[发明专利]轻质碳纤维复合材料轮毂

说明书

本发明提供了一种轻质碳纤维复合材料轮毂，它解决了碳纤维轮毂生产成本较高等问题，其包括轮辋和车轴安装座，轮辋和车轴安装座之间通过若干相对其中心轴线对称的轮辐连接，轮辐呈片状且靠近轮辋的一端的宽度大于靠近车轴安装座的一端，轮辐为单个和多个沿周向方向间隔排列设置，轮辋具有铝合金材质的内层以及包覆在内层外侧且由碳纤维复合材料制成的外层。本发明具有生产成本低、结构强度高等优点。

技术领域

本发明属于轮毂技术领域，具体涉及一种轻质碳纤维复合材料轮毂。

背景技术

轮毂是轮胎内廓轮钢通过立柱连接的轮芯旋转部分，即支撑轮胎的中心装在轴上的金属部件。又叫轮圈、钢圈、轱辘、胎铃。轿车的轮毂轴承过去最多的是成对使用单列圆锥滚子或球轴承。随着技术的发展，轿车已经广泛的使用轿车轮毂单元。轮毂轴承单元的使用范围和使用量日益增长，已经发展到了第三代：第一代是由双列角接触轴承组成。第二代在外滚道上有一个用于将轴承固定的法兰，可简单的将轴承套到轮轴上用螺母固定。使得汽车的维修变的容易。第三代轮毂轴承单元是采用了轴承单元和防抱刹系统相配合。轮毂单元设计成有内法兰和外法兰，内法兰用螺栓固定在驱动轴上，外法兰将整个轴承安装在一起。现阶段市面上大部分为低压铸造的铝合金轮毂或铁毂，低端轮毂的市场已经越来越饱和，且成本控制越发严格，这种市场已无未来。为此，碳纤维轮毂逐步进入人们的视野。但目前碳纤维轮毂主要运用与轿车领域，摩托车等非主流车辆对于碳纤维轮毂关注不足。在实际的运用中，碳纤维轮毂由于其材料成本较高、加工难度较大，制约了它在轮毂中的运用。

为了解决现有技术存在的不足，人们进行了长期的探索，提出了各式各样的解决方案。例如，中国专利文献公开了一种纤维增强热塑性树脂基复合材料汽车轮毂的制备方法[201510157931.7]，其包括轮辐和轮圈，轮圈采用拉挤成型热塑性复合材料预浸料，轮辐采用热压成型坯料，首先制得拉挤成型热塑性复合材料预浸料；热压成型坯料采用拉挤成型热塑性复合材料预浸料，先预先裁剪成轮辐结构，然后将轮辐结构热压成型坯料放置在具有轮毂外形结构的内、外模具之间，热压成轮辐热压坯料，然后将拉挤成型热塑性复合材料预浸料卷绕在轮辐热压坯料和具有轮毂外形结构的内模具上，将外模具和内模具闭合，经加热、冷却、开模、修边，即得汽车轮毂。

上述方案在一定程度上解决了常规轮毂材质较重的问题，但是该方案依然存在着诸多不足，例如碳纤维轮毂生产成本较高等问题。

发明内容

本发明的目的是针对上述问题，提供一种设计合理，生产成本低的轻质碳纤维复合材料轮毂。

为达到上述目的，本发明采用了下列技术方案：本轻质碳纤维复合材料轮毂，包括轮辋和车轴安装座，轮辋和车轴安装座之间通过若干相对其中心轴线对称的轮辐连接，轮辐呈片状且靠近轮辋的一端的宽度大于靠近车轴安装座的一端，轮辐为单个和多个沿周向方向间隔排列设置，轮辋具有铝合金材质的内层以及包覆在内层外侧且由碳纤维复合材料制成的外层。片状的轮辐为单个和双个交替排列在轮辋和车轴安装座之间，起到支撑作用，同时筒状的轮辋和片状的轮辐方便碳纤维复合材料进行热压，铝合金与碳纤维复合材料组合，降低了生产难度，从而降低了生产成本。

在上述的轻质碳纤维复合材料轮毂中，轮辋内侧与轮辐的交接处设置有碳纤维复合材料制成的第一加强圈，车轴安装座外侧与轮辐的交接处设置有碳纤维复合材料制成的第二加强圈，第一加强圈和第二加强圈上分别开有供碳纤维复合材料制成的轮辐穿过的限位槽，第二加强圈外部两侧分别开有相对其中心轴线对称的卡接槽。第一加强圈和第二加强圈固定轮辐的相对位置，提高了轮辐与轮辋和车轴安装座连接处的局部结构强度，克服了单一碳纤维复合材料的轮辐抗扭性能不足的缺点，使其可承受较大的转矩。

在上述的轻质碳纤维复合材料轮毂中，第一加强圈和第二加强圈由碳纤维粉通过注塑与轮辋或车轴安装座连为一体，轮辋的外层和轮辐由长纤维或连续纤维增强复合材料通过模压连为一体，轮辋的外层和轮辐外侧覆有聚酰胺树脂层。第一加强圈和第二加强圈采用碳纤维粉固定连接，其加工难度较低，方便快速装配生产，长纤维或连续纤维增强复合材料具有较高的拉伸强度，保证轮辐对轮辋和车轴安装座的支撑稳定性。