轮辋设计

目录车轮产品结构基本知识一、车轮结构各部位名称二、车轮的种类三、车轮的基本装配知识产品设计工作流程产品结构设计一、确定车轮的参数二、5度深槽轮辋轮辋设计三、气门孔尺寸和位置四、车轮安装盘设计五、车轮轮辐结构设计六、轮辐掏料结构设计七、车轮中心孔结构设计八、螺栓孔结构设计九、装饰盖结构设计十、车轮机加余量的常规性设计十一、各种规格车轮的重量设计标准十二、常用PCD与中心孔对应表车轮飞轮结构设计车轮产品结构基本知识一、车轮结构各部位名称1、轮辋：与轮胎装配配合，支撑轮胎的车轮部分。2、轮辐：与车轴轮毂实施安装连接，支撑轮辋的车轮部分。3、偏距：轮辋中心面到轮辐安装面间的距离。有正偏距、零偏距、负偏距之分。4、轮缘：保持并支撑轮胎方向的轮辋部分。5、胎圈座：与轮胎圈接触，支撑维持轮胎半径方向的轮辋部分。6、槽底：为方便轮胎装拆，在轮辋上留有一定深度和宽度的凹坑。7、气门孔：安装轮胎气门嘴的孔。1轮辋宽度10螺栓孔节圆直径2轮辋名义直径11螺栓孔直径3轮缘12轮辐安装面4胎圈座13安装面直径5凸峰14后距6槽底15轮辐7气门孔16轮辋8偏距17轮辋中心线9中心孔18二、车轮的种类按轮辋和轮辐结合形式的不同，车轮可分为如下结构，其代表型结构用图例来表示：1、整体式：轮辐和轮辋是由一个整体组成的。2、组合式：由2个以上的零件组合而成的车轮，其组成的零件可以分开，按其组合形式可分为三类：（1）、两片式车轮：由轮辋和轮辐结合起来的结构；（2）、三片式车轮：由两个轮辋零件和一个轮辐结合起来的结构。（3）、辐条式车轮：轮辋与中央轮盘部件，通过很多辐条实现连结的车轮结构。三、车轮的基本装配知识车轮的有关装配主要有以下的几种装配情况：1车轮轮辋与轮胎之间的装配2车轮与装饰钉之间的装配3车轮与刹车钳之间的装配4车轮安装面与车轴之间的装配5车轮螺栓孔与螺母之间的装配6车轮螺栓孔与车轴之间的装配7车轮与装饰盖之间的装配8车轮中心孔与车轴之间的装配9车轮气门孔与气门嘴之间的装配10车轮与平衡块之间的装配产品设计工作流程产品结构设计车轮的结构设计的基本步骤：（1）、根据车轮的装车情况对设计的车轮进行归类，并初定出车轮的各种装配参数。（2）、车轮装配参数确定后，根据车轮的外观形状和偏距、装配情况等要素来确定车轮选用正向轮辋还是反向轮辋及其形状。（3）轮辋确定后就可以根据装车的要求、车轮形状和载荷等确定出车轮安装盘和轮辐的初步设计。（4）、根据轮辐形状、轮辋形状和车轮的规格定义出机加余量和掏料结构的设计。（6）、对做出的车轮进行重量计算和有限元分析，确定是否需要进一步优化车轮的产品结构。（7）、如果重量计算和有限元分析合理，即可完成车轮的结构设计并输出工程图纸，如果不合理则重复上面步骤进行更改。一、确定车轮的参数1、一般在设计的初期，客户会提供设计新开发车轮的一些装车要求，如车轮的PCD、偏距、规格、装车情况等信息。如果客户输入不清晰，根据设计的车轮是用于轿车还是卡车（或SUV）我们可以大概设定出这个车轮的装配参数，见下表：车型常用规格常用PCD范围常用偏距范围安装盘直径轿车20X8.54/5X100~120.6530～50mm150～155mm（按上面定义的安装盘直径设计）18X7.517X7.0SUV/卡车20X9.05/6X127~139.70～30mm170～175mm（按上面定义的安装盘直径设计）22X9.524X10比如我们要设计一个用于轿车的车轮，根据上面的表我们选用这个车轮的装配参数如下：规格：20X8.5；偏距：45mm；PCD范围：5X114.3～5X120.65；安装盘直径：155mm。2、装车载荷的确定由于国家地域的差异，为不同地区设计的车轮载荷也不一样，一般设计时按客户提供的参数来决定。比如为北美设计的车轮，设计的载荷可按照下表来大致确定：PCD范围设计载荷（LBS）PCD5X120.65时16005X120.65PCD6X139.72100~2200PCD8X165.13100~3200二、5度深槽轮辋轮辋设计(参考各国的轮辋标准)1、轮辋直径（J型轮辋）A、16英寸及其以下：名义直径减去0.8mm（0.032In）；B、17英寸及其以上：名义直径加上4.8mm（0.188In）。轮辋轮廓种类轮辋名称（in）名义直径（mm）5度深槽轮辋10253.21230413329.414354.815380.216405.617436.61846219487.420512.821538.222563.62358924614.426665.2287162、轮辋宽度（J型轮辋）轮辋轮廓种类轮辋名称（in）轮辋直径（mm）5度深槽轮辋4.5114.351275.5139.76152.46.5165.171787.5190.582038.52169228.59.5241.31025410.5266.711279.512305133303、轮辋厚度规定（只适用于压铸轮辋）尺寸（in）载荷（LBS）轮辋厚度（mm）＜15≤16004.215～174.518～194.820～225.0≥235.5＜152100～25004.515～174.818～195.020～225.2≥235.8＜15≥31005.015～175.218～195.520～225.8≥236.04、车轮胎圈座组合胎圈座组合表组合状态内侧外侧标准（适用正向轮辋）圆峰平峰选用（适用反向轮辋）平峰圆峰选用圆峰圆峰（凸峰圆角R4取3～6mm）5、轮辋扁平凸峰轮廓尺寸和形状(mm)单位：mm轮辋标准轮缘高度H1凸峰高度H2胎座宽度P1平峰宽度P2轮缘圆角R2胎座圆角R3胎座侧圆角R4轮缘厚度P3TRA标准17.5min0.2～0.519.8min4min9.5min6.5max4max11min注：A、上面附图为5度深槽J型轮辋扁平峰设计的常规尺寸（适用于TRA标准，适用的规格范围为14英寸到28英寸）；B、其中min为最小值的意思；max为最大值的意思。6、轮辋圆周凸峰轮廓尺寸和形状(mm)单位：mm轮辋标准轮缘高度H1胎座宽度P1轮缘厚度P3轮缘圆角R2胎座圆角R3凸峰圆角R5凸峰侧圆角R4凸峰侧圆角R6TRA标准17.5min21min11min9.5min6.5max8min3min3min注：A、上面附图为5度深槽J型轮辋圆凸峰设计的常规尺寸（适用于TRA标准，适用的规格范围为14英寸到28英寸）；B、其中min为最小值的意思；max为最大值的意思。7、轮辋正面轮缘结构设计轮辋正面的轮缘设计主要涉及到铸造，轻量化和冲击试验等方面的因素。在符合轮辋标准的同时，下面为轮辋正面轮缘的常用设计结构。单位：mm轮辋标准轮缘厚度P1胎圈座宽度P2轮缘圆角R1轮缘圆角R2TRA标准125.0～5.52608、轮辋反面轮缘结构设计单位：mm轮辋标准轮缘宽度P1轮缘宽度P2轮缘厚度H轮缘圆角R1轮缘圆角R2轮缘圆角R3TRA标准126.55.51.539.59、正面包不锈钢圈时的正面轮缘设计不休钢圈是车轮的一种装饰物，通过把不锈钢圈包扎在正面轮辋的外围，可使车轮呈现出一种轮缘车亮面的效果，见下图。下面为包不锈钢圈时，正面轮缘部位的凹槽结构图：轮辋是车轮结构里面标准化的一部分，由于轮辋和轮胎装胎时要保证两者的配合处有良好的气密性，所以轮辋胎圈座的两侧要严格按照标准执行。按照轮辋的使用情况，轮辋可分成正向轮辋和反向轮辋，但两种结构的胎圈座结构都用上面的结构设计。下面为应用正向轮辋和反向轮辋的示意图：正向轮辋：装胎端在轮辋正面，轮胎从车轮的正面开始往里安装。反向轮辋：装胎端在轮辋背面，轮胎从车轮的背面开始往里安装。轮辋的选用主要根据车轮的形状、轮缘深度（LIP）、装车情况等参数来确定。1、车轮需要深轮缘效果时，可采用反向轮辋结构，否则选用正向轮辋结构。2、对用于轿车车轮，规格小于17英寸时，尽量采用正向轮辋，3、对用于SUV或卡车车轮，规格小于18英寸时，尽量采用正向轮辋。三、气门孔尺寸和位置1、气门孔位置尺寸说明H1最小值为8.1mmH2最小值为6.8mmH3对于如上图所示的正向轮辋，在结构允许下，槽底深度最小值可设计为21mm2、气门孔结构尺寸气门孔类型气门孔尺寸：DxdxH（mm）备注A19.1x11.5x3.5常用型B17.5x11.5x3.5X常用型C20.6x11.5x3.5少用型D16x11.5x3.5少用型注：A、对于小孔厚度H，常规情况下用3.5mm，而对于公司的AR客户则要求小孔厚度H值为3.68mm。B、根据JIS中的TR413标准，采用无内胎场合时，气门嘴部位的壁厚，理想情况为3.0～4.5mm。C、对于小孔直径d，常规情况下用11.5mm，而对于公司的德国客户则要求小孔直径为11.3mm。四、车轮安装盘设计1、安装盘直径设计（1）、使用裸露螺栓孔的装饰盖时的安装盘直径：（2）、使用覆盖螺栓孔的装饰盖和螺孔有沉孔结构的安装盘直径：2、安装盘的装配设计安装盘为车轮与车轴之间的连接面，安装盘直径的设计要考虑两个连接面之间的配合问题。（1）、设计时应使车轮的安装盘直径比车轴上的连接面小一点。（2）、根据装配的需要，一般要求车轮安装面的平面度在0.1mm以下。为了更好的减少安装面平面度对车轮与车辆之间配合的影响，设计时可让车轮安装面向内倾斜，即成锥面结构（见下图）。斜面与轮辋中心平面的夹角为0.2度。（3）、车轮安装面不须涂装或电镀处理，原因是车轮安装面要与车轴连接面相配合、车轮的装拆易使涂层脱落，难于确保安装面的平面度，使车辆行驶时性能（车身振动、松动等）受其影响。五、车轮轮辐结构设计一般轮辐设计的顺序是先根据车轮的外观设计出轮辐正面的轮廓线，再设计轮辐背面的轮廓线，然后根据装车空间的需要进行调整两条线的位置，确定车轮剖截面的设计。下图为设计好的一个轮辐示意图。从上图的结构可以看出，轮辐的设计特点是靠近轮辋位置的轮辐截面积最小，然后越靠近安装盘轮辐的截面积就越大。这是因为考虑到轮辐的受力分布（越靠近安装盘，轮辐受到的应力就越大）、铝液顺序凝固和补缩通道的需要。根据载荷和轮辐宽度的差异，对于靠近轮辋部位的轮辐厚度，设计时可先考虑在20mm到26mm之间波动。而靠近安装盘部位的轮辐厚度，设计时可先考虑在25mm到32mm之间波动。而应用覆盖螺栓孔的装饰盖设计时，可把安装盘的厚度控制在20～25mm之间，而安装盘和轮辐之间的“脖子”厚度控制在25～27mm之间。六、轮辐掏料结构设计轮辐掏料的设计主要考虑到轻量化，平衡轮辐应力和铸造等方面的因素。下面为轮辐的一个掏料设计示意图：掏料设计主要根据车轮冲击和弯曲的有限元分析来进行。做初步的掏料设计时，可参考下面的参数（如上图A-A’截面）进行：（1）轮辐厚度H2：厚度范围在20～26mm之间（根据轮辐的宽度来设计具体的数值）然后以3～6度的梯度递增。（2）掏料底部到轮辐正面的距离H1：厚度范围在8～12之间。（3）掏料斜面和窗口面之间的夹角：夹角范围在3～5度之间（比如窗口的拔模角度为7度时，掏料的拔模角度为10～12度之间）。（4）、掏料底部圆角：对此处的R角可尽量设大一点,一般R角的范围在R5～R9之间。（5）、掏料侧边厚度P：厚度范围在6～8mm之间，然后以2～4度的梯度递增。七、车轮中心孔结构设计中心孔结构的设计主要是需要更多的考虑装配的关系，即中心孔与车轴之间、中心孔与卡口盖之间、中心孔与杯盖之间的配合。由于每个汽车厂商的车轴直径、车轴长度及其形状设计不一样，所以对中心孔设计的统一比较困难。一般中心孔的设计需要根据客户提供的中心孔直径参数和该车型的装车曲线来确定。1、中心孔安装面倒角的设计：由于有些汽车车轴与车轴连接面之间可能存在着倒角关系，所以一般在中心孔安装面处设计一个倒角过渡（倒角结构见下图），以适应上面的需要。2、中心孔直径设计：车轮中心孔与车轴之间的配合为间隙配合，假使车轴直径为D1，中心孔直径为D，则两者正常的装配关系可用下面的公式表示：D＝D1＋0.3～0.5mm3、车轮中心孔有效高度设计当车轴