车辆车轮设计指导书.docx
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车辆车轮设计指导书
产品设计指导书
(内部保密资料)
编号:
版本号:
修改次数:
受控状态:
实施日期:
2004年月日
分发号:
批准日期
审核日期
编制日期
一、目的
1、规范设计人员产品设计,提高设计质量。
2、为研发中心产品设计人员提供参考。
二、范围
1、本指导书适用于研发中心产品设计人员。
2、本指导书适用于铝合金压铸车轮的设计。
✧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
20X8.5
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
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
14
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)
轮辋轮廓种类
轮辋名称(in)
轮辋直径(mm)
5度深槽轮辋
4.5
114.3
5
127
5.5
139.7
6
152.4
6.5
165.1
7
178
7.5
190.5
8
203
8.5
216
9
228.5
9.5
241.3
10
254
10.5
266.7
11
279.5
12
305
13
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
4.5
18~19
4.8
20~22
5.0
≥23
5.5
<15
2100~2500
4.5
15~17
4.8
18~19
5.0
20~22
5.2
≥23
5.8
<15
≥3100
5.0
15~17
5.2
18~19
5.5
20~22
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)
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;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R2
TRA标准
12
5.0~5.5
2
60
8、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R3
TRA标准
12
6.5
5.5
1.5
3
9.5
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。
三、气门孔尺寸和位置
1、气门孔位置尺寸说明
H1
最小值为8.1mm
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
常用型
C
少用型
D
16x11.5x3.5
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
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