[發(fā)明專利]一種變厚度碳纖維復(fù)合材料輪輞結(jié)構(gòu)及其鋪層設(shè)計(jì)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010310380.4
• 申請(qǐng)日: 2020-04-20
• 公開（公告）號(hào): CN111332070B
• 公開（公告）日: 2023-09-08
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 王登峰;許文超;汪勇;高靖博
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): B60B21/00
• 分類號(hào): B60B21/00;B32B9/00;B32B9/04;B32B17/02;B32B17/12;B32B33/00
• 代理公司: 北京遠(yuǎn)大卓悅知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11369
• 代理人: 許小東

本發(fā)明公開了一種變厚度碳纖維復(fù)合材料輪輞結(jié)構(gòu)，包括：外鋪層塊，其鋪設(shè)在所述輪輞結(jié)構(gòu)的外側(cè)，為等厚度的多層結(jié)構(gòu)；上鋪層塊，其鋪設(shè)在所述輪輞結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)上部，為變厚度的差層結(jié)構(gòu)；下鋪層塊，其鋪設(shè)在所述輪輞結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)下部，為變厚度的差層結(jié)構(gòu)；填充鋪層塊，其鋪設(shè)在所述外鋪層塊、所述上鋪層塊以及所述下鋪層塊之間；其中，所述上鋪層塊和所述下鋪層塊的一端向內(nèi)延伸，形成環(huán)形的連接凸緣；所述上鋪層塊的另一端向上延伸、所述下鋪層塊的另一端向下延伸后，與所述外鋪層塊形成輞環(huán)。通過三段對(duì)稱堆疊式結(jié)構(gòu)，采用差層的變厚度設(shè)計(jì)，使輪輞的重量輕、強(qiáng)度高。本發(fā)明還提供一種變厚度碳纖維復(fù)合材料輪輞結(jié)構(gòu)的鋪層設(shè)計(jì)方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種變厚度碳纖維復(fù)合材料輪輞結(jié)構(gòu)及其鋪層設(shè)計(jì)方法，屬于汽車碳纖維復(fù)合材料零部件結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。

背景技術(shù)

碳纖維復(fù)合材料是以碳纖維為主體，樹脂為基體的聚合物材料，其具有密度低、比強(qiáng)度高、比剛度高、耐疲勞、抗沖擊、耐腐蝕、阻尼抗震性好和噪音小等優(yōu)異的綜合性能，并逐漸在汽車車身和底盤結(jié)構(gòu)零部件上得到推廣應(yīng)用。在汽車行駛系中，車輪是重要的承載件和安全件，屬于非簧載質(zhì)量，工作中既有各向移動(dòng)，又有繞車輪中心的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。以往的研究表明，其輕量化節(jié)能效果是汽車上普通移動(dòng)部件的3-6倍。在服役過程中，車輪要同時(shí)承受縱向、垂向和側(cè)向傳來(lái)的彎曲、扭轉(zhuǎn)、剪切和沖擊等多種復(fù)雜動(dòng)載荷作用，且車輪要長(zhǎng)期暴露在外部環(huán)境中。因此，車輪需要具備良好的耐疲勞、耐腐蝕和抗沖擊性能。在汽車操穩(wěn)和平順性方面，汽車車輪的輪輞的阻尼抗震性越好，整車的操穩(wěn)性和平順性越好。因此，將碳纖維復(fù)合材料用于車輪結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，可以充分發(fā)揮碳纖維復(fù)合材料獨(dú)特的性能優(yōu)勢(shì)，不僅能實(shí)現(xiàn)車輪的輕量化，而且能顯著提高車輪以及整車的綜合性能。

目前，碳纖維復(fù)合材料車輪在一些高級(jí)轎車和超級(jí)跑車上逐漸得到了應(yīng)用，其結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法和生產(chǎn)工藝尚未成熟。一些發(fā)明人對(duì)碳纖維復(fù)合材料車輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及制造進(jìn)行了努力。現(xiàn)階段，涉及碳纖維復(fù)合材料車輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和制造的專利和文獻(xiàn)多是針對(duì)一體式車輪結(jié)構(gòu)，中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?01710879726.0的發(fā)明專利公開了一種采用一體化成型工藝來(lái)制備碳纖維復(fù)合材料車輪的方法；中國(guó)專利申請(qǐng)?zhí)枮?01710366507.2的發(fā)明專利公開了一種一體成型的全碳纖維輪轂，該專利設(shè)計(jì)了一種全碳纖維中空輪轂結(jié)構(gòu)，使整個(gè)輪轂在具備高強(qiáng)度的同時(shí)減輕重量。根據(jù)我國(guó)節(jié)能與新能源汽車發(fā)展路線，隨著汽車輕量化材料、結(jié)構(gòu)和工藝技術(shù)的發(fā)展，性能更優(yōu)的金屬-碳纖維混合材料組裝式車輪是新一輪的研發(fā)熱點(diǎn)和難點(diǎn)。相對(duì)于一體式車輪，組裝式車輪更能充分發(fā)揮不同材料獨(dú)特的性能和制造優(yōu)勢(shì)，使車輪的綜合性能更佳，制造工藝更簡(jiǎn)單、生產(chǎn)效率更高，同時(shí)，組裝式車輪的維修經(jīng)濟(jì)性好，輪輞或輪輻某一零件破損后可分別單獨(dú)更換，其維修和使用成本低，在未來(lái)的市場(chǎng)上應(yīng)用前景廣闊。在分體式車輪結(jié)構(gòu)中，輪輞是軸對(duì)稱回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)，更加適合采用碳纖維復(fù)合材料進(jìn)行結(jié)構(gòu)鋪層或纏繞設(shè)計(jì)。然而，在分體組裝式車輪結(jié)構(gòu)領(lǐng)域，系統(tǒng)性的介紹分體式碳纖維復(fù)合材料輪輞的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的專利和文獻(xiàn)未見公開報(bào)道，存在著諸多技術(shù)空白和技術(shù)瓶頸。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明設(shè)計(jì)開發(fā)了一種變厚度碳纖維復(fù)合材料輪輞結(jié)構(gòu)，通過外鋪層塊、上鋪層塊、下鋪層塊構(gòu)成三段對(duì)稱堆疊式碳纖維復(fù)合材料輪輞鋪層結(jié)構(gòu)，并采用差層的變厚度設(shè)計(jì)，使輪輞的重量輕、強(qiáng)度高、便于成型制造。

本發(fā)明還設(shè)計(jì)開發(fā)了一種變厚度碳纖維復(fù)合材料輪輞結(jié)構(gòu)的鋪層設(shè)計(jì)方法，通過優(yōu)化變厚度區(qū)域的鋪層厚度和鋪層角度，使得到的所述碳纖維復(fù)合材料輪輞結(jié)構(gòu)的質(zhì)量最小、抗疲勞和抗沖擊性能最優(yōu)。

本發(fā)明提供的技術(shù)方案為：

一種變厚度碳纖維復(fù)合材料輪輞結(jié)構(gòu)及其鋪層設(shè)計(jì)方法，包括：

外鋪層塊，其鋪設(shè)在所述輪輞結(jié)構(gòu)的外側(cè)，為等厚度的多層結(jié)構(gòu)；

上鋪層塊，其鋪設(shè)在所述輪輞結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)上部，為變厚度的差層結(jié)構(gòu)；

下鋪層塊，其鋪設(shè)在所述輪輞結(jié)構(gòu)的內(nèi)側(cè)下部，為變厚度的差層結(jié)構(gòu)；