[发明专利]一种适用于注塑成型的热塑性复合材料车轮

说明书

技术领域

本发明提供一种适用于注塑成型的热塑性复合材料车轮，它具体涉及一种适用于注塑成型的热塑性复合材料车轮的结构,属于汽车技术领域。

技术背景

结构轻量化是实现汽车节能减排的重要技术手段。采用先进复合材料制造汽车零部件是实现汽车轻量化最重要和最有效手段之一。热固性复合材料具有比强度高、比刚度高等优点，已广泛应用于航空航天等领域，但限于价格较高和生产效率较低等，还没有大批量的广泛应用于民用汽车领域。热塑性复合材料，如长玻纤增强复合材料和碳纤维增强复合材料，力学性能较热固性复合材料低，但其结构可设计性好，一定程度上可以通过结构的强化设计弥补其力学性能的不足。热塑性复合材料具有成本较低、成型加工性能优良、生产节拍快、和绿色环保等优点，使得其在民用汽车领域具有广阔的市场前景。

车轮是汽车的关键安全部件，承受载荷大且形式复杂。研究表明，汽车车轮这类旋转件轻量化的节能效果相当于非旋转件的1.5倍左右。热固性复合材料车轮已少量应用于竞技车辆和高性能汽车上，但由于成本及生产效率等原因，民用汽车基本没有采用。热塑性复合材料车轮，强度高，质量轻，成本低，生产效率高，节能环保，因而具有广阔的市场前景。

签于此，本发明设计了一种适用于注塑成型的热塑性复合材料车轮，由车轮工作工况的受力特点，有针对性的在结构上强化设计，使得车轮满足使用要求。

发明内容

1、目的：本发明的目的是提供一种适用于注塑成型的热塑性复合材料车轮，由车轮工作工况下的受力特点，有针对性的在结构上强化设计。筋骨结构具有较大的刚度质量比，因而将复合材料车轮设计了镂空的结构形式，克服了热塑性复合材料弹性模量较小的缺点。

2、技术方案：

本发明一种适用于注塑成型的热塑性复合材料车轮，其轮辋是由轮辋基底与轮辋加强结构组成,如图1，轮辋基底11类似于铝合金车轮轮辋，轮辋加强结构12依附在轮辋基底11上，二者共同构成的外轮廓满足国标要求的轮辋轮廓。轮辋两侧胎圈座与轮胎接触，对密封性有要求，故轮辋加强结构设计在两个胎圈座中间区域。圆周上将轮辋加强结构划分为若干个区域，如图3(c)，每个区域夹角为θ(能整除360)，对应有一个通过车轮中心的拔模方向，改变θ即可改变轮辋模具的个数。图3(a)、(b)详细说明了轮辋加强结构的构造，轮辋加强结构由预定数目的“加强单元”复制而成，每个“加强单元”有两个肋板交叉而成，呈现X型，在交叉点处有空心圆柱过渡。轮辋加强结构主要由参数Ω、δ、L、t、D和d等控制，改变参数值可改变轮辋加强结构的强度和交叉处应力集中情况。Ω为轮辋加强结构肋板与车轮平面的夹角，当Ω＝90°时，加强结构肋板平行于车轮平面，如图4(a)、(b)，可根据车轮的受载情况，选择合适的角度。轮辋加强结构与轮辋基底有三种相对位置关系：轮辋加强结构在轮辋基底外侧，如图5(a)；轮辋加强结构在轮辋基底内侧，如图5(b)；轮辋加强结构在轮辋基底两侧，如图5(c)。在轮辋近端轮缘处设计了“夹层加强结构”，如图2(a)，近端轮缘201，圆周方向分布的肋板202和环带状肋板203，组成了一端开口的夹层结构，该结构能有效增强轮缘处的强度和刚度。在远端轮缘处设计了类似的“夹层加强结构”，如图2(b)，夹层结构由远端轮缘211，圆周方向分布的肋板212和环带状肋板213组成。除了“夹层加强结构”，也可以在轮缘内置环带加强嵌件，如图6，环带加强嵌件预埋在轮缘内部，与车轮成为一个整体。

本发明一种适用于注塑成型的热塑性复合材料车轮，其轮辐数目是3～12，每条轮辐可看作轮辐基底13和轮辐肋板14组成，如图2。轮辐肋板根据位置关系分为径向肋板方向和环带肋板，如图2(a)，肋板204、205、206和207为径向肋板，肋板208、209和210为环带肋板，二者相互交错，类似“经纬线”形式。可根据车轮的型号和承受载荷的大小，选择合适的肋板数目，并且各个肋板可以设计成不同的厚度。轮辐基底将肋板连接成一个整体，形成镂空的轮辐结构形式。

其中，该复合材料车轮采用注塑工艺一次成型为一个整体。

其中，该轮辋加强结构与轮辋基底有三种相对位置关系：轮辋加强结构在轮辋基底外侧，轮辋加强结构在轮辋基底内侧，轮辋加强结构在轮辋基底两侧。

其中，该环带加强嵌件的材料为热固性复合材料、热塑性复合材料、铝合金或钢中的一种。

其中，为增强轮缘处的强度，综合采用两种强化方案，即内置环带加强嵌件的同时设计“夹层加强结构”。