談汽車輪轂造型設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)

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摘要：輪轂作為汽車行駛系統(tǒng)的重要組成部分，起著支撐、轉(zhuǎn)向、行駛和制動(dòng)的作用，其性能直接影響行駛安全性、操縱穩(wěn)定性和行駛舒適性等。隨著私家車購(gòu)買市場(chǎng)的擴(kuò)大和對(duì)定制化的追求，越來越多的中國(guó)消費(fèi)者開始關(guān)注輪轂樣式的選擇，從而使鋁合金輪轂結(jié)合了多種風(fēng)格，大方美觀，安全舒適性等諸多特征，成為汽車輪轂發(fā)展的主要方向。

關(guān)鍵詞：汽車；輪轂；設(shè)計(jì)；結(jié)構(gòu)分析

1鋁合金輪轂的應(yīng)用

根據(jù)市場(chǎng)的需要，研究中國(guó)傳統(tǒng)文化和中國(guó)人民的美學(xué)特征，并討論如何開發(fā)汽車輪轂，同時(shí)兼顧本地特色的工業(yè)設(shè)計(jì)美學(xué)和虛擬三維軟件。該方法有效地提高了輪轂設(shè)計(jì)系統(tǒng)的效率和質(zhì)量，從而使設(shè)計(jì)過程更加專業(yè)化和質(zhì)量更高。實(shí)用的能源和環(huán)境保護(hù)的理由對(duì)輕型汽車技術(shù)的研究在全世界引起了廣泛的興趣，除了使用成品法來改進(jìn)汽車部件的結(jié)構(gòu)以獲得最佳設(shè)計(jì)之外，該研究還包括：提高汽車部件中輕質(zhì)合金材料的比例是實(shí)現(xiàn)汽車輕質(zhì)化的主要途徑之一。40多年前，主要工業(yè)化國(guó)家在石油危機(jī)之后，看到了在機(jī)械工業(yè)特別是汽車工業(yè)廣泛使用輕合金的可能性。他們生產(chǎn)和大量使用了輕質(zhì)合金部件，以減少燃燒量、凈化排放氣體、延長(zhǎng)車輛壽命和改善車輛安全。為了使輕質(zhì)合金成為現(xiàn)代汽車制造中使用最多和最先進(jìn)的材料。

2鋁合金輪轂的優(yōu)勢(shì)

作為汽車的一個(gè)重要部分，輪轂對(duì)節(jié)能、環(huán)境保護(hù)、汽車安全和控制具有重大影響，而將鋁合金材料用于輪轂制造是汽車體重下降的最典型表現(xiàn)。而中國(guó)擁有豐富的鋁資源，幾乎完全可以回收和再循環(huán)，并在環(huán)境保護(hù)方面具有絕對(duì)的優(yōu)勢(shì)。①使用鋁合金輪轂可以節(jié)省燃料。同樣大小的鋁合金輪轂比鋼鐵輪轂輕2公斤，如果一輛汽車使用4公斤，就會(huì)減少8公斤。每當(dāng)汽車重量減少1公斤時(shí)，每年節(jié)省約20升汽油。雖然鋁合金輪圈比鋼輪圈貴，但其節(jié)省的燃料足以支付每輛車長(zhǎng)達(dá)20000公里的費(fèi)用。由于鋁合金輪轂質(zhì)量低，發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷降低，從而降低發(fā)動(dòng)機(jī)的故障率并延長(zhǎng)發(fā)動(dòng)機(jī)的壽命。②鋁合金輪轂具有良好的散熱性，并且整個(gè)汽車的安全性很高。鋁合金的熱傳導(dǎo)系數(shù)是鋼的三倍，在車輛的高速駕駛中，熱效應(yīng)良好。地面摩擦產(chǎn)生的熱量可以快速分散，輪轂保持在適當(dāng)?shù)臏囟?，制?dòng)鼓和輪胎不能衰老，從而降低了在相同條件下通過高速駕駛線在長(zhǎng)距離上斷裂汽車地風(fēng)險(xiǎn)。提高輪胎壽命，保證車輛的正常駕駛，并大大提高汽車高速駕駛的安全性能。③鋁合金輪轂真圓，尺寸精度高，整個(gè)汽車的駕駛和操作平衡良好。通常，常規(guī)鋼輪輞的徑向和軸向振動(dòng)值為±1，普通鋁合金輪輞±0.5和高檔鋁合金輪輞±0.3。高精度輪轂可以提高車輛的起動(dòng)和傳動(dòng)靈敏度，消除車輛體長(zhǎng)度和方向盤變動(dòng)的問題，任意控制方向盤，并且車輛的轉(zhuǎn)彎更輕和更靈活。④堅(jiān)固耐用鋁合金輪轂高電壓、沖擊和高溫強(qiáng)度使得它在汽車工業(yè)、航空工業(yè)和國(guó)防工業(yè)中發(fā)揮了重要作用。⑤鋁合金輪轂的形狀良好，易于加工，形狀優(yōu)美。由于鋼鐵輪轂的生產(chǎn)工藝有限，形狀是單調(diào)的，剛性的，形狀沒有變化。該低壓鑄造方法允許制造具有任意空間表面和形狀的鋁合金輪轂，以及光澤和顏色效果的組合，該輪轂可以適應(yīng)不同的型號(hào)以提高汽車本身的價(jià)值和美麗，滿足汽車本身的需要。不同用戶的身份和適應(yīng)現(xiàn)代汽車形狀的要求。

3汽車輪轂造型設(shè)計(jì)方法分析

根據(jù)形狀，現(xiàn)代產(chǎn)品建模方法的內(nèi)容可分為四種以功能為基礎(chǔ)的產(chǎn)品形狀設(shè)計(jì)方法、文化符號(hào)、品牌形象和藝術(shù)美學(xué)。輪轂是汽車的安全元件和時(shí)裝裝飾元件，同時(shí)必須具有本地特性，因此，輪轂必須采用基于功能、文化符號(hào)和藝術(shù)美學(xué)的形狀設(shè)計(jì)方法。主要功能是實(shí)現(xiàn)功能、基于結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)、追求視覺風(fēng)格簡(jiǎn)單、清晰、精美，主要是幾何形狀。文化符號(hào)可以通過其外形的文化視覺傳輸符號(hào)從語義角度表達(dá)其形式的意義。藝術(shù)美學(xué)在藝術(shù)語言中塑造產(chǎn)品形態(tài)，通過生物設(shè)計(jì)在產(chǎn)品中尋求突破和創(chuàng)新。

3.1功能主導(dǎo)幾何造型法

從產(chǎn)品形狀轉(zhuǎn)化為平面形狀的角度來看，這是一種新的幾何形狀，其產(chǎn)生的效果來自基體形狀之間的分離、接觸、復(fù)疊、透疊、結(jié)合、加減等。是產(chǎn)品形狀平面顯示的來源。然而，該產(chǎn)品以三維形式出現(xiàn)，即幾何形狀的形狀，例如球體、脊柱、盒、旋轉(zhuǎn)體等，以通過添加、減法、重建、轉(zhuǎn)換來完成基于另一種產(chǎn)品的形狀的創(chuàng)建。同時(shí)，幾何形狀可以通過側(cè)重于主部分和簡(jiǎn)化形狀和顏色而達(dá)到諸如簡(jiǎn)單性和均勻性等全局形狀跟蹤的效果。產(chǎn)品以功能為導(dǎo)向，追求新的理念，簡(jiǎn)潔，新穎的先進(jìn)風(fēng)格。它繼續(xù)簡(jiǎn)單的幾何形狀，去除不必要的裝飾，正直、平靜、合理的直線線路，主要是中性顏色或灰色，并繼續(xù)進(jìn)行高質(zhì)量的設(shè)計(jì)美學(xué)。其目的是在功能性、人機(jī)工程學(xué)、人文化和時(shí)尚感之間取得極佳的平衡，同時(shí)確保產(chǎn)品的功能結(jié)構(gòu)，以反映現(xiàn)代魅力。

3.2語意造型法的表現(xiàn)

文化象征是通過設(shè)計(jì)產(chǎn)品的語義符號(hào)傳遞文化內(nèi)涵和遺產(chǎn)。產(chǎn)品形狀的含義，除以指示性和象征性的含義，指示性的含義是與產(chǎn)品的物質(zhì)功能密切相關(guān)的廣義語義內(nèi)容，包括使用目標(biāo)、操作方式、結(jié)構(gòu)和功能等理性領(lǐng)域。人類尺度和機(jī)器；象征性語言則指產(chǎn)品的精神功能，包括反映心理、社會(huì)和文化象征性價(jià)值觀的情感、經(jīng)驗(yàn)和非理性內(nèi)涵。它通過產(chǎn)品本身的形狀間接表達(dá)產(chǎn)品本身的內(nèi)容，因此產(chǎn)品作為視覺圖像的形狀不僅具有表面形式的意義，而且具有深刻的文化意義，使產(chǎn)品成為人類文化和文明的象征和載體。語言的含義主要通過在我們的文化中代表歷史、民族、習(xí)俗、地區(qū)等的符號(hào)來傳遞。每種文化都有超越實(shí)際功能和特性的文化內(nèi)涵和內(nèi)涵。為了使現(xiàn)代設(shè)計(jì)反映出產(chǎn)品的文化象征，人們必須理解傳統(tǒng)，并通過這些特定的文化象征感受到記憶的歷史根源。除了提取傳統(tǒng)文化的典型語義符號(hào)來設(shè)計(jì)產(chǎn)品形態(tài)之外，設(shè)計(jì)還可以從文化圖像的表達(dá)開始，也就是說，形狀以某種意識(shí)形態(tài)來傳遞某種精神意義。使用語義符號(hào)可以清楚地表達(dá)作者希望表達(dá)的思想和情感，而使用文化符號(hào)則是表達(dá)一個(gè)國(guó)家本地產(chǎn)品的重要手段。因此，必須使用象征性的語義技巧將中國(guó)傳統(tǒng)文化結(jié)合起來，并利用文化魅力確保文化魅力和輪轂形狀的內(nèi)涵。文化象征性語義基本上是對(duì)傳統(tǒng)符號(hào)的適當(dāng)模仿，因此兩者之間有某種聯(lián)系。

4汽車輪轂結(jié)構(gòu)分析

輪轂結(jié)構(gòu)是形狀設(shè)計(jì)的先決條件，輪轂結(jié)構(gòu)是明確的，形狀設(shè)計(jì)是有針對(duì)性的。因此，必須確保輪轂結(jié)構(gòu)的大小、力、剛性、形狀、加工技術(shù)等要素準(zhǔn)確、有效和優(yōu)化。高水平的設(shè)備，采用先進(jìn)的真空和高壓鑄造工藝，加工工藝簡(jiǎn)陋，質(zhì)量輕，耐腐蝕，耐久，易于維護(hù)，高強(qiáng)度，穩(wěn)定性均衡，耐沖擊和疲勞，盡管其價(jià)格幾乎是兩倍。從多個(gè)組合方式來看，它總是非常受廣大用戶的歡迎，市場(chǎng)前景尤其廣闊。輪轂由三個(gè)部分組成：輪輞、芯和半徑。輪輞主要用于安裝、支撐和緊固輪胎，用輪胎支撐輪轂上的負(fù)荷，在高速駕駛期間在輪胎上產(chǎn)生的熱量，以及確保輪轂的適當(dāng)?shù)慕孛鎸挾群蜋M向剛性；車輪芯安裝在橋上?；蛐D(zhuǎn)滾筒軸承旋轉(zhuǎn)滾筒；半徑的主要作用是將輪輞連接到車輪的核心，以確保兩者的正常運(yùn)行。一方面，輪轂通過輪輞與輪胎調(diào)節(jié)，另一方面，輪轂通過連接汽車的半徑、芯和橋梁發(fā)揮支撐、駕駛、轉(zhuǎn)向、驅(qū)動(dòng)和制動(dòng)作用。整體輪輞和半徑永久連接，半徑簡(jiǎn)單且均勻，組合為兩個(gè)或多個(gè)部件相對(duì)復(fù)雜。簡(jiǎn)而言之，根據(jù)原始輪轂，本發(fā)明是用于長(zhǎng)城SUVLAND型HAFH6對(duì)應(yīng)輪轂的，該輪轂的形狀可以是一個(gè)簡(jiǎn)單的整體形狀，使用深溝輪輞和半徑形狀來設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)最終以“確保輪轂在大氣中的形狀，美麗，合理的結(jié)構(gòu)，與整個(gè)汽車的外觀和諧，最佳匹配”為基礎(chǔ)。如圖1所示。

5輪轂參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)

輪轂參數(shù)也要遵循一定的指標(biāo)，通過以下六條詳細(xì)說明：①輪輞輪廓的尺寸特征：主要有額定輪輞直徑、檢查周邊、額定直徑、操作寬度、輪輞基座的形狀和大小、輪輞邊緣的形狀和大小、輪輞槽的深度和寬度以及孔口的大小。閥門輪輞輪廓大小的特征通常反映輪轂和輪胎的調(diào)整要求。各國(guó)有不同的標(biāo)準(zhǔn)，例如中國(guó)的GB、日本的JIS、美國(guó)的TRA和美國(guó)的ISO。確定輪輞外側(cè)輪廓曲線的尺寸和形狀以確保輪胎和輪胎的安裝的適配性。②輪轂連接尺寸特性：包括板式輪輻的中心孔直徑、最小安裝平面直徑、偏距、輪轂螺栓孔數(shù)目及輪轂螺栓孔分布圓直徑、螺栓孔形狀尺寸等。輪轂連接尺寸特性反映輪轂與車橋配合的要求，一般也有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。③輪轂強(qiáng)度：包括疲勞強(qiáng)度、沖擊強(qiáng)度以及焊接強(qiáng)度。輪轂強(qiáng)度體現(xiàn)輪轂的工作能力，通常有標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)方法和不同級(jí)別性能要求。且輪轂強(qiáng)度指標(biāo)必須和配套主機(jī)或配套輪胎對(duì)負(fù)荷和壽命的要求相對(duì)應(yīng)。④輪轂精度：包括輪輞周長(zhǎng)偏差、橫向和徑向跳動(dòng)量、安裝面平面度、氣門嘴孔精度、定心精度及斷面厚度公差。輪轂精度體現(xiàn)其工作質(zhì)量，有標(biāo)準(zhǔn)的檢測(cè)方法和不同水平的控制指標(biāo)。輪轂精度要適應(yīng)整車性能要求和保證裝車后工作可靠。⑤平衡性：是輪轂相對(duì)本身定心基準(zhǔn)的動(dòng)不平衡或靜不平衡量，有不同級(jí)別的標(biāo)準(zhǔn)。其平衡影響到車輛高速行駛的安全性和穩(wěn)定性，應(yīng)按整車的要求加以控制。⑥氣密性：是輪轂材質(zhì)及工藝過程能確保輪輞在一定壓力下密封的能力。主要針對(duì)無內(nèi)胎用輕合金輪轂提出，有標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。明確輪轂各個(gè)參數(shù)及指標(biāo)可保證輪轂結(jié)構(gòu)合理，造型美觀，與整車相匹配。

6汽車輪轂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)要點(diǎn)

在確保全面設(shè)計(jì)的同時(shí)，輪轂結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮到以下各點(diǎn)：車輪安裝表面，包括支撐表面、中央孔、螺栓孔等，適于在這里提供合理的安裝；半徑邊緣和通風(fēng)孔設(shè)計(jì)成減小輪輞和半徑的合成焊接負(fù)荷，以減小邊緣部分的剛性；增強(qiáng)環(huán)形凸緣環(huán)。必須考慮提高輻射的抗彎曲剛性，以限制過度曲率變形。同時(shí)，車輪結(jié)構(gòu)還必須根據(jù)具體情況考慮假期半徑和遺體角。

7結(jié)語

根據(jù)市場(chǎng)需求，研究中國(guó)傳統(tǒng)文化和中國(guó)人的審美特征，探討如何結(jié)合工業(yè)設(shè)計(jì)與虛擬3D軟件的美學(xué)，開發(fā)具有地方特色的汽車樞紐。該方法有效地提高了樞紐設(shè)計(jì)系統(tǒng)的效率和質(zhì)量，使設(shè)計(jì)過程更加專業(yè)、實(shí)用。以便為輪轂設(shè)計(jì)師提供良好的參考。

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作者：韓超 單位：秦皇島中秦渤海輪轂有限公司