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轮毂

轮毂又叫轮毂、钢圈、轱辘、胎铃。是轮胎内廓支撑轮胎的圆桶形的、中心装在轴上的金属部件。轮毂根据直径、宽度、成型方式、材料不同种类繁多。

最初的车轮是由一根能够滚动的圆木制成的。古代车毂,大致可分为三种不同形制:第一种是直筒形的或算珠形的。第二种是像削去尖端的枣核,呈腰鼓形。第三种为壶形。1888年,英国人约翰·博伊德·邓禄普取得了充气轮胎的专利。20世纪初,随着工业水平的不断提升,轮毂和轮胎开始逐渐演变成当下的形式。但是早期的金属轮毂大多为铁或钢材质,重量大,影响到了车辆速度的提升。在20世纪20年代,铝合金轮毂被运用到了赛车领域。20世纪60年代,铝合金轮毂开始普及。20世纪70年代铝合金轮毂的发展就此提速。20世纪90年代,中国开始引进汽车铝合金轮毂生产技术。

轮毂作为汽车行驶系统中的重要部件,起着承载、转向、驱动和制动等作用,其性能的好坏直接影响汽车行驶安全性、操纵的稳定性、乘坐的舒适性等。合金轮毂多以铝为基本材料。和钢轮毂相比,合金轮毂具有节能、安全、舒适等特点,所以越来越多的汽车已经把合金轮毂列为标准配置。

历史发展

《后汉书·舆服志》记载,古代器物中,车子具有最复杂的结构,主要由车轮和车箱两个部分组成。车轮比车箱更为重要,只有发明了轮子之后,才出现了车子。《说文·车部》定义车为“舆、轮之总名也”,明确指出车轮和车箱是车的两个主要组成部分。古代文献中也有许多关于车轮重要性的论述。《后汉书·舆服志》指出,古人看到旋转的蓬草发明了轮子,随后根据轮子发明了车,轮子和车相乘,使运输变得无限远,承担了运输的重任。因此,研究古代车制应当从研究车轮开始。最初的车轮是由一根能够滚动的圆木制成的。考古发现的古代车毂,大致可分为三种不同形制:第一种是直筒形的或算珠形的。第二种是像削去尖端的枣核,呈腰鼓形。第三种为壶形。甘肃武威磨咀子48号汉墓出土的车,“轮毂为壶形”q》。长沙203号汉墓出土的轺车,“车毂的侧面轮廓线,很与当时的壶相似,大端为壶底”号,此外云梦县大坟头一号汉墓、贵州兴义汉墓、湖北光化汉墓出土的轮毂,也均为壶形。这三种不同形制的毂,代表了轮毂发展的三个不同阶段。

1888年,英国人约翰·博伊德·邓禄普取得了充气轮胎的专利。虽然一开始是为了自行车配备的,也取得了很大的商业成功,不过很快充气轮胎就被运用到了汽车上。20世纪初,随着工业水平的不断提升,轮毂和轮胎开始逐渐演变成当下的形式,金属轮毂的出现和橡胶花纹轮胎让车辆的安全性得到了很大提高。但是早期的金属轮毂大多为铁或钢材质,重量大,影响到了车辆速度的提升。所以铝合金材质的轮毂自然而然成了工程师的更佳选择,事实上早在20世纪20年代,铝合金轮毂被运用到了赛车领域。20世纪60年代,铝合金轮毂开始普及。国外汽车铝合金轮毂的制造经历了从砂型铸造到铝合金整体车轮的发展过程,在第二次世界大战后被广泛应用于普通汽车上。20世纪70年代石油危机的带来,车辆的燃油经济性成为了各大厂商需要重点考虑的问题,铝合金轮毂的发展就此提速。国外汽车工业开始大规模采用铝合金生产技术,铝合金轮毂已成为汽车工业中不可或缺的一部分。然而,与国外相比,中国引进和发展这项技术的时间还比较短,发展相对缓慢,汽车铝合金轮毂生产技术的正式引进是20世纪90年代。

功能原理

轮毂作为汽车行驶系统中的重要部件,起着承载、转向、驱动和制动等作用,其性能的好坏直接影响汽车行驶安全性、操纵的稳定性、乘坐的舒适性等。轮毂轴承按结构形式分为一代、二代、三代轮毂轴承。一代轮毂轴承主要由内圈、外圈、钢球、保持架组成。一代、二代及三代轮毂轴承的工作原理与普通轴承类似,都是利用钢球在内圈、外圈或者法兰滚道中的滚动,承载并相对旋转,从而使汽车行驶。

主要结构

轮毂由三个部分组成:轮、芯和半径。轮辋主要用于安装、支撑和紧固轮胎,用轮胎支撑轮毂上的负荷,在高速驾驶期间在轮胎上产生的热量,以及确保轮毂的适当的截面宽度和横向刚性;车轮芯安装在桥上。或旋转滚筒轴承旋转滚筒;半径的主要作用是将轮辋连接到车轮的核心,以确保两者的正常运行。一方面,轮毂通过轮辋与轮胎调节,另一方面,轮毂通过连接汽车的半径、芯和桥梁发挥支撑、驾驶、转向、驱动和制动作用。

处理工艺

轮毂根据不同车型的特征和需求,轮毂表面处理工艺也会采取不同的方式,大致可分为烤漆电镀两种。

烤漆轮毂

烤漆轮毂价格适中、经久耐用。普通车型的轮毂在外观上考虑的较少,散热性好是一项基本要求,工艺上基本采用烤漆处理,即先喷涂然后电烤,成本比较经济而且颜色靓丽、保持时间长久,即使车辆报废,轮毂的颜色依旧不变。

电镀轮毂

电镀轮毂又分电镀银、水电镀和纯电镀等类型。电镀银和水电镀轮毂虽然色泽鲜亮生动,但是保持时间较短,所以价格相对便宜。

制造方法

铝合金轮毂的制造方法有三种:重力铸造、锻造、低压精密铸造。

重力铸造法

重力铸造法利用重力把铝合金溶液浇注到模具内,成形后经车床处理打磨,即可完成生产。制造过程较简单,不需精密的铸造工艺,成本低而生产效率高,但是容易产生气泡(沙眼),密度不均匀,表面平滑度不够。

锻造法

整块铝锭由千吨的压力机在模具上直接挤压成型,好处是密度均匀,表面平滑细致,轮毂壁薄而重量轻,材料强度最高,比铸造方法高三成以上,但由于需要较精良的生产设备,而且成品率只有五到六成,制造成本较高。

低压精密铸造法

在0.1Mpa的低压下精密铸造,这种铸造方式的成形性好,轮廓清晰,密度均匀,表面光洁,既能达到高强度、轻量化,又能控制成本,而且成品率在九成以上,是高品质铝合金轮毂的主流制造方法。

基本参数

轮毂的主要尺寸包括ET值和J值,PCD孔距和CB中心孔。

ET值

ET值是指轮毂安装面与轮毂中心线的距离,偏距可以分为正偏距、零偏距、负偏距三种。

J值

J值是可以影响到轮毂能装上多宽的胎,要采用什么类型的轮胎。

PCD

PCD是固定轮毂的螺栓孔位数连成的圆圈直径,4乘100是四个螺栓孔位,这个圆的直径为100毫米。

CBD

bcd是轮毂中心圈,指的是与车辆连接部分的轮毂中心直径。

主要优点

节省燃料

同样大小的铝合金轮毂比钢铁轮毂轻2公斤,如果一辆汽车使用4公斤,就会减少8公斤。每当汽车重量减少1公斤时,每年节省约20升汽油。虽然铝合金轮毂比钢轮毂贵,但其节省的燃料足以支付每辆车长达20000公里的费用。由于铝合金轮毂质量低,发动机负荷降低,从而降低发动机的故障率并延长发动机的寿命。

良好散热性

铝合金的热传导系数是钢的三倍,在车辆的高速驾驶中,热效应良好。地面摩擦产生的热量可以快速分散,轮毂保持在适当的温度,制动鼓和轮胎不能衰老,从而降低了在相同条件下通过高速驾驶线在长距离上断裂汽车地风险。提高轮胎寿命,保证车辆的正常驾驶,并大大提高汽车高速驾驶的安全性能。

稳定性高

铝合金轮毂真圆,尺寸精度高,整个汽车的驾驶和操作平衡良好。通常,常规钢轮辋的径向和轴向振动值为±1,普通铝合金轮辋±0.5和高档铝合金轮辋±0.3。高精度轮毂可以提高车辆的起动和传动灵敏度,消除车辆体长度和方向盘变动的问题,任意控制方向盘,并且车辆的转弯更轻和更灵活。

坚固耐用

铝合金轮毂高电压、冲击和高温强度使得它在汽车工业中国航空工业集团有限公司和国防工业中发挥了重要作用。

易加工

铝合金轮毂的形状良好,易于加工,形状优美。由于钢铁轮毂的生产工艺有限,形状是单调的,刚性的,形状没有变化。该低压铸造方法允许制造具有任意空间表面和形状的铝合金轮毂,以及光泽和颜色效果的组合,该轮毂可以适应不同的型号以提高汽车本身的价值和美丽,满足汽车本身的需要。不同用户的身份和适应现代汽车形状的要求。

保养维护

保养

当轮毂表面有难以清除的污垢时,应选择专业的清洗剂。清洗剂能温和有效地去除污垢,减少对铝合金表面的损伤。此外,轮毂本身有一层金属保护膜,因此在清洗时应特别注意不要使用油漆光亮剂或其他研磨材料。还应注意避免刮擦造成的“硬伤”。一旦出现划痕或变形,应尽快修复并重新喷漆。一旦耽误将会导致锈蚀发生,进而无法修补。

修补

生产厂商

中信戴卡

中信戴卡是全球最大的汽车铝车轮制造商,产品包括铝车轮和汽车动力总成、底盘和车身系统轻量化铝制铸件。截至2020年中信戴卡营业收入为261.03亿元,同比下降1.8%,净利润为7.18亿元,同比下降25.8%。

万丰奥威

万丰奥威是一家以先进制造业为核心的国际化公司,在全球十个国家(地区)拥有制造基地和研发中心,铝合金车轮年产能4000多万套,实现行业细分市场的全球领跑,截至2021年上半年万丰奥威营业收入为55.5亿元,同比增长25.44%,净利润为2.3亿元,同比下降7.71%。

立中集团

立中集团生产的铝合金车轮是汽车的重要零部件,公司持续深耕铝合金车轮轻量化业务,现已发展成为中国内最大的铝合金车轮生产商之一,是行业内拥有从铝合金材料研发制造、模具研发制造、工艺装备设备研究制造到车轮产品设计、制造工艺研发、数字信息化应用为一体的企业。截至2021年上半年立中集团营业收入为86.7亿元,同比增长61.8%,其中铝合金车轮业务收入为24亿元,同比增长37.21%。

发展趋势

中国汽车工业的崛起,汽车铝轮毂行业实现了从无到有、从小到大的跨越式发展。截至2017年,汽车铝轮毂行业市场规模已达845.47亿元,同比增长9.6%。从2003年开始,江苏省上海市广东省浙江省河北省山东省辽宁省等省市大力投资汽车整车的制造。2018年,中国汽车铝轮毂共计出口到173个国家和地区,出口量累计达99.41万吨,出口金额总计47.38亿美元,与2017年同比分别增长7.3%、10.4%。中国为全球最大的铝轮毂制造基地,产品技术成熟,凭借成本优势份额逐步提升。截至2020年中国铝轮毂产量为1.61亿个,同比下降8.52%。国际铝合金轮毂市场将继续刺激着铝合金轮毂行业的发展,出口前景依旧广阔。

相关标准

轮毂作为直接涉及行驶安全的部件,轮毂的安全性尤为重要。轮毂的质量标准有很多种,但这些标准并非国际通用;不同的国家与地区对轮毂的质量标准要求都有所区别。

日本的VIA(JWL)标准认证

日本的VIA/JWL,VIA是日本车辆检查协会的认证标志,而JWL是日本铝合金轮圈测试机构的认证标志。根据测试标准,受测轮圈必须在弯曲负荷耐久测试机以运行50万转为测试标准的径向负荷耐久测试,不得产生轮圈变形或裂纹;13度撞击测试不得产生贯穿性裂纹;30度撞击测试不得产生裂纹,方可视为合格。凡在日本市场上市销售的轮圈都需要经过这两个机构根据《日本轻合金轮圈测试协议规定》制定的轮圈测试。

美国DOT标准认证

DOT即US Department of 搬运作用的缩写,指美国交通部。所有进入美国销售的轮毂都必须通过DOT认证,该认证要求轮圈在弯曲负荷耐久测试及以全负荷运转50万转为测试标准径向负荷耐久测试,不得产生新裂纹,旧裂纹不得继续成长;轮圈螺杆扭力降低不得超过40%;而在撞击测试中受测轮圈在接受30度及90度撞击测试时不得产生裂纹或变形。

德国的TUV标准认证

德国的TUV全称为Technischer überwachungs-Verein,其标志是TUV专为元器件产品提供的安全认证标志。在德国TUV的测试中,受测轮圈需要在弯曲负荷耐久测试以及以全负荷状态下转动100万次为测试标准的径向负荷耐久测试中,不得产生裂纹且螺杆扭力降低不得超过30%;撞击测试中不得产生裂纹且一分钟内不得出现胎压降低。

中国标准认证

由于国标中关于乘用车轮圈的技术标准已作废,因此中国缺乏统一的强制性轮圈测试标准。不过中国自主轮圈品牌自行订立了一套轮圈测试标准:MMS(Mod Max Standard,意为改装最大化标准)。标准测试内容以日本的JWL为基础,但测试要求更为严格。在MMS的标准中,受测轮圈在弯曲负载耐久度测试以及以运行80万转为标准的径向负荷测试中不得出现裂纹和变形;在撞击测试中,除了进行日本JWL的13度及30度撞击测试外,MMS还增加了对轮圈强度要求更高的90度撞击测试。

参考资料

想保持轮毂外观漂亮?教你如何保护汽车轮毂——中新网.中国新闻网.2023-12-01

从木条到碳纤维,这一百多年轮毂是如何演变的?.今日头条.2023-12-01

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汽车轮毂类型有哪些?.中国汽车网汽车频道.2023-12-01

这几个参数为什么对改装轮毂来说非常重要?.今日头条.2023-12-01

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2018年汽车铝轮毂行业市场竞争格局与发展前景分析 区域集中度较高.今日头条.2023-12-01

技术学堂 | 汽车轮圈国际测试标准.今日头条.2023-12-01