鋼制輪輞表面滾花結構與涂層設計對輪輞錯動的影響

陳超廣

摘要：通過車輪總成的輪輞錯動測試，分析研究鋼制輪輞表面的滾花結構與涂層設計對輪輞錯動的影響;提出了不同型號的鋼制輪輞，表面應設計不同的滾花結構，并降低輪胎裝配面漆膜厚度的觀點，供同行參考。

Abstract： The influence of the knurling structure and coating design on the steel rim surface on the rim dislocation was studied by the tire slippage test of the wheel assembly.It is suggested that different types of steel rims should be designed with different knurling structure on the surface and the thickness of paint film should be reduced.

關鍵詞：鋼制輪輞;輪輞錯動;滾花;漆膜厚度

Key words： steel rim;rim dislocation;knurling;film thickness

0 ?引言

當輪胎受到的驅動力矩或制動力矩大于車輪輪輞與輪胎之間產生的極限摩擦力矩時，輪胎會沿輪輞周向滑動。這種現象稱為輪輞錯動。驅動力矩、或者較大的制動力矩都會引起輪輞錯動[1]。在這種情況下，輪胎/輪輞組件的平衡性喪失，導致異常振動，輪胎上損失的功率非常大，且加重了輪胎的磨損，胎溫上升快，大幅度降低輪胎的壽命。輪輞錯動同時對操縱性有不利影響，對車輛的制動性與安全性帶來嚴重挑戰。輪胎與輪輞相對滑移與錯動的示意圖，見圖1。

1 ?輪輞表面涂層設計對輪輞錯動的影響

輪輞表面的涂層體系，通常分為：無涂層、僅底漆、底漆+面漆、底漆+中涂漆+面漆、底漆+中涂漆+面漆+罩光漆等類型。總體來看，涂層越復雜，漆膜厚度越厚，越會降低輪輞與輪胎之間的粗糙度，減小摩擦系數，從而加重兩者的相對滑移。

隨機抽取90件鋼制輪輞，分成三組（每組30件），按表面潔凈度Sa2.5進行相同的拋丸處理， 然后分組噴涂不同的漆膜厚度，檢測表面粗糙度的平均值，相關數值見表1。

其中，“無涂層”的設計，不利于輪輞的防腐蝕性能，影響輪輞使用壽命;“底漆+中涂漆+面漆+罩光漆”涂層體系，成本高，在鋼制輪輞的產品定位上，不具有經濟適用性，因此，這兩種涂層設計，不在本題研究的范疇。另外“底漆+面漆”與“底漆+中涂漆+面漆”體系，在輪輞與輪胎的接觸面之間，重點差異在漆膜厚度上，下文統稱“傳統多涂層設計”。

1.1 “傳統多涂層設計”對輪輞錯動的影響 ?在輪輞的涂裝工藝中，底漆、中涂漆、面漆等傳統噴涂工藝都是常規全噴的，沒有進行“局部遮蔽”的特殊處理，甚至有些廠家加噴罩光漆。整個輪輞，所有的表面涂層保持了外觀一致性，平均漆膜厚度45～120μm。

結合車輪產品的特點看，輪胎完全遮蔽的區域，噴涂中涂漆與面漆，不僅僅存在比較明顯的過度加工浪費。而且，隨著總漆膜厚度的增加，輪輞表面原有的坑坑洼洼微觀表面，被填平，表面粗糙度降低，摩擦系數減小，輪輞發生錯動，輪胎發生圓周方向的相對滑移的風險變得非常大。見圖2，傳統多涂層且無滾花結構的產品，輪胎輪輞相對錯動約14.5cm。市場上，輪輞錯動的案例，大多是這種類型的輪輞設計[2]。

1.2 “僅底漆”涂層設計對輪輞錯動的影響 ?輪胎安裝接觸面“僅底漆”涂層設計的輪輞，如圖3所示。輪輞和輪胎裝配結合區域在噴涂工藝中采用了局部遮蔽的辦法，沒有噴涂黃色面漆，僅有一層薄薄的底漆，膜厚10～35μm，該涂層對鋼制輪輞底材原有粗糙度的影響非常小。輪輞輪胎之間的粗糙度較大，因此，輪輞和輪胎間的摩擦系數相對較高，有助于減小輪輞和輪胎間的滑移。

2 ?輪輞表面滾花結構對輪輞錯動的影響分析

為防止輪胎在輪輞表面發生相對錯動，除了減少表面漆膜厚度，增加表面粗糙度之外，還可以將輪輞表面的胎圈座位置進行滾花處理，使之附上深度適合的花紋，與輪胎形成強有力的咬合力。滾花是用滾花刀滾壓到金屬制品的表面，使其產生一定的塑性變形而形成花紋的機械工藝，主要作用是防滑用。輪輞表面滾花的截面，通常是毫米級別為單位的波峰波谷形狀。

2.1 表面無滾花的輪輞 ?如圖4所示，輪輞裝胎區域無滾花，直接和輪胎接觸，依靠輪輞表面的粗糙度，以及兩者的過盈配合，預防錯動。粗糙度越低，越容易產生輪輞錯動。

2.2 輪輞的表面滾花 ?平滾花的表面結構，是滾花刀直接在胎圈座處壓制滾花，使輪輞裝胎區域帶有花紋（這里稱為滾花），滾花分為平滾花和凸滾花，平滾花指的是滾花的波峰與無滾花處的母材平齊，而凸滾花的波峰則凸出母材[3]。凸滾花的制造工藝是先用車加工，在鋼鐵母材對應位置，車出凸臺的形狀，然后用滾花刀具在凸臺上滾出花紋，示意見圖5。滾花的作用在于滾花深陷入高彈性的輪胎橡膠中，牢牢抓緊輪胎表面，提高輪輞和輪胎之間的摩擦系數，從而增加摩擦力降低輪輞錯動風險。

3 ?輪輞錯動測試

隨機抽樣輪胎接觸部位無滾花、平滾花、凸滾花等三個類型輪輞，進行相同的涂裝加工（平均漆膜厚度40～50μm），并安裝相同的輪胎，然后送日本車輪試驗中心進行滑移測試。輪輞錯動測試的試驗方案是：將同樣的輪胎裝配在三個類型的輪輞上，然后將輪輞輪胎總成分別裝配在裝載機的前軸左右輪上（由于裝載機鏟斗在前面，因此前輪的使用工況比后輪更加惡劣，使用前輪做試驗更具代表性），裝配好在輪輞輪胎上面使用標識線做好標識便于后面測量輪輞和輪胎的相對滑移量，然后對裝載機進行實地現場測試，測試過程中對實際使用過程中出現的操作動作都要做，而且對稱的左右方向動作均做，實地測試3小時后測量輪胎、輪輞標識線的相對滑移錯開量即為滑移量。三種類型輪輞的對應測試結果，見圖6、圖7、圖8。

4 ?結語

通過研究發現，鋼制輪輞表面的滾花結構與涂層設計，對輪輞錯動程度有顯著影響。其中，傳統無滾花的輪輞，以及表面漆膜越厚的輪輞，在某些特定工況下，越容易產生輪輞錯動，以及輪胎的相對滑移。當輪輞與輪胎接觸部位的膜厚控制在35μm以內（單一涂層設計），并增加滾花處理，特別是凸臺滾花的表面設計，可以有效避免輪輞錯動。

參考文獻：

[1]Lee C.輪輞錯動與輪胎-輪輞配合的分析和設計[J].輪胎工業，2009，29：726-735.

[2]王仁廣，劉昭度，齊志權，馬岳峰.輪胎摩擦力與滑移率關系模型的建立方法[J].農業機械學報，2007，38（7）：27-28.

[3]單汝鈿.輪輞滾型工藝研究[J].鍛壓技術，2001，26（4）：37-38.