本發(fā)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(shù)領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

汽車作為交通工具在現(xiàn)代社會中扮演著越來越重要的角色。據(jù)預(yù)計(jì)，至2030年全世界的汽車保有量將達(dá)到30億輛，其中中國的汽車保有量約有1.75億輛。汽車數(shù)量的幾何式增長，隨之帶來了油耗、環(huán)保和安全性等問題。其中，每百公里油耗y和汽車自身質(zhì)量x的關(guān)系為y＝0.003x+3.3434。意味著汽車質(zhì)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(yùn)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(tài)重量；另一方面減輕車重固態(tài)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(zhì)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(shí)跳動的慣性就越大，那么避震器的工作負(fù)擔(dān)也會更大。避震器負(fù)載越大就會將更多的余震和晃動傳遞進(jìn)車廂，進(jìn)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(tǒng)汽車輪轂以鋼材或鋁合金等制成，進(jìn)而導(dǎo)致輪轂和輪胎組成的車輪重量大，直接會給動力系統(tǒng)和剎車系統(tǒng)帶來負(fù)擔(dān)。發(fā)動機(jī)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(chǎn)生較大的滾動慣性，對于剎車系統(tǒng)的負(fù)擔(dān)就會更大，制動系統(tǒng)負(fù)擔(dān)大就會產(chǎn)生更多熱量，從而影響制動效果和剎車系統(tǒng)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(qiáng)復(fù)合材料在一些方面有著不可比擬的優(yōu)勢，尤其是碳纖維增強(qiáng)樹脂復(fù)合材料(cfrp)各方面的性能更加優(yōu)異。碳纖維樹脂復(fù)合材料的抗拉強(qiáng)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(qiáng)度、比彎曲強(qiáng)度、吸收沖擊能等方面也遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于其他材料。汽車輕量化碳纖維技術(shù)，是未來汽車產(chǎn)業(yè)競爭的核心技術(shù)之一。

然而，由于碳纖維產(chǎn)品制造工藝的復(fù)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(jié)合的輪轂。但是，這種復(fù)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(jià)比大輻改善；另一方面是長纖維熱塑性復(fù)合材料輪轂，這種工藝制造的輪轂在強(qiáng)度和耐用性上完全無法滿足實(shí)際應(yīng)用中的要求，因此無法得到廣泛的實(shí)際應(yīng)用。

目前碳纖維件的制作方式有利用預(yù)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(shí)現(xiàn)復(fù)雜的形狀結(jié)構(gòu)，生產(chǎn)工藝復(fù)雜，手工貼合和熱壓罐成型生產(chǎn)時(shí)間都很長，因此生產(chǎn)成本極高，并很難保證批量生產(chǎn)中產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性，故無法實(shí)現(xiàn)大批量生產(chǎn)和應(yīng)用；后者則因?yàn)檩嗇灲Y(jié)構(gòu)的復(fù)雜性無法簡單的用模具及現(xiàn)有技術(shù)實(shí)現(xiàn)成型生產(chǎn)。

現(xiàn)有技術(shù)中，公開了專利號為2015209124071的碳纖維輪轂，該輪轂包括徑向?qū)雍途曄驅(qū)?，徑向?qū)又械母魈祭w維經(jīng)過輪輻在輪轂中心與輪緣延伸，緯向?qū)又械母魈祭w維環(huán)繞輪轂軸線。該纖維輪轂?zāi)軌蛟谝欢ǔ潭壬辖鉀Q碳纖維布的走向從雜亂無序到有一定規(guī)律的排列，但是并沒有有效解決碳纖維輪轂實(shí)際生產(chǎn)中的難度。

專利號為2014204963102，專利名稱為一種長碳纖維增強(qiáng)熱塑性復(fù)合材料汽車輪轂，該汽車輪轂不僅僅包括碳纖維還包括熱塑性復(fù)合材料，該汽車輪轂通過復(fù)合材料與碳纖維結(jié)合，這樣制造而成的輪轂雖然能夠耐低溫，具有一定的抗沖擊性，但是因?yàn)閮?nèi)部碳鏈的排列不夠嚴(yán)密，這種輪轂的強(qiáng)度并不能滿足實(shí)際實(shí)用中要求，無法抵抗汽車在路面顛簸對輪轂帶來的沖擊，因此不具備足夠的安全性，并且使用壽命也不長。

專利號為2014208630404，專利名稱為碳纖維復(fù)合式機(jī)動車輛輪轂，該車輛輪轂的剎車轂殼為鋼材質(zhì)，剎車片為碳纖維，通過剎車片排布在剎車輪轂上。這樣的車輛輪轂重量仍然很重，沒有有效減輕輪轂的重量，對于車輛輕量化意義不大。

因此市場上需要能實(shí)現(xiàn)高效率大批量生產(chǎn)的全碳纖維輪轂來改善目前在這領(lǐng)域面臨的困難和瓶頸，從而推動整個(gè)汽車行業(yè)輕量化的進(jìn)程。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種一體成型的全碳纖維輪轂,該輪轂為一體成型的全碳纖維的中空結(jié)構(gòu)，質(zhì)量輕，生產(chǎn)工藝簡單，操作方便，成本較低，并且能夠滿足實(shí)際應(yīng)用中的要求。

本發(fā)明通過以下技術(shù)方案來實(shí)現(xiàn)上述目的：一種一體成型的全碳纖維輪轂，包括碳纖維材質(zhì)的輪圈，所述輪圈內(nèi)一體成型有相互裝配且材質(zhì)均為碳纖維的輪輻上殼和輪輻下殼；

其中，所述輪輻上殼是由至少兩個(gè)陣列式的上殼輪轂條組合而成且?guī)в猩蠚ぐ疾鄣慕Y(jié)構(gòu)，所述上殼輪轂條由z型結(jié)構(gòu)的輪輻上殼組件左右鑲嵌搭接而成；所述輪輻下殼是由至少兩個(gè)陣列式的下殼輪轂條組合而成且?guī)в邢職ぐ疾鄣慕Y(jié)構(gòu)，所述下殼輪轂條由z型結(jié)構(gòu)的輪輻下殼組件左右鑲嵌搭接固定而成。

進(jìn)一步，所述上殼凹槽內(nèi)安裝有與所述輪輻上殼組件均接觸的上壓片，所述下殼凹槽內(nèi)安裝有與所述輪輻下殼組件均接觸的下壓片。

進(jìn)一步，所述輪輻上殼與輪輻下殼在接觸面處形成臺階，進(jìn)而形成具有降低輪轂重量的中空部。

進(jìn)一步，所述上殼輪轂條與所述下殼輪轂條數(shù)目相同。

進(jìn)一步，鑲嵌搭接成的所述輪輻上殼組件和輪輻下殼組件均為層疊式結(jié)構(gòu)。

進(jìn)一步，所述輪輻上殼和輪輻下殼的圓周外沿伸入纏繞而成的所述輪圈中，并與所述輪圈一體成型。

本發(fā)明的有益效果是：該輪轂整體結(jié)構(gòu)采用分件式單獨(dú)預(yù)成型生產(chǎn)，然后整體組合再對輪圈進(jìn)行纏繞并一次性注入熱固性環(huán)氧樹脂實(shí)現(xiàn)整體全碳纖維材料的固化成型，這樣的結(jié)構(gòu)使原本復(fù)雜的生產(chǎn)工藝有效地分解為簡單易操作的步驟，極大程度上縮短了單個(gè)輪轂生產(chǎn)的時(shí)間，使生產(chǎn)效率大幅提升并降低生產(chǎn)成本；

輪輻上殼組件和輪輻下殼組件采用層疊鑲嵌式設(shè)計(jì)，使各組件間形成最大面積的相互接觸及疊壓，并在與環(huán)氧樹脂結(jié)合并一體固化成型后形成有效的整體，這樣成型后使整個(gè)輪轂強(qiáng)度大幅提升；

輪圈采用纏繞式設(shè)計(jì)，各輪輻圓周外沿端部伸入輪圈內(nèi)部使之固化成型后形成有效的整體，進(jìn)而承受高強(qiáng)度的沖擊及壓力；纏繞式生產(chǎn)方式能極大提高生產(chǎn)效率的同時(shí)，通過對絲束在不同位置時(shí)纏入的角度，速度及預(yù)緊力的不同調(diào)整能使輪圈各個(gè)部位在各方向上都具備高的強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)自動化大批量生產(chǎn)，從而在提高生產(chǎn)效率降低生產(chǎn)成本的同時(shí)保證穩(wěn)定的高質(zhì)量。

該輪轂整體采用碳纖維材質(zhì)，輪輻采用中空結(jié)構(gòu)，從而使整個(gè)輪轂在具備高強(qiáng)度的同時(shí)將重量降到最低。全碳纖維的強(qiáng)度遠(yuǎn)高于鋼，同時(shí)耐用性抗腐蝕性遠(yuǎn)高于金屬，該輪轂整體重量只有鋼制輪轂的1/4，也比全鋁合金輪轂輕1/3。輪轂重量的減輕，從而使得汽車的簧下慣性減小，可提升車輛的操控性能并縮短車輛對駕駛員動作的反應(yīng)時(shí)間，使車輛擁有更快的啟動過程并降低能耗，有效縮短剎車距離增強(qiáng)行車安全性，提高轉(zhuǎn)向效率增強(qiáng)駕駛感受。更輕的車輪能減小底盤的余震和抖動，車內(nèi)也會更加安靜，對降噪也有幫助，增強(qiáng)車內(nèi)的乘坐感受，簧下質(zhì)量的減輕也大大降低整個(gè)行駛過程中的能耗。從而使得全碳纖維輪轂更加具有耐用性和安全性。

附圖說明

圖1為本發(fā)明整體結(jié)構(gòu)爆炸式示意圖；

圖2為本發(fā)明輪輻上殼與輪輻下殼裝配結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3本發(fā)明主視結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為本發(fā)明立體結(jié)構(gòu)示意圖之一；

圖5為本發(fā)明立體結(jié)構(gòu)示意圖之二；

圖6為本發(fā)明輪輻上殼與輪輻下殼裝配仰視結(jié)構(gòu)立體示意圖；

圖7為本發(fā)明輪輻上殼與輪輻下殼裝配俯視結(jié)構(gòu)立體示意圖；

圖中：1、上壓片，2、輪輻上殼，21、輪輻上殼組件3、輪輻下殼，31、輪輻下殼組件，4、下壓片，5、輪圈，6、臺階，7中空部。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

如圖1、圖2、圖4和圖5所示，一種一體成型的全碳纖維輪轂，包括碳纖維材質(zhì)的輪圈5，所述輪圈5內(nèi)一體成型有相互裝配且材質(zhì)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2是由至少兩個(gè)圓周陣列式的上殼輪轂條組合而成，并且在輪輻上殼2上端面上形成上殼凹槽，所述上殼輪轂條由z型結(jié)構(gòu)的輪輻上殼組件21左右鑲嵌搭接而成，如圖1中，輪轂上殼2上圓周陣列有九個(gè)上殼輪轂條，每個(gè)上殼輪轂條均由z型結(jié)構(gòu)的輪輻上殼組件21左右鑲嵌疊加組合連接，最終形成中部為圓環(huán)形，往外延伸出九個(gè)陣列式的上殼輪轂條，這種疊加式鑲嵌結(jié)構(gòu)能夠保證每個(gè)輪輻上殼組件21分別與其左右的輪輻上殼組件21接觸，有利于大幅加強(qiáng)輪轂上殼2一體固化成型后整個(gè)輪轂的強(qiáng)度和使用壽命；

所述輪輻下殼3是由至少兩個(gè)圓周陣列式的下殼輪轂條組合而成，并且在輪輻下殼3下端面上形成下殼凹槽，所述下殼輪轂條由z型結(jié)構(gòu)的輪輻下殼組件31左右鑲嵌搭接而成，如圖1中，輪轂下殼3上圓周陣列有九個(gè)上殼輪轂條，每個(gè)下殼輪轂條均由z型結(jié)構(gòu)的輪輻下殼組件31左右鑲嵌疊加組合連接，最終形成中部為圓環(huán)形，往外延伸出九個(gè)陣列式的下殼輪轂條，這種疊加式鑲嵌結(jié)構(gòu)能夠保證每個(gè)輪輻下殼組件31分別與其左右的輪輻下殼組件31接觸，有利于大幅加強(qiáng)輪轂下殼3一體固化成型后整個(gè)輪轂的強(qiáng)度和使用壽命。

如圖1和圖3所示，所述上殼凹槽內(nèi)安裝有與所述輪輻上殼組件21均接觸的上壓片1，所述下殼凹槽內(nèi)安裝有與所述輪輻下殼組件31均接觸的下壓片4。上壓片1和下壓片4能夠分別壓緊輪輻上殼2的上端面和輪輻下殼的下端面，進(jìn)一步增加各組件的接觸面積，從而增強(qiáng)固化成型后整個(gè)輪轂的剛性和強(qiáng)度。

如圖3、圖6和圖7所示，所述輪輻上殼2與輪輻下殼3在接觸面處形成臺階6，進(jìn)而形成具有降低輪轂重量的中空部7。換言之，在接觸面處形成臺階6，即形成了凸起結(jié)構(gòu)，進(jìn)而在輪轂上殼2和輪轂下殼3之間形成了一個(gè)中空的空間，這種結(jié)構(gòu)形態(tài)在加強(qiáng)輪轂的剛性和強(qiáng)度同時(shí)，又能減少碳纖維材料的使用，進(jìn)而將輪轂的重量進(jìn)一步減輕。

所述上殼輪轂條與所述下殼輪轂條數(shù)目相同，保證輪轂上殼2和輪轂下殼3安裝匹配。

如圖3所示，所述輪輻上殼2和輪輻下殼3的圓周外沿(即上殼輪轂條和下殼輪轂條的外端部)伸入纏繞而成的所述輪圈5中，從而使得輪圈的碳纖維材料能與輪輻上殼2和輪輻下殼3形成包裹結(jié)構(gòu)，達(dá)到與所述輪圈5一體成型的目的。

生產(chǎn)過程：生產(chǎn)時(shí)，首先用斜紋碳纖維布對上壓片1，輪輻上殼2，輪輻下殼3和下壓片4進(jìn)行預(yù)成型生產(chǎn)；其次，將這些組件依次放入一體成型的模具中，合模后在模芯的外壁上進(jìn)行碳纖維絲束的纏繞，直到碳纖維絲束厚度和形狀均符合要求，形成外圈5；然后，合上側(cè)模鎖緊并將模具升溫，注入樹脂直到模腔內(nèi)充滿(由于中空部的存在，樹脂有可能會充入中空部，此時(shí)可通過在中空部設(shè)有預(yù)制的中空組件，該中空組件能夠有效地阻止樹脂流入中空部，保持輪轂處的中空式設(shè)計(jì))，保持高溫到樹脂固化后開模取出已融為一體的坯件；最后，對外表面批鋒進(jìn)行打磨檢查并對安裝孔位進(jìn)行加工，再對表面進(jìn)行打磨檢查，然后對表面進(jìn)行噴涂處理，放入烤箱進(jìn)行二次升溫固化，二次固化完成取出后裝上隔熱配件即可安裝使用。該輪轂各安裝孔位及尺寸能與各規(guī)格相對應(yīng)的輪胎及車輛匹配，將輪胎裝在輪圈上后，將輪轂上的安裝孔位對準(zhǔn)汽車上的安裝螺栓鎖緊螺母后即可。

針對碳纖維產(chǎn)品制造工藝的復(fù)雜性，本發(fā)明采用分件式中空結(jié)構(gòu)，各組件利用裁剪好的碳纖維布分別進(jìn)行預(yù)成型生產(chǎn)，然后整體組合再對輪圈進(jìn)行纏繞生產(chǎn)并一次性注入熱固性樹脂實(shí)現(xiàn)整體全碳纖維材料的固化成型。這樣不僅在產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)上保證利用最少材料的同時(shí)將輪轂的重量控制在最輕狀態(tài)，還在全碳纖維材料一體成型的工藝下保證輪轂在實(shí)際應(yīng)用中擁有極高的強(qiáng)度及韌性的同時(shí)，對復(fù)雜的成型工藝進(jìn)行有效的分解，使高效的大批量自動化生產(chǎn)模式得以實(shí)現(xiàn)，并且能大幅降低生產(chǎn)成本。

以上所舉實(shí)施例為本發(fā)明的較佳實(shí)施方式，僅用來方便說明本發(fā)明，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，任何所屬技術(shù)領(lǐng)域中具有通常知識者，若在不脫離本發(fā)明所提技術(shù)特征的范圍內(nèi)，利用本發(fā)明所揭示技術(shù)內(nèi)容所做出局部更動或修飾的等效實(shí)施例，并且未脫離本發(fā)明的技術(shù)特征內(nèi)容，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)特征的范圍內(nèi)。