提高钢制车轮强度的途径和方法——凌智强（副本）

凌智强

由于车轮是汽车的安全件，行业对车轮的性能要求和试验方法制定了国家标准，它是评判车轮质量优劣的重要依据，也是生产厂家技术实力的具体体现。

什么是车轮的安全性，用专业术语来讲就是车轮在汽车行驶过程中是否会失效。在正常情况下车轮的失效模式是在承受一定数量的、有规律的交变载荷后疲劳失效，因此国家标准制定了车轮的性能要求和试验方法。疲劳失效又分弯曲疲劳和径向疲劳，弯曲疲劳主要针对轮辐的可靠性，径向疲劳主要针对轮辐和轮辋之间的焊接及轮辋的可靠性。车轮作为汽车的安全件还有许多安全指标，如:螺母座强度、轮缘抗冲击强度等，本篇主要是根据本人几十年的工作经验分享提高车轮疲劳强度的途径和方法，供同行参考，并能得到启发

在开篇之前先介绍一下钢制车轮的分类和结构。从用途分有:乘用车车轮、商用车车轮、工程机械车车轮、农用车车轮、沙滩车车轮、特种车车轮等各种用途车辆的车轮，从结构分有滚型车轮、型钢车轮等。

钢制车轮一般由轮辋和轮辐2个零件焊接而成，现在也有合二为一的整体构件车轮。还有少数车轮是由多个零件用螺栓紧固连接而成。

国家标准

影响钢制车轮疲劳寿命的因素有很多，提高钢制车轮疲劳寿命的途径也很多，根据二八法原则我们把最主要的因素列出来，其它因素忽略，主要因素有: 一、材料；二、结构(设计）；三、工艺。材料是提高钢轮强度的途径，结构是提高钢轮刚性的途径，工艺是提高钢轮性能的途径，通过这三种途径能不同程度的提高车轮的疲劳寿命。当然不同的使用条件也是影响钢轮疲劳寿命的重要因素，但我们在这里仅限于讨论设计制造环节

先讨论提高车轮的弯曲疲劳强度(主要针对轮辐）:从有限元分析我们知道汽车在行驶过程中轮辐的应力集中部位主要分布在三个区域，一是螺母座的周边，二是轮辐的凸缘处，三是风孔的两侧面。从大量的性能试验及市场返回的三包件统计分析，轮辐疲劳失效的裂纹源基本上是由这三处首先出现然后扩展。按上述提到的提高轮辐疲劳寿命的三种途径: 一是材料，目前市场已有600MP甚至800MP的高强度轮辐双向专用钢，随着高强度材料的广泛使用，车轮的疲劳寿命有了极大的提高，重量有了明显下降；二是钢轮的结构，这里的结构主要是指车轮的设计结构，在工程力学上在同等材料的情况下好的结构是提高零件刚性的有效手段，那么如何通过车轮的结构来提高刚性呢？要从轮辐应力集中的三个部位着手，即:1、螺母座及周边的结构，采用加强筋、锥体、锥面等增加结构刚性的设计思路；2、轮辐的凸缘处采用多转角小圆弧的典型增强刚性结构；3、风孔型状应选择避免应力集中的风孔造型，同时在满足冷却降温的条件下尽量降低轮辐风孔部位圆周截面的内部应力；三是工艺，工艺是指在车轮制造过程中采用最优的工艺方案及高精度的生产模具，使轮辐应力集中的部位尽量减少材料的拉薄，尤其是螺母座及凸缘部位的材料不能有明显拉薄，并确保这2个部位的内部残余应力为压应力，根据疲劳失效理论，零件内部残余应力的性质(压应力或拉应力）对疲劳寿命影响很大。同时要保证成型设备吨位与成型力相匹配，保证零件各部位形状冲压到位。

提高车轮的径向疲劳强度(主要针对轮辋与轮辐的焊接部位及轮辋强度):汽车能在路面上行驶全靠车轮轴将发动机的动力以旋转扭矩的方式传递给轮辐→_→轮辋→_→轮胎，轮胎附着地面最终给汽车一个前进的动力使汽车向前运行，在这个过程中轮辐就是通过焊缝将扭力传给轮辋。在实际过程中焊缝受到复杂的切向力成为应力集中部位，提高径向疲劳寿命的途径:一是材料，高强度材料的采用提高了轮辋的抗变形能力，但要兼顾材料的焊接性能，即材料的碳当量要满足材料的焊接要求；二是结构，这里的结构主要指:1.根据扭力确定合理的焊缝总长；2.确定合成时轮辐与轮辋的有效接触面积；3.确定轮辐与轮辋之间的过盈量，不要产生过多的额外内应力；4.确定轮辋与轮辐焊接时的合理熔深；三是工艺，工艺的关键是选择适宜的焊接参数及过程控制，即能满足熔深要求又能控制热影响区，使材料晶粒基本均匀一致，根据台架试验和售后三包件统计，径向疲劳的失效模式主要是焊缝及热影响区出现微裂纹漏气，所以所有的措施都是围绕减少焊缝处的应力集中和减少焊接带来的焊接缺陷展开的。

在实际中车轮的失效模式多种多样非常复杂，我们为了便于分析，把问题进行了归类简化，找出主要矛盾进行模型构建，实践与理论结合，试验与实践结合，找出解决问题的途径和方法，再回到试验与实践中检验，反复循环不断提升迭代，取得了一定效果，在此与同行一同分享，希望给同行能带来一点点启发。

欢迎各位同行前来杭州富阳参加行业年会，希望大家在富阳度过一段美好时光

参会人员合影