思及建模渲染
通过对本土化方法的研究，总结归纳为3点：(1）引经据典法；(2）时尚追随法；(3）借指通感法。而“引经据典法”作为本土化设计的典型方式，其从传统历史文化提炼设计元素并加以抽象、重构并最终融入到产品中的方式也是设计师所钟爱的设计方式。文中主要通过研究中国的传统文化，理解中国传统元素的内涵及其运用场所，掌握其变化转换的形式和表现规律，寻找元素中最有特色的部分，将原形打散、分解、切割、分割、做局部选取，运用现代审美的表现方式根据提炼出的线条与轮毂的结构特点对轮毂进行前期的草图构思，提出多套设计方案，完成手绘造型设计。中国传统元素来源于中国的传统艺术，主要以传统艺术图形的方式呈现。中华民族作为一个有上下五千多年历史的古老国度，在它的每一个时期，都留下了丰盛的文化遗产，它是中华民族独有的特质，提及中国传统元素，往往会让人联想到京剧中的脸谱、唐三彩、青花瓷、龙、凤凰、佛教等等。这些丰富多彩的元素，是中华文化在外国人心中特有的标志。此外，讲究对立统一、中庸和谐、讲究无为而治的道家思想等都是中国文化区别其他文化的地方，也属于中国元素范畴。
在造型设计过程中，对脸谱、佛教寺庙、凤凰等进行抽象重构，通过各个方案的比较，最终选定凤凰为最终方案。轮毂造型属于平面构成的范畴，曲面往往给人动态的美感，凤凰起舞，形态优美，在草图构思中，对其头部的轮廓线条进行提炼并运用于汽车轮辐的主体辐条造型，相交的平面以弧面过渡，其形态仿若3只围绕太阳起舞的凤凰，运用面间的高低变化形成的结构线使凤凰形态柔中带刚，立体感十足。
二、汽车轮毂的结构分析
1.轮毂有限元模型建立
当前，在汽车轮毂的结构分析中，往往需要借助于有限元分析的方式，该种分析方式是一种有效的数学分析手段，采用有限元分析的方式，可以帮助设计人员掌握轮毂的应力分布状态，从而计算出轮毂造型的应力云图，据此判断与评价轮毂结构的合理性，如果存在不合理的地方，要及时对其加以改进。在轮毂的运行中，径向疲劳与弯曲疲劳是其主要的失效表现，通过使用UG软件，可以建立在径向荷载与弯曲荷载作用下的有限元模型，进而进行有关的计算与分析，判断其结构的合理性。
2.径向疲劳试验有限元分析模型
在径向疲劳试验有限元分析模型下，该研究主要是通过对汽车轮毂施加一个径向的压力，随后使试验转动鼓驱动汽车轮毂的转动，在该运行状态下，有限元分析模型可以进行轮毂运行状态下承受车辆垂直负荷的模拟，如果汽车轮毂的结构设计较为科学，那么在此过程中，轮毂在试验荷载下即使存在一段时间的疲劳荷载，但是其不存在侵入车轮断面的可见裂纹等的出现，否则，汽车轮毂的结构设计就需要进行必要的改建，方能够保证其设计的合理性，从而在汽车运行中起到其良好的驱动、制动、荷载等作用。结合汽车轮毂径向荷载疲劳试验的情况，在车轮结构中分别安装盘面与螺栓孔，从而对轮毂施加一定的约束力，在一定的范围内轮辋胎圈座上的径向荷载呈现余弦分布的变化状态，进而根据这一系列的变化情况可以计算径向荷载的计算，据此来判断轮毂的结构设计是否合理。
3.弯曲疲劳试验有限元分析模型
汽车轮毂弯曲疲劳试验也是结构分析的重点，其试验结果直接反映着汽车轮毂结构设计的合理性，决定着汽车轮毂的整体性能。在汽车轮毂弯曲疲劳试验的有限元分析中，主要是对轮毂施加一个相对固定的旋转弯矩，该旋转弯矩在有限元分析中是固定的，在此作用下，有限元模型进行轮毂承受弯曲负荷情况的模拟与分析，如果汽车轮毂在该弯矩负荷下在一定的范围内存在疲劳循环次数，当其疲劳循环次数结束以后，其不存在裂纹等现象，就说明该汽车轮毂的设计较为合理，在车辆运行中轮毂可以充分发挥其作用。在弯曲疲劳试验有限元分析模型中，经由相关的计算，可以获得轮毂的载荷等情况，为判断轮毂结构的合理性等提供了重要的参考依据。
结束语：
轮毂作为汽车结构中的重要构件，在车辆运行中起着承载、转向、驱动与制动的重要作用，有关的设计人员需要结合汽车行驶的要求，从功能性、美观性与安全性的角度出发，提高汽车轮毂造型设计的实用性，满足人们的使用需求。由于科技的进步，越来越多的新技术逐渐被应用到轮毂的设计和开发上来，例如CA D/C A E技术就被广泛应用在轮毂造型结构一体化的合理性设计上，其三维实体造型技术可以在纵观全局考虑整车风格的情况下，对轮毂进行非参数化造型设计，而有限元分析技术可对轮毂进行结构设计、性能分析、受力分析等。这样既可以满足轮毂造型与整车形态匹配，满足审美情趣及大众消费需求，保证结构安全性能优越，又可以缩短轮毂开发周期，提高开发效率。鉴于我国目前现状运用CA D/C A E技术，设计出具备中国文化、审美理念、消费需求并和整车形态匹配的本土化特色轮毂势在必行。
参考文献：
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