车轮设计指南（乘用车）
目 次
1 范围 (1)
2 规范性引用文件 (1)
3 术语和定义 (1)
4 设计基本要求 (1)
4.1 车轮及车轮附件综述 (1)
4.2 设计目的 (2)
4.3 适用范围 (2)
4.4 总成构成图 (2)
5 设计必备理论 (3)
5.1 车轮总成的设计原则 (3)
5.2 车轮设计参数 (4)
5.3 环境条件 (4)
5.4 组成该零件的部件 (4)
6. 选型原则 (5)
6.1基本选型原则 (5)
6.2 花纹的选型原则 (6)
7.选型流程图 (7)
8. 测试基本参数 (7)
8.1 测试基本内容 (7)
8.2 材料性能 (17)
9 其他标识性的设计 (17)
9.1 通过什么样的标识进行识别 (17)
前 言
为了指导本公司车轮系统的设计开发，特制定了本设计规范。
本规范是参照国内外汽车设计公司及汽车生产企业的先进经验编制而成的。
车轮设计指南（乘用车）
1 范围
本规范明确规定了乘用车车轮系统设计基本要求、设计理论，选型的原则和选型流程图以及相关基本参数。
本规范适用于公司乘用车车轮系统设计。
2 规范性引用文件
无
3 术语和定义
无
4 设计基本要求
4.1 车轮及车轮附件综述
车轮是汽车的行走部件，汽车工作时，车轮将汽车发出的作用力传给路面，同时将地面给予的反作用力传回汽车，汽车依据车轮传递的力和力矩实现约定的承载和完成规范的运动。
轮胎和车轮组合工作，成对使用。轮胎是弹性元件，镶嵌于车轮外缘，具有弹性、柔性和韧性，以及优良的变形能力和地面贴附能力；工作时可以分散汽车对路面的压力、降低汽车运动的能量损失，同时实现充分传力、经久耐用；车轮是刚性制件，在中心支撑轮胎，具有相应的强度、刚度，以及联结、传力机构，保证轮胎能够工作和展现轮胎特性。轮胎和车轮共同体现其所具有的基本功能。这些基本功能如下：
①支撑汽车，承受汽车的重力，使汽车能够承载；
②传递驱动力、转向力和制动力，使驾驶人员能够对汽车的运动进行操控；
③减小行驶阻力和能量消耗，提高运输效率；
④缓和行驶冲击，改善承载条件，同时保护汽车和路面。
轮胎及车轮与汽车的多种性能相关。整车动力性、牵引性、经济性、平顺性、通过性、制动性及操纵稳定性等通过轮胎及车轮的特性配合实现匹配和优化，安全性和可靠性在很大程度上取决于所用轮胎和车轮的制造质量和使用寿命；车轮参数是整车设计的基础；轮胎是价格较高的易损件，对整车制造成本和汽车使用运营费用影响较大。因此，汽车对轮胎和车轮的特性有诸多要求，其中主要要求如下：
①足够的负荷能力和速度级别；
②良好的附着特性和缓冲特性；
③耐磨耗、耐刺扎、耐老化和良好的气密性；
④良好的均匀性和质量平衡；
⑤较小的滚动阻力和行驶噪音；
⑥特定的外观或装饰；
⑦质量小、价格低、拆装方便、互换性好。
轮胎和车轮需要配套，二者必须组成符合规定的配套总成才能装车使用。轮胎和车轮还需要借助系统其它部件的组合应用才能完成正常的工作。按照习惯专业划分，轮胎和车轮系统包含轮边可以从车桥上拆卸的所有独立部件，常见的应用部件如下：
①轮胎（外胎，有些轮胎还有内胎、垫带等）；
②车轮（轮辋及轮辐总成，有些车轮还有挡圈、锁圈、座圈、密封圈等）；
③气门嘴（有些气门嘴是独立总成，有些气门嘴与内胎一体）；
④车轮螺母；
⑤平衡配重（有些汽车省略不用）；
⑥轮罩（有些汽车省略不用）；
⑦轮胎防滑链（特别工况下使用）；
⑧专用装置（特定轮胎或车轮使用）。
轮胎及车轮通常展示汽车的典型特征，同时也能显现汽车的基本特性。不同汽车可能使用不同的轮胎及车轮规格，也可以具有不同的轮数。汽车装用轮胎及车轮的规格和数目大致反映汽车的工作能力和基本用途。
由于轮胎及车轮系统在整车中结构相对独立、制造工艺具有特殊性（轮胎属化工类产品），轮胎及车轮产品都具有高度标准化、系列化和通用化的显著特点，生产基本专业化。现代汽车轮胎和车轮的开发、制造、使用和服务趋向社会化，轮胎和车轮工业同整车工业逐步分离是未来发展的总趋势。
我公司目前计划内的产品使用的轮胎是半钢子午线轮胎，规格从155到255，扁平率从40到80之间。使用的车轮从13英寸到18英寸,包括钢圈和铝圈两种。
4.2 设计目的
车轮的设计首先必须满足总布置的需要，只有首先确认了车轮，才能在这一基础上进行整车的布置工作，同时，要满足负荷和速度的要求。因此，车轮的设计目的就是通过合理的选择车轮的型号以满足整车布置、负荷和速度的需要，同时满足一定的外观需求。
4.3 适用范围
适用于轿车轮胎的选择。
4.4 总成构成图
图1轮胎构成图
图2 轮辋结构图
图3 总成构成图
5 设计理论
5.1 车轮总成的设计原则
a)功能要求
1)支撑汽车，承受汽车的重力，使汽车能够承载；
2)传递驱动力、转向力和制动力，使驾驶人员能够对汽车的运用进行操控；
3)减小行驶阻力和能量消耗，提高运输效率；
4)缓和行驶冲击，改善行驶条件，同时保护汽车和路面。b)顾客要求
1）使用寿命要尽量的长；（要求轮胎的耐磨性较好和车轮的强度高）
2）外观要与整车相配合；
3）拆卸安装方便。
c)性能要求
1）轮胎的速度级别和负荷指数必须满足整车的最高车速和最大载荷的要求；
2）车轮的负荷能力必须满足整车的负荷要求；
3）轮胎的花纹与整车工况相适应。
5.2 车轮设计参数
a）决定尺寸的因素
1）与制动器的配合关系；
2）与车身的配合关系；
3）轮胎与轮辋的配合关系；
4）总布置要求的尺寸；
5）外观设计的需求。
b）决定重量的因素
1）是采用钢圈还是铝圈；
2）对轮胎强度的要求；
3）对车轮总成承载能力的要求。
以P195/75—14的轮胎（固特异轮胎有限公司）为例：
人造橡胶（30种） 2.49kg
碳黑（8种） 2.27kg
天然橡胶（8种） 2.04kg
化学物质，石蜡，石油，染料（40种） 1.36kg
带束层钢丝线 0.68kg
聚酯和尼龙线 0.45kg
胎圈钢丝0.23kg
总重 9.52kg
5.3 环境条件
a)零件的工作温度范围: 轮胎：-50℃~90℃ ；
b)零件工作的压力范围: 轮胎：2.0~3.0BAR 。
5.4 组成该零件的部件
图4 组成轮胎的部件
该部件和该零件的装配模式／组装
1）装配气门嘴前，先检查车轮上的气门孔是否光滑无毛刺，然后将气门嘴橡胶体表面涂上甘油或将气门嘴在甘油中浸一下，用专用工具以200～600N的力拉或压使气门嘴上的定位环通过车轮的孔后即安装到位（允许用肥皂水替代甘油）。
2）装配轮胎之前，将胎圈沿周向涂上甘油或肥皂水，同时注意：
轮辋上有轻点标记时，将轮胎的均匀性测试标记对准轮辋的轻点标记。
轮辋上无轻点标记时，将轮胎的动平衡测试标记对准气门嘴位置。
轮辋上无轻点标记，且轮胎上无动平衡测试标记、而有静平衡测试标记时，将气门嘴对准静平衡测试标记。
3）严格按照规定压力对轮胎充气，充气过程中气压不得超过额定气压的10%。备胎总成分装时额定充气压力3.5bar，单独存放。四轮定位工位前检查四轮轮胎气压并调整气压：标准bar±10%；
4）轮胎充气后拧上气门嘴防护帽进行动平衡试验，按需在轮辋内外侧边缘装配合适重量的卡式平衡块I、II，要求总成不平衡度小于100g· cm,约相当于图示位置的平衡块5g。注意：每个车轮单侧最多允许使用一个平衡块，且最大质量不大于65g。在装配过程中避免对平衡块打击过重，若感到打击过重者则及时更换平衡块。更换下来的平衡块不允许重复使用。
5）安装车轮及轮胎总成时，先将车轮螺母拧到轮毂上用手预紧，之后使用专用工具按对角线方法拧紧，拧紧力矩参见车轮总成技术图纸。禁止使用冲击扳手以免拧得过松或过紧。车轮螺母不允许涂润滑脂。
6）安装卡式装饰罩应用手拍打或使用橡胶工具将之敲入。
6 选型原则
6.1 基本选型原则
1）结合利用市场内成熟轮胎和轮辋供应商，选择原则为量大、面广、成本低、可靠性好；2）重点参考标杆车型的轮胎和轮辋型号；
3）轮辋造型时尚、轻巧；轮胎花纹参考标杆车轮胎花纹；4）满足总布置发布整车最大质量的正常承载和速度要求。
注：选型中轮胎负荷等级和速度等级参考GB 9743-2007 （轿车轮胎）附录中的选型表，选出和整车设计最大轮荷和最大车速同一级别或高一级别的即可（高出过多等级会造成成本浪费）。 6.2 花纹的选型原则
轮胎的花纹不仅仅是关系到轮胎外观的漂亮与否，它是轮胎的牵引、制动、转弯、排水及噪声等性能优劣的决定性因素之一；轮胎花纹主要由花纹沟、花纹块及节距等构成。随着轮胎发展的百余年的历史，现已存在难以计数的花纹形状，大体上可以分成如下几大类，轮胎花纹优缺点对比见表1。
表1 轮胎花纹优缺点对比表
轮胎花纹 图片
优点
缺点 用途 条形花纹：花纹沟方向与圆周方向一致
优点：滚动阻力低、不易发生侧滑、良好的操纵稳定性、噪声低、行驶过程中产生的热量低，在轮胎各种花纹中的高速性能最为出色，同时能提供良好的驾乘舒适感
缺点：制动性能和湿地稳定性能较差，而且在高负荷下容易出现开裂现象 适用于：良好路面，货车及巴士前轮 横向花纹：（羊角花纹）花纹沟方向与圆周方向垂直
优点：良好的制动及操纵性能，良好的牵引性能。
缺点：高速行驶时的噪音较大，由于滚动阻力大的原因， 不适合于进行高速行驶。
用途：行驶于较差路面的自卸车，工业车辆以及巴士后轮。 块状花纹：花纹呈块状规则排列，呈独立的花纹块结构
优点：优越的制动及操纵性能，雪地及湿路上优越的操控 及稳定性能，雨天时良好的排水性能。 缺点：独立的花纹块结构，耐磨性能较差
用途：轿车用全天候及雪地轮胎，商用车后轮
不对称花纹：胎面左右两侧花纹形状不同
优点：由于其增大了转弯时外侧花纹的着地压力，极大地 提高了高速转弯性能，并补足了外侧花纹的耐磨性能。
缺点：必须注意轮胎的正确安装方向。 用途：竞技用车及高性能车辆。
复合花纹：综合条形及横向花纹的特点
优点：胎面中央的条形花纹，提供了良好的操纵性能并防止侧滑；胎面肩部的羊角花纹，提供了良好的牵引性能和制 动性能。
缺点：耐磨性能稍逊
用途：适用于各种包装及非包装路面，主要装在货车及巴 士的前后轮。
单导向花纹：花纹沟之间都相互连接，呈独立的花纹块结构
优点：卓越的制动性能，极佳的排水性能，雨天优秀的稳 定性能，适合于高速行驶。
缺点：轮胎的安装位置必须要与行驶方向相同
用途：高速轿车用轮胎。
结合轮胎花纹优缺点对比表中选型基本原则对比标杆车，选出合适的花纹 7 选型流程图
8 测试基本参数 8.1 测试基本内容
参见《铸造铝合金车轮》标准。 轮胎试验数据的确定。 8.1.1 强度试验 破坏能的计算：
W=F×P/2000
W——破坏能，J； F——作用力，N； P——行程，mm；
8.1.2 轮胎气压和温度关系
PV=mR(273+T)/u
P-----轮胎气压，Pa
R------阿佛加得罗常量，8.31J/K/mol V-----轮胎体积，m3m-----气体质量，g
对比标杆车和整车姿态结合GB/T 2978-2008《轿车轮胎规格、尺寸、气压与负荷》选型轮胎直径和宽度尺寸根据总布置发布的轴荷报告，按
最大轮荷结合《GB/T 2978-2008 轿车轮胎规格、尺寸、气压与负荷》确认轮胎型号和速度级别
根据整车设计任务书，车型的基本定义，选出适合车型的轮胎花纹类型，结合厂家产品，最终确定轮胎花纹
根据轮胎的尺寸，结合 GB/T 2978-2008 《轿车轮胎规格、尺寸、气压与负荷》初步选出轮辋的外形尺寸
结合市场同类车型轮辋并和轮边、后桥等相关系统评审后确定轮辋中心孔尺寸、偏距、分度圆、螺栓孔尺寸以及轮辋结构形式
根据造型部门效果图，并经领导评审初步确定轮辋A 面造型，建模后CAE 分析无问题，确定轮辋结构
u------气体摩尔质量，g/molT-----温度，℃
8.1.3 耐久性：GB/T 4502-1998。
8.1.4 脱圈阻力试验：GB/T 4504-1998。
8.1.5 强度试验：GB/T 4503-1996。
8.1.6 高速性能试验：GB/T 7034-1998。
8.1.7 以轮胎为试验对象，开展轮胎稳态侧偏、纵滑、侧倾等力学特性试验工作。具体为： 1)轮胎稳态侧偏力学特性试验
试验工况描述
垂直载荷为kg、xxxkg、xxxkg
轮胎侧偏角：0°、1°、0.5°、2°、4°、6°、8°、12°、16°、20°
胎压：xxxKPa、xxxKPa、xxxKPa、xxxkPa
试验台速：低速
2)轮胎稳态侧倾力学特性试验
试验工况描述
垂直载荷为422kg、706kg、1087xkg
轮胎侧偏角：0°、1°、2°、4°、6°、8°、10°
胎压：210KPa、280KPa、350KPa
试验台速：低速
3)轮胎径向刚度试验
试验工况描述
垂直载荷为： kg、 kg、 kg、 kg、 kg
胎压： KPa、 KPa、 KPa、 KPa
4)轮胎稳态纵滑力学特性试验
试验工况描述
垂直载荷为：xxxkg、xxxkg、xxxkg
胎压：xxxKPa、xxxKPa、xxxKPa、xxxKPa
试验台速：低速
5)轮胎转动惯量特性试验
试验工况描述
轮胎质量为xxxkg
绕轮胎轴线和半径的转动惯量
图5
图6
图7
图8
图9
图10
图11
表2轮胎负荷指数对照表
表3 速度级别
表4
图12 车轮品质的评价指标：
表5
车轮试验载荷及寿命的计算方法：
1)轮试验载荷的计算
F1=Q（前）·g·[μ·R（动）+e]
F2=0.5F1
Q(前)——前轮允许的载荷；
μ=0.9；
R(动)——车速60km/h时车轮的动力半径；
e——车轮的偏距；
2)使用寿命的计算
n
N50= N1·N2·N3···Nn
∑n
(logN0—logNi)
Slog=
n—1
K=△1/△2=(logN2/N1)/(logF2/F1) N2=N1 (F1/F2)n Slog=0.15~0.3
K：一般焊接件≥4~5 弯曲扭件≥4~8 扭转件≥10 8.1.8 测试的基本内容 （1）使用性能及耐久性能（2）弯曲疲劳性能
在规定的条件下,应满足下列要求:
13寸：当M=2100N·m 时，旋转120万次；
当M=3600N·m 时，旋转12万次，试验方法按QC/T221并进行检验；
14寸：当M=2300N·m 时，旋转120万次；
当M=3700N·m 时，旋转12万次，试验方法按QC/T221并进行检验；
15寸：当M=2574N·m 时，旋转120万次；
当M=3800N·m 时，旋转12万次，试验方法按QC/T221并进行检验；
16寸：当M=2574N·m 时，旋转120万次；
当M=4000N·m 时，旋转12万次，试验方法按QC/T221并进行检验；
a)车轮的任何部位不允许出现可见的新裂纹或任何可见裂纹的扩展；b)任一紧固螺母的紧固力矩不得低于原始紧固力矩的60%；c)车轮在完成要求转数后能继续承受载荷。
（3）径向疲劳性能
在规定的条件下,应满足下述要求:
13寸：当Fr=11025N 时，旋转50万转，试验方法按QC/T221并进行检验； 14寸：当Fr=11500N 时，旋转50万转，试验方法按QC/T221并进行检验； 15寸：当Fr=14625N 时，旋转50万转，试验方法按QC/T221并进行检验； 16寸：当Fr=14625N 时，旋转50万转，试验方法按QC/T221并进行检验； a)车轮的任何部位不允许出现可见的新裂纹或任何可见裂纹的扩展；b)任一紧固螺母的紧固力矩不得低于原始紧固力矩的60%；
c)车轮在完成要求转数后能继续承受载荷；
d)车轮轮辋不能漏气。
（4）冲击性能
在规定条件下，车轮在经受冲击后应满足下述要求：
13寸：锤重=（540±2%）kg，落下高度为（230±2）mm，试验方法按：GB/T15704；
14寸：锤重=（560±2%）kg，落下高度为（230±2）mm，试验方法按：GB/T15704；
15寸：锤重=（580±2%）kg，落下高度为（230±2）mm，试验方法按：GB/T15704；
16寸：锤重=（580±2%）kg，落下高度为（230±2）mm，试验方法按：GB/T15704； （5）车轮平衡
在规定的条件下，车轮的动平衡量应符合表6中的要求，也可根据用户要求进行调整。
表6车轮的不平衡量要求
轮辋名义直径代号 最大静不平衡量 g.cm
≤12 350
13，14 400
15，16 480
17 500
8.1.9 车轮气密性：
在500Kpa压力下，保压30s，车轮不允许漏气。
8.2 材料性能
8.2.1 产品的化学成分应满足以下要求：
Si：6.5%～7.5% Mg：0.25%～0.45%
Ti：0.08%～0.2% Fe：≤0.2%
Cu：≤0.2% Mn：≤0.1%
Zn：≤0.1%其它杂质元素单个 ≤0.05%，总量≤0.15%
余为Al。
8.2.2 机械性能
经过T6热处理后的机械性能，当按5.5.1取样时，性能应满足以下要求：
抗拉强度：бb≥250MPa ；
δ≥ 7 % ；
硬度 HB：75～90 。
9 其他标识性的设计
9.1 通过什么样的标识进行识别
轮胎标记：公制标记方法