铝合金轮毂的造型设计与结构研究

摘要：当前，随着世界各国对环境和资源问题的关注度的持续升高，能源问题已经成为汽车工业面临的最重要的问题之一。各大汽车厂商都纷纷追求造出节能环保、高强度、轻质量、造型美观的汽车。而轮毂作为汽车的重要部件之一，其材料的选择对汽车的性能和质量都有很大影响。文章从铝合金材料应用与轮毂制造入手，探讨铝合金轮毂的造型设计和结构研究。

关键词：铝合金；轮毂；造型设计；结构研究；汽车部件

中图分类号：TB476 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）15-0013-02

铝材具有矿藏资源丰富、易加工、回收利用方便、密度小、强度高、耐蚀性好、导电导热性好等优点。并且随着科学技术的不断发展，铝合金有着越来越丰富的应用空间。在汽车制造业中，铝合金材料的运用可以使汽车自身重量大大降低，并且能够提升汽车性能，提高行驶速度，所以铝合金已经越来越多地运用到汽车制造业中。本文就铝合金在汽车轮毂中的应用做简要探讨。

1 汽车轮毂的结构

轮毂是介于汽车半轴和轮胎之间的用于承受汽车自重及外界载荷的旋转部件，轮毂的结构包括胎圈座、胎斗、轮缘、中心孔、安装凸台、中心线、通风口等。但是组成轮毂最主要的两个部件还是轮辋和轮辐。轮毂通过轮辋与轮胎配合的同时还通过轮辐与车桥连接，从而实现轮毂承载、行驶、转向、驱动和制动等作用。

1.1 轮辋

轮辋，俗称轮圈，是车轮周边安装轮胎的部件，轮辋的规格很重要，因为它直接决定汽车可以用哪些轮胎。常见的轮辋形式主要有深槽轮辋、平底轮辋、对开式轮辋、半深槽轮辋、整体式轮辋、平底宽式轮辋等。此外，还可以根据组成轮辋的零件的数量，将轮辋分为一件式轮辋、两件式轮辋和三件式轮辋甚至四件式、五件式轮辋。轮辋的设计和制造都有相应的标准，这关系着设计制造出来的轮辋是否能够与轮胎的使用相配合。就目前而言，我国的轮辋在生产时都是按照按国家标准GB/T 3487-2005来生产。

1.2 轮辐

轮辐介于轮辋和车轴之间，在轮毂中主要功能是支撑作用。轮辐的构造是决定轮毂分类的基础，根据轮辐结构的差异，可以将轮毂分为辐板式轮毂和辐条式轮毂。辐条式轮毂主要靠众多钢丝辐条来达到支撑重力。辐条式轮毂的优点是通风散热优良，但是由于制作成本高，做工复杂不便于安装和维修，所以应用多见于高级轿车和赛车，很少应用在普通汽车上。在普通的汽车中应用最广泛的还是辐板式轮毂，辐板的作用是连接轮辋和安装凸台。

轮辐的作用主要是起到重量支撑的作用，所以轮辐的形状在设计和制造的时候可以多种多样，并没有统一的要求。

2 铝合金轮毂的性能

轻便、散热、美观向来是评价汽车轮毂质量优劣的标准，而经过大量的实践证明，铝合金材料具有更好的机械性能和美观度，并且更易加工，所以很适合用来制造汽车轮毂。除此之外，铝合金材料用于轮毂制造还有以下优势：

2.1 密度低、强度高

铝合金的低密度使铝合金制造的轮毂质量比用钢材制造的轮毂质量轻，但是强度却与钢材相当，这就使以铝合金材质制造的轮毂具有了钢制轮毂不具有的优点，比如惯性小，这不仅能够提高汽车的加速度，使汽车具有更好的起步性能，还大大改善了汽车的制动性能，节省燃油的消耗。

2.2 导热性好

铝的导热性能是钢材的五倍，如果将铝合金用于汽车轮毂制造，可以大大提高汽车制动系统的散热性能，使刹车制动时产生的大量热量能迅速释放，这样不仅能够避免因为刹车频率过高导致刹车失灵的现象，提高汽车的安全系数，还能够延长轮胎的使用年限。

2.3 易加工

使用铝合金材质制造的轮毂易成型，尺寸精准、平衡性好、材料利用率高，还能够有效吸收震动，使汽车能有更好的舒适性。

3 铝合金轮毂的发展历程

轻合金一直以来都是轮毂研究设计人员偏好的材料。据已有的研究成果显示，相对于汽车其他部位质量的减轻，轮毂质量的减轻对燃油的节省效果最为明显。

1926年，德国奔驰汽车公司在历经三年的钻研后，研发出采用铆接铝轮辋式挤压成型的轮辐式铝轮毂，这种铝制轮毂最初仅用于赛车制造。而铝制轮毂在普通汽车上的广泛应用是在第二次世界大战之后。此后，铝制轮毂的研究和生产技术都有了巨大的飞跃。到了1980年，美国阿卢马克斯工程金属工艺公司与索帕里奥工业公司合资在阿肯色州费耶特维尔市建设的全球第一个半固态模锻铝合金轮毂厂建成投产，至此铝合金轮毂的生产迎来的一个全新的变革。这也是铝合金轮毂现代化应用的最初模型。到了1997年，铸铝轮毂已经达到50%的市场占有率。时至今日，大部分汽车生产企业都以铝合金为轮毂结构的主要材料。

4 铝合金轮毂结构与造型设计

进行轮毂造型结构设计时，首先要注意的是车轮安装面，也就是包括支撑面、中心孔、螺栓孔、螺母座等在内的车轮与轮毂的连接部分的设计。螺栓孔的理想设计是将螺栓孔拧紧时力矩能够均匀地传递到安装面。中心孔的间隙在设计时一定要足够，这样才能避免汽车在恶劣的自然环境中车轮和轮毂锈死的情况发生。还应注意减小轮辐和轮辋边缘的焊接负荷，减小边缘部分的刚度，以使边缘部分即使受到较大冲击也不至于断裂，同时使边缘部分能够弯曲变形从而起到缓冲作用。轮辋设计时要注意以轮胎、轮辋壁厚和制动系统为依据，气门的位置应远离轮辋对焊处，充分考虑其与制动鼓、里程表所需的空隙。

以此为基础，根据铝合金材质的特点，加强对铝合金轮毂造型的设计创新，使汽车能够在保持其基本性能的基础上更加美观。铝合金汽车轮毂的制造工艺主要包括铸造、锻造、机加工、打磨抛光、热处理、涂装等方式。铸造和锻造是将原材料进行加工使材质成型，这是铝合金轮毂制造的首要也是基础步骤。采用不同的铸造或者锻造方式制造出来的轮毂具有很大差别，但是目前因为技术和成本等一系列原因，汽车制造厂商采用最多的还是低压铸造方式。对铝合金轮毂造型的创新首先要从锻造或者铸造方式入手。比如辐板式轮毂的辐板的形状可以进行大胆想象和创新，做一些个性化的设计。轮毂的通风口也可以在保证通风散热的基础上进行创新设计，比如可以将通风口设计成汽车LOGO的镂空图案等。当然，铸造或者锻造出的铝合金轮毂只是一个半成品，距离美观还有很大差距。这就需要一系列的后续工作，比如再对轮毂进行打磨抛光、涂装等，使轮毂在满足基本性能的基础上具有审美效果，打磨抛光使轮毂表面更光洁美观；而涂装，最基本的功能是保护轮毂，在能够实现保护功能的前提下，可以通过涂装颜色的变化，使轮毂看起来更有个性。

5 结语

铝合金拥有密度低、耐蚀性好、刚性好、储量高、易加工和易回收利用等特点。随着目前的汽车制造界对汽车环保节能的关注，汽车轻量化是未来包括中国在内的世界汽车制造的趋势，所以，铝合金材质在未来的汽车制造行业中必将发挥越来越重要的作用。轮毂作为汽车的重要部件之一，通过对铝合金材质的应用，可以实现美观、轻便的功能，进而促进汽车行业不断向前

发展。

参考文献

[1] 王祝堂.铝合金轮毂工业的发展[J].轻合金加工

技术，1994，（3）.

[2] 李宏禹.汽车轮毂造型与结构设计一体化方法研究

[D].燕山大学，2010.

[3] 郄彦辉.铝合金车轮的结构分析及优化[D].河北

工业大学，2003.

[4] 王周军.铝合金汽车车轮的强度分析及优化[D].

河北工业大学，2004.

作者简介：张宏远（1985—），男，内蒙古赤峰人，诺博橡胶制品有限公司助理工程师。