車輪設(shè)計手冊

車輪設(shè)計手冊

部門：底盤部件工程室

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版本：第一版

發(fā)布時間：2014.10.25

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本手冊包含了車輪的定義、分類、設(shè)計原則、試驗內(nèi)容、失效模式、常見問題等內(nèi)容,

適用于車用車輪。

目錄

1基本定義.......................................................................4

1.1車侖輛.......................................................................4

1.2輪輻.......................................................................4

13偏距........................................................................4

1.4輪緣.......................................................................4

1.5胎圈座.....................................................................4

1.6槽底.......................................................................4

1.7氣門孔.....................................................................4

2技術(shù)特點及產(chǎn)品種類..............................................................5

2.1鋁合金車輪與鋼車輪比較.....................................................5

2.2按車輪類型分................................................................5

2.3按輪輛類型分..............................................................5

3整車開發(fā)各個階段的設(shè)計要求.....................................................6

3.1可行性分析階段...........................................................6

3.2概念確認階段.............................................................6

3.3產(chǎn)品設(shè)計及驗證...........................................................6

3.4工裝開發(fā)及生產(chǎn)準備階段....................................................6

4試驗標準.......................................................................6

4.1強度試驗要求...............................................................6

4.2機械性能要求..............................................................7

4.3化學(xué)成分要求..............................................................7

4.4尺寸要求..................................................................7

4.5外觀質(zhì)量要求..............................................................7

4.6X光探傷要求...............................................................7

4.7金相組織要求..............................................................7

4.8平衡性能要求..............................................................8

4.9氣密性試驗要求............................................................8

4.10漆膜性能.................................................................8

4.11球窩試驗要求.............................................................9

4.12能量吸收試驗..............................................................9

5失效模式及設(shè)計校核.............................................................9

6常見故障分析及排除............................................................11

1基本定義

車輪介于輪胎和車橋之間承受負荷的旋轉(zhuǎn)件。通常由兩個主要部件組成：輪^和輪輻。

它們可以是整體的永久連接、也可以是可拆卸的。

1.1輪輛

與輪胎裝配配合，支撐輪胎的車輪部分。

1.2輪輻

與車軸輪轂實施安裝連接，支撐輪輛的車輪部分。

1.3偏距

輪桐中心面到輪輻安裝面間的距離。有正偏距、零偏距、負偏距之分。

1.4輪緣

保持并支撐輪胎方向的輪輛部分。

1.5胎圈座

與輪胎圈接觸，支撐維持輪胎半徑方向的輪輛部分。

1.6槽底

為方便輪胎裝拆，在輪輛上留有一定深度和寬度的凹坑。

1.7氣門孔

安裝輪胎氣門嘴的孔。

整體式車輪

表1車輪各部位名稱

1輪輛寬度10螺栓孔節(jié)圓直徑

2輪犧名義直徑11螺栓孔直徑

3輪緣12輪輻安裝面

4胎圈座13安裝面直徑

5凸峰14后距

6槽底15輪輻

7氣門孔16輪輛

8偏距17輪桐中心線

9中心孔

2技術(shù)特點及產(chǎn)品種類

2.1鋁合金車輪與鋼車輪比較

優(yōu)點：

重量輕，節(jié)能效果明顯；

散熱快，整午安全性能高，

尺寸精度高，整車駕駛性能好；

款式多樣，更適應(yīng)現(xiàn)代化整車的要求；

不易藏污納垢，不會產(chǎn)生鐵銹，易清潔。

缺點：

價錢比鋼車輪貴；

鋁車輪的直徑一般是中、小直徑，大直徑鋁合金車輪的制造技術(shù)還有一定困難；

就彈性模量而言，鋼車輪有一定的優(yōu)勢，如果整車行駛速度不高、道路又是較差的，鋁

車輪沒有優(yōu)勢。

2.2按車輪類型分

2.2.1輻板式車輪

輪輛和輪輻永久結(jié)合的車輪。

2.2.2對開式車輪

輪桐由兩個主要部件組成的車輪，兩部件上的輪輛部位寬度都可以相等，也可以不相等,

把他們緊固在一起就形成了一個具有兩個固定輪緣的輪輛.

2.2.3輻條式車輪

輪^由若干輻條聯(lián)接到輪轂上的車輪。

2.3按輪桐類型分

2.3.1深槽輪

這種輪輛是整體的，其斷面中部為一深凹槽，主要用于轎車及輕型越野汽車。它有帶肩

的凸緣，用以安放外胎的胎圈，其肩部通常略向中間傾斜，其傾斜角一般是5度土1度。傾

斜部分的最大直徑即稱為輪胎胎圈與輪輛的著合直徑。斷面的中部制成深凹槽，以便于外胎

的拆裝。深槽輪棚的結(jié)構(gòu)簡單，剛度大，質(zhì)量較小，對于小尺寸彈性較大的輪胎最適宜。但

是尺寸較大又較硬的輪胎，則很難裝進這樣的整體輪^內(nèi)。

2.3.2平底輪輛

這種輪輛的結(jié)構(gòu)形式很多，是我國貨車常用的一種形式。擋圈是整體的，用一個開口彈

性鎖圈來防止擋圈脫出。在安裝輪胎時，先將輪胎套在輪輛上，而后套上擋圈，并將它向內(nèi)

推，直至越過輪輛上的環(huán)形槽，再將開口的彈性鎖圈嵌入環(huán)形槽中。

2.3.3對開式輪輛

這種輪輾）由內(nèi)外兩部分組成，其內(nèi)外輪聚）的寬度可以相等，也可以不等，兩者用螺栓聯(lián)

成一體。拆裝輪胎時，拆卸螺母即可。擋圈是可拆的。有的無擋圈，而由與內(nèi)輪桐制成一體

韻輪緣代替擋圈的作用，內(nèi)輪輛與輻板焊接在一起。

3整車開發(fā)各個階段的設(shè)計要求

3.1可行性分析階段

根據(jù)整車要求，確定車輪規(guī)格、材質(zhì)、車輪螺栓數(shù)量、分度圓直徑、偏距、車輪中心孔

直徑、車輪法蘭面直徑、車輪與輪罩的安裝方式及相關(guān)尺寸等

3.2概念確認階段

3.3產(chǎn)品設(shè)計及驗證

窗口處拔模斜度最小為10最大12度，其他部位的最小拔模斜度為7度。

滿足造型要求，確定車輪正面造型，漆膜厚度及顏色。

滿足生產(chǎn)要求，確定生產(chǎn)工藝

3.4工裝開發(fā)及生產(chǎn)準備階段

確定臺架動態(tài)疲勞試驗、沖擊試驗，滿足技術(shù)規(guī)范

確定整車可靠性試驗，以滿足OTS路試要求

保證車輪裝配的便利性

4試驗標準

4.1強度試驗要求

4.1.1彎曲疲勞試驗要求

各型號車輪按規(guī)定的彎矩及循環(huán)次數(shù)完成試驗后，不得有任何裂紋、嚴重變形或車輪螺

栓的異常松動。另外，加載點偏移量不得超過初始狀態(tài)的20%。

試驗彎矩=（u-R+D）?F?S

式中：u一一輪胎和道路之間的摩擦系數(shù)，設(shè)定為0.7；

R------靜負荷半徑，m；

D-----車輪的偏矩（內(nèi)偏矩為正，外偏矩為負），m；

F——車輪的最大額定載荷，N；

S——強化試驗系數(shù)。

重載時S=2.2,循環(huán)次數(shù)為40萬次。件數(shù)2件。

輕載時S=L8,循環(huán)次數(shù)為103萬次。件數(shù)2件。

試臉方法；彎曲疲勞的試驗方法與要求按QC/T221的規(guī)定進行。

4.1.2徑向疲勞試驗要求

各型號車輪按規(guī)定的徑向載荷及循環(huán)次數(shù)完成試驗后，不得有任何裂紋、嚴重變形或車

輪螺栓的異常松動。輪胎氣壓為4.5bar,輪胎規(guī)格根據(jù)圖紙規(guī)定，要求150萬轉(zhuǎn)車輪無可見

裂紋。

試驗載荷=2.5xFrx9.81

Fr——靜態(tài)車輪負荷〔千克），0.5*技術(shù)上允許的軸載荷。件數(shù)2件。

試驗方法：徑向疲勞試驗的方法與要求按QC/T221的規(guī)定進行。

4.1.3沖擊試驗要求

各型號車輪按規(guī)定的沖頭質(zhì)量完成試驗后，應(yīng)滿足下述要求：

輪輻的任一斷面處不應(yīng)出現(xiàn)目測可見的穿透裂紋。

車輪的輪輻不應(yīng)與輪輛發(fā)生分離現(xiàn)象。

輪胎氣壓在30秒內(nèi)不應(yīng)低于原氣壓的50%。

沖擊載荷（Kg）=0.6W+180

式中：W—最大車輪靜載荷，kg。件數(shù)2件。

試驗方法：沖擊試驗的方法與要求按GB/T15704的規(guī)定進行。二

4.2機械性能要求

實物取樣在完成試驗后機械性能應(yīng)滿足表1要求

表2機械性能表

輪緣窗口延伸率輪緣筋部延伸率

抗拉強度(MPa)屈服強度(MPa)硬度(HB)

(%)(%)

226021802724.575-95

試驗方法：機械性能試驗的方法與要求按GB/T228與GB/T231.1的規(guī)定進行。

4.3化學(xué)成分要求

產(chǎn)品的化學(xué)成份應(yīng)滿足表3要求:

表3產(chǎn)品的化學(xué)成份

其他

化學(xué)成雜質(zhì)

SiTiCuMnSrMgFeZnAl

份元素

單個

w

6.5%0.008%0.25%

所占百WWWW0.05%余

WO.1%************

分比0.2%0.05%0.18%0.05%w量

7.5%0.025%0.45%

0.15%

4.4尺寸要求

按照圖紙所注尺寸、技術(shù)條件及毛坯外觀標樣執(zhí)行。

車輪的輪輛輪廓形狀和尺寸、輪例標定直徑及檢驗周長的檢驗方法應(yīng)符合

GB/T9769-2005的規(guī)定。

車輪安裝面平面度的檢驗參照QC/T243-2004的規(guī)定，用三坐標測量儀進行檢驗。

車輪螺栓孔位置度的檢驗參照QC/T240-1997的規(guī)定，用三坐標測最儀進行檢驗。

車輪偏距的檢測采用深度尺或高度尺，通過檢驗車輪的后距空間進行間接檢驗。

車輪輪輛胎圈座部位的徑向跳動和輪緣的端面跳動按照QC/T717-2004標準進行檢驗。

4.5外觀質(zhì)量要求

產(chǎn)品主要表面不得有夾渣、疏松、氣孔等明顯鑄造缺陷，不得有手感明顯的毛刺、飛邊。

表面涂漆的顏色應(yīng)與圖紙要求一致，漆膜表面不應(yīng)有明顯的流掛、桔皮、氣泡等缺陷。如經(jīng)

供需雙方協(xié)議，采用封樣作為外觀驗收標準，則產(chǎn)品的外觀質(zhì)量不允許低于封樣的質(zhì)量。

4.6X光探傷要求

車輪經(jīng)過X光探傷后發(fā)現(xiàn)的氣孔、縮孔、低密度異物、高密度異物數(shù)量應(yīng)滿足表4中的條

件，要求100%檢驗。

表4可接受缺陷狀態(tài)

中心孔和螺栓孔區(qū)域可接受數(shù)量(個)其它區(qū)域可接受數(shù)量(個)

氣孔縮孔低密度異物高密度異物氣孔縮孔低密度異物高密度異物

W3W4W4W4W5W5W5W5

4.7金相組織要求

經(jīng)熱處理后，在500倍的金相顯微鏡下觀察，從產(chǎn)品上直接取得試樣的金相組織，按附

錄A的金相等級圖，輪幅部位應(yīng)優(yōu)于B級，輪緣部位應(yīng)優(yōu)于D級。

4.8平衡性能要求

鋁車輪平衡性能要求見表5要求：

表5鋁車輪不平衡量要求

輪^名義直徑代號最大靜不平衡量/g,cm最大靜不平衡量/g

W12340（帶氣門嘴TR413）24（帶氣門嘴TR413）

13、14410（帶氣門嘴TR413）26（帶氣門嘴TR413）

15500（帶氣門嘴TR413）30（帶氣門嘴TR413）

16560（帶氣門嘴TR413）30（帶氣門嘴TR413）

17560（帶氣門嘴TR413）30（帶氣門嘴TR413）

18或更大740（帶氣門嘴TR413）35（帶氣門嘴TR413）

平衡實驗依據(jù)QC/T242汽車車輪測試方法進行，要求1005檢驗,

4.9氣密性試驗要求

試驗時，壓力應(yīng)不小于450kpa,在30秒的試驗時間內(nèi)，不應(yīng)觀察到空氣氣泡出現(xiàn)。

試驗方法：氣密性試驗的方法與要求按QC/T241的規(guī)定進行，要求100%檢驗。

4.10漆膜性能

漆膜構(gòu)成

正面、窗口：粉末+德國銀色閃光漆+透明漆。

外輪輛：內(nèi)外胎圈座處底粉+色漆，噴2層漆，可以少量濺亮漆漆霧。

其余外輪棚部位噴底粉，可以少量濺色漆和亮漆漆霧。

背腔及內(nèi)輪輛：只噴底粉，大于或等于30umo

法蘭盤、中心孔、螺栓孔錐面不得噴漆。

漆膜厚度要求

全涂裝產(chǎn)品：

底粉的厚度260um,色漆的厚度215Um,透明漆的厚度225um。中心孔、螺栓孔、

法蘭盤不允許有漆。

精車亮面產(chǎn)品：

輪輻表面（精加工面）區(qū)域總膜厚235um：窗口（非精加工面）區(qū)域總膜厚2120um,

底粉的厚度260um,色漆的厚度215um,透明粉235nln；

鹽霧試驗要求

車輪經(jīng)過720個小時的試驗后，試驗產(chǎn)品表面漆膜劃刻線的漆底腐蝕WbW2.5mm,漆膜表

面除邊角部位不得出現(xiàn)腐蝕、起泡。腐蝕寬度帥由下式確定

Wb=（b1+b2）/2

式中：b為試驗后劃刻線寬度；

bz為試驗前劃刻線寬度。

試驗方法：噴鹽霧試驗的方法與要求按QC/T484進行。

漆膜附著性能試驗要求

車輪外層涂漆的附著力為（0-1）級。

試驗方法：漆膜附著性能試驗的方法與要求按GB/T1720的方法進行。

漆膜硬度試驗要求

車輪的外層涂漆的鉛筆硬度不低于0.6。

試驗方法：漆膜硬度試驗的方法與要求按GB/T6739的要求進行。

耐水試驗要求

經(jīng)過120個小時的試驗后，漆膜無顯著的變色、軟化、起泡（尖角、劃痕3nlm以內(nèi)不計

入）。按3X3mm百格測試附著力要達到1級以上。

加速老化試驗

經(jīng)過400個小時的試驗，試驗樣品表面漆膜不得出現(xiàn)變色、裂紋、起皮及其它漆膜形態(tài)

惡化的情況。

耐碎石試驗

對試驗后的樣品，采用方法II-目視比較判定試驗結(jié)果，其耐碎石等級不得低于6級。

4.11球窩試驗要求

球窩研磨試驗要求

用中25.6mm球研磨球窩，其結(jié)合面必須是360°的圓，研磨面的環(huán)狀帶寬至少2mm,整個

結(jié)合面應(yīng)有2/3被研磨。

球窩耐壓試驗要求

預(yù)加載Fv=5000N,位移調(diào)零;加載試驗載荷到F=7()0()0N,保持30秒不變；卸載至Fv=5000N,

讀取位移測量值。要求從螺栓孔測得的位移小于0.3nun。

4.12能量吸收試驗

在拉力試驗機用R25鋼球壓輪唇，接觸點為輪唇最高點，壓入速度為(0.2-2)mm/s,

至開裂時所吸收功要求為：外凸緣W2100J,內(nèi)凸緣W2100J。

5失效模式及設(shè)計校核

潛在失效模潛在失效后/現(xiàn)行控制(探

項目、功能起因或機理現(xiàn)行控制(預(yù)防)

式果測)

支持整車輪轂設(shè)計載根據(jù)車軸載荷及

進行有限元分

安全行使荷未達到整相應(yīng)的安全系數(shù)

析，模擬試驗

車使用要求進行設(shè)計

輪轂受力結(jié)

構(gòu)設(shè)計不合

對產(chǎn)品進行彎曲

理,造成輪轂

進行有限元分疲勞試驗,驗證

耐彎曲疲勞

析，模擬試驗輪轂?zāi)蛷澢?/p>

壽命達不到

壽命

整車使用要

求

行駛過程中輪轂受力結(jié)

輪轂斷裂突然斷裂，出構(gòu)設(shè)計不合

對產(chǎn)品進行徑向

現(xiàn)安全事故理，造成輪轂

進行有限元分疲勞試驗,驗證

耐徑向疲勞

析，模擬試驗輪轂?zāi)蛷较蚱?/p>

壽命達不到

壽命

整車使用要

求

輪轂受力結(jié)

構(gòu)設(shè)計不合

對產(chǎn)品進行沖擊

理,造成輪轂進行有限元分

試驗驗證輪轂沖

耐沖擊壽命析，模擬試驗

擊壽命

達不到整車

使用要求

對選用原材料進

材料選擇不

行駛過程中行機械性能試根據(jù)行業(yè)要求進

支持整車當，造成機械

輪轂斷裂突然斷裂，出驗，確認機械性行原材料選擇

安全行使性能指標無

現(xiàn)安全事故能是夠滿足車輪<A356>

法滿足。

要求

進行鑄造模擬分

支持整車造成汽車不輪毅存在鑄對車輪進行

輪轂漏氣析,減少輪桐部

安全行使能行駛造氣孔100%泄露試驗

分的缺陷產(chǎn)生

輪唇厚度、輪

緣厚度、輪棚試驗輪按照圖紙

造成汽車不

輪轂變形厚度規(guī)定不下差加工、進行

能行駛

當，使用中發(fā)耐久性壽命試驗

生變形

輪唇厚度、輪

造成汽車行緣厚度、輪棚試驗輪按照圖紙

輪轂輕微變

支持整車平駛抖動，乘員厚度規(guī)定不下差加工、進行

形

穩(wěn)行駛不舒服當，使用中發(fā)耐久性壽命試驗

生輕微變形

造成汽車行輪轂徑向跳

根據(jù)要求進行設(shè)

駛抖動，乘員動及軸向跳

計

不舒服動量太大

行駛抖動

造成汽車行

輪轂不平衡優(yōu)化設(shè)計結(jié)構(gòu)，

駛抖動，乘員

量大使重量均勻分布

不舒服

油漆變色、油漆性能不根據(jù)相關(guān)油漆標

客戶不滿意

脫落合格準進行油漆試驗

根據(jù)華晨指定油

油漆顏色有

色澤差異客戶不滿意漆廠家進行油漆

差異

開發(fā)

輪轂造型與

裝飾蓋與輪根據(jù)同類車輪蓋

整車風(fēng)格協(xié)進行試配試驗、

裝飾蓋脫落客戶不滿意轂的配合公進行卡口尺寸設(shè)

調(diào)統(tǒng)一驗證裝配情況。

差規(guī)定不當計

根據(jù)華晨提供造

裝飾帽造型型進行設(shè)計，提

客戶不滿意造型不匹配

不協(xié)調(diào)交華晨確認，確

定最終造型

不應(yīng)存在飛毛刺去除效

影響外觀用戶不滿意制定去毛刺規(guī)范

邊毛刺果不好

駝峰直徑/胎

支持整車汽車無法行根據(jù)輪輛標準進

漏氣圈坐直徑設(shè)

傳遞動力駛行設(shè)計

計不合理

氣門孔尺寸

根據(jù)華晨提供的

汽車無法行設(shè)計不合理，

漏氣氣孔尺寸進行設(shè)

駛影響氣門嘴

計

裝配

氣門孔處有

汽車無法行規(guī)定氣門孔等處

漏氣毛刺，導(dǎo)致氣

駛不得有毛刺

門嘴漏氣

根據(jù)華晨提供的

螺栓孔直徑

不能裝車無法裝車