轮辋设计Word文档下载推荐.docx

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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

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。

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

车轮与装饰钉之间的装配

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

车轮螺栓孔与螺母之间的装配

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

车轮中心孔与车轴之间的装配

车轮气门孔与气门嘴之间的装配

车轮与平衡块之间的装配

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。

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

２０X８.５

4/5X100~120.65

30～５0mm

1５0~155ｍm（按上面定义的安装盘直径设计）

18Ｘ７.5

17X7.０

SUV/卡车

2０Ｘ９.0

5/6X1２7~1３9.7

0～３0mm

170~1７５mm（按上面定义的安装盘直径设计）

2２X9.5

24X1０

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）

PCD<

5X12０.65时

１6０0

5Ｘ１20.65<

PCD＞6X1３9.７

2100~２200

PCＤ>

8X1６５.１

３100~3200

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

1０

２５3.2

１2

３04

１3

329.4

３5４．8

１5

38０.2

16

405.6

１７

436.6

１8

４6２

19

487.４

2０

５12.8

21

53８.2

２2

563.6

23

589

24

614．4

２6

665．2

28

716

2、轮辋宽度（J型轮辋）

轮辋直径（mm）

4.5

114.3

127

5.5

139．7

６

15２.4

６.5

１6５.1

178

7.５

190.5

203

8.5

216

22８.５

９．5

2４1.3

254

10．5

２66.7

1１

２７9．５

1２

3０5

330

3、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

≤１６0０

４.2

1５～17

１8~１9

4.8

２0～2２

５.0

≥23

２100~25０0

4．5

1５~17

18～１９

5．0

20~２2

５.２

5.８

＜15

≥3100

5.０

15~１７

5.2

１8～19

5．5

5.8

≥2３

6．0

４、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）

选用

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

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P3

TRA标准

17.5ｍiｎ

０．2~０.5

19.8mｉn

４min

9.5min

6.５mａx

4mａx

１１min

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

轮缘高度H1

轮缘厚度Ｐ3

轮缘圆角Ｒ2

凸峰圆角R5

凸峰侧圆角R４

凸峰侧圆角R６

ＴRA标准

１7．5mｉn

2１min

1１mｉｎ

9.5ｍin

6．５ｍax

8ｍin

3ｍin

３min

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；

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。

轮辋标准

轮缘厚度P1

胎圈座宽度P2

轮缘圆角R1

轮缘圆角R2

5.０~5．5

6０

8、轮辋反面轮缘结构设计

mm

轮缘宽度P１

轮缘宽度P2

轮缘厚度H

轮缘圆角R3

６．５

1.５

３

９、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。

1、气门孔位置尺寸说明

H１

最小值为8.1mm

Ｈ2

最小值为6.８mm

H3

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21ｍｍ

2、气门孔结构尺寸

气门孔类型

气门孔尺寸：

DxdｘH（mm）

备注

A

19.1x１1．5x3．5

常用型

Ｂ

1７．5x１１.5x３．5

Ｘ

C

20.６x11.5ｘ3.5

少用型

D

16ｘ1１.5x3.5

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。

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。

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。

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。

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+0.3～0.５ｍm

３、车轮中心孔有效高度设计

当车轴与中心孔之间进行配合时,除了保证车轮中心孔与车轴之间的配合为间隙配合外，还要求中心孔有足够的高度，以保证中心孔或装饰盖和车轴顶部不会干涉。

常见的车轴结构如下图:

根据上图车轴的结构,我们常用的中心孔结构主要有以下的几种结构。

（１）、使用覆盖螺栓孔的装饰盖设计时，中心孔结构设计：

此时中心孔设计可采用简单的通孔型设计，安装面处设计一个3.5Ｘ4５度的倒角即可。

安装盘厚度H1一般设计为20~２5mm。

考虑到零售市场装车要求的多样性：

当车轮应用于轿车时,中心孔安装面到装饰盖底部的距离设计H２最好为４5mｍ以上;

当车轮应用于卡车或SUV时,H2为最好为6５ｍｍ以上,所以从产品结构、成本和铸造合理性考虑,应尽量使用覆盖螺栓孔的装饰盖设计，以减少材料成本和铸造难度。

（2）、使用裸露螺栓孔的装饰盖设计时的中心孔结构设计:

此时的中心孔设计由于考虑到装饰盖的安装，一般可分成以下的几种结构。

当使用裸露螺栓孔的装饰盖时,应尽量应用中心孔结构（A）、（B）这两种常用性设计，因为这两种结构设计能够提供更大的空间以避免与车轴的干涉，同样的：

当车轮应用于轿车时，中心孔安装面到装饰盖底部的距离设计Ｈ2最好为45mm以上;

当车轮应用于卡车或SUV时，Ｈ２为最好为6５ｍm以上。

而对于中心孔结构（C），根据上面车轴结构来看，其中心孔有效高度有两个，即为H1和H２。

若非特别需要,或装车的情况不清楚，这种结构应该尽量免用,同样的:

车轮应用于轿车时，中心孔安装面到装饰盖底部的距离设计H２最好为45mm以上；

而H1最好为14mm以上。

当车轮应用于卡车或SUV时,H2为最好为65mm以上,而H1最好为１8mm以上。

以上提供的中心孔有效高度为装车情况不清楚时的一般性数据,当有足够关于车轴的数据时,应根据其数据来设计有具体数据的中心孔结构,以进一步的优化中心孔结构。

1、螺栓孔结构

　　　根据车辆与车轮之间的安装方式，一般螺栓孔结构有以下三种：

（１）、根据车辆与车轮的装配关系，螺栓孔结构上的锥面座和球面座是主要的支撑部位，该部位的高度设计不应过小。

对于锥面座,高度尺寸H不应小于３mｍ,锥面角度为6０度。

对于球面座,高度尺寸Ｈ不应小于5mm,球面Ｒ角为12~1５mm。

（2）、对于螺栓孔通孔的直径尺寸d，根据现有生产车辆的统计，绝大部分汽车车轴上的螺栓规格设计有两种：

　　　　　　　A：

12mmX１.５ｉn

　　　　　B：

14mmX１.５ｉn

根据上面车轴螺栓的设计，螺栓通孔直径尺寸d一般不应小于14.5mm。

对于要求尺寸d小于14mm的螺栓孔设计，可让客户提供车轴螺栓的规格，以确定具体尺寸ｄ。

（3）、对于螺栓孔沉孔直径D,一般设计直径在２8ｍm以上,以适应可用多种螺母的需要。

（4）、为适应一些车轴螺栓底部存在倒角或凸台的需要,要在螺栓孔的底部增加浅沉孔结构,保证螺栓和螺栓孔的准确配合。

一般沉孔直径设计为27mｍ；

深度为２．5ｍｍ（见下图）。

２、在一些常用的PCD当中，螺栓孔沉孔结构是需要考虑的，这些PCD的具体参数如下：

　ＰCＤ

中心孔直径

6x１39.７

78.1

需要增加浅沉孔结构

5x135

不定

需考虑具体的车型是否增加浅沉孔结构

5x115

任意直径值

5x114.3

偏距为０和30时，需要增加浅沉孔结构

5／4x１0０

7２.6９

3、、常用的螺栓孔结构

（１）:

锥面螺栓孔结构：

（2）:

球面螺栓孔结构:

1、覆盖螺栓孔的装饰盖

对于多偏距的车轮产品来说,使用覆盖螺栓孔的装饰盖设计是优化产品结构的一个很好的思路。

一般覆盖螺栓孔的装饰盖和车轮之间的配合设计有两种：

Ａ、使用螺钉连接配合（推荐使用）;

B、使用卡脚连接配合（须加启盖槽）。

除非有特殊的要求,一般连接配合的螺钉用M６或M8的不锈钢螺钉，螺距和钉头等都应符合国标。

从外观效果来看,螺钉的钉头应低于装饰盖的表面会较好。

（1）、覆盖螺栓孔的装饰盖支撑面与装饰盖之间的配合设计

考虑到车轮铸造、热处理、机加、表面抛光、电镀、或涂装等制造工艺对产品的影响，在进行车轮的装饰盖设计时，都应考虑在设计时，使装饰盖和车轮支撑面之间预留出一定的配合间隙已达到车轮成品和装饰盖之间能有良好配合。

上图中的H2是指装饰盖的厚度,对于以ＡBS材料为主的塑料盖,一般H2＝2.5mｍ,下表列出上面各个参数的常用数值。

H２

塑料装饰盖的厚度，一般为：

Ｈ2＝2.５mｍ。

H1

装饰盖支撑面高度,一般为:

H1=H２+0.５mm（即３mm）。

P

配合面的侧边间隙,一般为：

P＝0.6mm。

R1

装饰盖的底面圆角,一般为:

R１=2mm（或用１.5X45度的倒角）。

R2

装饰盖支撑面圆角,一般为:

R２＝1.0mm（最好尖角过渡，即R2＝0）。

（2）、覆盖螺栓孔装饰盖的起盖槽的设计

对于使用卡脚连接配合的覆盖螺栓孔装饰盖,考虑到车轮装拆的方便,一般会增加一个起盖槽结构,以便于装饰盖的装拆。

下图一个为常用的起盖槽结构。

根据装饰盖起子结构，启盖槽的具体尺寸可以按下表进行设计。

L

８mm

H

3.5mm

B

1.２mm

6０度

2、裸露螺栓孔的装饰盖设计

裸露螺栓孔的装饰盖和车轮之间的配合设计一般有两种:

　Ａ、使用卡脚连接配合（推荐使用）；

Ｂ、使用橡皮圈连接配合（适用于较小的装饰盖）。

对于裸露螺栓孔装饰盖（材料以ABS为主的塑料），一般其厚度取2．５～3mm左右。

（1）、使用橡皮圈连接配合设计

当裸露螺栓孔的装饰盖采用橡皮圈连接配合时,主要是靠橡皮圈的弹性形变和摩擦作用来实现装饰盖的固定和防转。

下表为这种配合连接的常用尺寸:

Ｄ（橡皮圈截面直径）

2.5mm

D１（车轮卡口直径1）

D3+0.3~0.4ｍm

D2（车轮卡口直径2）

Ｄ1＋0.3~0．4mｍ

D3（装饰盖直径）

P（放置橡皮圈的槽宽）

2.４mm

Ｈ（放置橡皮圈的槽深）

1.6ｍm

R（放置橡皮圈的槽底圆角）

0.5mm

（2）、使用卡脚连接配合设计

装饰盖和车轮的连接固定和防转动主要是靠装饰盖卡脚和车轮卡口的两个斜面之间的过盈配合和卡脚的弹性应力来实现。

下表为这种配合的常用尺寸：

D（装饰盖的直径）

Ｄ1=D＋０.5

R（装饰盖底部圆角）

直径）

２mm（或用1.5X45度的倒角）

Ａ１（两接触面角度）

36度

Ｐ1

０.3mm

Ｐ2

0．9ｍm

Ｐ3

0.３mm

5度

３、装饰盖卡脚的设计

装饰盖卡脚的设计主要参考一下的三点：

１、卡脚和卡口之间的配合关系（可以参考上面资料）；

2、卡脚的刚度；

３、卡脚的弹性强度。

对于卡脚的刚度，主要通过增加卡脚的厚度或在卡脚根部增加加强筋来解决，但考虑到卡脚的弹性需要,卡脚厚度的设计也不应过厚,加强筋的结构也应合理考虑。

下面是卡脚设计的一些参考尺寸（考虑到卡脚长度和车轮卡口的影响,上面的尺寸也可能会有相应的改变）。

1.３0~１.０５mm

H2

１．60~1.８0ｍｍ

Ａ1

45度

A2

5０度

R

1.１０~1.25ｍm

十、车轮机加余量的常规性设计（见下图）

1、安装盘和轮辐背面的机加余量设计：

车轮安装盘和轮辐背面的机加余量设计原则:

（1）、机加余量能有效的消除毛坯轮盘塌陷变形带来的误差。

（2）、机加余量能有效的消除模具顶杆带来的轮盘凹坑。

　（３）、机加余量能有效的消除轮辐背面的飞边。

（4）、机加余量能保证铝液有足够的铸造流道和铝液顺序凝固。

A（安装盘面机加余量）

2~２.５ｍｍ

Ｂ（安装盘斜面机加余量）

1.5mm

C（轮辐背面机加余量）

1～1.２mm

2、车轮轮辋的机加余量设计：

车轮轮辋机加余量的设计原则:

（1）、能符合上下侧模拔模要求,保证毛坯能容易脱模和减少毛坯变形。

（2）、能符合轮辋部位凝固过程中的铝液补缩要求。

　　（3）、能符合轮辋的顺序凝固原理，从结构上能保证铝液从轮辋两端向轮辐顺序凝固。

（4）、在一定程度上能消除毛坯变形误差带来的影响。

（５）、余量设计能够有利于铝液的平稳流动，减少紊流现象的出现。

D（轮辋和轮辐交接处机加余量）

余量应小于３ｍm,防止机加过深而使缩孔等缺陷外露）

Ｅ（安装盘斜面机加余量）

轮辋末端机加余量为1．5mm,再加0.3~0.4补缩梯度向轮辐交界处递增。

F（轮辋外侧的机加余量１）

１.5