JP2012086672A - Wheel for automobile - Google Patents

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憲史 藤田
Tamotsu Shimizu
保 清水
Kazuhiro Nishimaru
和宏 西丸
Toshihito Kuchiki
稔人 朽木
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To attain an increase in fatigue strength and a decrease in weight of a wheel for an automobile.SOLUTION: In the wheel for the automobile with a rim and a disc press-fitted into the rim, the disc has a disc attachment surface, and a hat which is constituted of a curved part R3 protruding from the disc attachment surface and has an annular form concentric with the disc, and has an intermediate curved part R2 protruding toward a disc outer surface between the disc attachment surface and the curved part R3 constituting the hat. The inclination of a line which is in contact with the intermediate curved part R2 and the curved part R3 constituting the hat is within a range of 0.7-1.1.

Description

本発明は、自動車用ホイールに関する。   The present invention relates to an automobile wheel.

自動車用ホイールは、例えば、スチール、アルミニウム合金等の板材をロール成形によって作製したリムに、スチール、アルミニウム合金等の板材をプレス成形によって作製したディスクを圧入嵌合して製造される。ホイールのディスク剛性を向上させれば、ディスクを薄肉化でき、自動車用ホイールの軽量化を図ることができる。   An automobile wheel is manufactured, for example, by press-fitting a disc made of a plate material such as steel or aluminum alloy by press molding into a rim made of a plate material such as steel or aluminum alloy by roll molding. If the disc rigidity of the wheel is improved, the disc can be thinned and the weight of the vehicle wheel can be reduced.

例えば、特許文献１では、ディスクのハットにおける径方向の内側斜面に形成された湾曲部に１００ＭＰａ以上の残留応力を付与したディスクホイールに関する発明が開示されている。特許文献２には、ディスクの中心からハットの頂部までの距離ｄＨとディスクの中心からディスクのフランジ外周までの距離ｄｍａｘの間に、０．６５≦ｄＨ／ｄｍａｘ≦０．８の関係を持つホイールに関する発明が開示されている。 For example, Patent Document 1 discloses an invention relating to a disc wheel in which a residual stress of 100 MPa or more is applied to a curved portion formed on a radially inner slope of a disc hat. Patent Document 2 discloses that 0.65 ≦ d H / d max ≦ 0.8 between the distance d H from the center of the disk to the top of the hat and the distance d max from the center of the disk to the outer periphery of the flange of the disk. An invention relating to a wheel having a relationship is disclosed.

特開２００１−１８０２０２号公報JP 2001-180202 A 特開２００８−１１４７２３号公報JP 2008-114723 A

板材をプレス成形してなるディスクにおいては、剛性を高めることが、すなわち疲労強度を向上させることとなる。その剛性に寄与し、疲労強度を左右する最大の要素は、ディスクの板厚と形状である。しかし、板厚を厚くすることは軽量化に反する。このため、板厚はできるだけ薄くし、強度の向上は、その形状によって付与することが望ましい。   In a disk formed by press-molding a plate material, increasing rigidity, that is, improving fatigue strength. The greatest factor that contributes to the rigidity and affects the fatigue strength is the thickness and shape of the disk. However, increasing the thickness is contrary to weight reduction. For this reason, it is desirable to make the plate thickness as thin as possible and to provide the strength improvement depending on the shape.

特許文献１に記載の発明によれば、付与した残留応力によって、ディスクの剛性を付加的に向上させる効果があることは予想されるが、ディスクをどのような形状にすべきかについては一切開示されていない。特許文献２に記載の発明によれば、ホイール剛性が向上するとされているが、ディスクの剛性は、ハット高さ、ハット内側面の形状によって大きく左右されるものであり、単にハットの位置だけで決まるものではない。   According to the invention described in Patent Document 1, it is expected that there is an effect of additionally improving the rigidity of the disk due to the applied residual stress, but there is no disclosure what kind of shape the disk should be. Not. According to the invention described in Patent Document 2, it is said that the wheel rigidity is improved, but the rigidity of the disk is greatly influenced by the hat height and the shape of the inner surface of the hat, and only by the position of the hat. It is not decided.

このように、従来技術においては、ホイールの疲労強度を向上させ、ひいてはホイールの軽量化を実現できる程度にまでディスク形状について詳細に検討されていないのが実情である。   Thus, in the prior art, the actual situation is that the disk shape has not been studied in detail to such an extent that the fatigue strength of the wheel can be improved and thus the weight of the wheel can be reduced.

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、リムと、リムに圧入嵌合されるディスクとを備える自動車用ホイールにおいて、ディスク形状を最適化することにより、ホイールの疲労強度の向上および軽量化を実現できる自動車用ホイールを提供することを目的とする。   The present invention has been made to solve the above-described problems, and in an automobile wheel including a rim and a disk press-fitted to the rim, the fatigue strength of the wheel is optimized by optimizing the disk shape. An object of the present invention is to provide an automobile wheel that can realize improvement and weight reduction.

本発明は、下記の自動車用ホイールを要旨とする。   The gist of the present invention is the following automobile wheel.

（１）リムと、リムに圧入嵌合されるディスクとを備える自動車用ホイールであって、ディスクは、ディスク取付け面と、ディスク取付け面から突出した湾曲部で構成され、ディスクと同心の環状をなすハットを有し、ディスク取付け面からハットを構成する湾曲部までの間に、ディスク外面方向に突出した中間湾曲部を有し、中間湾曲部およびハットを構成する湾曲部に接する直線の傾きが０．７〜１．１の範囲にある自動車用ホイール。   (1) An automobile wheel including a rim and a disk press-fitted to the rim, wherein the disk includes a disk mounting surface and a curved portion protruding from the disk mounting surface, and has an annular shape concentric with the disk. An intermediate curved portion protruding in the direction of the outer surface of the disc between the disc mounting surface and the curved portion constituting the hat, and the inclination of the straight line in contact with the intermediate curved portion and the curved portion constituting the hat is Automotive wheel in the range of 0.7 to 1.1.

（２）中間湾曲部およびハットを構成する湾曲部の間に、ディスク内面方向に突出した逆湾曲部を有する上記（１）の自動車用ホイール。   (2) The automotive wheel according to (1) above, wherein the intermediate curved portion and the curved portion constituting the hat have a reverse curved portion projecting toward the inner surface of the disk.

（３）リムおよびディスクがともに鋼製である上記（１）または（２）の自動車用ホイール。   (3) The automobile wheel according to (1) or (2) above, wherein both the rim and the disk are made of steel.

（４）ハット表面に生じる周方向の応力と、ハット裏面に生じる径方向の応力との差が２０N/mm2以下である上記（１）から（３）までのいずれかの自動車用ホイール。 (4) The automotive wheel according to any one of (1) to (3) above, wherein a difference between a circumferential stress generated on the hat surface and a radial stress generated on the back surface of the hat is 20 N / mm 2 or less.

本発明によれば、リムと、リムに圧入嵌合されるディスクとを備える自動車用ホイールの疲労強度を向上させることができ、ひいては、ホイールの軽量化を実現することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fatigue strength of the wheel for motor vehicles provided with a rim | limb and the disk press-fitted by a rim | limb can be improved, and the weight reduction of a wheel can be implement | achieved by extension.

本発明に係る自動車用ホイールの例を示す断面図。Sectional drawing which shows the example of the wheel for motor vehicles based on this invention. 本発明に係る自動車用ホイールのディスクハット周辺の例を示す拡大図。The enlarged view which shows the example of the disc hat periphery of the wheel for motor vehicles based on this invention. 図２における接線の傾きと、応力値との関係を示す図。図中●はハット表面の周方向応力を、図中■はハット裏面の径方向応力をそれぞれ意味する。The figure which shows the relationship between the inclination of the tangent in FIG. 2, and a stress value. In the figure, ● indicates the circumferential stress on the hat surface, and ■ indicates the radial stress on the back surface of the hat.

図１に示すように、本発明に係る自動車用ホイールにおいて、例えば、ディスク２は、全体として略円盤状を有し、中心にハブ穴３が形成され、ハブ穴３の外周にハブを取付けるためのボルト穴４が形成され、さらにその外周にハット６が形成されている。ディスク２の外縁には軸方向に沿って内側に折り返されてフランジ５が形成されている。そして、リム１のウェル７にはディスク２のフランジ５が圧入され、これらを溶接することにより嵌合し、自動車用ホイールが製造される。   As shown in FIG. 1, in the automobile wheel according to the present invention, for example, the disk 2 has a substantially disk shape as a whole, a hub hole 3 is formed at the center, and a hub is attached to the outer periphery of the hub hole 3. Bolt holes 4 are formed, and a hat 6 is formed on the outer periphery thereof. A flange 5 is formed on the outer edge of the disk 2 by being folded inward along the axial direction. Then, the flange 5 of the disk 2 is press-fitted into the well 7 of the rim 1, and these are fitted by welding to produce an automobile wheel.

図２に示すように、ハット６は、ディスク２の取付け面８から突出し、ディスク２と同心の環状をなしており、湾曲部Ｒ３で構成されている。そして、ディスク２は、その取付け面８から立ち上がる湾曲部Ｒ１と、湾曲部Ｒ１と湾曲部Ｒ３との間にディスク外面方向に突出した中間湾曲部Ｒ２を有している。   As shown in FIG. 2, the hat 6 protrudes from the mounting surface 8 of the disk 2, has an annular shape concentric with the disk 2, and includes a curved portion R <b> 3. The disc 2 has a curved portion R1 rising from the mounting surface 8, and an intermediate curved portion R2 projecting in the disc outer surface direction between the curved portion R1 and the curved portion R3.

本発明の自動車用ホイールにおいて、中間湾曲部Ｒ２およびハット６を構成する湾曲部Ｒ３に接する直線の傾きが０．７〜１．１の範囲にある必要がある。以下、その理由を説明する。   In the automobile wheel of the present invention, the inclination of the straight line in contact with the intermediate bending portion R2 and the bending portion R3 constituting the hat 6 needs to be in the range of 0.7 to 1.1. The reason will be described below.

自動車用ホイールにおけるディスク２の強度は、回転曲げ耐久試験により評価される。本発明者らの研究により、試験中には、ハット表面６ａに径方向（図２中の左右方向）に生じるタテ割れと、ハット裏面６ｂに周方向（図２中の紙面に垂直な方向）にヨコ割れが生じ、表面のタテ割れはハット表面６ａの周方向の応力値が影響し、裏面のヨコ割れはハット裏面６ｂの径方向の応力値が影響しており、これらのバランスを調整することが重要であることが分かった。   The strength of the disk 2 in the automobile wheel is evaluated by a rotating bending durability test. According to the study by the present inventors, during the test, a vertical crack generated in the radial direction (left and right direction in FIG. 2) on the hat surface 6a and a circumferential direction (direction perpendicular to the paper surface in FIG. 2) on the hat rear surface 6b. The surface cracks are affected by the stress value in the circumferential direction of the hat surface 6a, and the side cracks are affected by the stress value in the radial direction of the hat back surface 6b. It turns out that is important.

そこで、図２に示すように、湾曲部Ｒ１の中心線とハット６頂部のディスク２の径方向の距離をＡとし、ディスク取付け面８からハット頂部までのディスク２の軸方向の距離をＨとし、さらに、湾曲部Ｒ２と湾曲部Ｒ３の接線とそれぞれの湾曲部との接点における、ディスク２の径方向（図２中の左右方向）距離をＸ、ディスク２の軸方向（図２中の上下方向）の距離をＹとする。このとき、Ｒ１、Ｒ２およびＲ３の曲率は一定とし、その条件で、Ｒ４の中心点を移動させ、Ａ値を変動させることにより、湾曲部Ｒ２および湾曲部Ｒ３の接線の傾き（Ｙ／Ｘ）を調整した。接線の傾き（Ｙ／Ｘ）に対するハット表面の周方向応力と、ハット裏面の径方向応力との変化をＦＥＭ解析により解析した。その結果を図３に示す。   Therefore, as shown in FIG. 2, the distance in the radial direction of the disk 2 from the center line of the curved portion R1 and the top of the hat 6 is A, and the axial distance of the disk 2 from the disk mounting surface 8 to the top of the hat is H. Further, the radial direction (left-right direction in FIG. 2) distance of the disk 2 at the contact point between the tangent line of the curved part R2 and the curved part R3 and the curved part is X, and the axial direction of the disk 2 (up and down in FIG. 2). (Direction) is Y. At this time, the curvatures of R1, R2, and R3 are constant, and the center point of R4 is moved and the A value is changed under the conditions, thereby tilting the tangent lines (Y / X) of the bending portions R2 and R3. Adjusted. Changes in the circumferential stress on the hat surface with respect to the tangential slope (Y / X) and the radial stress on the back surface of the hat were analyzed by FEM analysis. The result is shown in FIG.

図３に示すように、接線の傾き（Ｙ／Ｘ）が変化しても、ハット表面の周方向応力はほとんど変化しないが、ハット裏面の径方向応力は大きく変化し、傾きが０．８４付近を底とする放物線を描く。すなわち、ハットの剛性は、ハット裏面の径方向応力を小さくすることが肝要となる。そして、図３に示すように、傾きが小さすぎるか、大きすぎる場合にはハット裏面の径方向応力がハット表面の周方向応力を上回り、特に、接線の傾きが０．７未満であるか、傾きが１．１を超えると、応力値が３２０Ｎ／ｍｍ２を超える。よって、接線の傾きは０．７〜１．１の範囲とする必要がある。特に、接線の傾きが０．７５〜０．９５の範囲とすることが好ましい。これは、接線の傾きを０．７５〜０．９５の範囲に調整することにより、最大応力値がもともと低い応力値である、ハット表面の周方向応力に依存することになるので、回転曲げ試験で亀裂が入りにくく、ハットの剛性が高いものとなる。また、疲労強度も向上する。 As shown in FIG. 3, even if the tangential slope (Y / X) changes, the circumferential stress on the hat surface hardly changes, but the radial stress on the back surface of the hat changes greatly, and the slope is around 0.84. Draw a parabola at the bottom. That is, for the rigidity of the hat, it is important to reduce the radial stress on the back surface of the hat. And, as shown in FIG. 3, if the slope is too small or too large, the radial stress on the back surface of the hat exceeds the circumferential stress on the hat surface, in particular, whether the slope of the tangent is less than 0.7, When the inclination exceeds 1.1, the stress value exceeds 320 N / mm 2 . Therefore, the slope of the tangent line needs to be in the range of 0.7 to 1.1. In particular, the inclination of the tangent is preferably in the range of 0.75 to 0.95. This is because the maximum stress value depends on the circumferential stress on the hat surface, which is originally a low stress value, by adjusting the slope of the tangent to the range of 0.75 to 0.95. This makes it difficult to crack and the hat has high rigidity. Also, fatigue strength is improved.

なお、中間湾曲部Ｒ２と湾曲部Ｒ３の間に湾曲部Ｒ２と湾曲部Ｒ３とは逆向き、すなわち、ディスク内面方向に突出した逆湾曲部Ｒ４を形成するか、湾曲部Ｒ２と湾曲部Ｒ３の間に直線部を形成することが好ましい。このような構成を採用すれば、中間湾曲部Ｒ２および湾曲部Ｒ３に付加される応力同士の影響を排除し、ハットにおける表面周方向応力値と裏面径方向応力値のバランスを確保しやすいからである。   In addition, between the intermediate bending portion R2 and the bending portion R3, the bending portion R2 and the bending portion R3 are opposite to each other, that is, a reverse bending portion R4 protruding toward the inner surface of the disk is formed, or between the bending portion R2 and the bending portion R3. It is preferable to form a straight part between them. If such a configuration is adopted, the influence of stresses applied to the intermediate bending portion R2 and the bending portion R3 is eliminated, and it is easy to secure a balance between the surface circumferential direction stress value and the back surface radial direction stress value in the hat. is there.

リム及びディスクの製造方法は、通常の方法で良い。例えば、ディスクは、下記の（１）〜（５）の工程を含む工程により製造することが可能である。
（１）ディスク用鋼板を打ち抜いてブランクを得る打ち抜き工程、
（２）ブランクの四つのフランジをクランプした状態でディスク形状に加工してディスク成形体を得る絞り工程、
（３）ディスク成形体のフランジを切り落とすトリミング工程、
（４）ディスク成形体のフランジを立ち上げる平滑化工程、および
（５）ディスク成形体に穴を形成する穴抜き工程 The manufacturing method of the rim and disk may be a normal method. For example, the disk can be manufactured by processes including the following processes (1) to (5).
(1) A punching process for punching a steel plate for a disk to obtain a blank,
(2) A drawing process to obtain a disk compact by processing into a disk shape with four blank flanges clamped,
(3) Trimming process for cutting off the flange of the disk molded body,
(4) A smoothing process for raising the flange of the disk molded body, and (5) a hole punching process for forming a hole in the disk molded body.

本発明に係る自動車用ホイールにおける疲労強度を調査するため、接線の傾きが０．６７〜１．２５の範囲にある７種類の自動車用ホイールについて、ＪＩＳ Ｄ４１０３（１９９８）に基づき、図1の装置を用いて、回転曲げ試験を実施した。試験の結果を表１に示す。   In order to investigate the fatigue strength in the automobile wheel according to the present invention, the apparatus shown in FIG. 1 is used for seven kinds of automobile wheels having a tangential slope in the range of 0.67 to 1.25 based on JIS D4103 (1998). Was used to carry out a rotating bending test. The test results are shown in Table 1.

なお、用意した自動車ホイールはいずれも、リム径１５インチ、リム幅６インチ、フランジ形状J、インセット５０ｍｍで、ディスクの材料は、板厚２．９ｍｍの、高張力鋼（５９０ＭＰａハイテン材）を用いたものである。また、ＪＩＳ Ｄ４１０３に規定されている計算式で係数Ｋを１．３３としてモーメントを算出すると、モーメントＭ＝２．３０ｋＮ・ｍで規定回転数は３０，０００回転となる。   In addition, all the prepared automobile wheels are rim diameter 15 inches, rim width 6 inches, flange shape J, inset 50 mm, and the material of the disk is high-tensile steel (590 MPa high-tensile material) with a plate thickness of 2.9 mm. It is what was used. Further, when the moment is calculated with the coefficient K being 1.33 in the calculation formula stipulated in JIS D4103, the specified rotation speed is 30,000 rotations with the moment M = 2.30 kN · m.

Figure 2012086672
Figure 2012086672

表１に示すように、接線の傾き０．７〜１．１の範囲にあるＮｏ．４〜１８では、耐久回転数の平均が２５，０００回転を超えており、良好な疲労強度を有していた。特に、接線の傾き０．７５〜１．００の範囲にあるＮｏ．７〜１５では、いずれも耐久回転数が３０，０００回転を超えており、ＪＩＳ Ｄ４１０３の規格を満足していた。一方、傾きが１．２５のＮｏ．１〜３および接線の傾きが０．６７のＮｏ．１９〜２１では、いずれも耐久回転数が２５，０００回転を下回った。   As shown in Table 1, No. 1 in the range of tangential slope 0.7 to 1.1. In 4-18, the average of the durable rotation speed exceeded 25,000 rotation, and it had favorable fatigue strength. In particular, No. in the range of tangential slope 0.75-1.00. In each of 7 to 15, the durable rotational speed exceeded 30,000, which satisfied the standard of JIS D4103. On the other hand, No. with an inclination of 1.25. 1 to 3 and a tangent slope of 0.67. In 19-21, the durable rotation speed was all less than 25,000 rotation.

本発明によれば、リムと、リムに圧入嵌合されるディスクとを備える自動車用ホイールの疲労強度を向上させることができ、ひいては、ホイールの軽量化を実現することができる。   ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the fatigue strength of the wheel for motor vehicles provided with a rim | limb and the disk press-fitted by a rim | limb can be improved, and the weight reduction of a wheel can be implement | achieved by extension.

１ リム
２ ディスク
３ ハブ穴
４ ボルト穴
５ フランジ
６ ハット
６ａ ハット表面
６ｂ ハット裏面
７ ウェル
８ ディスク取付け面
Ｒ１ 湾曲部
Ｒ２ 中間湾曲部
Ｒ３ ハットを構成する湾曲部
Ｒ４ 逆湾曲部 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Rim 2 Disc 3 Hub hole 4 Bolt hole 5 Flange 6 Hat 6a Hat surface 6b Hat back surface 7 Well 8 Disc attachment surface R1 Curved part R2 Intermediate curved part R3 Curved part R4 which comprises hat Reverse curved part

Claims (4)

リムと、リムに圧入嵌合されるディスクとを備える自動車用ホイールであって、ディスクは、ディスク取付け面と、ディスク取付け面から突出した湾曲部で構成され、ディスクと同心の環状をなすハットを有し、ディスク取付け面からハットを構成する湾曲部までの間に、ディスク外面方向に突出した中間湾曲部を有し、中間湾曲部およびハットを構成する湾曲部に接する直線の傾きが０．７〜１．１の範囲にあることを特徴とする自動車用ホイール。   An automotive wheel comprising a rim and a disk press-fitted to the rim, the disk comprising a disk mounting surface and a curved portion protruding from the disk mounting surface, and forming a hat concentric with the disk An intermediate curved portion protruding in the direction of the outer surface of the disc between the disk mounting surface and the curved portion constituting the hat, and an inclination of a straight line in contact with the curved portion constituting the intermediate curved portion and the hat is 0.7. An automotive wheel characterized by being in the range of -1.1. 中間湾曲部およびハットを構成する湾曲部の間に、ディスク内面方向に突出した逆湾曲部を有することを特徴とする請求項１に記載の自動車用ホイール。   The automobile wheel according to claim 1, further comprising a reverse curved portion projecting toward the inner surface of the disk between the intermediate curved portion and the curved portion constituting the hat. リムおよびディスクがともに鋼製であることを特徴とする請求項１または２に記載の自動車用ホイール。   The automobile wheel according to claim 1 or 2, wherein both the rim and the disk are made of steel. ハット表面に生じる周方向の応力と、ハット裏面に生じる径方向の応力との差が２０N/mm2以下であることを特徴とする請求項１から３までのいずれかに記載の自動車用ホイール。 4. The automobile wheel according to claim 1, wherein a difference between a circumferential stress generated on the hat surface and a radial stress generated on the back surface of the hat is 20 N / mm 2 or less. 5.
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