车轮设计手册

车轮设计手册

部门：底盘部件工程室

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版本：第一版

发布时间：2014.10.25

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本手册包含了车轮的定义、分类、设计原则、试验内容、失效模式、常见问题等内容,

适用于车用车轮。

目录

1基本定义.......................................................................4

1.1车仑辆.......................................................................4

1.2轮辐.......................................................................4

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

1.4轮缘.......................................................................4

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

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

1.7气门孔.....................................................................4

2技术特点及产品种类..............................................................5

2.1铝合金车轮与钢车轮比较.....................................................5

2.2按车轮类型分................................................................5

2.3按轮辆类型分..............................................................5

3整车开发各个阶段的设计要求.....................................................6

3.1可行性分析阶段...........................................................6

3.2概念确认阶段.............................................................6

3.3产品设计及验证...........................................................6

3.4工装开发及生产准备阶段....................................................6

4试验标准.......................................................................6

4.1强度试验要求...............................................................6

4.2机械性能要求..............................................................7

4.3化学成分要求..............................................................7

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

4.5外观质量要求..............................................................7

4.6X光探伤要求...............................................................7

4.7金相组织要求..............................................................7

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

4.9气密性试验要求............................................................8

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

4.11球窝试验要求.............................................................9

4.12能量吸收试验..............................................................9

5失效模式及设计校核.............................................................9

6常见故障分析及排除............................................................11

1基本定义

车轮介于轮胎和车桥之间承受负荷的旋转件。通常由两个主要部件组成：轮^和轮辐。

它们可以是整体的永久连接、也可以是可拆卸的。

1.1轮辆

与轮胎装配配合，支撑轮胎的车轮部分。

1.2轮辐

与车轴轮毂实施安装连接，支撑轮辆的车轮部分。

1.3偏距

轮桐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。

1.4轮缘

保持并支撑轮胎方向的轮辆部分。

1.5胎圈座

与轮胎圈接触，支撑维持轮胎半径方向的轮辆部分。

1.6槽底

为方便轮胎装拆，在轮辆上留有一定深度和宽度的凹坑。

1.7气门孔

安装轮胎气门嘴的孔。

整体式车轮

表1车轮各部位名称

1轮辆宽度10螺栓孔节圆直径

2轮牺名义直径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轮辆

8偏距17轮桐中心线

9中心孔

2技术特点及产品种类

2.1铝合金车轮与钢车轮比较

优点：

重量轻，节能效果明显；

散热快，整午安全性能高，

尺寸精度高，整车驾驶性能好；

款式多样，更适应现代化整车的要求；

不易藏污纳垢，不会产生铁锈，易清洁。

缺点：

价钱比钢车轮贵；

铝车轮的直径一般是中、小直径，大直径铝合金车轮的制造技术还有一定困难；

就弹性模量而言，钢车轮有一定的优势，如果整车行驶速度不高、道路又是较差的，铝

车轮没有优势。

2.2按车轮类型分

2.2.1辐板式车轮

轮辆和轮辐永久结合的车轮。

2.2.2对开式车轮

轮桐由两个主要部件组成的车轮，两部件上的轮辆部位宽度都可以相等，也可以不相等,

把他们紧固在一起就形成了一个具有两个固定轮缘的轮辆.

2.2.3辐条式车轮

轮^由若干辐条联接到轮毂上的车轮。

2.3按轮桐类型分

2.3.1深槽轮

这种轮辆是整体的，其断面中部为一深凹槽，主要用于轿车及轻型越野汽车。它有带肩

的凸缘，用以安放外胎的胎圈，其肩部通常略向中间倾斜，其倾斜角一般是5度土1度。倾

斜部分的最大直径即称为轮胎胎圈与轮辆的着合直径。断面的中部制成深凹槽，以便于外胎

的拆装。深槽轮棚的结构简单，刚度大，质量较小，对于小尺寸弹性较大的轮胎最适宜。但

是尺寸较大又较硬的轮胎，则很难装进这样的整体轮^内。

2.3.2平底轮辆

这种轮辆的结构形式很多，是我国货车常用的一种形式。挡圈是整体的，用一个开口弹

性锁圈来防止挡圈脱出。在安装轮胎时，先将轮胎套在轮辆上，而后套上挡圈，并将它向内

推，直至越过轮辆上的环形槽，再将开口的弹性锁圈嵌入环形槽中。

2.3.3对开式轮辆

这种轮辗）由内外两部分组成，其内外轮聚）的宽度可以相等，也可以不等，两者用螺栓联

成一体。拆装轮胎时，拆卸螺母即可。挡圈是可拆的。有的无挡圈，而由与内轮桐制成一体

韵轮缘代替挡圈的作用，内轮辆与辐板焊接在一起。

3整车开发各个阶段的设计要求

3.1可行性分析阶段

根据整车要求，确定车轮规格、材质、车轮螺栓数量、分度圆直径、偏距、车轮中心孔

直径、车轮法兰面直径、车轮与轮罩的安装方式及相关尺寸等

3.2概念确认阶段

3.3产品设计及验证

窗口处拔模斜度最小为10最大12度，其他部位的最小拔模斜度为7度。

满足造型要求，确定车轮正面造型，漆膜厚度及颜色。

满足生产要求，确定生产工艺

3.4工装开发及生产准备阶段

确定台架动态疲劳试验、冲击试验，满足技术规范

确定整车可靠性试验，以满足OTS路试要求

保证车轮装配的便利性

4试验标准

4.1强度试验要求

4.1.1弯曲疲劳试验要求

各型号车轮按规定的弯矩及循环次数完成试验后，不得有任何裂纹、严重变形或车轮螺

栓的异常松动。另外，加载点偏移量不得超过初始状态的20%。

试验弯矩=（u-R+D）・F・S

式中：u一一轮胎和道路之间的摩擦系数，设定为0.7；

R------静负荷半径，m；

D-----车轮的偏矩（内偏矩为正，外偏矩为负），m；

F——车轮的最大额定载荷，N；

S——强化试验系数。

重载时S=2.2,循环次数为40万次。件数2件。

轻载时S=L8,循环次数为103万次。件数2件。

试脸方法；弯曲疲劳的试验方法与要求按QC/T221的规定进行。

4.1.2径向疲劳试验要求

各型号车轮按规定的径向载荷及循环次数完成试验后，不得有任何裂纹、严重变形或车

轮螺栓的异常松动。轮胎气压为4.5bar,轮胎规格根据图纸规定，要求150万转车轮无可见

裂纹。

试验载荷=2.5xFrx9.81

Fr——静态车轮负荷〔千克），0.5*技术上允许的轴载荷。件数2件。

试验方法：径向疲劳试验的方法与要求按QC/T221的规定进行。

4.1.3冲击试验要求

各型号车轮按规定的冲头质量完成试验后，应满足下述要求：

轮辐的任一断面处不应出现目测可见的穿透裂纹。

车轮的轮辐不应与轮辆发生分离现象。

轮胎气压在30秒内不应低于原气压的50%。

冲击载荷（Kg）=0.6W+180

式中：W—最大车轮静载荷，kg。件数2件。

试验方法：冲击试验的方法与要求按GB/T15704的规定进行。二

4.2机械性能要求

实物取样在完成试验后机械性能应满足表1要求

表2机械性能表

轮缘窗口延伸率轮缘筋部延伸率

抗拉强度(MPa)屈服强度(MPa)硬度(HB)

(%)(%)

226021802724.575-95

试验方法：机械性能试验的方法与要求按GB/T228与GB/T231.1的规定进行。

4.3化学成分要求

产品的化学成份应满足表3要求:

表3产品的化学成份

其他

化学成杂质

SiTiCuMnSrMgFeZnAl

份元素

单个

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

按照图纸所注尺寸、技术条件及毛坯外观标样执行。

车轮的轮辆轮廓形状和尺寸、轮例标定直径及检验周长的检验方法应符合

GB/T9769-2005的规定。

车轮安装面平面度的检验参照QC/T243-2004的规定，用三坐标测量仪进行检验。

车轮螺栓孔位置度的检验参照QC/T240-1997的规定，用三坐标测最仪进行检验。

车轮偏距的检测采用深度尺或高度尺，通过检验车轮的后距空间进行间接检验。

车轮轮辆胎圈座部位的径向跳动和轮缘的端面跳动按照QC/T717-2004标准进行检验。

4.5外观质量要求

产品主要表面不得有夹渣、疏松、气孔等明显铸造缺陷，不得有手感明显的毛刺、飞边。

表面涂漆的颜色应与图纸要求一致，漆膜表面不应有明显的流挂、桔皮、气泡等缺陷。如经

供需双方协议，采用封样作为外观验收标准，则产品的外观质量不允许低于封样的质量。

4.6X光探伤要求

车轮经过X光探伤后发现的气孔、缩孔、低密度异物、高密度异物数量应满足表4中的条

件，要求100%检验。

表4可接受缺陷状态

中心孔和螺栓孔区域可接受数量(个)其它区域可接受数量(个)

气孔缩孔低密度异物高密度异物气孔缩孔低密度异物高密度异物

W3W4W4W4W5W5W5W5

4.7金相组织要求

经热处理后，在500倍的金相显微镜下观察，从产品上直接取得试样的金相组织，按附

录A的金相等级图，轮幅部位应优于B级，轮缘部位应优于D级。

4.8平衡性能要求

铝车轮平衡性能要求见表5要求：

表5铝车轮不平衡量要求

轮^名义直径代号最大静不平衡量/g,cm最大静不平衡量/g

W12340（带气门嘴TR413）24（带气门嘴TR413）

13、14410（带气门嘴TR413）26（带气门嘴TR413）

15500（带气门嘴TR413）30（带气门嘴TR413）

16560（带气门嘴TR413）30（带气门嘴TR413）

17560（带气门嘴TR413）30（带气门嘴TR413）

18或更大740（带气门嘴TR413）35（带气门嘴TR413）

平衡实验依据QC/T242汽车车轮测试方法进行，要求1005检验,

4.9气密性试验要求

试验时，压力应不小于450kpa,在30秒的试验时间内，不应观察到空气气泡出现。

试验方法：气密性试验的方法与要求按QC/T241的规定进行，要求100%检验。

4.10漆膜性能

漆膜构成

正面、窗口：粉末+德国银色闪光漆+透明漆。

外轮辆：内外胎圈座处底粉+色漆，喷2层漆，可以少量溅亮漆漆雾。

其余外轮棚部位喷底粉，可以少量溅色漆和亮漆漆雾。

背腔及内轮辆：只喷底粉，大于或等于30umo

法兰盘、中心孔、螺栓孔锥面不得喷漆。

漆膜厚度要求

全涂装产品：

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、

法兰盘不允许有漆。

精车亮面产品：

轮辐表面（精加工面）区域总膜厚235um：窗口（非精加工面）区域总膜厚2120um,

底粉的厚度260um,色漆的厚度215um,透明粉235nln；

盐雾试验要求

车轮经过720个小时的试验后，试验产品表面漆膜划刻线的漆底腐蚀WbW2.5mm,漆膜表

面除边角部位不得出现腐蚀、起泡。腐蚀宽度帅由下式确定

Wb=（b1+b2）/2

式中：b为试验后划刻线宽度；

bz为试验前划刻线宽度。

试验方法：喷盐雾试验的方法与要求按QC/T484进行。

漆膜附着性能试验要求

车轮外层涂漆的附着力为（0-1）级。

试验方法：漆膜附着性能试验的方法与要求按GB/T1720的方法进行。

漆膜硬度试验要求

车轮的外层涂漆的铅笔硬度不低于0.6。

试验方法：漆膜硬度试验的方法与要求按GB/T6739的要求进行。

耐水试验要求

经过120个小时的试验后，漆膜无显著的变色、软化、起泡（尖角、划痕3nlm以内不计

入）。按3X3mm百格测试附着力要达到1级以上。

加速老化试验

经过400个小时的试验，试验样品表面漆膜不得出现变色、裂纹、起皮及其它漆膜形态

恶化的情况。

耐碎石试验

对试验后的样品，采用方法II-目视比较判定试验结果，其耐碎石等级不得低于6级。

4.11球窝试验要求

球窝研磨试验要求

用中25.6mm球研磨球窝，其结合面必须是360°的圆，研磨面的环状带宽至少2mm,整个

结合面应有2/3被研磨。

球窝耐压试验要求

预加载Fv=5000N,位移调零;加载试验载荷到F=7()0()0N,保持30秒不变；卸载至Fv=5000N,

读取位移测量值。要求从螺栓孔测得的位移小于0.3nun。

4.12能量吸收试验

在拉力试验机用R25钢球压轮唇，接触点为轮唇最高点，压入速度为(0.2-2)mm/s,

至开裂时所吸收功要求为：外凸缘W2100J,内凸缘W2100J。

5失效模式及设计校核

潜在失效模潜在失效后/现行控制(探

项目、功能起因或机理现行控制(预防)

式果测)

支持整车轮毂设计载根据车轴载荷及

进行有限元分

安全行使荷未达到整相应的安全系数

析，模拟试验

车使用要求进行设计

轮毂受力结

构设计不合

对产品进行弯曲

理,造成轮毂

进行有限元分疲劳试验,验证

耐弯曲疲劳

析，模拟试验轮毂耐弯曲疲劳

寿命达不到

寿命

整车使用要

求

行驶过程中轮毂受力结

轮毂断裂突然断裂，出构设计不合

对产品进行径向

现安全事故理，造成轮毂

进行有限元分疲劳试验,验证

耐径向疲劳

析，模拟试验轮毂耐径向疲劳

寿命达不到

寿命

整车使用要

求

轮毂受力结

构设计不合

对产品进行冲击

理,造成轮毂进行有限元分

试验验证轮毂冲

耐冲击寿命析，模拟试验

击寿命

达不到整车

使用要求

对选用原材料进

材料选择不

行驶过程中行机械性能试根据行业要求进

支持整车当，造成机械

轮毂断裂突然断裂，出验，确认机械性行原材料选择

安全行使性能指标无

现安全事故能是够满足车轮<A356>

法满足。

要求

进行铸造模拟分

支持整车造成汽车不轮毅存在铸对车轮进行

轮毂漏气析,减少轮桐部

安全行使能行驶造气孔100%泄露试验

分的缺陷产生

轮唇厚度、轮

缘厚度、轮棚试验轮按照图纸

造成汽车不

轮毂变形厚度规定不下差加工、进行

能行驶

当，使用中发耐久性寿命试验

生变形

轮唇厚度、轮

造成汽车行缘厚度、轮棚试验轮按照图纸

轮毂轻微变

支持整车平驶抖动，乘员厚度规定不下差加工、进行

形

稳行驶不舒服当，使用中发耐久性寿命试验

生轻微变形

造成汽车行轮毂径向跳

根据要求进行设

驶抖动，乘员动及轴向跳

计

不舒服动量太大

行驶抖动

造成汽车行

轮毂不平衡优化设计结构，

驶抖动，乘员

量大使重量均匀分布

不舒服

油漆变色、油漆性能不根据相关油漆标

客户不满意

脱落合格准进行油漆试验

根据华晨指定油

油漆颜色有

色泽差异客户不满意漆厂家进行油漆

差异

开发

轮毂造型与

装饰盖与轮根据同类车轮盖

整车风格协进行试配试验、

装饰盖脱落客户不满意毂的配合公进行卡口尺寸设

调统一验证装配情况。

差规定不当计

根据华晨提供造

装饰帽造型型进行设计，提

客户不满意造型不匹配

不协调交华晨确认，确

定最终造型

不应存在飞毛刺去除效

影响外观用户不满意制定去毛刺规范

边毛刺果不好

驼峰直径/胎

支持整车汽车无法行根据轮辆标准进

漏气圈坐直径设

传递动力驶行设计

计不合理

气门孔尺寸

根据华晨提供的

汽车无法行设计不合理，

漏气气孔尺寸进行设

驶影响气门嘴

计

装配

气门孔处有

汽车无法行规定气门孔等处

漏气毛刺，导致气

驶不得有毛刺

门嘴漏气

根据华晨提供的

螺栓孔直径

不能装车无法装车