重型越野车辆对开式车轮开发

席文进



重型越野车辆对开式车轮开发

席文进

（陕西重型汽车有限公司，陕西 西安 710200）

文章根据重型越野汽车的设计需求和对开式车轮的结构特点，设计了带有浅槽和内置气道对开式车轮。并对越野汽车车轮进行强度分析。结果显示该重型越野汽车轻量化车轮产品设计的合理性，解决了车辆维修性等的问题。

车轮；对开式；浅槽

引言

车轮总成是整车行驶过程中唯一接触地面的总成部件，支撑整车重量，为整车提供驱动力和制动力，通过控制车轮的转动实现车辆的转向，车轮系统的性能直接关系到整车的性能。

车轮要有足够的刚度和强度，也要具备良好的耐疲劳性能和使用寿命，在满足性能的前提下还应有较小质量，精确的几何尺寸、较小的静不平衡量和动不平衡量。在重型越野汽车使用中车轮还应具备良好的维修保障性，军用车辆则要求车轮系统具备轮胎充放气功能和泄气可行驶的功能。为了满足这一要求本文介绍一种低成本对开式车轮的设计开发。

1 车轮偏置距确定

偏置距是车轮重要的尺寸参数，对保证车辆的轮距起了很大作用。车轮偏置距指车轮辐板的安装面距车轮中心的距离，车轮偏置距主要由整车的参数决定，影响因素是整车的轮距、车桥的轮辐安装面之间的距离。确定了整车这两个主要参数后车轮偏置距就能确定。根据整车轮距L1和桥轮胎安装面之间的距离L2确定轮辋偏置距为：

2 材料选择

目前，轮辋使用的材料有两大类：一种是钢制，另一种是铝镁合金。钢制是利用钢板材料通过冲压制成轮辋、轮辐的胚料，再经焊接、热压处理等工序装配组合而成，这类轮辋适宜大批生产，性价比高。

钢制轮辋的有以下几点优势：

a）易焊接，钢轮辋制造工艺较简单，钢轮辋的轮辐、轮辋通过冲压或滚卷加工成型，最终通过焊接完成总成。

b）耐疲劳性、刚度较强，抗冲击性能高，不易变形。对于钢制轮辋来说，强度和刚度都很高。

c）钢材相对铝镁合金材料屈服强度与抗拉强度高。

d）价格上，铝合金材料价格较高，用于制造轮辋时，制造工艺复杂，需专用设备加工，成本高。钢轮辋制造工艺较简单，制造设备通用性好，成本低，性价比较高。

钢轮辋和铝轮辋相比存在的缺点：钢材的密度大，比同等承载力的铝轮辋重量重，对车轮的轻量化起不到贡献作用。

因此综上所述，对于军用战术车辆来说钢制材料轮辋是较好的选择。

综合以上分析，对车轮所用的钢材也提出了严格要求。车轮用钢必须具有高强度、良好的抗疲劳性能、可塑性高与良好的焊接性能。因此，选用宝钢生产的汽车用高强度热连轧结构钢系列的汽车车轮用高强钢，型号：B500CL。B500CL高强钢机械性能良好。轮辐材料选用Q235B，组合构成新型车轮的形式，整体车轮具有高强度特性，良好的加工性能，以及耐疲劳性等特点。

综合分析轮辋采用高强钢材料加工。表1为轮辋体主要参数。

表1 轮辋主要材料参数

3 车轮加工工艺

轮辋制造工艺可分为轮辐和轮辋两个流程过程，如图1所示。

图1 轮辋加工工艺过程

图1为钢材轮的制造流程，先选择钢材分别制造成轮辐和轮辋，然后对其进行焊接、涂装，最后将制造好的成品进行检测。

4 车轮结构设计

重型越野车辆要求其车轮具有大承载能力、能装配中央充放气系统、能装配泄气可行驶装置，采用对开式轮辋装配以上系统和装置，不需要专用工具，使用通过工具就能进行装配，具有拆装简单、维修方便等特点。

通过以上分析轮辋首选结构为对开式钢制无内胎车轮。具体设计工程图结构如图2所示。

1.内轮辋体 2.螺栓 3.“O”形密封圈 4 .球面垫圈 5.螺母 6.外轮辋体

在轮辋结构设计过程中将内外轮辋体密封用的“O”形密封圈的安装槽设计在内轮辋体的棱角处，这样既保证了车轮气密性同时也避免了在内轮辋体的辐板安装面上加工“O”形密封圈安装槽，这种结构的设计使得轮辋强度不因密封问题而降低。

为保证车轮的同轴度、车轮动平衡和静平衡，解决以往内轮辋体与外轮辋体的定位方式为螺栓螺母锁紧定位的问题，将外轮辋体的螺栓孔外端处设计了弧面配合安装球面垫圈，这样通过球面垫圈的定心作用提高了提高内、外轮辋的定位精度，提高车轮的装配尺寸与动平衡和静平衡。

图3 轮辋结构特点

此轮辋结构在普通的5°平底轮辋上加工了浅槽，这样便于军用车辆的轮胎泄气可行驶装置的安装，加之对开式结构，轮胎泄气可行驶装置维修保障型更好。车轮辐板内部设计了内置气道，和传统的气门嘴式相比气门嘴安装方便，可在不拆除轮胎的情况下更换气门嘴。

5 车轮强度分析

5.1 弯曲强度分析

从分析的结果来看最大主应力达到378.88 MPa，最大位移0.49mm，小于材料的许用应力，轮辋处最低寿命105720循环次数，均满足设计要求。

图4 应力分布云图

图5 位移矢量图

5.2 径向强度分析

图6 应力分布图

图7 位移矢量图

从分析的结果来看最大主应力达到240.77 MPa，最大位移0.37mm，小于材料的许用应力，轮辋强度满足设计要求。

6 结论

本文对重型越野对开式车轮的材料工艺、结构设计、强度分析、试验验证等方面进行分析研究，验证了产品设计的合理性、可靠性，满足车辆在各种环境下行驶的通过性和安全性，对开式车轮符合设计要求。

[1] 刘惟信.汽车设计.清华大学出版社,2001.

[2] GB/T5090-2009商用车辆车轮性能要求和试验方法.

[3]余志生.汽车理论.机械工业出版社,2004.

[4]谭俊良.重型越野汽车轻量化车轮设计开发.汽车实用技术.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

席文进（1986-），男，中级工程师，就职于陕西重型汽车有限公司，从事车辆设计研究工作。

10.16638/j.cnki.1671-7988.2019.09.017