摩托车轮毂设计说明书

第1章绪论

1.1 摩托车车轮发展概况

随着工业的飞速发展，摩托车工业也快速的壮大起来，摩托车成为了人们出行所使用的主要交通工具之一。尤其是在发展中国家里，摩托车的拥有数量非常庞大。在我国各大城市里，摩托车已经成为许多家庭的主要交通工具。正是由于摩托车市场的庞大的需求量，从而促使了摩托车企业的快速发展，制造摩托车的工艺也在不断进步。摩托车车轮是摩托车中极其重要的部件之一，它的质量好坏直接影响着摩托车行驶的安全和可靠。早期的摩托车速度较低，其车轮结构为刚性连接，轮胎为高压胎。随着轮胎及车轮技术的发展，低压轮胎逐渐取代了高压轮胎。与此同时，低压轮胎又出现了无内胎轮胎。目前，摩托车车轮主要有三种结构形式：轮圈辐条组合式车轮、辐板式整体车轮和轻合金车轮。

轮圈辐条组合式车轮是一种传统的结构型式，该种车轮与早期刚性连接的车轮相比，减震性能较好。但是，这种车轮受结构的限制，车轮的外形变化比较困难，不能适应摩托车外观造型日新月异的需要。并且由于这种结构车轮受轮圈冲孔的限制，不能装配无内胎轮胎，使它的发展大受影响。辐板式整体车轮分为辐板式整体钢车轮和辐板式整体铝车轮。辐板式整体钢车轮主要用于中、低挡小轮摩托车。其钢制轮圈的工艺方法是用钢板卷制后焊接成型，使用一段时间后，焊接部位易生锈造成无内胎车轮漏气。辐板式整体铝车轮有质量小、铝辐板形状容易变化等优势。另外，铝合金轮圈和铝辐板通过表面处理后，可以形成车轮所需要的各种颜色，满足了消费者对多种颜色的需求。轻合金车轮是一种整体式车轮，主要有铝合金车轮和镁合金车轮。镁合金车轮具有比铝合金车轮更诱人的潜在优势。虽然目前镁合金车轮已经开始应用于摩托车，但主要局限于赛车上，它不能像铝合金车轮那样进行大批量生产，其主要是因为：

1) 镁与氧气有极大的亲和力，在液态下镁可以剧烈氧化和燃烧，在熔炼和整个铸造过程中必须在保护性气氛的覆盖下进行，否则会发生燃烧事故。而目前的保护性气氛都涉及环保问题，不仅会破坏大气臭氧层，而且对人体危害性较大，且极易损坏设备和建筑物。

2) 镁合金的化学稳定性差，车轮在使用过程中极易发生腐蚀现象。

3) 目前，尚无公认的适合大批量生产的成套镁合金加工设备和工艺。

铝合金的初次登场是在 50 年代，铝合金车轮首次被用于追求高性能的赛车中。

因为铝合金车轮质量轻、散热性能好，并且具有良好的外观，所以，铝合金车轮逐步

代替了钢制车轮。

铝合金车轮具有以下特点：

1) 散热快、安全。由于轿车在高速行驶时，轮胎与地面摩擦会产生较高的温度，制动盘和制动片摩擦会产生较高的温度，在这样的高温作用下，轮胎和制动片均会加速磨损和老化，制动效率下降，轮胎气压升高，易造成爆胎和刹车失灵的事故。铝合金的传热系数比钢材大 3 倍，可将轮胎和制动盘上产生的热量迅速传导到空气中去，避免了轮子在高速运转下产生的种种弊病，从而增强了制动效能、提高了轮胎和制动盘的使用寿命、有效的保障了汽车的安全行驶。

2) 重量轻、节能。铝材比重比钢材小，平均每只铝合金车圈比钢质车圈要轻2公斤左右，一辆轿车以 5 只车轮（包括一只后备车轮）计算可减轻重量10 公斤。减轻重量也就意味着节省燃料。

3) 舒适性好。铝合金车圈是精密的铸造件，精加工表面达到80％到90％，失圆度和不平衡很小，特别是铝合金的弹性模数较小，抗振性好，能减少行驶中的车身振动，提高了整车的舒适性。

4) 外观漂亮。铝合金车圈外表是经抗腐蚀处理再静电粉体涂装，它可以铸成各种花式外形，让人感到有一种美观、精致和豪华的感觉。有车族往往不惜重金更换自己中意的花式外形。基于铝合金材料有众多的优点，我国摩托车工业也主要是生产铝合金车轮，本课题也采用应用广泛的铝合金材料做为摩托车轮毂的材料。

1.2我国压铸技术的发展

压铸工艺是一种高效率的少、无切削金属的成型工艺，从19世纪初期用铅锡合金压铸印刷机的铅字至今已有150多年的历史。由于压铸工艺在现代工业中用于生产各种金属零件具有独特的技术特点和显著的经济效益，因此长期以来人们围绕压铸工艺、压铸模具及压铸机进行了广泛的研究，取得了可喜的成果。

中国压铸业不断追求技术进步，不断追求高品质生产。压铸总体水平与国外先进水平相比虽有差距，但从某些经常用来评价压铸技术水平的指标来看，这种差距正在缩小。

压铸是一个高度依赖技术经验的行业，中国压铸专业人员不足、整体技术素质偏低。无国界的市场，使我国压铸企业面临发展壮大的机会，同时也面临着日益激烈的竞争风险。人才是企业生存和发展的根本，企业要不断地学习运用先进的生产技术，必须培养高素质的技术和管理人才。只有这样，才能使中国压铸业取得更大进步。

1.3压力铸造基本知识

1）压力铸造原工艺过程

压力铸造（简称压铸）是在高压作用下将液态或半液态金属快速压入铸型中，并在压力下凝固而获得铸件的方法。

压铸所用的压力一般为30~70MPa，充型速度可达5~100m/s，充型时间为0.05~0.2s。金属的压力铸造广泛用于汽车、冶金、机电、建材等行业。目前90%的镁铸件和60%的铝铸件都采用压力铸造成型。

金属液在高压下以高速填充铸型，并在压力下冷却，是压铸区别于其他铸工艺的重要特征。

压力铸造的主要工序可分为：合型、压射、顶出三个阶段。压铸机的主要结构简图如图下所示。

图1.1压铸机主要结构简图

1—拉杆；2—合模座；3—动模座；4—定模座；5—压铸模

1.4压力铸造的特点

1）优点

①生产率高，压铸机没小时可压铸50～150次，甚至有的可达500次；便于实现自动化或半自动化；

②铸件的尺寸精度高，标准公差可达IT8～11；表面粗糙度低，Ra=0.8～3.2,可直接铸造出螺纹；

③由于在压力下凝固，且速度快，因此，铸件晶粒细小、表面紧实、强度和硬度高；

④便于采用镶铸法（嵌铸法）。

2）缺点

①压铸时由于液态金属填充速度高，液态不稳定，故采用一般压铸法时，铸件易产生气孔，不能进行热处理；

②对内凹复杂的铸件，压铸较为困难；

③高熔点合金（如铜，黑色金属），压铸型寿命较低；

④不宜小批量生产，其主要原因是压铸型制造成本高，压铸机生产效率高，小批量生产不经济。

1.5压铸应用范围和注意要点

①压铸是实现少无切削加工的精密铸造技术，在汽车、航空、仪表、国防等工业部门广泛用于非铁金属的小型、薄壁、形状复杂件的大批量生产。

②铸件壁厚均匀，以3-4mm的壁厚为宜，最大壁厚应小于8mm，以防止缩孔、缩松等缺陷。

③铸件不宜进行热处理或在高温下工作，以免铸件内气孔中的气体膨胀而导致铸件变形或断裂。

④由于内部疏松，铸件塑性和韧性差，故它不适合于制造受冲击的零件。

⑤铸件应尽量避免机械加工，以防内部孔洞外漏。

第2章压铸件的工艺分析与设计

2.1压铸件的工艺分析

图2.1铸件

本课题中铸件如图2-1所示铸件的材料牌号为：ZL104。其合金牌号为：ZAlSi9Mg 该合金的铸造性能好，无热裂倾向、气密性高、线收缩小；但形成针孔的倾向较大熔炼工艺较复杂。合金的耐蚀性好，切削加工性和焊接性一般。铸造铝合金对各种铸造工艺的适应性都很好，可以用于砂型铸造、金属型铸造、熔模铸造、壳型铸造、低压铸造、压铸、连续铸造等。同一牌号的合金，用不同工艺铸造，其力学性能有所不同。ZL104 属于铝硅合金，铝硅合金有良好的铸造性能，经变质处理和热处理后，有良好的力学性能和耐蚀性能，是应用最广的铝合金。

2.2压铸件的设计

2.2.1零件轮辋的主要形式

轮辋是摩托车轮毂与外轮胎直接接触的部件，它的几何形状较为复杂，并且已经形成了统一的标准。根据国家标准，摩托车轮辋系列 GB13202—91，轮辋的类型分很多种，主要有圆柱型（WM 型）、5°斜底式（MT 型）、斜底式（边式）、对开槽式以及深（槽）式。本课题要求为圆柱型轮辋如下图所示：

图2-2轮辋

圆柱型胎圈座轮辋轮廓尺寸（WM型轮辋）见下表：

轮

辋

名

义

宽

度

代

号

A0.1

5.0

+

-

B min

C G±0.5 H0.15.0+-P min R1min R2R3max R4min

R5m

in

1.10 28.0 5.0 50 7.0

7.0 3.0 1.5

5.5

1.5 5.0

7.0

1.20 30.5 5.5 5.5 9.0 6.0

1.35 34.0

6.5

6.0 10.0

7.5

3.5 2.0 6.5

1.40 36.0 8.0

10.

1.50 38.0

7.5

6.5 10.5

8.0

4.0

2.0

7.0

2.0

5.5

11.

5

1.60 40.5 7.5 1

2.0 4.5 8.0 6.0

13.

1.85 47.0

8.5 10.5 14.0 9.0

5.0

12.5 7.0

15.

2.15 55.0 7.5 18.

5

2.50 6

3.5 9.5

3.0 19. 0

2.75 70.0

10.5 12.0 11.0 3.0

3.00 76.0

该课题中轮辋R5=10mm、G=10.2mm、A=40.6mm、B=5mm。

2.2.2轮毂零件的分析

轮毂零件图如下图所示：

由零件图可以看出，该轮毂虽然结构较为复杂，但它的对称度很好，轮辋采用圆柱型（WM 型）。轮毂有七个成51.43℃的条幅，轮毂中部设有花键连接，整体壁厚没有非常薄的地方，铸造性良好，且容易出模。该轮毂的轮辋与轮盘整体成型，是一件式铝轮毂。

(a) (b)

图2.3轮毂零件(a)及三维图(b)

2.2.3压铸件的尺寸精度

压铸件的尺寸精度取决于压铸件的设计、模具结构以及模具制造的质量。通常压铸件的尺寸精度比模具的精度低3~4级。压铸件的尺寸稳定性取决于工艺因素、操作条件、模具修理次数及其使用期限等各个方面。压铸件的尺寸精度一般按机械加工精度来选取，在