竞赛用轻量化轮辋轮胎组件结构设计

　　这套轮辋车轮组件的设计，最初是针对场地竞速类车辆的行走系统需求展开，在做结构方案的时候，首先要平衡的就是簧下质量与结构强度的矛盾——毕竟行走部件每减少一公斤的非簧载质量，对整车操控响应的提升效果，远高于车身部分减重五公斤的收益。从实际装车场景来看，这类组件多用于小排量场地赛车、改装卡丁车的行走端，需要在持续高侧向加速度、频繁急加减速的工况下保持结构稳定性，不能出现轮辋形变、轮胎脱圈这类致命问题。

　　设计过程中首先敲定的是轮辋的安装边界，适配13英寸直径的轮辋规格，对应轮胎的断面宽度255mm，扁平比70%，这个参数组合是场地绕桩赛里比较常见的配置，既能够提供足够的接地面积保证侧向抓地力，又不会因为胎壁过薄在压到赛道接缝、路肩的时候出现胎侧鼓包或者轮辋磕伤的问题。轮辐部分采用了多辐条镂空的网状结构，没有用传统的五辐或者六辐的厚辐条设计，每一根辐条的走向都顺着轮辋旋转时的应力传导路径排布，在螺栓安装孔的位置做了局部加厚的凸台，避免轮毂螺栓锁紧的时候出现应力集中，导致辐条根部开裂。做结构校核的时候，特意模拟了过弯时1.8G侧向加速度、急加速时0.8G纵向加速度的复合载荷工况，确保轮辋的最大形变值控制在0.2mm以内，不会因为形变导致轮胎密封面漏气。

　　轮胎部分的结构设计也做了针对性的优化，胎面采用光面配方的胎面设计，也就是图里看到的无花纹沟槽的样式，这是为了在干燥铺装赛道上最大化接地面积，避免花纹块在大侧向力下出现蠕动形变，影响抓地力的线性输出。胎侧的标识排布做了规整化处理，既保留了规格参数、品牌标识的展示位置，又在胎唇位置做了加厚的钢丝圈结构，和轮辋的胎圈座配合的时候，能够在低胎压工况下依然保持足够的抱紧力，不会因为高速过弯时的胎侧形变出现脱圈风险。实际装配的时候，轮辋的胎圈座位置做了15度的倾斜角设计，和轮胎胎唇的倾斜角度完全匹配，装配时只需要按照标准胎压充气，胎唇就能够自动卡入轮辋的锁止槽，不需要额外涂抹过多的润滑脂，避免后期行驶时润滑脂残留导致轮胎打滑。

　　从安装适配的角度来说，这套组件的中心孔定位直径、螺栓孔分布圆直径都参考了主流改装卡丁车、小型场地赛车的安装标准，不需要额外加装变位器就能够直接适配原车的转向节安装位，轮辋的偏距设置也经过测算，装车之后轮胎的外侧面刚好和翼子板轮眉齐平，不会出现轮胎蹭翼子板、或者轮距过宽导致转向拉杆受力异常的问题。在做三维建模的时候，轮辋的每一个曲面都做了曲率连续处理，不管是后期做铣削加工还是铸造开模，都能够保证模具脱模顺畅，不会出现倒扣或者壁厚不均的问题；轮胎部分的模型也还原了胎侧的弧度、胎唇的刚性结构，做整车装配仿真的时候，可以直接调用这个模型做运动干涉检查，验证转向打满的时候轮胎会不会和下摆臂、减震器支架发生剐蹭。

　　很多刚接触行走系统设计的工程师容易犯的错误，就是只关注轮辋的外观造型，忽略了轮胎和轮辋配合的密封面尺寸，要么是胎圈座的直径公差留得不合理，导致装配的时候轮胎压不进去，要么是跑起来之后慢漏气；还有的设计一味追求辐条的镂空效果，把辐条做的过细，虽然静态看重量很轻，但是实际跑起来经过几次大冲击之后，辐条根部就会出现裂纹。这套设计在做方案迭代的时候，特意把轮辋的壁厚做了梯度变化，靠近胎圈座的位置壁厚稍厚，承担轮胎传递过来的冲击载荷，轮辐中间的位置在保证强度的前提下做了减重掏料，既控制了整体重量，又不会损失结构刚性。另外在轮辋的气门嘴安装位置，也预留了标准的气门嘴安装孔，孔位做了沉台处理，安装橡胶气门嘴的时候能够完全贴合，不会出现高速转动时气门嘴被离心力甩歪的问题。

　　从实际使用的场景延伸来看，这套组件的结构参数也可以经过小幅调整之后，适配到低速电动场地车、景区观光车的行走系统上，只需要调整轮辐的厚度、更换带花纹的通勤轮胎结构，就能够满足不同场景的使用需求，核心的轮辋与轮胎配合的尺寸边界、安装接口参数都可以直接复用，减少重复设计的工作量。做三维结构设计的时候，所有的配合尺寸都预留了合理的公差带，轮辋的安装面平面度控制在0.05mm以内，避免装车之后车轮出现动平衡超差，导致高速行驶时方向盘抖动的问题。