全地形越野车辆防滑轮胎带轮毂结构

做行走系统结构设计快十二年，经手的非道路车辆轮胎方案不下四十套，看到这套带五辐轮毂的深齿越野胎结构，第一反应是给全地形作业车辆做配套的行走部件。这类轮胎最常见的应用场景，是林区作业的小型四驱运输车、沙滩休闲全地形车、厂区内短距离转运的重载电动托盘车，还有户外作业的小型工程机械行走端，和普通公路胎的设计逻辑完全不一样，核心要解决的是非铺装路面的抓地力、复杂地形的抗穿刺能力，还有低速重载下的胎体形变控制问题。

先从胎面设计说起，这套胎的块状胎齿深度比普通乘用车主胎高近60%，胎齿边缘做了阶梯式的倒角处理，不是直上直下的方块结构，这种设计的实际作用是在泥泞、松软沙土地面行驶时，胎齿切入土层的过程中不会因为应力集中出现胎块崩裂，同时胎齿之间的排泥槽宽度做了加宽处理，槽底做了圆弧过渡，避免泥土、碎石卡在槽内导致抓地力失效，之前做过一款林区运输车的轮胎方案，一开始排泥槽做窄了，雨后林地行驶不到三公里胎面就被黏土糊满，爬坡时直接打滑侧移，后来把槽宽加到胎齿宽度的1.2倍才解决问题，这套胎的排泥槽比例刚好卡在这个经验值区间。胎侧的加厚筋条是针对非铺装路面的侧向剐蹭设计的，林区行驶时经常会碰到路边的树枝、裸露的岩石，普通公路胎胎侧厚度只有5-6mm，稍微剐蹭就会出现帘线断裂鼓包，这套胎的胎侧加厚区域厚度能到12mm，筋条沿着胎侧周向均匀分布，既能提升侧向抗冲击能力，也能在低胎压行驶时限制胎体的过度形变，避免胎圈和轮毂压合位置出现脱开的问题。

配套的五辐轮毂结构，做了等强度的辐条截面优化，辐条和轮辋连接的位置做了大圆弧过渡，没有尖锐的应力集中角，这一点在做有限元分析的时候能省不少事，之前碰到过不少外购轮毂，辐条根部是直角过渡，在冲击载荷下应力集中系数能到3.2以上，过个深坑很容易出现辐条断裂。轮毂的中心定位孔做了台阶式设计，和车轴轴头配合的时候能实现径向定位，不会出现装配偏心导致的高速行驶抖动，螺栓孔的分布圆直径是按照小型非道路车辆的通用安装尺寸做的，适配市面上多数120mm分布圆的车轴法兰，安装的时候不需要额外做转接法兰，能直接替换同规格的原厂轮胎总成。轮辋的胎圈座位置做了滚花处理，和轮胎胎圈的摩擦力比光滑轮辋高40%左右，大扭矩输出的时候不会出现轮胎和轮毂相对滑转的问题，之前做电动全地形车的时候，一开始用光滑轮辋，起步扭矩大的时候轮胎在轮辋上转了近30度，气门嘴都被扯断了，后来改成滚花胎圈座就彻底解决了这个问题。

从安装边界来看，这套轮胎总成的外径控制在420mm左右，轮辋宽度是160mm，安装的时候需要预留的转向摆动间隙是单侧35mm，避免打满方向的时候胎侧蹭到车架或者悬挂摆臂。轮胎的额定充气压力是180kPa，这个压力下的单胎额定载荷能到320kg，四个轮胎搭配的话整车载荷能覆盖1吨以内的作业需求，完全满足小型作业车辆的使用要求。胎面的胶料配方从结构来看是兼顾耐磨和抗撕裂的天然橡胶混炼配方，胎面硬度控制在邵氏A65度左右，既不会因为太硬在碎石路面出现蹦跳，也不会因为太软在铺装路面行驶时磨损过快。

做这类轮胎建模的时候，最容易出问题的是胎面花纹的阵列逻辑，很多新手建模的时候直接用圆周阵列复制胎齿，忽略了胎面花纹的变节距设计，这套胎的胎齿其实做了小角度的周向错位，不是完全等角度均匀分布的，这种设计能降低行驶过程中的花纹共振噪音，虽然非道路车辆对噪音要求不高，但长时间作业的时候，共振会导致胎体早期疲劳开裂，这个细节很多非行业内的建模者很容易忽略。另外胎体内部的帘线层虽然在外观模型上看不到，但做结构设计的时候必须考虑帘线的缠绕角度，常规的越野胎帘线角度是和胎冠中心线成32度夹角，这个角度下胎体的径向刚度和侧向刚度能达到最优平衡，既可以缓冲路面冲击，也能保证转向时的侧向支撑力。

实际选型的时候，这类轮胎不适合长时间在高等级公路上高速行驶，因为深胎齿在硬路面上的滚动阻力比公路胎高30%以上，长时间高速行驶会导致胎面温度快速升高，加速胶料老化，如果是需要兼顾公路和非道路行驶的场景，可以把胎齿的边缘做小倒角处理，降低硬路面的接触应力。另外装配的时候要注意胎圈的润滑，不能用机油类的润滑剂，会腐蚀胎圈的橡胶材质，应该用专用的轮胎安装润滑膏，装配后充气到额定压力的1.2倍，检查胎圈和轮辋的贴合位置是否均匀，没有凸起错位之后再把压力调到额定值，避免行驶过程中出现胎圈脱开的安全问题。