[實(shí)用新型]一種長碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料汽車輪轂

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201420496310.2
• 申請日: 2014-09-01
• 公開（公告）號: CN204415020U
• 公開（公告）日: 2015-06-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 方鯤;李玫
• 申請（專利權(quán)）人: 北京納盛通新材料科技有限公司
• 主分類號: B60B5/02
• 分類號: B60B5/02
• 代理公司: 無
• 代理人: 無

技術(shù)領(lǐng)域

汽車輪彀是高速旋轉(zhuǎn)的主承力結(jié)構(gòu)件，與車身結(jié)構(gòu)件相比，減重效益更為突出。同時(shí)，車輪減重還會帶來汽車動力性能的躍升，如制動、加速、轉(zhuǎn)向以及降低回旋效應(yīng)等，從整車角度來綜合考量，這些性能的改善將使汽車的綜合效能明顯提升。汽車輪彀的輕量化已成為汽車企業(yè)追求卓越的重要表現(xiàn)。

熱固性復(fù)合材料(FRP)輪轂被用于賽車以及小批量生產(chǎn)(short?production?runs)。然而，與可注射成型的熱塑性復(fù)合材料(FRT)輪轂相比，熱固性復(fù)合材料(FRP)輪轂制造過程相對更復(fù)雜且更昂貴，因而不適合大批量量生產(chǎn)。

澳大利亞一家碳纖維技術(shù)公司在2012年美國拉斯維加斯舉行的國際汽車零配件展覽會(SEMA)上推出的世界上第一個(gè)整體式碳纖維熱固性復(fù)合材料輪轂。這種CR-9碳纖維熱固性復(fù)合材料輪轂每個(gè)僅重6.81～8.17kg，其質(zhì)量相比合金輪轂輕40％～50％。

2013年Smart汽車公司的新型熱塑性復(fù)合材料(CFRT)車輪輪轂，整套車輪由兩部分組成：實(shí)際支撐組件以及輪罩。兩組部件都具有支撐功能，在行駛條件下可以承載高負(fù)荷。該塑料復(fù)合材料(CFRT)車輪僅重6kg，比標(biāo)準(zhǔn)鋁車輪輕30％。與CR-9整體式碳纖維熱固性復(fù)合材料輪彀和DYMAG公司的碳纖維復(fù)合材料/鎂合金組合式輪彀不同，Smart公司的全塑碳纖維熱塑性復(fù)合材料車輪采用長玻纖增強(qiáng)聚酰胺(Ultramid?Structure)熱塑性復(fù)合材料，通過注塑成型工藝制備。無論從加工成本，還是成型效率來講，這種熱塑性復(fù)合材料輪轂的注塑成型都更具優(yōu)勢。

汽車輪轂復(fù)合材料化的綜合效益顯著。然而，作為保證汽車行駛安全的重要部件，汽車輪轂不僅需要承受整車重量及載重，還要傳遞驅(qū)動扭矩。同時(shí)，汽車車輪的幾何形狀復(fù)雜，受力情況難于確切描述，這些為汽車輪轂的復(fù)合材料化帶來極強(qiáng)挑戰(zhàn)。

1)汽車輪轂設(shè)計(jì)應(yīng)充分考慮復(fù)合材料的力學(xué)性能特點(diǎn)，設(shè)計(jì)制造整體式汽車輪轂結(jié)構(gòu)。整體式結(jié)構(gòu)在充分挖掘復(fù)合材料強(qiáng)度特性的同時(shí)，避免了輻板和輪輞的連接問題，既簡化了工序，也提高了汽車輪轂的整體結(jié)構(gòu)剛度和強(qiáng)度，有利于提高耐久性和安全性。

2)汽車車輪在行駛過程中，經(jīng)常會受到路邊石的高速沖擊，而復(fù)合材料對沖擊損傷又比較敏感，因此復(fù)合材料汽車輪轂對抗沖擊性能的要求比其它結(jié)構(gòu)件高，沖擊試驗(yàn)也是車輪性能檢測試驗(yàn)中的一種。復(fù)合材料的沖擊性能主要受復(fù)合材料體系和成型工藝的影響，優(yōu)選復(fù)合材料體系和成型工藝是制備高抗沖擊性復(fù)合材料汽車輪轂的主要手段。

3)作為汽車部件使用，也可以采用表面防護(hù)等方法防止路邊石直接沖擊到復(fù)合材料汽?車車輪內(nèi)表面，降低車輪沖擊損傷的風(fēng)險(xiǎn)。制動摩擦熱的散發(fā)性能是汽車輪轂設(shè)計(jì)和制造除力學(xué)性能外需要考慮的另一個(gè)關(guān)鍵性能。和鋼制或者鋁合金汽車輪轂相比，復(fù)合材料的散熱性能差。為提高復(fù)合材料汽車輪轂的散熱性，可以從復(fù)合材料體系和汽車車輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)兩方面著手。DYMAG公司的碳纖維/鎂合金組合式輪彀采用高導(dǎo)熱材料制備汽車剎車盤和碳纖維輪輞組成整體汽車輪彀，通過高導(dǎo)熱材料剎車盤增強(qiáng)汽車輪彀散熱能力。此外，通過汽車輪轂造型設(shè)計(jì)，靠自身旋轉(zhuǎn)散發(fā)熱量，這也給復(fù)合材料汽車輪轂的散熱設(shè)計(jì)提供了借鑒。

復(fù)合材料和金屬材料的力學(xué)特性完全不同，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：1)復(fù)合材料為力學(xué)性能具有明顯的各向異性，呈現(xiàn)出很強(qiáng)的可設(shè)計(jì)性，而金屬材料則為各向同性；2)復(fù)合材料和金屬材料的破壞模式不同，復(fù)合材料破壞模式呈現(xiàn)復(fù)雜多樣，屬于多尺度漸進(jìn)式韌性破壞，而金屬材料的破壞為呈現(xiàn)塑性變形主導(dǎo)的屈服破壞。不同的決定源于設(shè)計(jì)理念的不同，不同設(shè)計(jì)決定對部件的服役失效評估準(zhǔn)則不同。因此，必須將復(fù)合材料的性能特性與復(fù)雜汽車輪轂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)融入部件設(shè)計(jì)理念，才有可能推動先進(jìn)復(fù)合材料作為汽車主承力輪轂結(jié)構(gòu)件的應(yīng)用，從而達(dá)到汽車輪轂輕量化設(shè)計(jì)目的，實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)。

背景技術(shù)

現(xiàn)有國內(nèi)外生產(chǎn)的復(fù)合材料輪轂通常采用碳纖維增強(qiáng)熱固性復(fù)合材料制作，熱固性復(fù)合材料輪轂普遍存在比重大、吸潮易變形、不耐低溫、抗沖擊性差、成本高的不足或缺陷，使用不能滿足特殊要求。