车轮系统设计规范.doc

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车轮和轮胎总成设计规范

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目 次
前言
1 范围
2 规范性引用文件
3 术语和定义
3.1 轮胎
3.2 车轮
4 输入条件
5 车轮和轮胎总成的匹配设计
车轮和轮胎总成的技术方案
车轮和轮胎总成匹配设计过程
注意的问题
可靠性验证
6 技术要求
6.1 车轮
6.2 轮胎
7 输出文件

前 言

本标准是为了规范我公司汽车产品车轮和轮胎总成的规范设计而编制的，标准中对设计程序、参数的输入、参照标准、结构设计等方面进行了详尽的描述和规定，以此作为今后车轮轮胎在设计时参考的规范性指导文件，
车轮和轮胎总成设计规范
1 适用范围
本规范适用于我公司设计的汽车铁车轮（或铝车轮）和充气轮胎与整车的匹配设计。
2 规范性引用文件
下列文件中的条款通过本标准的引用而成为本标准的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的修改单（不包括勘误的内容）或修订版均不适用于本标准，然而，鼓励根据本标准达成协议的各方研究是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本标准。
GB/T 2933 充气轮胎用车轮和轮辋的术语、规格代号和标志
GB/T 2977 载重汽车轮胎系列
GB/T 2978 轿车轮胎系列
GB/T 4502 轿车轮胎脱圈耐久性试验方法 转鼓法
GB/T 4053 轿车轮胎强度试验方法
GB/T 4504 轿车无内胎轮胎脱圈阻力试验方法
GB/T 6326 轮胎术语
GB/T 7034 轿车轮胎高速性能试验方法 转鼓法
GB 7063 汽车护轮板
GB 9743 轿车轮胎
GB 9744 载重汽车轮胎
QC/T 242 汽车车轮不平衡量要求及测试方法
QC/T 259 车轮轮辋、轮辐焊接强度要求及试验方法
QC/T 5334 轿车车轮冲击试验方法
3 术语和定义
3.1 轮胎
轮胎术语除下列规定外,其它术语按GB/T 6326的规定。
3.1.1 斜交轮胎
帘布层和缓冲层各相邻层帘线交叉，且与胎冠中心线呈小于90°角排列的充气轮胎。
3.1.2 子午线轮胎
胎体帘布层帘线与胎冠中心线呈90°角或接近90°角排列，并以带束层箍紧胎体的充气轮胎。
3.1.3 有内胎轮胎
外胎内腔中需装配内胎的充气轮胎。
3.1.4 无内胎轮胎
不需装配内胎的轮胎，该胎里气密层和胎圈与轮辋严密固着以保持气压。
3.1.5 轮胎规格
由轮胎名义直径、名义断面宽、名义高宽比、结构代号和轮辋名义直径组合所表示的轮胎尺寸。
3.1.6 速度符号
按规定充气后，在相应负荷下，轮胎最高行驶速度的特定符号。
3.1.7 胎面磨耗标记
指示胎面已经磨到必须进行翻新的标记。
3.1.8 静负荷半径
轮胎在静止状态下受法向负荷作用后，从轮轴中心到支撑平面的垂直距离。。
3.1.9 动负荷半径
轮胎在负荷行驶中，当倾角为零度时，从轮轴中心到支撑平面的垂直距离。
3.1.10 静不平衡
轮胎主惯性轴线与原轴线平行位移的一种不平衡现象。
3.1.11 动不平衡
轮胎主惯性轴线与原轴线既不平行，也不在重心相交的一种不平衡现象。
3.1.12 轮胎规格表示方法

3.2 车轮
车轮术语除下列规定外,其它术语按GB/T 2933的规定。
3.2.1 轮辋
车轮上安装和支承轮胎的部件。
3.2.2 轮辐
车轮上介于车桥和轮辋之间的支承部件。
3.2.3 偏距
偏距是轮辐安装平面到轮辋中心平面的距离。轮辋中心平面位于轮辐安装平面内侧的车轮的偏距为负，相反则为正。
3.2. 4 车轮规格表示方法
15 × 5.5 J
轮辋的轮缘轮廓的代号

轮辋的尺寸

轮辐的尺寸

4 车轮和轮胎匹配设计的输入条件
4.1 整车配置定义车轮为铁车轮或铝车轮，车轮的规格大小或轮胎的参数。
4.2 前后桥参数，主要是车轮安装面之间距离、车轮装配参数和前后制动器的参数。
4.3 整车满载或最大允许载荷时前后轴载荷。
5 车轮和轮胎总成的匹配设计
5.1 车轮和轮胎总成的技术方案
根据整车技术条件或设计任务书等选择车轮轮胎的型号规格、型式、车轮偏距等，以及所需要的车轮轮胎的承载能力和车轮轮胎的技术要求。
5.2 车轮和轮胎总成匹配设计过程
整车技术条件或设计任务书

车轮、轮胎规格匹配设计
技术要求

车轮安装参数等设计，轮胎花纹、速度级别等选择

否

数模与图纸
车轮外观评审（铝车轮）

通过

相关部件之间的间隙校核等

供应商提交性能试验报告（最好是第三方）

不可接受

整车可靠性路试

可接受

匹配设计完成

5.2.1 车轮的规格尺寸和轮胎的规格
根据整车规定车轮、轮胎规格（主要是直径）初步选定所需车轮的规格尺寸（主要是轮辋轮辐的参数）和轮胎的规格，此时应综合考虑车轮、轮胎的供应商和GB/T2978《轿车轮胎系列》或GB/T2977《载重汽车轮胎系列》来设计匹配，选择轮胎时还应考虑到轮胎的负荷指数、侧偏刚度、速度级别以及胎面花纹，以及轮胎的3c认证及美国的DOT认证等。同时，必须考虑所开发或选用的车轮和轮胎之间的匹配性。
一般来说，根据所选用轮胎在GB/T2978《轿车轮胎系列》或GB/T2977《载重汽车轮胎系列》中所对应规格的车轮进行铝车轮或铁车轮的匹配设计开发。
5.2.1.1 轮胎的花纹
分为：直沟花纹、横沟花纹、纵横沟花纹、泥雪地花纹、越野花纹等五种，目前，我公司主要用的为标识为“M+S”的泥雪地花纹（我公司用的这种轮胎实际上是按照四季轮胎的标准生产的，故从功能上来说是四季轮胎），轮胎的花纹对整车的油耗和噪音有一定的影响，一般来说，装备越野花纹轮胎较装备其他花纹的轮胎的油耗要高，噪音要大，在进行整车匹配设计时对此必须有所考虑。同时，由于轮胎的大小直接影响到车速里程表的匹配设计，故在进行整车匹配设计时应该考虑到里程表等相关部件的匹配设计。
5.2.1.2 轮胎的负荷指数
设计轮胎负荷指数应比整车设计规定的单轮最大载荷至少大50kg。
5.2.1.3 轮胎的速度级别
轮胎的速度级别应比整车设计规定的最高车速至少大20～30km/h。
5.2.2 根据前后桥的技术参数选择车轮的偏距和安装参数，以及车轮的定位方式。
车轮的偏距是由桥的结构和整车参数来决定的，不能随意更改车轮的偏距。车轮的安装参数主要包括中心孔直径、安装螺栓孔数目和直径、安装孔的分布圆直径。车轮的定位方式主要是指中心孔定位（如例1）和螺栓孔定位（如例2），采用中心孔定位时，就是中心孔和轮毂配合有公差要求，一般孔取上偏差，轴取下偏差，安装螺母采用平面螺母；采用螺栓孔定位时，就是螺栓孔和螺栓配合有公差要求，安装螺母采用60°锥面螺母。
例1：车轮中心孔直径为，轮毂相应安装面直径为；
例2：车轮上螺栓孔直径为，60°锥面，安装螺栓为M12×1.5；
5.2.3 根据整车的轴荷设定车轮的额定载荷和轮胎的充气压力、静力半径与滚动半径，一般实车确定。
5.2.4 铝车轮还应进行造型评审，造型评审通过后再与供应商进行具体的开发工作。
5.2.5车轮的动不平衡量（克.厘米，g.cm），不应大于下表规定限值规定。
车轮名义直径
12
13
14
15
16
17
18
19
20

动不平衡量
400
450
450
500
650
750
750

具体参照QC/T 242的相关要求。
5.3 设计过程中应注意问题
5.3.1 车轮与前制动器和后制动鼓的装配间隙，间隙应大于5mm。
5.3.2 平衡块在车轮上的安装方式(嵌入式或粘贴)、轴头装饰盖的安装方式（从里往外装还是直接嵌入式）等。
5.3.3 车轮与护轮板（依据GB 7063中相关要求进行校核）、轮眉等部件的间隙及运动关系，特别是在悬架运动校核过程中对此进行校核，保证与相关的零部件不产生干涉现象。
5.4 可靠性验证
车轮和轮胎在工装样品之前和装车后应进行下表试验项目，验证相应的性能要求。

阶段
试验项目
车轮
轮胎
铁车轮
铝车轮

工装样品之前
动态弯曲疲劳试验
动态弯曲疲劳试验
强度试验
径向疲劳试验
径向疲劳试验和冲击试验
耐久性
轮辋、轮辐的焊接强度试验
冲击试验
高速性能试验
装车后
路试可靠性(一般路试里程15000公里)

6 技术要求
6.1 车轮
6.1.1 车轮的动态弯曲疲劳试验（可以参照GB 5334《乘用车车轮性能要求和试验方法》中相关规定）

在弯矩M作用下,旋转次数按下表规定。
动态弯曲疲劳试验要求
材料
强化系数S
最低循环次数
摩擦系数
钢车轮
1.60
30 000
0.7
1.33
150 000
轻合金
1.60a
100 000
1.33
270 000
注：钢车轮认证实验时两种系数均要使用，轻合金只要选用其中的一种系数
a 为优先使用的试验系数

试验方法：根据车轮在车辆上安装的实际情况，按规定的扭矩值最低值的115%，将车轮紧固在实验装置的支承面，螺母不允许加润滑剂。调整车轮位置后将轮辋的轮缘夹紧到试验夹具上。实验的连接件和车轮的配合面应去除多余的堆积物、灰尘或杂质。车轮的螺栓和螺母在试验过程中可再次紧固。加载系统应保持规定的载荷，误差不超过±2.5%。如果在试验过程中螺栓断裂，允许更换螺栓后继续试验。
失效判断依据：对于铝车轮，车轮的任何部位新可见疲劳裂纹 (用着色渗透法，或其它可接受的方法，如萤光探伤法检查)；车轮不能继续承受载荷至所要求的的循环次数；如果在达到要求的循环次数之前，加载点的偏移量已超过初始加载全偏移量的10％，应认为车轮试验已经失败。对于铁车轮，车轮不能继续承受载荷；原始裂纹产生扩展或出现应力导致的侵入车轮断面的可见裂纹；如果在达到要求的循环次数之前，加载点的偏移量已超过初始加载全偏移量的10％，应认为车轮试验已经失败。
6.1.2 车轮的动态径向疲劳试验（可以参照GB5334《乘用车车轮性能要求和试验方法》中相关规定）：

车轮在径向力的作用下，旋转次数不少于50万次；试验方法：实验车轮所选用的轮胎是车轮厂或汽车制造厂规定的最大承载能力的车胎。不使用内胎，轮胎通气压力为448±35kPa（冷态时），实验中，气压可能提高，但无需调整。试验连接件应与车轮相匹配，并用车轮规定使用的螺栓和螺母进行安装，螺母按规定的扭矩最低值的115%拧紧，试验过程中，要定期检查和调整螺母扭矩，螺母不允许加润滑剂。加载系统应保持规定的载荷，误差不超过±2.5%。如果在试验过程中轮胎损坏，允许更换轮胎后继续试验。
动态径向疲劳试验要求（钢车轮或轻合金车轮）
强化试验系数K
最低循环次数
2.25*
500 000
2.00
1 000 000
注：对每种产品的认证试验可根据汽车生产厂的要求只选用其中的一种系数
* 为优先使用的试验系数
失效判断依据：对于铝车轮，车轮的任何部位出现新可见疲劳裂纹 (用着色渗透法，或其它可接受的方法，如萤光探伤法检查)；车轮不能继续承受载荷。对于铁车轮，车轮不能继续承受载荷；原始裂纹产生扩展或出现应力导致的侵入车轮断面的可见裂纹。
6.1.3 车轮的密封性（可以参考QC/T241《汽车无内胎车轮密封性试验方法》）
将试验用未经过涂装的车轮的气门嘴孔密封，车轮的两侧面用带有密封垫的压板压紧，使其密封，再将整个车轮浸入盛满水的水箱内。试验时，充入的压缩空气压力应≥400kPa，充气达到规定气压后30s内，车轮轮辋任何部位不能有任何气泡逸出。
6.1.4 车轮的冲击试验
实验环境温度为10℃～38℃，实验设备按GB/T15704-1995中的相应条款规定进行，实验用的轮胎选用整车规定的与之匹配的轮胎，冲头质量为D。具体实验方法按GB/T 15704中的相应条款规定进行；实验完后，出现下列情况之一即判定为损坏：轮辐的任一断面处有目测可见的穿透裂纹；轮辐从轮辋上分离；轮胎气压在一分钟内漏尽。试验方法和试验要求按照QC/T5334-2005《轿车车轮冲击试验方法中的相关规定执行。冲头质量的确定：
D=0.6W÷180
式中: D——冲头质量士2%；
W——最大车轮静载荷，按车轮和（或）车辆制造厂规定，kg。
6.1.5 铁车轮的轮辋轮辐的焊接强度
试验样品可以未经涂装，但应经过其它的所有加工工序。按QC/T 259规定试验方法试验后车轮的轮辋／轮辐的焊接部位不应出现撕裂或可见的裂纹。试验载荷按下表规定。
轮辋、轮辐板料厚度的较小值
mm
载荷
KN（kgf）
<2.3（含2.3）
147（15000）
2.3～2.9（含2.9）
196（20000）
2.9～3.5（含3.5）
245（25000）
>3.5
294（30000）
6.2 轮胎的技术要求
6.2.1 轮胎的强度
轿车子午线轮胎最小< style="T">破破坏能（J）
轮胎名义断面宽，mm
标准型
增强型
160以下
220
430
160及其以上
295
585
注：1 轿车斜交尼龙或聚酯轮胎的最小破坏能同子午线轮胎标准型。
2 轿车斜交人造丝轮胎的最小破坏能为子午线轮胎标准型的60％。
试验室温度应保持在18℃～36℃；其他试验条件、试验方法按照GB/T 4053-1996（ISO 10191:1993）中相应的规定执行，试验后，轮胎的强度试验破坏能应不低于上表中规定。
6.2.2 轮胎的耐久性
轮胎安装在符合GB／T 2978规定的标准轮辋上，充以下表中规定的气压,将轮胎轮辋组合体在38℃士3℃的温度下至少停放3h。
轮胎种类
气压，kPa
标准型轮胎
180
增强型/超重负荷轮胎
230
注：斜交轮胎充气压力，4PR同标准型轮胎；6PR同增强型/超重负荷轮胎。

轮胎按GB/T 4502（ISO 10191:1993）规定的试验条件和试验方法进行耐久性试验后，轮胎气压不应低于规定的初始气压，轮胎外观检查不应有（胎面、胎侧、帘布层等）脱层、帘布层裂缝、帘线剥离、泵花、接头裂开、龟裂等缺陷。
6.2.3 轮胎的高速性能
将轮胎轮辋组合体在38℃±3℃的温度下至少停放3h.
轮胎安装在符合GB/T 2978规定的标准轮辋上，按下表中规定的气压充气；试验室温度应保持在38℃±3℃。按GB/T 7034（ISO 10191:1993）进行试验后，轮胎气压不应低于规定的初始气压；轮胎外观检查不应有（胎面、胎侧、帘布层、气密层、带束层、胎圈）脱层，帘布层裂缝、帘线剥离、帘线断裂、崩花、接头裂开、龟裂等缺陷。

速度等级符号
充气压力，kPa
斜交轮胎
带束斜交轮胎和子午线轮胎
4PR
6PR
标准型
增强型
L，M，N
230
270
240
280
P，Q，R，S
260
300
260
300
T，U，H
280
320
280
320
V
300
340
300
-

6.2.4 脱圈阻力
轮胎经GB/T 4504（ISO 10191:1993）中规定的试验条件和试验方法进行轮胎脱圈阻力试验，每点的脱圈阻力值应不低于下表相应的规定值。
轮胎名义断面宽（S），mm
阻力值，N
S＜160
6670
160≤S＜205
8890
S≥205
11120
6.2.5 胎面磨耗标志
每条轮胎应沿周向等距离地设置不小于4个能观察到花纹沟的剩余深度为1.6毫米的标志；轮胎两侧肩部处必须模刻出指明胎面磨耗标志位置的标记。
6.2.6轮胎在满足上述要求的同时，还应满足GB9743《轿车轮胎》和GB 9744《载重汽车轮胎》中的相关要求
7 输出文件
7.1 应输出下列文件
a）技术方案;
b）主要设计参数;
c）性能试验报告;
d）整车可靠性试验报告;
e）技术开发合同;
f）图纸;
g）技术协议;
h）3C认证证书。
7.2 设计输出文件应与设计输入相协调，设计输出文件之间应协调一致（如图纸和其它文件中性能指标要求、依据标准等）。