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摘要：通过车轮总成的轮辋错动测试，分析研究钢制轮辋表面的滚花结构与涂层设计对轮辋错动的影响;提出了不同型号的钢制轮辋，表面应设计不同的滚花结构，并降低轮胎装配面漆膜厚度的观点，供同行参考。
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.
关键词：钢制轮辋;轮辋错动;滚花;漆膜厚度
Key words： steel rim;rim dislocation;knurling;film thickness
0 引言
当轮胎受到的驱动力矩或制动力矩大于车轮轮辋与轮胎之间产生的极限摩擦力矩时，轮胎会沿轮辋周向滑动。这种现象称为轮辋错动。驱动力矩、或者较大的制动力矩都会引起轮辋错动[1]。在这种情况下，轮胎/轮辋组件的平衡性丧失，导致异常振动，轮胎上损失的功率非常大，且加重了轮胎的磨损，胎温上升快，大幅度降低轮胎的寿命。轮辋错动同时对操纵性有不利影响，对车辆的制动性与安全性带来严重挑战。轮胎与轮辋相对滑移与错动的示意图，见图1。
1 轮辋表面涂层设计对轮辋错动的影响
轮辋表面的涂层体系，通常分为：无涂层、仅底漆、底漆+面漆、底漆+中涂漆+面漆、底漆+中涂漆+面漆+罩光漆等类型。总体来看，涂层越复杂，漆膜厚度越厚，越会降低轮辋与轮胎之间的粗糙度，减小摩擦系数，从而加重两者的相对滑移。
随机抽取90件钢制轮辋，分成三组（每组30件），按表面洁净度Sa2.5进行相同的抛丸处理， 然后分组喷涂不同的漆膜厚度，检测表面粗糙度的平均值，相关数值见表1。
其中，“无涂层”的设计，不利于轮辋的防腐蚀性能，影响轮辋使用寿命;“底漆+中涂漆+面漆+罩光漆”涂层体系，成本高，在钢制轮辋的产品定位上，不具有经济适用性，因此，这两种涂层设计，不在本题研究的范畴。另外“底漆+面漆”与“底漆+中涂漆+面漆”体系，在轮辋与轮胎的接触面之间，重点差异在漆膜厚度上，下文统称“传统多涂层设计”。
1.1 “传统多涂层设计”对轮辋错动的影响 在轮辋的涂装工艺中，底漆、中涂漆、面漆等传统喷涂工艺都是常规全喷的，没有进行“局部遮蔽”的特殊处理，甚至有些厂家加喷罩光漆。整个轮辋，所有的表面涂层保持了外观一致性，平均漆膜厚度45～120μm。
结合车轮产品的特点看，轮胎完全遮蔽的区域，喷涂中涂漆与面漆，不仅仅存在比较明显的过度加工浪费。而且，随着总漆膜厚度的增加，輪辋表面原有的坑坑洼洼微观表面，被填平，表面粗糙度降低，摩擦系数减小，轮辋发生错动，轮胎发生圆周方向的相对滑移的风险变得非常大。见图2，传统多涂层且无滚花结构的产品，轮胎轮辋相对错动约14.5cm。市场上，轮辋错动的案例，大多是这种类型的轮辋设计[2]。
1.2 “仅底漆”涂层设计对轮辋错动的影响 轮胎安装接触面“仅底漆”涂层设计的轮辋，如图3所示。轮辋和轮胎装配结合区域在喷涂工艺中采用了局部遮蔽的办法，没有喷涂黄色面漆，仅有一层薄薄的底漆，膜厚10～35μm，该涂层对钢制轮辋底材原有粗糙度的影响非常小。轮辋轮胎之间的粗糙度较大，因此，轮辋和轮胎间的摩擦系数相对较高，有助于减小轮辋和轮胎间的滑移。
2 轮辋表面滚花结构对轮辋错动的影响分析
为防止轮胎在轮辋表面发生相对错动，除了减少表面漆膜厚度，增加表面粗糙度之外，还可以将轮辋表面的胎圈座位置进行滚花处理，使之附上深度适合的花纹，与轮胎形成强有力的咬合力。滚花是用滚花刀滚压到金属制品的表面，使其产生一定的塑性变形而形成花纹的机械工艺，主要作用是防滑用。轮辋表面滚花的截面，通常是毫米级别为单位的波峰波谷形状。
2.1 表面无滚花的轮辋 如图4所示，轮辋装胎区域无滚花，直接和轮胎接触，依靠轮辋表面的粗糙度，以及两者的过盈配合，预防错动。粗糙度越低，越容易产生轮辋错动。
2.2 轮辋的表面滚花 平滚花的表面结构，是滚花刀直接在胎圈座处压制滚花，使轮辋装胎区域带有花纹（这里称为滚花），滚花分为平滚花和凸滚花，平滚花指的是滚花的波峰与无滚花处的母材平齐，而凸滚花的波峰则凸出母材[3]。凸滚花的制造工艺是先用车加工，在钢铁母材对应位置，车出凸台的形状，然后用滚花刀具在凸台上滚出花纹，示意见图5。滚花的作用在于滚花深陷入高弹性的轮胎橡胶中，牢牢抓紧轮胎表面，提高轮辋和轮胎之间的摩擦系数，从而增加摩擦力降低轮辋错动风险。
3 轮辋错动测试
随机抽样轮胎接触部位无滚花、平滚花、凸滚花等三个类型轮辋，进行相同的涂装加工（平均漆膜厚度40～50μm），并安装相同的轮胎，然后送日本车轮试验中心进行滑移测试。轮辋错动测试的试验方案是：将同样的轮胎装配在三个类型的轮辋上，然后将轮辋轮胎总成分别装配在装载机的前轴左右轮上（由于装载机铲斗在前面，因此前轮的使用工况比后轮更加恶劣，使用前轮做试验更具代表性），装配好在轮辋轮胎上面使用标识线做好标识便于后面测量轮辋和轮胎的相对滑移量，然后对装载机进行实地现场测试，测试过程中对实际使用过程中出现的操作动作都要做，而且对称的左右方向动作均做，实地测试3小时后测量轮胎、轮辋标识线的相对滑移错开量即为滑移量。三种类型轮辋的对应测试结果，见图6、图7、图8。
4 结语
通过研究发现，钢制轮辋表面的滚花结构与涂层设计，对轮辋错动程度有显著影响。其中，传统无滚花的轮辋，以及表面漆膜越厚的轮辋，在某些特定工况下，越容易产生轮辋错动，以及轮胎的相对滑移。当轮辋与轮胎接触部位的膜厚控制在35μm以内（单一涂层设计），并增加滚花处理，特别是凸台滚花的表面设计，可以有效避免轮辋错动。
参考文献：
[1]Lee C.轮辋错动与轮胎-轮辋配合的分析和设计[J].轮胎工业，2009，29：726-735.
[2]王仁广，刘昭度，齐志权，马岳峰.轮胎摩擦力与滑移率关系模型的建立方法[J].农业机械学报，2007，38（7）：27-28.
[3]单汝钿.轮辋滚型工艺研究[J].锻压技术，2001，26（4）：37-38.
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.
关键词：钢制轮辋;轮辋错动;滚花;漆膜厚度
Key words： steel rim;rim dislocation;knurling;film thickness
0 引言
当轮胎受到的驱动力矩或制动力矩大于车轮轮辋与轮胎之间产生的极限摩擦力矩时，轮胎会沿轮辋周向滑动。这种现象称为轮辋错动。驱动力矩、或者较大的制动力矩都会引起轮辋错动[1]。在这种情况下，轮胎/轮辋组件的平衡性丧失，导致异常振动，轮胎上损失的功率非常大，且加重了轮胎的磨损，胎温上升快，大幅度降低轮胎的寿命。轮辋错动同时对操纵性有不利影响，对车辆的制动性与安全性带来严重挑战。轮胎与轮辋相对滑移与错动的示意图，见图1。
1 轮辋表面涂层设计对轮辋错动的影响
轮辋表面的涂层体系，通常分为：无涂层、仅底漆、底漆+面漆、底漆+中涂漆+面漆、底漆+中涂漆+面漆+罩光漆等类型。总体来看，涂层越复杂，漆膜厚度越厚，越会降低轮辋与轮胎之间的粗糙度，减小摩擦系数，从而加重两者的相对滑移。
随机抽取90件钢制轮辋，分成三组（每组30件），按表面洁净度Sa2.5进行相同的抛丸处理， 然后分组喷涂不同的漆膜厚度，检测表面粗糙度的平均值，相关数值见表1。
其中，“无涂层”的设计，不利于轮辋的防腐蚀性能，影响轮辋使用寿命;“底漆+中涂漆+面漆+罩光漆”涂层体系，成本高，在钢制轮辋的产品定位上，不具有经济适用性，因此，这两种涂层设计，不在本题研究的范畴。另外“底漆+面漆”与“底漆+中涂漆+面漆”体系，在轮辋与轮胎的接触面之间，重点差异在漆膜厚度上，下文统称“传统多涂层设计”。
1.1 “传统多涂层设计”对轮辋错动的影响 在轮辋的涂装工艺中，底漆、中涂漆、面漆等传统喷涂工艺都是常规全喷的，没有进行“局部遮蔽”的特殊处理，甚至有些厂家加喷罩光漆。整个轮辋，所有的表面涂层保持了外观一致性，平均漆膜厚度45～120μm。
结合车轮产品的特点看，轮胎完全遮蔽的区域，喷涂中涂漆与面漆，不仅仅存在比较明显的过度加工浪费。而且，随着总漆膜厚度的增加，輪辋表面原有的坑坑洼洼微观表面，被填平，表面粗糙度降低，摩擦系数减小，轮辋发生错动，轮胎发生圆周方向的相对滑移的风险变得非常大。见图2，传统多涂层且无滚花结构的产品，轮胎轮辋相对错动约14.5cm。市场上，轮辋错动的案例，大多是这种类型的轮辋设计[2]。
1.2 “仅底漆”涂层设计对轮辋错动的影响 轮胎安装接触面“仅底漆”涂层设计的轮辋，如图3所示。轮辋和轮胎装配结合区域在喷涂工艺中采用了局部遮蔽的办法，没有喷涂黄色面漆，仅有一层薄薄的底漆，膜厚10～35μm，该涂层对钢制轮辋底材原有粗糙度的影响非常小。轮辋轮胎之间的粗糙度较大，因此，轮辋和轮胎间的摩擦系数相对较高，有助于减小轮辋和轮胎间的滑移。
2 轮辋表面滚花结构对轮辋错动的影响分析
为防止轮胎在轮辋表面发生相对错动，除了减少表面漆膜厚度，增加表面粗糙度之外，还可以将轮辋表面的胎圈座位置进行滚花处理，使之附上深度适合的花纹，与轮胎形成强有力的咬合力。滚花是用滚花刀滚压到金属制品的表面，使其产生一定的塑性变形而形成花纹的机械工艺，主要作用是防滑用。轮辋表面滚花的截面，通常是毫米级别为单位的波峰波谷形状。
2.1 表面无滚花的轮辋 如图4所示，轮辋装胎区域无滚花，直接和轮胎接触，依靠轮辋表面的粗糙度，以及两者的过盈配合，预防错动。粗糙度越低，越容易产生轮辋错动。
2.2 轮辋的表面滚花 平滚花的表面结构，是滚花刀直接在胎圈座处压制滚花，使轮辋装胎区域带有花纹（这里称为滚花），滚花分为平滚花和凸滚花，平滚花指的是滚花的波峰与无滚花处的母材平齐，而凸滚花的波峰则凸出母材[3]。凸滚花的制造工艺是先用车加工，在钢铁母材对应位置，车出凸台的形状，然后用滚花刀具在凸台上滚出花纹，示意见图5。滚花的作用在于滚花深陷入高弹性的轮胎橡胶中，牢牢抓紧轮胎表面，提高轮辋和轮胎之间的摩擦系数，从而增加摩擦力降低轮辋错动风险。
3 轮辋错动测试
随机抽样轮胎接触部位无滚花、平滚花、凸滚花等三个类型轮辋，进行相同的涂装加工（平均漆膜厚度40～50μm），并安装相同的轮胎，然后送日本车轮试验中心进行滑移测试。轮辋错动测试的试验方案是：将同样的轮胎装配在三个类型的轮辋上，然后将轮辋轮胎总成分别装配在装载机的前轴左右轮上（由于装载机铲斗在前面，因此前轮的使用工况比后轮更加恶劣，使用前轮做试验更具代表性），装配好在轮辋轮胎上面使用标识线做好标识便于后面测量轮辋和轮胎的相对滑移量，然后对装载机进行实地现场测试，测试过程中对实际使用过程中出现的操作动作都要做，而且对称的左右方向动作均做，实地测试3小时后测量轮胎、轮辋标识线的相对滑移错开量即为滑移量。三种类型轮辋的对应测试结果，见图6、图7、图8。
4 结语
通过研究发现，钢制轮辋表面的滚花结构与涂层设计，对轮辋错动程度有显著影响。其中，传统无滚花的轮辋，以及表面漆膜越厚的轮辋，在某些特定工况下，越容易产生轮辋错动，以及轮胎的相对滑移。当轮辋与轮胎接触部位的膜厚控制在35μm以内（单一涂层设计），并增加滚花处理，特别是凸台滚花的表面设计，可以有效避免轮辋错动。
参考文献：
[1]Lee C.轮辋错动与轮胎-轮辋配合的分析和设计[J].轮胎工业，2009，29：726-735.
[2]王仁广，刘昭度，齐志权，马岳峰.轮胎摩擦力与滑移率关系模型的建立方法[J].农业机械学报，2007，38（7）：27-28.
[3]单汝钿.轮辋滚型工艺研究[J].锻压技术，2001，26（4）：37-38.