乘用车车轮弯曲和径向疲劳性能要求及试验方法

乘用车车轮承担着支撑汽车的重量、传递动力和扭矩、保持车辆稳定性等重要功能。因此，车轮的质量和性能对汽车的安全性和行驶性能有着至关重要的影响。

车轮的弯曲和径向疲劳性能是车轮质量和性能的重要指标之一。弯曲疲劳性能指车轮在承受侧向载荷时的抗弯曲能力，而径向疲劳性能则指车轮在承受径向载荷时的抗疲劳能力。车轮在长期使用过程中，由于承受各种载荷和环境因素的作用，容易出现弯曲和疲劳破坏，因此对车轮的弯曲和径向疲劳性能进行测试和评估是非常必要的。

一、车轮弯曲性能要求：

车轮的弯曲性能是指车轮在承受横向载荷时，能够承受的最大弯曲应力。车轮的弯曲性能一般要求车轮在承受负荷时不能出现明显的变形，同时车轮的弯曲程度应小于国家标准规定的极限值。

动态弯曲疲劳试验性能要求:动态弯曲疲劳试验强化系数及最低循环次数要求见表1。

表1动态弯曲疲劳试验强化系数及最低循环次数要求

材料

摩擦系数

强化系数

最低循环次数

钢

0.7

1.60

30000

1.33

150000

30000b

1.10

150000b

铝

0.7

1.60“

120000

25000b

1.33

300000

60000b

试验时，钢车轮应同时选用两种强化系数，铝车轮可只选其中一种强化系数。

为铝车轮优先选用的试验系数。

b最低循环次数只适用于备用车轮。

二、车轮径向疲劳性能要求：

车轮径向疲劳性能是指车轮在长期使用过程中，承受径向载荷时的疲劳寿命和疲劳极限。车轮的径向疲劳性能一般要求车轮在经过一定的循环载荷后，不应出现明显的疲劳裂纹和断裂现象。

动态径向疲劳试验性能要求：动态径向疲劳试验强化系数及最低循环次数要求见表2。

表2动态径向疲劳试验强化系数及最低循环次数要求

材料

强化系数

最低循环次数

钢

2.25

600000

2.00

1100000

1.658

600000

铝

2.50

900000

2.25

1150000

2.00

1150000

1.80

400000

推荐以获得满足试验要求的轮胎寿命为基础选择强化系数。

强化系数只适用于备用车轮。

三、车轮弯曲和径向疲劳性能试验方法

1、动态弯曲疲劳试验

试验设备

试验设备应具有一个被驱动的旋转装置和车轮连接件，使车轮在一个固定的弯矩作用下旋转，或车 轮静止不动，而承受一个旋转的弯矩，见图1。

加载系统应保持规定的载荷，偏差不超过试验载荷计算值的±2.5%。车轮连接件连接面应光滑平 整，且与车辆上通常采用的连接件具有相同的装配尺寸特性，表面硬度推荐在HRC40～HRC50,螺栓孔在连接面分布圆上位置度控制在φ0. 10 mm以内。

图 1 动态弯曲疲劳试验示意图

弯矩的确定

按公式(1)确定弯矩M(力F ×力臂L),单位为牛顿米(N · m)。
M=(μR+d)F,S 
式中：
μ —— 轮胎与路面间的设定摩擦系数，见表1;
R    ——轮胎静负荷半径，是车辆或车轮制造商规定的用在该车轮上的最大轮胎静半径，单位为米 (m);
d     —— 车轮内偏距或外偏距(内偏距为正值，外偏距为负值),单位为米(m);
Fv  —— 车辆或车轮制造商规定的车轮最大垂直静负荷或车轮的额定负荷，单位为牛顿(N); S     —— 强化系数，见表1。

试验程序

参考图1将车轮夹紧到试验设备上。将车轮拧紧螺栓(或螺母)拧紧至车辆或车轮制造商所规定的力矩值。如果没有规定，宜设定拧紧力矩为(120±10)N ·m。

设置弯矩、转速和循环次数等试验参数，开始试验。在试验初始阶段，可停机将车轮拧紧螺栓 或螺母重新拧紧一次。试验过程中如果螺栓断裂，则更换全部螺栓后继续试验。

完成规定试验循环次数后停机，用渗透检测或其他可接受的方法检查车轮裂纹情况。

失效判据

出现下列任何一种情况，试验终止，车轮失效：
a)    车轮不能继续承受试验载荷；
b)    原始裂纹产生扩展或出现应力导致侵入车轮断面的新裂纹；
c)    加载点的偏移增量超过试验初始偏移量的10%。

2、动态径向疲劳试验

试验设备

试验设备应具有一个被驱动的转鼓和车轮固定座，使车轮轮胎总成在一个固定径向力作用下旋转， 见图2。转鼓最小直径为1700 mm,宽度应比轮胎断面宽，且表面光滑。车轮固定座连接面应与车辆  上通常采用的连接件具有相同的装配尺寸特性，表面硬度推荐在HRC40～HRC50,螺孔或螺栓在连接  面的分布圆上位置度控制在φ0.10 mm以内。

加载系统应保持规定的载荷，偏差不超过试验载荷计算值的±2.5%。加载方向垂直于转鼓表面， 且与车轮固定座中心和转鼓中心的连线方向一致，转鼓轴线和车轮固定座轴线应平行。

标引序号说明：
1 —— 转鼓；
2 ——车轮轮胎总成；
Fr——径向负荷。

图 2  动态径向疲劳试验示意图

轮胎、充气压力及径向载荷的确定

轮胎的确定
试验首选车辆或车轮制造商指定型号的轮胎。如果未指定，参考GB/T 2978选择试验车轮可配用 的轮胎中具有最大负荷的轮胎。

充气压力的确定
试验车轮轮胎总成的充气压力应符合表3的数值。

表 3  充气压力
                                                                      单位为千帕

在使用载荷下的充气压力

试验充气压力

<160

280

161～280

450

281～450

550

≥450

≥使用气压的1.2倍

允许误差±20 kPa。

径向载荷的确定
按照公式(2)确定径向载荷F,,单位为牛顿(N):

F,=F,K       …………………… (2)

式中：
Fv——车辆或车轮制造商规定的车轮最大垂直静负荷或车轮的额定负荷，单位为牛顿(N); 
K ——强化系数，见表2。

试验程序
参考图2将车轮夹紧到试验设备上。将车轮拧紧螺栓(或螺母)拧紧至车辆或车轮制造商所规定的力矩值。如果没有规定推荐设定拧紧力矩为(120±10)N ·m。

设置载荷，转速和循环次数等试验参数，开始试验。在试验初始阶段，可停机将车轮拧紧螺栓 或螺母重新拧紧一次。试验过程中如果螺栓断裂，则更换全部螺栓后继续试验。在试验期间，轮胎气压 将升高，无需调整。

完成规定试验循环次数后停机，用渗透检测或其他可接受的方法检查车轮裂纹情况。

失效判据
出现下列任何一种情况，试验终止，车轮失效：
a)    车轮不能继续承受载荷或轮胎压力；
b)   原始裂纹产生扩展或出现应力导致侵入车轮断面的新裂纹。

综上所述，车轮的弯曲和径向疲劳性能要求和试验方法是汽车行业中的一个重要技术问题。车轮的弯曲和径向疲劳性能要求应符合国家和行业相关标准，一般要求车轮在承受负荷时不能出现明显的变形和裂纹，同时车轮的弯曲程度和疲劳寿命应小于国家标准规定的极限值。车轮的弯曲和径向疲劳性能试验方法包括弯曲试验、疲劳试验和综合试验等，可以通过这些试验方法全面评估车轮的质量和性能表现。

-THE END-

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