席文進

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重型越野車輛對開式車輪開發(fā)

席文進

（陜西重型汽車有限公司，陜西 西安 710200）

文章根據(jù)重型越野汽車的設計需求和對開式車輪的結(jié)構(gòu)特點，設計了帶有淺槽和內(nèi)置氣道對開式車輪。并對越野汽車車輪進行強度分析。結(jié)果顯示該重型越野汽車輕量化車輪產(chǎn)品設計的合理性，解決了車輛維修性等的問題。

車輪；對開式；淺槽

引言

車輪總成是整車行駛過程中唯一接觸地面的總成部件，支撐整車重量，為整車提供驅(qū)動力和制動力，通過控制車輪的轉(zhuǎn)動實現(xiàn)車輛的轉(zhuǎn)向，車輪系統(tǒng)的性能直接關系到整車的性能。

車輪要有足夠的剛度和強度，也要具備良好的耐疲勞性能和使用壽命，在滿足性能的前提下還應有較小質(zhì)量，精確的幾何尺寸、較小的靜不平衡量和動不平衡量。在重型越野汽車使用中車輪還應具備良好的維修保障性，軍用車輛則要求車輪系統(tǒng)具備輪胎充放氣功能和泄氣可行駛的功能。為了滿足這一要求本文介紹一種低成本對開式車輪的設計開發(fā)。

1 車輪偏置距確定

偏置距是車輪重要的尺寸參數(shù)，對保證車輛的輪距起了很大作用。車輪偏置距指車輪輻板的安裝面距車輪中心的距離，車輪偏置距主要由整車的參數(shù)決定，影響因素是整車的輪距、車橋的輪輻安裝面之間的距離。確定了整車這兩個主要參數(shù)后車輪偏置距就能確定。根據(jù)整車輪距L1和橋輪胎安裝面之間的距離L2確定輪輞偏置距為：

2 材料選擇

目前，輪輞使用的材料有兩大類：一種是鋼制，另一種是鋁鎂合金。鋼制是利用鋼板材料通過沖壓制成輪輞、輪輻的胚料，再經(jīng)焊接、熱壓處理等工序裝配組合而成，這類輪輞適宜大批生產(chǎn)，性價比高。

鋼制輪輞的有以下幾點優(yōu)勢：

a）易焊接，鋼輪輞制造工藝較簡單，鋼輪輞的輪輻、輪輞通過沖壓或滾卷加工成型，最終通過焊接完成總成。

b）耐疲勞性、剛度較強，抗沖擊性能高，不易變形。對于鋼制輪輞來說，強度和剛度都很高。

c）鋼材相對鋁鎂合金材料屈服強度與抗拉強度高。

d）價格上，鋁合金材料價格較高，用于制造輪輞時，制造工藝復雜，需專用設備加工，成本高。鋼輪輞制造工藝較簡單，制造設備通用性好，成本低，性價比較高。

鋼輪輞和鋁輪輞相比存在的缺點：鋼材的密度大，比同等承載力的鋁輪輞重量重，對車輪的輕量化起不到貢獻作用。

因此綜上所述，對于軍用戰(zhàn)術(shù)車輛來說鋼制材料輪輞是較好的選擇。

綜合以上分析，對車輪所用的鋼材也提出了嚴格要求。車輪用鋼必須具有高強度、良好的抗疲勞性能、可塑性高與良好的焊接性能。因此，選用寶鋼生產(chǎn)的汽車用高強度熱連軋結(jié)構(gòu)鋼系列的汽車車輪用高強鋼，型號：B500CL。B500CL高強鋼機械性能良好。輪輻材料選用Q235B，組合構(gòu)成新型車輪的形式，整體車輪具有高強度特性，良好的加工性能，以及耐疲勞性等特點。

綜合分析輪輞采用高強鋼材料加工。表1為輪輞體主要參數(shù)。

表1 輪輞主要材料參數(shù)

3 車輪加工工藝

輪輞制造工藝可分為輪輻和輪輞兩個流程過程，如圖1所示。

圖1 輪輞加工工藝過程

圖1為鋼材輪的制造流程，先選擇鋼材分別制造成輪輻和輪輞，然后對其進行焊接、涂裝，最后將制造好的成品進行檢測。

4 車輪結(jié)構(gòu)設計

重型越野車輛要求其車輪具有大承載能力、能裝配中央充放氣系統(tǒng)、能裝配泄氣可行駛裝置，采用對開式輪輞裝配以上系統(tǒng)和裝置，不需要專用工具，使用通過工具就能進行裝配，具有拆裝簡單、維修方便等特點。

通過以上分析輪輞首選結(jié)構(gòu)為對開式鋼制無內(nèi)胎車輪。具體設計工程圖結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1.內(nèi)輪輞體 2.螺栓 3.“O”形密封圈 4 .球面墊圈 5.螺母 6.外輪輞體

在輪輞結(jié)構(gòu)設計過程中將內(nèi)外輪輞體密封用的“O”形密封圈的安裝槽設計在內(nèi)輪輞體的棱角處，這樣既保證了車輪氣密性同時也避免了在內(nèi)輪輞體的輻板安裝面上加工“O”形密封圈安裝槽，這種結(jié)構(gòu)的設計使得輪輞強度不因密封問題而降低。

為保證車輪的同軸度、車輪動平衡和靜平衡，解決以往內(nèi)輪輞體與外輪輞體的定位方式為螺栓螺母鎖緊定位的問題，將外輪輞體的螺栓孔外端處設計了弧面配合安裝球面墊圈，這樣通過球面墊圈的定心作用提高了提高內(nèi)、外輪輞的定位精度，提高車輪的裝配尺寸與動平衡和靜平衡。

圖3 輪輞結(jié)構(gòu)特點

此輪輞結(jié)構(gòu)在普通的5°平底輪輞上加工了淺槽，這樣便于軍用車輛的輪胎泄氣可行駛裝置的安裝，加之對開式結(jié)構(gòu)，輪胎泄氣可行駛裝置維修保障型更好。車輪輻板內(nèi)部設計了內(nèi)置氣道，和傳統(tǒng)的氣門嘴式相比氣門嘴安裝方便，可在不拆除輪胎的情況下更換氣門嘴。

5 車輪強度分析

5.1 彎曲強度分析

從分析的結(jié)果來看最大主應力達到378.88 MPa，最大位移0.49mm，小于材料的許用應力，輪輞處最低壽命105720循環(huán)次數(shù)，均滿足設計要求。

圖4 應力分布云圖

圖5 位移矢量圖

5.2 徑向強度分析

圖6 應力分布圖

圖7 位移矢量圖

從分析的結(jié)果來看最大主應力達到240.77 MPa，最大位移0.37mm，小于材料的許用應力，輪輞強度滿足設計要求。

6 結(jié)論

本文對重型越野對開式車輪的材料工藝、結(jié)構(gòu)設計、強度分析、試驗驗證等方面進行分析研究，驗證了產(chǎn)品設計的合理性、可靠性，滿足車輛在各種環(huán)境下行駛的通過性和安全性，對開式車輪符合設計要求。

[1] 劉惟信.汽車設計.清華大學出版社,2001.

[2] GB/T5090-2009商用車輛車輪性能要求和試驗方法.

[3]余志生.汽車理論.機械工業(yè)出版社,2004.

[4]譚俊良.重型越野汽車輕量化車輪設計開發(fā).汽車實用技術(shù).2004第06期.

Design and Development of Divided Wheels of Heavy Off-road Vehicle

Xi Wenjin

（Shaanxi Heavy Duty Automobile Co. Ltd, Shaanxi Xi’an 710200）

According to the design requirements of heavy-duty off-road vehicles and the structural features of divided wheels,this paper designs the wheels with shallow well and built-in air passages.The strength analysis of off-road vehicle wheels is also carried out.The results show that the product design of the wheels of the heavy-duty off-road vehicle is reasonable,and improves the vehicle maintainability.

wheel; divided; shallow well

U469.3

A

1671-7988(2019)09-57-03

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1671-7988(2019)09-57-03

席文進（1986-），男，中級工程師，就職于陜西重型汽車有限公司，從事車輛設計研究工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.09.017