[發明專利]一種一體成型的全碳纖維輪轂

有效

• 申請號: 201710366507.2
• 申請日: 2017-05-23
• 公開（公告）號: CN107009815B
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 高鵬
• 申請（專利權）人: 高鵬
• 主分類號: B60B5/02
• 分類號: B60B5/02
• 代理公司: 北京中北知識產權代理有限公司 11253
• 代理人: 李新昂

本發明公開了一種一體成型的全碳纖維輪轂，包括碳纖維材質的輪圈(5)，所述輪圈內一體成型有相互裝配且材質均為碳纖維的輪輻上殼(2)和輪輻下殼(3)；其中，所述輪輻上殼是由至少兩個陣列式的上殼輪轂條組合而成且帶有上殼凹槽的結構，所述上殼輪轂條由Z型結構的輪輻上殼組件(21)左右鑲嵌搭接而成；所述輪輻下殼是由至少兩個陣列式的下殼輪轂條組合而成且帶有下殼凹槽的結構，所述下殼輪轂條由Z型結構的輪輻下殼組件(31)左右鑲嵌搭接固定而成。該輪轂整體采用碳纖維材質，輪輻采用中空結構，從而使整個輪轂在具備高強度的同時將重量降到最低。不僅能夠有效降低輪轂的生產時間而且還能夠極大程度上提高駕駛安全性。

技術領域

本發明涉及一種輪轂，具體是一種一體成型的全碳纖維輪轂，屬于汽車輪轂技術領域。

背景技術

汽車作為交通工具在現代社會中扮演著越來越重要的角色。據預計，至2030年全世界的汽車保有量將達到30億輛，其中中國的汽車保有量約有1.75億輛。汽車數量的幾何式增長，隨之帶來了油耗、環保和安全性等問題。其中，每百公里油耗Y和汽車自身質量X的關系為Y＝0.003X+3.3434。意味著汽車質量每減少100kg，油耗可降低6％～7％。油耗的下降，意味著二氧化碳、氮氧化物等有害氣體排放量的下降。汽車輕量化后有利于降低牽引功率，提高汽車運行速度，減少噪聲和振動，增加車輛的使用壽命。

降低車重一方面是可以改善動態重量；另一方面減輕車重固態重量如減輕輪轂重量同樣能夠減輕整體車身重量。輪轂屬于汽車的簧下質量，也就是汽車避震器之下的重量。該重量越大，車輪在遇到顛簸時跳動的慣性就越大，那么避震器的工作負擔也會更大。避震器負載越大就會將更多的余震和晃動傳遞進車廂，進而傳遞給駕駛者和乘客，從而影響舒適性，操控性和安全性。

一般而言，傳統汽車輪轂以鋼材或鋁合金等制成，進而導致輪轂和輪胎組成的車輪重量大，直接會給動力系統和剎車系統帶來負擔。發動機帶動它需要更多的動力，油耗和加速能力會受影響。行駛中，車輪重量較大就會產生較大的滾動慣性，對于剎車系統的負擔就會更大，制動系統負擔大就會產生更多熱量，從而影響制動效果和剎車系統的壽命，并且剎車距離較大影響行車安全性。

與金屬材料制成的輪轂相比，碳纖維增強復合材料在一些方面有著不可比擬的優勢，尤其是碳纖維增強樹脂復合材料(CFRP)各方面的性能更加優異。碳纖維樹脂復合材料的抗拉強度一般都在3500Mpa以上，是鋼的7-9倍，抗拉彈性模量為230-430Gpa亦高于鋼。CFRP的密度僅為鋼的1/4左右、鋁合金的2/3左右，并且比剛度、比強度、比彎曲強度、吸收沖擊能等方面也遠遠優于其他材料。汽車輕量化碳纖維技術，是未來汽車產業競爭的核心技術之一。

然而，由于碳纖維產品制造工藝的復雜性給全碳纖維輪轂的制造帶來諸多障礙，故目前市場上最常見的是碳纖維與鋁合金結合的輪轂。但是，這種復合輪轂相對于全鋁合金輪轂一方面是不僅不能大輻減輕輪轂重量反而增加成本，并沒有對鋁合金輪轂的性價比大輻改善；另一方面是長纖維熱塑性復合材料輪轂，這種工藝制造的輪轂在強度和耐用性上完全無法滿足實際應用中的要求，因此無法得到廣泛的實際應用。

目前碳纖維件的制作方式有利用預浸樹脂的碳纖維布逐層手工貼合在模具上配合熱壓罐成型和濕法模壓固化成型。前者只能在模具上用手工貼合的方式實現復雜的形狀結構，生產工藝復雜，手工貼合和熱壓罐成型生產時間都很長，因此生產成本極高，并很難保證批量生產中產品質量的穩定性，故無法實現大批量生產和應用；后者則因為輪轂結構的復雜性無法簡單的用模具及現有技術實現成型生產。

現有技術中，公開了專利號為2015209124071的碳纖維輪轂，該輪轂包括徑向層和緯向層，徑向層中的各碳纖維經過輪輻在輪轂中心與輪緣延伸，緯向層中的各碳纖維環繞輪轂軸線。該纖維輪轂能夠在一定程度上解決碳纖維布的走向從雜亂無序到有一定規律的排列，但是并沒有有效解決碳纖維輪轂實際生產中的難度。