專利名稱：輕合金車輪的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種由輕合金形成的車輪，用于二輪車和摩托車以及至少具有四個車輪的汽車；其中為了在車輪外側(cè)輪輞部分的裝飾設計上獲得更大范圍的適應性，例如采用近年來流行的“軟質(zhì)輪輞”，而在輪輞部分中形成空腔并且加強剛性，從而加寬外側(cè)輪輞部分的寬度并避免因這種加寬而導致重量增加。
背景技術：
輕合金車輪由鋁或鎂制成，重量輕，易于加工。因此，提供了這種在裝飾外觀方面優(yōu)秀的輕合金車輪；并且這種輕合金車輪的安裝比率或份額增加到了可在車輛組裝生產(chǎn)線上將這種輕合金車輪直接安裝于車輛的程度。就外側(cè)輪輞的輪胎安裝側(cè)輪廓，例如輪輞底(beadseat)、隆起部分、在隆起部分和輪輞凹槽之間延伸的斜坡的輪廓，以及輪輞凸緣內(nèi)表面的輪廓而言，外側(cè)輪輞的外部輪廓受到ETRTO標準(歐洲輪胎和輪輞技術組織)或JATMA標準(日本汽車輪胎制造協(xié)會)的約束。由于輪廓方面受到上述標準的約束，因此即使存在一些輪廓方面的差異，在采用所謂的軟質(zhì)輪輞等時，輪輞的外圓周部分也必須具有大的寬度，其中輪輞的外側(cè)形成為具有和緩的曲率。因而，外側(cè)輪輞截面的面積尺寸變大并從而導致車輪重量增加的缺點。
在四輪汽車中，在隆起部分與輪輞凹槽之間延伸的斜坡的傾斜度，在ETRTO標準中規(guī)定為相對于與旋轉(zhuǎn)軸線垂直的平面成20度或20度以上的角度，而在JATMA標準中規(guī)定為20±5度。就輪輞底與輪輞凹槽之間沿輪徑方向的“高度”或尺寸而言，斜坡的尺寸在ETRTO標準中規(guī)定為17.3mm或17.3mm以上，在JATMA標準中規(guī)定為17.0mm或17.0mm以上。因此，當傾斜度被設定為20度或以上時，斜坡的尺寸趨向于變大，從而形成具有小偏置尺寸的車輪。從外部觀察，當圓盤面沿車輪的深度方向向內(nèi)設置時可獲得與眾不同的時尚感。然而，輪輞的強度惡化，并且由于要增加車輪的重量而增加壁厚所以使得車輪重量增加。
這種車輪在零件市場或備胎市場中受到歡迎，但未被汽車制造商所采用。其原因如下，車輪的剛性降低，制動器結(jié)構(gòu)變大而導致偏置尺寸加大，圓盤必須設置在外側(cè)輪輞凸緣的附近。而且，斜坡的傾斜度會導致輪輞剛性的巨大差異，從而應考慮這種差異來設定傾斜度。
在上述ETRTO和JATMA標準中還對二輪車的車輪作了規(guī)定從輪輞凹槽到隆起部分延伸的斜坡傾斜度大約為22度，允許公差為5級；隆起部分的高度或徑向尺寸為12.5-13mm；輪輞底的傾斜度為5±1度。因此，除了內(nèi)側(cè)和外側(cè)輪輞彼此間無差別并具有相同輪廓外，用于二輪車的車輪幾乎類似于用于四輪車的車輪。
同時，車輪要求輕的重量和剛性以適應車輛行駛速度的增加；并且因此提出一種將空腔設置在輪輞和輪輻內(nèi)的方法。作為相關現(xiàn)有技術可列舉的是JP1993-278401A(日本專利申請公開號H05-278401)；JP2003-527269T(WO01/017799的日文翻譯公開，US6783190B1的副本)。這些方法的主題是輪輻和輪輞部分中的空腔相互連通。因此，如何簡化形成這種空腔作了優(yōu)先考慮，而并沒有涉及到輪輞輪廓的裝飾外觀。本發(fā)明正是基于這一點提出的。

發(fā)明內(nèi)容
當外側(cè)或內(nèi)側(cè)輪輞像以往一樣形成實心，用于二輪和四輪車的車輪的形狀即使有些許變化，原則上仍受到規(guī)定，因為ETRTO或JATMA標準廣泛適用于輪胎安裝側(cè)的輪廓。因此，當輕金屬薄片塑性變形時，輪輞的外部輪廓與輪輞的內(nèi)部輪廓相似。即使當車輪通過鑄造或鍛造，或通過拉模鑄造而形成，雖然形成有些許厚壁或薄壁部分，但車輪的形狀大致恒定。因此車輪的外觀必然變得均一。因此，當外側(cè)輪輞的外部輪廓考慮到其裝飾外觀而自由設計時，需要相當大的外側(cè)輪輞截面積從而導致產(chǎn)生厚壁部分并增加車輪的重量。
本發(fā)明目的是通過將空腔設置在每個不這樣的話就會變?yōu)楹癖诓糠謴亩袛鄬囕嗇喬グ惭b側(cè)輪廓的依賴的部分中，提供一種具有改良裝飾外觀和剛性的車輪，作為裝飾性出眾的硬殼式結(jié)構(gòu)。因為車輪的截面對稱，這種方法在提高用于二輪車的車輪輪輞部分的裝飾外觀方面尤其有效。本發(fā)明目的是通過將空腔設置在輪輞中并從而增大外側(cè)輪輞的寬度，盡可能自由簡化車輪輪輞部分的裝飾外觀的設計。本發(fā)明目的還在于提高輪輞的剛性。
問題的解決手段本發(fā)明中的帶有外側(cè)輪輞的輕合金車輪，該外側(cè)輪輞具有由輪輞底(B)、隆起部分(H)、斜坡壁(S)、裝飾壁(D)以及由這四個壁限定的空腔組成的管狀輪輞部分，并且其中，當假定一種實心輪輞部分時，該實心輪輞部分由輪輞底、隆起部分、斜坡壁組成，并且在傾斜度、尺寸和壁厚方面具有典型標準化形狀構(gòu)造并基本與輪胎的設計規(guī)格相符，(a)管狀輪輞部分與實心輪輞部分的截面積的比率不超過100％；(b)管狀輪輞部分與實心輪輞部分的慣性幾何力矩的比率不低于100％；(c)輪輞底的壁厚(Bt)、斜坡壁的厚度(St)和裝飾壁(D)的平均厚度(Dt)被優(yōu)化為使得截面積的比率盡可能小并且使得慣性幾何力矩的比率盡可能大。因此，輪輞底B、隆起部分H和斜坡壁S的形狀和厚度設計為盡可能增加車輪的剛性并且盡可能自由獲得時尚的外觀。
從其截面來看裝飾壁D包括具有至少一個成角度部分的成角度壁，及/或可為Bezier自由曲線的曲線壁。在裝飾壁D中可基于厚部與薄部光滑連接的考慮合理采用平均厚度。裝飾壁D的輪廓根據(jù)車輪的裝飾設計來確定，而輪輞的重量減小和剛性增加則通過設置空腔和對壁、輪輞底和隆起部分的厚度進行優(yōu)化來獲得。如果需要或適宜，在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，管狀輪輞的空腔內(nèi)表面可在輪輞底(B)、隆起部分(H)、斜坡壁(S)和裝飾壁(D)中的一個上具有凹凸部或成角度部以及曲率。
慣性幾何力矩指示了克服會導致車輪變形的外力的抵抗力。對該術語的大體解釋將在后面做出。圖12(a)以陰影區(qū)域示例性地顯示了管狀輪輞部分的截面35。中心點“O”在附圖中居中并被對應于重心定位。慣性幾何力矩“I”以下述等式表示I＝∑y2dA，其中“dA”指作為截面微分(infinite divison)結(jié)果的微小面積，“y”指到“x”軸的距離，并且微小面積“dA”乘以相應距離“y”的平方然后相加得到慣性幾何力矩。這還概念性描述在圖12(b)和圖12(c)中，其中每個的截面都以陰影區(qū)域描述。圖12(b)描述了輪輞受到外力的狀態(tài)，該外力使截面35以形成虛線所示曲線的方式繞“x”軸彎曲變形。圖12(c)描述了輪輞受到外力的狀態(tài)，該外力使截面35以形成虛線所示曲線的方式繞“y”軸彎曲變形。在實施例中，通過計算所獲得的關于“x”軸的慣性幾何力矩“Ix-x”和關于“y”軸的慣性幾何力矩“Iy-y”顯示在各圖中。以上表明，獲得值越大，抗彎抵抗力越大。
輪輞底B、隆起部分H、斜坡壁S根據(jù)ETRTO標準或JATMA標準不變地形成，裝飾壁被給定任一基本輪廓。然后，慣性幾何力矩被計算出來用于研究抗彎抵抗力并用作輕重量形式的指標。實際中，輪輻連接于輪輞，并且因此需要三維分析來獲得更精確的計算。然而，具有關于“x”軸和關于“y”軸的慣性幾何力矩的極佳值的輪輞部分，還應在與軸線成45度的方向內(nèi)具有有利的向量值，并從而在輪輻連接時也表現(xiàn)極佳。具有空腔的輪輞形狀的細節(jié)在實施例中進行解釋。
根據(jù)技術方案2的本發(fā)明的車輪包括結(jié)合部分，在那里輪輞與輪輻結(jié)合并且輪輞中的空腔與輪輻中的空腔結(jié)合，并且在每個結(jié)合部分上具有修圓部和/或加厚部。這樣，可避免由于不同壁厚而在結(jié)合部分產(chǎn)生的應力集中。例如，銳邊會形成在輪輞的內(nèi)壁表面和輪輻的內(nèi)壁表面之間的結(jié)合部分上，因此可在結(jié)合部分修圓以形成彎曲或圓形表面來代替銳邊。由于不用說也會在結(jié)合部分的外表面上形成曲面，因此加厚部還形成在管狀輪輞部分上，但加厚部沿管狀輪輞部分的壁的尺寸不很大。彎曲壁曲率半徑的增大將影響車輪的外觀，因此在消除應力集中時，加厚部以逐漸增加輪輞壁厚度的方式設置在管狀輪輞部分的內(nèi)表面上。
具有空腔的輪輻或中空輪輻，例如如JP1993-278401A和JP2003-527269T所示。它們都沒有涉及輪輻的裝飾設計，而輪輻的輪廓對輕金屬車輪的裝飾外觀非常重要。存在多種裝飾設計，在車輪安裝在車輛的右手側(cè)或左手側(cè)時，其中一些設計必需考慮應力方向上的細節(jié)。具有空腔的輪輻期望用于提高裝飾性，同時，期望使結(jié)合部分和輪輻獲得慣性幾何力矩的增加和重量的減小?？紤]到這些，本發(fā)明包括以提高慣性幾何力矩和輪輻剛度的方式采用輪輻空腔的截面輪廓。
根據(jù)技術方案3的本發(fā)明的車輪的特征在于，管狀輪輞用作內(nèi)側(cè)輪輞。因此，輪輞底、隆起部分、斜坡壁以與管狀輪輞設置在外輪輞凸緣上的車輪相似的方式形成在內(nèi)側(cè)輪輞凸緣上。并且，裝飾壁D由輪輞凹槽代替。斜坡壁形成在不會妨礙車輪安裝的范圍內(nèi)，但斜坡壁沒有必要與外側(cè)輪輞凸緣上用于管狀輪輞的那些形成相同的形狀。具有為了慣性幾何力矩而設的空腔的管狀輪輞也可形成在外側(cè)和內(nèi)側(cè)輪輞凸緣之間的任意位置，而非設置在外側(cè)或內(nèi)側(cè)輪輞凸緣附近的區(qū)域內(nèi)，從而增大輪輞的剛性。由于近年來輪輞的寬度趨于變大，圓柱部分上的管狀輪輞具有抗彎曲或抗翹曲的抵抗力。
發(fā)明的有益效果根據(jù)本發(fā)明，外側(cè)輪輞的形狀被修改為具有空腔從而外側(cè)輪輞的外觀裝飾設計可與外側(cè)輪輞的輪胎安裝面輪廓無關地自由設定，其或多或少受到基于ETRTO標準和JATMA標準的車輪形狀或尺寸的限制。因此，輪輞的外側(cè)面可以以將車輪裝飾設計的可用變形范圍拓寬的方式提供各種裝飾設計，車輪的裝飾設計與汽車主體的裝飾設計相匹配。


圖1(a)和1(b)是顯示根據(jù)實施例1的外側(cè)輪輞的基本部分的垂直截面圖，圖1(a)顯示了采用鍛造技術獲得的輪輞，圖1(b)顯示了采用鑄造技術獲得的輪輞；圖2為根據(jù)實施例1的例子的圖表形式，顯示了采用鍛造技術獲得的輪輞的各種管狀結(jié)構(gòu)，并且顯示了對截面積尺寸和慣性幾何力矩的計算結(jié)果；圖3是根據(jù)實施例1的例子的圖表形式，顯示了采用鑄造技術獲得的輪輞的各種管狀結(jié)構(gòu)，并且顯示了對截面積尺寸和慣性幾何力矩的計算結(jié)果；圖4是例子的圖表形式，顯示了圖3中的管狀結(jié)構(gòu)3-5通過改變壁厚、修改而成的各種管狀結(jié)構(gòu)；圖5是例子的圖表形式，是圖4的接續(xù)部分；圖6是表示圖4和5中慣性幾何力矩和截面積尺寸之間的比率的圖表；圖7是根據(jù)實施例2的例子的圖表形式，顯示了采用鑄造技術獲得的壁厚不同的各種管狀結(jié)構(gòu)，并且顯示了截面積尺寸和慣性幾何力矩的計算結(jié)果；圖8是根據(jù)實施例1的曲線圖，顯示了當壁厚在每個管狀結(jié)構(gòu)中均勻時壁厚逐漸變化對截面積尺寸和慣性幾何力矩的影響；圖9是根據(jù)實施例2的曲線圖，顯示了當壁厚在每個管狀結(jié)構(gòu)中不均勻時壁厚逐漸變化對截面積尺寸和慣性幾何力矩的影響；圖10為根據(jù)實施例2的例子的圖表形式，顯示了圖7中管狀結(jié)構(gòu)7-3通過改變壁厚修改而成的各種管狀結(jié)構(gòu)，并顯示了對截面積尺寸和慣性幾何力矩的計算結(jié)果；圖11(a)是車輪的局部正視圖，其中中空輪輻結(jié)合于具有空腔的輪輞，圖11(b)和11(c)是輪輻和輪輞之間結(jié)合部分的局部放大圖，圖11(d)和11(e)是當輪輞和輪輻之間結(jié)合部分的角度變化時結(jié)合部分的截面圖，并且圖11(f)和11(g)是分別沿圖11(a)中的直線A-A’和B-B’的截面圖；
圖12(a)-(c)是根據(jù)實施例1的管狀結(jié)構(gòu)用來解釋慣性幾何力矩的示例性截面圖；圖13是根據(jù)實施例4的內(nèi)輪輞凸緣上的管狀結(jié)構(gòu)的截面圖；圖14(a)和14(b)是輪輞的截面圖，分別顯示了根據(jù)實施例5的在形成空腔之前將要成為的管狀結(jié)構(gòu)和在加工之后已經(jīng)完成的管狀結(jié)構(gòu)；并且圖15是顯示了根據(jù)實施例6的管狀輪輞結(jié)構(gòu)的截面圖，其中肋形成在空腔內(nèi)表面上。
具體實施例方式
形成輕合金車輪的輪輞壁的輪輞底、隆起部分和斜坡壁與附加輪輞壁一體形成，從而形成空腔。已經(jīng)對這種構(gòu)造的輪輞部分的形狀作了詳細的研究，以獲得用于實現(xiàn)低重量、高剛性的優(yōu)化形狀和壁厚。
實施例1根據(jù)附圖對本發(fā)明的一個實施例進行說明。圖1(a)為顯示采用傳統(tǒng)鍛造技術制造的外側(cè)輪輞l的截面圖；由陰影線表示的輪輞壁1a由輪輞底B、隆起部分H和斜坡壁S組成；并且外側(cè)輪輞1由輪輞壁1a和形成外側(cè)凸緣2的凸緣壁F形成。外側(cè)凸緣2要求成型為具有足以用來承載軸向應力的厚度，同時外側(cè)凸緣2的區(qū)域尺寸相當小或不足以形成裝飾設計的主要部分，從而外側(cè)凸緣2形成附接于裝飾壁D的外部裝飾面。
與內(nèi)側(cè)輪輞相連的輪輞凹槽3形成為在避免與剎車裝置接觸的范圍內(nèi)具有從軸線開始的半徑。從輪輞凹槽3升高的輪輞底，其從軸線開始的高度或半徑被確定為形成安裝輪胎時與輪胎嵌合所需的凹入部分。輪輞凹槽和輪輞底的壁具有大約3-8mm的厚度，同時該厚度根據(jù)采用的鍛造、鑄造以及壓鑄等制造方法而不同。
因此，由輪輞底B、隆起部分H和斜坡壁S組成的輪輞壁1a的外表面被成形為與輪輞壁的輪胎安裝側(cè)表面相似并將實現(xiàn)外側(cè)輪輞1的裝飾外觀。在輪輞壁1a的外表面上，作為裝飾壁D的附加輪輞壁4一體形成為凸緣壁和輪輞凹槽之間橋接，從而裝飾壁的外表面使得外表面實現(xiàn)裝飾外觀并且可被修改為采用各種輪廓。
圖1(b)為車輪的外側(cè)輪輞1’的截面輪廓，該車輪由鑄造技術制造并具有與上述車輪相同的內(nèi)徑。由于金屬強度方面的差異，輪輞壁1b形成為厚壁并且作為裝飾壁D的附加輪輞壁4b與主要輪輞壁1b一體形成。因此，空腔5或5b分別通過設置附加輪輞壁4或4b而形成。
雖然圖1(a)中所示的附加輪輞壁4的壁厚可不同地設定，該厚度也不宜設定得太厚，因為管狀輪輞部分的實心部分的截面積會隨著壁厚的增加而增加。輪輞壁1a和附加輪輞壁4形成空腔5，以形成管狀輪輞部分，該管狀輪輞部分可提高克服由外力引起的車輪變形的抵抗力。該抵抗力可由慣性幾何力矩計算，該抵抗力也可稱為剛性。
對于由輪輞壁1a、附加輪輞壁4和空腔形成的管狀部分，附加輪輞壁4的形狀是不同的，慣性幾何力矩和截面積尺寸針對每種變化被計算出來并以圖表形式顯示在圖2中。在該圖中，分別顯示由鍛造技術得到的傳統(tǒng)形狀2-1和各種管狀結(jié)構(gòu)2-2至2-7，其中顯示了各部分的壁厚尺寸。
具有圖2中管狀結(jié)構(gòu)2-2的管狀輪輞部分的截面形狀大致為三角形，并且具有與輪輞壁1a一體形成的附加輪輞壁4。對于計算慣性幾何力矩，坐標軸“x”設定為車輪直徑的方向；坐標軸“y”設定為輪輞寬度方向。管狀結(jié)構(gòu)2-2至2-7的裝飾壁D，作為附加輪輞壁，由一對二者之間成角度的平面和/或平滑曲面形成。用于每個管狀結(jié)構(gòu)的百分比數(shù)值均以傳統(tǒng)形狀2-1的數(shù)值為基準。
值得一提的是，如管狀結(jié)構(gòu)2-4中所示的，關于“x”軸的慣性幾何力矩隨著截面積的增加而減小。從這種結(jié)果可見，附加壁4采用向外突出的形狀比較理想。
總體而言，當增加車輪的剛性時重量增加是必然的。剛性以1.5至3倍的倍數(shù)增加是可以實現(xiàn)的；考慮到這一點，通過計算該圖的結(jié)果來設計裝飾壁D的輪廓比較理想。管狀結(jié)構(gòu)2-3和2-5還優(yōu)選考慮裝飾外觀，并且當平衡良好地規(guī)定關于x軸和y軸的慣性幾何力矩時，管狀結(jié)構(gòu)2-5更有利之處在于關于y軸的慣性幾何力矩增加。
為了在輪輞中提供空腔，考慮到制造成本和加工步驟，鑄造技術更為優(yōu)選，而鍛造技術也可采用。在采用鍛造技術的情況下，為了在輪輞壁1a上形成空腔而增加附加輪輞壁4，該輪輞壁1a出于獲得輕量化結(jié)構(gòu)的目的被成形。因此，無法實現(xiàn)重量的減小，而輪輞的剛性由于截面積的增加而增加。
考慮到以上方面，采用鑄造技術得到的車輪輪輞的典型傳統(tǒng)形狀用作圖3中所示的基本形狀，該形狀已被汽車制造商所采用。對于從這里開始的每個管狀結(jié)構(gòu)，相對于基本形狀3-1的截面積尺寸和慣性幾何力矩的比率被計算出來并顯示在圖3中。鑄造車輪在輕合金材料的壓縮和拉伸強度方面劣于鍛造車輪?？紤]到完全去除晶體結(jié)構(gòu)和氣泡方面缺陷的困難性，再加上汽車制造廠商的要求，輪輞壁1a的厚度設計得比較大。因此，輪輞壁1a的截面積是鍛造的那個的1.5倍。
在圖3中的管狀結(jié)構(gòu)3-2中，附加輪輞壁4b(請參見圖1(b))被一體形成以形成空腔5b。附加輪輞4b的形狀被修改為具有如該圖所示的管狀結(jié)構(gòu)3-3至3-7。
管狀結(jié)構(gòu)3-3和3-5具有不大于典型傳統(tǒng)形狀3-1的截面積，并且具有關于x軸和y軸平衡良好的慣性幾何力矩。管狀結(jié)構(gòu)3-4具有低慣性幾何力矩，雖然具有與管狀結(jié)構(gòu)3-2相比輕量化的結(jié)構(gòu)。因此，附加輪輞4b優(yōu)選向外突出。
管狀結(jié)構(gòu)3-5被構(gòu)造為在管狀結(jié)構(gòu)3-3的平滑彎曲壁上增加平面壁，并且具有大范圍的可變性和最好的平衡性。因此，對管狀結(jié)構(gòu)3-5做了進一步的研究和修改。
組成具有空腔的管狀輪輞部分的輪輞底B、隆起部分H、斜坡壁S和附加輪輞壁4b在形狀和壁厚“t”方面會發(fā)生變化。針對這種管狀結(jié)構(gòu)方面的變化，慣性幾何力矩被計算出來并顯示在圖4和5中。壁厚的增加當然導致截面積和慣性幾何力矩方面的增加。因為管狀輪輞部分的外部輪廓在這些變形中保持恒定，空腔的截面積尺寸發(fā)生變化。
當如圖4中4-5所示的壁厚為4mm時，截面積為典型傳統(tǒng)形狀3-1的105％。以截面積變?yōu)榈湫蛡鹘y(tǒng)形狀3-1的100％或與之相同的方式，管狀結(jié)構(gòu)4-5’從管狀結(jié)構(gòu)4-5得到修改。考慮到車輪的實用性，1mm的壁厚將導致鑄造時非均勻的熔融金屬的流動，并且當車輪與小石塊或其它物體碰撞時容易形成凹陷，此外，關于“x”軸的慣性幾何力矩降低。同時，不小于6mm的壁厚得到的重量是典型傳統(tǒng)形狀3-1的重量的1.5倍，也不適合于實踐應用。圖6以圖表形式分別顯示了慣性幾何力矩除以截面積尺寸后的數(shù)值。厚度的增加導致該數(shù)值的減小，該數(shù)值為每單位截面積的慣性幾何力矩。
圖7為顯示截面積尺寸和慣性幾何力矩的圖表，這些數(shù)據(jù)通過用鑄造技術改變輪輞底B、斜坡壁S和附加輪輞壁4b的壁厚來獲得，從而提供在典型傳統(tǒng)形狀3-1的70％-100％范圍內(nèi)的面積尺寸。
考慮到鑄造的容易性，優(yōu)選管狀結(jié)構(gòu)4-4至4-5。管狀結(jié)構(gòu)4-2至4-5具有平衡良好的關于x軸和y軸的慣性幾何力矩。從這些結(jié)果可知，斜坡壁、輪輞底和裝飾壁的厚度St、Bt和Dt可變化。此外，如圖10示例性顯示的，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，壁厚可根據(jù)流動條件、輪胎制造規(guī)格的時間變化、汽車的重量分布、四輪驅(qū)動車輛中驅(qū)動力的前后分布以及底盤懸掛性能的時間變化從一部分到另一部分逐漸或平滑變化。
圖8為顯示圖4-6中所示匯總結(jié)果的曲線圖，旨在求出壁厚“t”的最佳值。關于x軸和y軸的單位截面積慣性幾何力矩隨著壁厚“t”的增加而減小，并且慣性幾何力矩隨著壁厚“t”的增加而增加。
在圖8的曲線圖中，畫出水平線10以表示典型傳統(tǒng)形狀結(jié)構(gòu)3-1的慣性幾何力矩100％的水平；經(jīng)過水平線10和關于x軸的慣性幾何力矩曲線11之間的交點P，畫出垂直線12；經(jīng)過厚度3.75mm而且在那里截面積變?yōu)榈湫蛡鹘y(tǒng)形狀結(jié)構(gòu)的100％的點，畫出垂直線13。最佳區(qū)域由該圖中陰影區(qū)域指示，該區(qū)域由兩條垂直線11和12以及四條曲線圍繞而成，該四條曲線為關于x軸的慣性幾何力矩曲線13、關于y軸的慣性幾何力矩曲線14、關于x軸的單位截面積慣性幾何力矩曲線15以及關于x軸的單位截面積慣性幾何力矩曲線16。因此，壁厚的最佳范圍是2.3mm到4mm，并且當考慮到可加工性和實踐應用時，最優(yōu)選3-4mm。
圖7顯示了管狀形式中，在將輪輞底、斜坡壁和裝飾壁D的厚度Bt、St和Dt設定為理想值時，截面積尺寸、慣性幾何力矩及其比率。圖9是基于圖7的數(shù)據(jù)繪制的曲線圖。圖9中的陰影區(qū)域表示了關于形狀結(jié)構(gòu)的嚴格受限條件，即，截面積尺寸不大于100％且慣性幾何力矩不小于100％。
實施例2在鍛造實施例中，空腔由圖1(b)所示的附加輪輞壁4b形成。其中，基于圖7中的管狀結(jié)構(gòu)7-3，對如圖10所示的裝飾壁D或附加輪輞壁4b的厚度不均勻或變化的各結(jié)構(gòu)進行研究。從結(jié)果可見，對輪輞底、斜坡壁和裝飾壁D的厚度Bt、Ht、St和Dt進行部分改動，可以提高慣性幾何力矩，這些也包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。具有增大的厚度的部分可用于形成管狀結(jié)構(gòu)的任一壁部，從而有利于在鑄造過程中熔融金屬的流動。圖10的結(jié)果在采用這種結(jié)構(gòu)時是有用的，并且對于將截面抑制為不超過典型傳統(tǒng)形狀結(jié)構(gòu)的100％也是有用的。
實施例3圖11(a)為顯示車輪20的局部正視圖，其中中空輪輻與具有空腔的輪輞結(jié)合。圖11(f)和圖11(g)是分別沿圖11(a)中的直線A-A’和B-B’的截面圖。圖11(f)顯示了沿輪輻21的中心線的垂直截面圖，其空腔22與輪輞的空腔24連通。圖11(g)顯示了具有空腔的輪輞部分23的垂直截面圖。因此，在輪輞23和輪輻之間的結(jié)合部分25處，輪輻的厚壁與輪輞的薄壁23a相結(jié)合。壁的這種結(jié)合被指示為由圖11(a)中虛線29圈出的部分，并且顯示在圖11(b)-(e)的放大截面圖中。
當采用鑄造技術形成輪輻中的空腔時，芯模沿車輪中心方向設置，之后被移除。當壁結(jié)合形成接近直角拐角時，結(jié)合部分25將具有簡單的結(jié)構(gòu)，然而，這種結(jié)合部分將導致應力集中和裂紋。因此，優(yōu)選通過使厚度逐漸增大的方式來對圖11(c)中的陰影部分26設置加厚部。
由于該加厚部將增加輪輻21的壁厚，該加厚部不得不使彎曲表面沿輪輞比沿輪輻更長，如虛線27指示。這影響圖11(a)所示的開口30的輪廓，從而影響裝飾設計并增大車輪重量。為了改良這一點，準備了芯模用來去除如圖11(b)所示的陰影區(qū)域28，或者采用切削方法將其切除。借助于這種結(jié)構(gòu)，輪輻的厚壁光滑地與輪輞較薄的壁連接，從而幾乎不會發(fā)生應力集中和重量減小。
圖11(d)顯示了輪輻21的壁以相對于輪輞壁傾斜的方式與輪輞結(jié)合的結(jié)構(gòu)。在這種方式下，結(jié)合部分25處壁之間的角度變小。為了避免在結(jié)合部分25處輪輻21的厚壁與輪輞的較薄壁23a之間的壁厚的突然變化，以通過去除拐角邊緣形成小曲率曲面并為了輪輞壁的強化而延伸到輪輞壁12a上的方式設置加厚部31，如陰影區(qū)域26所指示。在該加厚部的延伸的一端形成凸面部32。圖11(e)顯示了在輪輞空腔和輪輻空腔之間的結(jié)合部分形成加厚部的結(jié)構(gòu)，并且在開口30、沿輪輻21的表面形成凹凸部33以增強車輪。結(jié)合部分通過形成具有大截面積的部分而用作緩沖器，在所述大截面積的部分上應力施加方向發(fā)生變化。
實施例4圖13顯示了上述管狀輪輞結(jié)構(gòu)用于內(nèi)側(cè)輪輞時的結(jié)構(gòu)。輪輞底B’、隆起部分H’、斜坡壁S’和外側(cè)輪輞凸緣2a’可形成為與上述相同。在這種配置之下，當車輪安裝在車輛上時裝飾壁D不可見，這樣該壁無裝飾要求。因此，在輪輞凹槽3a的延長線上形成與裝飾壁D對應的壁。而且在這種結(jié)構(gòu)中，車輪的剛性增加并且從而輪輞凹槽3a的壁厚可制成更小從而整體上降低車輪的重量。
實施例5用于形成上述實施例中的空腔24的方法可以是傳統(tǒng)方法。圖14示例性描述了其中一種方法。圖14(a)顯示了用于形成管狀輪輞結(jié)構(gòu)的加工步驟并且顯示了在鑄造之后直接得到的輪輞36a。與凸緣37相似，外輪輞凸緣2a、輪輞凹槽3a和管狀結(jié)構(gòu)的部分通過鑄造形成。繼而，凸緣37通過壓迫旋壓機的輥子工具而傾斜于由虛線指示的位置。然后，凸緣37的端部焊接到構(gòu)成管狀結(jié)構(gòu)的位置。圖14(b)顯示了包括管狀輪輞部分39的完整的輪輞36，它在對凸緣37的側(cè)面上進行切割以形成限定出空腔38的斜坡壁S、隆起部分H和輪輞底B之后獲得。
修改例6當空腔的截面積尺寸相當大時，在隨意設計裝飾壁的情況下可在空腔42的內(nèi)表面上形成肋。圖15示例性地示出這樣的一種結(jié)構(gòu)。肋43環(huán)狀地形成在管狀輪輞部分的空腔側(cè)壁表面上，該壁與輪輻一體連接以提高管狀結(jié)構(gòu)的剛性。通過使肋的突出方向與拔模方向一致，該肋可在鑄造的同時形成。環(huán)狀肋也可在鑄造后通過焊接附接；并且在這種情況下，肋可設置在空腔內(nèi)側(cè)的任意位置，從而提高慣性幾何力矩。
產(chǎn)業(yè)上的應用根據(jù)本發(fā)明，可以獲得一種輪輞，該輪輞具有空腔，重量輕且具有極好的剛性。該輪輞可連接于中空輪輻從而輪輻中的空腔與輪輞中的空腔連通。在例如用于雙片型車輪時，該輪輞還可連接于實體或通過螺栓連接于輪輞。在任何一種這樣的連接方式中，由于采用具備空腔的輪輞可獲得具有良好裝飾性的車輪，并且能夠進一步提高車輪品質(zhì)。
雖然在這里的說明中主要提及鑄造技術，但熔融鍛造法和壓鑄或其它技術也可用于制造成品車輪或半成品車輪，只要這種技術采用將經(jīng)加熱熔融的輕金屬注入模具然后在模具中將金屬冷卻的方法。
權(quán)利要求
1.一種帶有外側(cè)輪輞的輕合金車輪，該外側(cè)輪輞具有由輪輞底(B)、隆起部分(H)、斜坡壁(S)、裝飾壁(D)以及由這四個壁限定的空腔組成的管狀輪輞部分，并且其中，當假定一種實心輪輞部分時，該實心輪輞部分由輪輞底、隆起部分、斜坡壁組成，并且在傾斜度、尺寸和壁厚方面具有典型標準化形狀構(gòu)造并基本與輪胎的設計規(guī)格相符，(a)管狀輪輞部分與實心輪輞部分的截面積的比率不超過100％；(b)管狀輪輞部分與實心輪輞部分的慣性幾何力矩的比率不低于100％；(c)輪輞底的壁厚(Bt)、斜坡壁的厚度(St)和裝飾壁(D)的平均厚度(Dt)被優(yōu)化為使得截面積的比率盡可能小并且使得慣性幾何力矩的比率盡可能大。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的輕合金車輪，其中，中空輪輻的空腔在中空輪輻與管狀輪輞部分之間的結(jié)合部分處結(jié)合于管狀輪輞部分的空腔，并且在中空輪輻和/或管狀輪輞部分的壁上的結(jié)合部分處制造加厚部和/或修圓部。
3.一種帶有內(nèi)側(cè)輪輞的輕合金車輪，該內(nèi)側(cè)輪輞具有像權(quán)利要求1中所述的外側(cè)輪輞上的管狀輪輞部分一樣構(gòu)造的管狀輪輞部分。
全文摘要
用于二輪及四輪車輛的輕合金車輪，包括具有管狀輪輞部分的外側(cè)輪輞(1)，該管狀輪輞部分由輪輞底(B)、隆起部分(H)、斜坡壁(S)、裝飾壁(D)以及由這四個壁限定的空腔組成。為管狀輪輞部分計算出截面積和慣性幾何力矩。因此提供一種車輪，具有較輕重量和較高剛性，并相對于僅具有由輪輞底(B)、隆起部分(H)、斜坡壁(S)組成的實心輪輞部分而不具有裝飾壁或空腔的車輪而言更具時尚性。實心輪輞部分在傾斜度、尺寸和壁厚方面具有標準形狀結(jié)構(gòu)，大體上與輪胎的設計規(guī)格相符。
文檔編號B60B21/02GK1914051SQ20048004133
公開日2007年2月14日 申請日期2004年9月21日 優(yōu)先權(quán)日2004年2月3日
發(fā)明者小野光太郎 申請人:鷲興產(chǎn)株式會社