從上圖的結構可以看出,輪輻的設計特點是靠近輪輞位置的輪輻截面積最小,然后越靠近安裝盤輪輻的截面積就越大。這是因為考慮到輪輻的受力分布(越靠近安裝盤,輪輻受到的應力就越大)、鋁液順序凝固和補縮通道的需要。
根據載荷和輪輻寬度的差異,對于靠近輪輞部位的輪輻厚度,設計時可先考慮在20mm到26mm之間波動。而靠近安裝盤部位的輪輻厚度,設計時可先考慮在25mm到32mm之間波動。
而應用覆蓋螺栓孔的裝飾蓋設計時,可把安裝盤的厚度控制在20~25mm之間,而安裝盤和輪輻之間的“脖子”厚度控制在25~27mm之間。
一、輪輻掏料結構設計
輪輻掏料的設計主要考慮到輕量化,平衡輪輻應力和鑄造等方面的因素。下面為輪輻的一個掏料設計示意圖:
掏料設計主要根據車輪沖擊和彎曲的有限元分析來進行。做初步的掏料設計時,可參考下面的參數(如上圖A-A’截面)進行:
(1)輪輻厚度H2:厚度范圍在20~26mm之間(根據輪輻的寬度來設計具體的數值)然后以3~6度的梯度遞增。
(2)掏料底部到輪輻正面的距離H1:厚度范圍在8~12之間。
(3)掏料斜面和窗口面之間的夾角:夾角范圍在3~5度之間(比如窗口的拔模角度為7度時,掏料的拔模角度為10~12度之間)。
(4)、掏料底部圓角:對此處的R角可盡量設大一點,一般R角的范圍在R5~R9之間。
(5)、掏料側邊厚度P:厚度范圍在6~8mm之間,然后以2~4度的梯度遞增。
二、車輪中心孔結構設計
中心孔結構的設計主要是需要更多的考慮裝配的關系,即中心孔與車軸之間、中心孔與卡口蓋之間、中心孔與杯蓋之間的配合。
由于每個汽車廠商的車軸直徑、車軸長度及其形狀設計不一樣,所以對中心孔設計的統一比較困難。
一般中心孔的設計需要根據客戶提供的中心孔直徑參數和該車型的裝車曲線來確定。
1、中心孔安裝面倒角的設計:
由于有些汽車車軸與車軸連接面之間可能存在著倒角關系,所以一般在中心孔安裝面處設計一個倒角過渡(倒角結構見下圖),以適應上面的需要。
2、中心孔直徑設計:
車輪中心孔與車軸之間的配合為間隙配合,假使車軸直徑為D1,中心孔直徑為D,則兩者正常的裝配關系可用下面的公式表示:
D=D1+0.3~0.5mm
3、車輪中心孔有效高度設計
當車軸與中心孔之間進行配合時,除了保證車輪中心孔與車軸之間的配合為間隙配合外,還要求中心孔有足夠的高度,以保證中心孔或裝飾蓋和車軸頂部不會干涉。常見的車軸結構如下圖:
根據上圖車軸的結構,我們常用的中心孔結構主要有以下的幾種結構。
(1)、使用覆蓋螺栓孔的裝飾蓋設計時,中心孔結構設計:
此時中心孔設計可采用簡單的通孔型設計,安裝面處設計一個3.5X45度的倒角即可。安裝盤厚度H1一般設計為20~25mm。
考慮到零售市場裝車要求的多樣性:
當車輪應用于轎車時,中心孔安裝面到裝飾蓋底部的距離設計H2最好為45mm以上;
當車輪應用于卡車或SUV時,H2為最好為65mm以上,所以從產品結構、成本和鑄造合理性考慮,應盡量使用覆蓋螺栓孔的裝飾蓋設計,以減少材料成本和鑄造難度。
(2)、使用裸露螺栓孔的裝飾蓋設計時的中心孔結構設計:
此時的中心孔設計由于考慮到裝飾蓋的安裝,一般可分成以下的幾種結構。
當使用裸露螺栓孔的裝飾蓋時,應盡量應用中心孔結構(A)、(B)這兩種常用性設計,因為這兩種結構設計能夠提供更大的空間以避免與車軸的干涉,同樣的:
當車輪應用于轎車時,中心孔安裝面到裝飾蓋底部的距離設計H2最好為45mm以上;
當車輪應用于卡車或SUV時,H2為最好為65mm以上。
而對于中心孔結構(C),根據上面車軸結構來看,其中心孔有效高度有兩個,即為H1和H2。若非特別需要,或裝車的情況不清楚,這種結構應該盡量免用,同樣的:
車輪應用于轎車時,中心孔安裝面到裝飾蓋底部的距離設計H2最好為45mm以上;而H1最好為14mm以上。
當車輪應用于卡車或SUV時,H2為最好為65mm以上,而H1最好為18mm以上。
注:以上提供的中心孔有效高度為裝車情況不清楚時的一般性數據,當有足夠關于車軸的數據時,應根據其數據來設計有具體數據的中心孔結構,以進一步的優化中心孔結構。
三、螺栓孔結構設計
1、螺栓孔結構
根據車輛與車輪之間的安裝方式,一般螺栓孔結構有以下三種:
(1)、根據車輛與車輪的裝配關系,螺栓孔結構上的錐面座和球面座是主要的支撐部位,該部位的高度設計不應過小。
對于錐面座,高度尺寸H不應小于3mm,錐面角度為60度。
對于球面座,高度尺寸H不應小于5mm,球面R角為12~15mm。
(2)、對于螺栓孔通孔的直徑尺寸d,根據現有生產車輛的統計,絕大部分汽車車軸上的螺栓規格設計有兩種:
A:12mmX1.5in
B:14mmX1.5in
根據上面車軸螺栓的設計,螺栓通孔直徑尺寸d一般不應小于14.5mm。對于要求尺寸d小于14mm的螺栓孔設計,可讓客戶提供車軸螺栓的規格,以確定具體尺寸d。
(3)、對于螺栓孔沉孔直徑D,一般設計直徑在28mm以上,以適應可用多種螺母的需要。
(4)、為適應一些車軸螺栓底部存在倒角或凸臺的需要,要在螺栓孔的底部增加淺沉孔結構,保證螺栓和螺栓孔的準確配合。
一般沉孔直徑設計為27mm;深度為2.5mm(見下圖)。
2、在一些常用的PCD當中,螺栓孔沉孔結構是需要考慮的,這些PCD的具體參數如下:
PCD 中心孔直徑 備注
6x139.7 78.1 需要增加淺沉孔結構
5x135 不定 需考慮具體的車型是否增加淺沉孔結構
5x115 任意直徑值 需要增加淺沉孔結構
5x114.3 偏距為0和30時,需要增加淺沉孔結構
5/4x100 72.69 需要增加淺沉孔結構
3、、常用的螺栓孔結構
(1):錐面螺栓孔結構:
(2):球面螺栓孔結構: