轮毂是汽车上的重要部件,不仅影响汽车行驶的安全性、舒适性,还直接影响汽车的外观效果。车轮等旋转件轻量化的节能效果相当于非旋转件的1.5倍,因此车轮轮毂的轻量化设计是未来车轮的重要发展方向。本文在汽车轻量化的背景下,以轻质材料在汽车轮毂的推广应用为目标,开展轮毂轻量化设计以及技术经济性分析。主要研究如下:(1)总结了汽车轻量化的国内外研究现状,介绍了多种轻质材料在汽车轻量化中的应用,阐述了轮毂尺寸设计的方法以及有限元理论基础。(2)完成对实验轮毂的有限元建模,获取轮毂受力载荷,分析轮毂的静力学强度特性。对轮毂进行自由模态和约束模态分析,获取轮毂的固有频率及振型。(3)对轮毂进行结构尺寸设计和轻质材料轻量化设计,以轮毂受力的最大变形量为约束条件,以满足轮毂强度刚度为目标,对新材料、新结构的轻量化轮毂进行力学分析和模态分析。(4)基于SolidWorks软件和Radioss求解器,对铝合金、镁合金材质轮毂的轻量化效果进行分析。相对于钢制轮毂,单只铝合金轮毂的减重2.85 kg,减重比例23.08%;单只镁合金轮毂减重5.1 kg,减重比例41.03%。分析轻质材料轮毂对电动汽车电机和电池的影响,在满足原实验车型相应动力性指标的前提下:应用铝合金轮毂,驱动电机成本可降低29.6元,动力电池成本可降低3300元。应用镁合金轮毂,电机成本可降低43.2元,电池成本可降低7040元。(5)针对轻质材料轮毂轻量化设计方案,基于全生命周期理论和3E评价方法从经济、环境、能源方面讨论应用轻质材料在电动汽车轻量化方面的技术经济性。在实验车辆的驱动电机和动力电池等参数不变的情况下,在全生命周期过程中分析得到:应用铝合金轮毂,电动汽车总成本可降低315.9元,总能耗可减少15485 MJ,总CO2排放量可减少737.2 kg;应用镁合金轮毂,电动汽车总成本可降低913.5元,总能耗可减少34096 MJ,总CO2排放量可减少2414.6 kg。