CN102427953A - 车轮组件的导热环 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种车轮组件的导热环，根据本发明的车轮组件的导热环，其插入在双头螺栓，所述双头螺栓固定汽车的制动鼓或制动盘和车轮，其特征在于，包括：圆筒形主体，向长度方向具有切割部；散热部，其形成在所述主体的表面和边缘的至少一侧以扩大表面积。所述车轮组件的导热环可将在制动及行驶时产生的热顺利地传递至车轮侧并进行排放，保持初期汽车的设计条件，可以提高轮胎的偏磨损、单边制动、转弯及行驶性。
Description
技术领域
本发明涉及一种车轮组件的导热环，更具体而言，涉及将由制动鼓发生的热从双头螺栓传递至车轮的车轮组件的导热环。
背景技术
通常，车轮制造厂为了制造能以同轴结合在车轴的车轮，试图成型为中心孔(center-pilot opening)和车轴为同轴，且对轮辋胎圈座(tire rim beadseat)也呈同轴。
通过努力，即使能正确地制造出车轮，通过车轴的轮毂和鼓而设置的多个双头螺栓插入在车轮固定孔之后，所述双头螺栓和螺母结合而使车轮和车轴的结合。在此过程中，因所述双头螺栓的直径和形成在车轮的固定孔的直径之差，往往发生车轮中心和车轴中心不一致的问题。
并且，在汽车行驶过程中进行制动时，由于制动鼓或制动盘与制动衬块的摩擦力而产生热，此时，来自制动鼓或制动盘的热会传递到双头螺栓、制动鼓以及车轮。
在所述传热过程中，由于所述每个配件具有材料特有的热膨胀系数，因此热膨胀系数互不相同。所述热膨胀量之差会对车轴带来车轮的结合及支撑状态的变化，因此会影响汽车行驶，在设计汽车时不能保持结构上的稳定状态。
另外，由于大型卡车、公共汽车等对车轴施加较大的负重，因此发生设置双头螺栓的鼓和车轮发生相对移动现象，从而导致车轴中心和轮胎的车轮中心不一致，进而，存在由于在轮胎车轮的制动盘和螺母之间发生摩擦移动而螺母从双头螺栓解开或固定在双头螺栓的问题。因此，新出货或交换轮胎时，驶预定距离(约100Km)后应反复进行紧固螺母的工作。
日本公开专利平07-228101号及日本公开专利平05-27840号公开了使车轴和车轮中心一致的技术结构。
现有的防止车轮螺母解开的结构，包括：第一双头螺栓，在组装制动鼓、外轮、内轮及轮毂的状态下，从外轮侧穿通至内轮，并穿通设在内轮和轮毂的凸缘之间的车轮锥形环及凸缘而插入在制动鼓；第二双头螺栓，其穿通内外轮的结合孔而插入结合在第一双头螺栓的外轮侧线圈部；车轮螺母，其插入结合在第二双头螺栓的外周螺丝部。
所述防止车轮螺母解开的结构由螺丝结合双头螺栓的两个部件而成，因此很难期待稳定的结构，在所述第一双头螺栓及所述第二双头螺栓被解开时，存在不能紧固车轮的问题，并不能彻底解决因热膨胀而引起的问题点。
尤其，包含制动单元的组件的各部位与外部设备接触的程度皆不同，因此不容易达到热平行状态。所以，反复制动时，在制动鼓和双头螺栓及车轮之间存在的热膨胀量之差，该热膨胀量之差成为车轮组件扭曲的原因。
所述车轮组件的扭曲导致轮胎的偏磨损、单边制动、以及因行驶而引起转向性能降低等问题。
本申请人开发并申请了用于防止车轴和车轮中心的偏移的环，持续开发研究以至完成本发明。
发明内容
本发明是为解决所述问题点而提出的，其目的在于，提供一种车轮组件的导热环，所述导热环插入在结合车轴和车轮的双头螺栓用来防止车轴和车轮中心偏移，将在制动鼓产生的热传递至车轮，以在最短时间内谋求冷却及热平行状态，进一步可彻底地防止因热膨胀量之差而引起的扭曲。
本发明的另一目的在于，提供一种车轮组件的导热环，防止因制动鼓和车轮的轴力减小而螺栓的螺丝部位被变形或损伤，减低向半径方向的振动，随此减低因汽车行驶而发生的振动。
为了达成所述目的，本发明的车轮组件的导热环插入在双头螺栓，所述双头螺栓固定汽车的制动鼓或制动盘和车轮，其特征在于，包括：圆筒形主体，向长度方向具有切割部；散热部，其形成在所述主体的表面和边缘的至少一侧以扩大表面积。
本发明中，所述散热部，在主体边缘形成锯齿形、矩形或波浪形突起，或在主体表面形成引入槽。
所述主体，包括：圆筒形基材，具有所述切割部；第一导热层，其形成在所述基材的表面；中间层，其涂布于第一导热层的表面；第二导热层，其涂布于所述中间层的表面。
进一步具备：辅助热膨胀层，其接合在所述基材，用于在加热时通过热膨胀缩小双头螺栓和车轮的固定孔的间隔，辅助热膨胀层由热膨胀系数大于所述基材的材料形成。
所述基材由STC钢材而形成，所述第一导热层由铜或铜合金而形成，所述中间层由镍而形成，所述第二导热层由金或金合金而形成，所述热膨胀层由铜、铜合金、银、银合金、金、金合金、铝、铝合金、钛、钛合金而形成。
本发明的车轮组件导热环，通过将在汽车行驶时因制动而产生的热通过制动鼓或制动盘和双头螺栓顺利地传递至轮胎车轮，从而提高散热性，并可以彻底防止因配件之间的热膨胀量之差而导致车轮组件变形的问题。而且，本发明的车轮组件防止制动鼓、双头螺栓及轮胎车轮过热，而保持初期汽车的设计条件，可以提高轮胎的偏磨损、单边制动、转弯及行驶性。
附图说明
图1是安装有根据本发明的车轮组件的导热环的车轮组件的局部切开侧视图。
图2是示出安装有根据本发明的车轮组件的导热环的状态的放大截面图。
图3至图5是示出根据本发明的车轮组件的导热环的实施例的局部切开立体图。
图6至图8是示出根据本发明的车轮组件的导热环的另一实施例的立体图。
图9至图20是示出切割部的实施例的局部切开正面图。
图21是示出为了进行本发明的燃料效率实验的行驶模式的图表。
图22及图23是在通过减速带时，比较在双头螺栓安装有导热环的汽车和没有安装导热环的汽车的接地力的图表。
图24及图25是在通过减速带时，比较在双头螺栓安装有导热环的汽车和没有安装导热环的汽车的接地力的图表。
图26及图27是在通过路标时，比较在双头螺栓安装有导热环的汽车和没有安装导热环的汽车的纵向加速度的图表。
图28及图29是在通过路标时，比较在双头螺栓安装有导热环的汽车和没有安装导热环的汽车的接地力的图表。
图30是在紧急刹车时，比较在双头螺栓安装有导热环的汽车和没有安装导热环的汽车的纵向加速度的图表。
图31是在紧急刹车时，比较在双头螺栓没有安装导热环的汽车的纵向加速度和速度的图表。
图32是在紧急刹车时，比较在双头螺栓安装有导热环的汽车的纵向加速度和速度的图表。
图33是在紧急刹车时，比较在双头螺栓安装有导热环的汽车和没有安装导热环的汽车的纵向速度和制动距离的图表。
图34及图35是在紧急刹车时，比较在双头螺栓安装有导热环的汽车和没有安装导热环的汽车的接地力的图表。
具体实施方式
根据本发明的车轮组件的导热环，在利用双头螺栓和螺母来固定在车轴安装有轮胎的车轮时，使车轴的旋转中心和车轮的旋转中心一致，并通过双头螺栓将在制动时产生的热容易传递到轮辋而防止车轮组件的歪曲，并防止螺母从各个双头螺栓解开，将其一实施例表示在图1及图2。
根据图面，车轮组件10具备设在车轴11的轮毂12、结合在所述轮毂12和后述的双头螺栓20并用于制动的制动盘或制动鼓13。在所述轮毂12和制动鼓13以车轴11为中心沿圆周方向排列有多个双头螺栓20，所述双头螺栓20从轮毂12穿到制动鼓13，在所述双头螺栓20插入轮胎车轮100的固定孔101之后结合螺母30。
此处，在所述双头螺栓20的外周面和所述轮胎车轮100的固定孔101之间插入导热环50，所述导热环50将在汽车制动或行驶时发生的热从制动鼓的双头螺栓20传递至轮胎车轮100，或者从车轮传递至制动鼓13，同时调整中心。
图3示出根据本发明的导热环的一实施例。
根据图3，导热环50，在向长度方向形成有切割部51的圆筒形主体52的边缘形成散热部55。
所述主体52由具有所述切割部51的圆筒形基材52a而成，在该基材52a的表面形成有导热层53，所述导热层53包括：第一导热层53a，其形成在基材52a的表面；中间层53b，其涂布于第一导热层53a的表面；第二导热层53c，其涂布于所述中间层的表面。此处，在所述基材52a可由导热性高于基材52a的金属而形成单一导热层。
基材52a优选由结构强度低于双头螺母20的材料制成，优选由STC钢材(JIS规格)制成。
所述第一导热层53a由铜或铜合金而形成，所述中间层53b由镍而形成，所述第二导热层53c由金或金合金而形成，所述热膨胀层由选自铜、铜合金、银、银合金、金、金合金、铝、铝合金、钛、钛合金、铬、铬合金中的一种金属而形成。如上所述，在基材52a形成单一导热层时，所述导热层可由选自金、金合金或银、银合金、铜、铜合金中的一种金属而形成。
另外，如图4所示，构成所述主体52的基材52a可进一步具备因制动或行驶而被加热时，通过热膨胀缩小双头螺栓和车轮的固定孔101的间隔的辅助热膨胀层54，接合在所述基材52a，由热膨胀系数大于基材52a的材料制成。所述辅助热膨胀层54，如图5所示，可以位于两个基材52a之间。所述接合构造可以防止物性较低的辅助热膨胀层54被双头螺栓20的螺纹损伤。所述辅助热膨胀层54由选自铜、铜合金、银、银合金、金、金合金、镍、镍合金、钛、钛合金、铬、铬合金中的一种而成。
在所述辅助热膨胀层形成在基材52a的表面时，可以在该辅助热膨胀层54的表面形成导热层53。
所述散热部55，如图3所示，可在表面形成引入槽56而成。此时，引入槽56优选构成为从边缘开始并且开放，以使引入槽56内的空气排放到边缘。所述引入槽56可互相交替形成。
并且，如图4至图8所示，所述散热部55，在主体52的边缘形成多个突起57。所述突起57形成为锯齿形、矩形或波浪形，或者半圆形连续突起、以预定节距形成的锯齿形或矩形突起。此处，构成所述散热部55的突起57的厚度可以形成为比主体厚度薄(参照图6)。
如图9所示，所述切割部51，在形成切割部的主体52的一侧端部形成半径为幅度的一半的引入槽51a，在与此对应的主体52的另一侧端部形成曲率半径小于所述引入槽51a的突起51b，并互相结合而成。
作为所述切割部的另一实施例，如图10所示，在形成切割部的一侧端部形成半径为幅度的一半的引入槽，在与此对应的另一侧端部形成曲率半径与所述引入槽相同的突起，并互相结合而成。并且，如图11所示，可以将切割部11倾斜形成。
图14至20表示所述切割部的其他另一实施例。根据附图，与矩形突起或具有预定曲率半径的半圆形突起、锯齿形突起互相对应地形成切割部51，在形成所述切割部51的主体的一侧端部形成矩形突起或具有预定曲率的半圆形突起、锯齿形突起，在另一侧端部形成与此突起对应的凹槽并可以互相结合。
所述切割部不限定于所述实施例，只要将所述切割部能形成为直线型或非直线型的结构即可(参照图11及图12)。
另外，将所述导热环50优选形成为内径ID为11至24mm，外径OD为12至28mm。并且，所述主体51的长度方向幅度L可以形成为4至20mm。并且，在所述中心环10的厚度为0.5以下时，插入在双头螺栓20的螺纹和轮胎车轮100的内周面时，被螺纹的切断力破坏而不能作为中心环发挥作用。因此，所述中心环的厚度T优选为0.5mm至2mm。此时，可以防止中心环被双头螺栓20的螺纹切断或损伤。
以下说明根据如所述构成的本发明的车轮组件的导热环的作用则为如下。
首先，为了制作汽车或交换轮胎，从汽车分离车轮100，然后为了固定交换轮胎的车轮100，在从轮毂12或制动鼓13突出的双头螺栓20插入一个或多个导热环50。
在所述双头螺栓20插入安装有轮胎的轮胎车轮100的固定孔101.在此状态下，结合所述双头螺栓20和螺母30，如图1及2所示，将安装有轮胎的轮胎车轮100安装在车轴。此时，插入于所述双头螺栓20的导热环50不突出于轮胎车轮100的固定孔101的外侧。通过所述结合，设置在双头螺栓和轮胎车轮100的固定孔101的内周面之间而缩小两者之间的间隔。因此，随着大型卡车等对车轴施加较大的负重，可以彻底防止因制动鼓和轮胎车轮100之间的轴力(面压)轮胎车轮100对于双头螺栓20进行相对移动。尤其，由于在所述主体51形成有辅助热膨胀层54，因此随着热膨胀层54及主体膨胀，可以缩小双头螺栓20和固定孔101内周面之间的间隔。因此，如上所述，可以彻底防止轮胎车轮由于面压进行相对移动的现象。
而且，插入在所述双头螺栓20和轮胎车轮的固定孔101的导热环50的外周面形成有导热层53以便将热顺利地传递到双头螺栓20和轮胎车轮100之间，因此，可在短时间内将热顺利地从双头螺栓20传递至轮胎车轮100。并且，由于在所述导热环50形成有散热部55，因此，可将在制动时发生的热短时间内进行排放。另外，由于可顺利排放车轮组件的热，因此可以防止因配件相互间的热膨胀量之差制动器组件以及车轮组件被歪曲的现象。
通过调整车轮组件的歪曲和轮胎车轮以及车轴的中心可以提高汽车的燃料效率及行驶性能。
所述作用效果可通过以下的试验结果将会明确。
实验1
在本实验测定安装有根据本发明的导热环的汽车和没有安装导热环的汽车的燃料效率和废弃，本实验是在亚洲汽车大学进行的。
实验设备利用了底制动盘测功机(chassis dynamometer)及废弃重量分析器，试验用车辆是由现代汽车厂生产的NF SONATA(安装有AT，汽油发动机2000cc，2007年产行驶60,000km)，试验期间是2008年11月20日至2008年11月21日，行驶了400km。
如图21所示，行驶模式分析行驶在室内中心的模式，统计平均行驶模式，以美国规定的模式为准。
表1
由表1可知，汽车的行驶燃料效率平均增加了3.6％，减少了NOx。
实验2
在本实验测定安装有根据本发明的导热环的汽车和没有安装导热环的汽车的燃料效率和废弃，本实验是在亚洲汽车大学进行的。
实验设备利用了底制动盘测功机(chassis dynamometer)及废弃重量分析器，试验用车辆是由现代汽车厂生产的Grandeur TG(安装有AT，汽油发动机3300cc，2007年产行驶80,000km)，试验期间是2008年11月25日至2008年12月01日，分别行驶了500km及1000km。
如图21所示，行驶模式分析行驶在室内中心的模式，统计平均行驶模式，以美国规定的模式为准。
表2
由表2可知，汽车的行驶燃料效率平均增加了2.3％至4.2％，减少了废弃中的HC、CO、NOx。
由以上实验可知，根据本发明的汽车车轮组件的导热环设在双头螺栓和车轮的固定孔的内周面之间而缩小两者之间的间隔，并可对车轮轴保持车轮中心。尤其，在汽车行驶及和制动时，通过双头螺栓将在制动衬块及制动鼓或制动盘产生的热迅速地传递至轮胎车轮，从而可在短时间内保持热平行，而且可将热排放至外。
通过排热可以防止车轮组件因热膨胀量而变形。这会彻底地防止因轮胎车轮和车轴不一致或变形而产生的轮胎的偏磨损、单边制动、滑移的增加，转弯时的晃动等。
如以上说明，根据本发明的中心环和利用此中心环的车轮组件的导热环，缩小相对施加大负重的大型卡车、公共汽车、轿车、面包车、RV汽车、小型卡车等的车轮和双头螺栓之间的间隔，以调整轮胎车轮的中心，并可在短时间内排放在制动时产生的热，因此可以防止因热膨胀量之差各配件被扭曲。
实验3
本实验中进行了在通过减速带时安装有根据本发明的导热环的汽车和没有安装导热环的汽车的接地力实验。
本实验中所利用的车辆是总重量为2,096.5kg，前轮侧的左右侧负重分别为558kg、522.5kg、后轮侧的左右侧负重分别为486kg、530kg、前轮侧的右侧悬挂下重量为68.5kg、悬挂上重量为454kg、后轮侧的后侧悬挂下重量为120kg、悬挂上重量为410kg(双龙汽车模型290SR，1999年产，安装有ABS)
为执行本实验，在悬架上重量及下重量部分别设置加速度传感器，在车身中央部设置用于测定加速度传感器的上下前后速度的传感器，在驾驶席安装用于测定上下、左右、前后速度的传感器。
如上所述，在安装传感器的状态下，以20km/h及50km/h的速度通过减速带(高度105mm、宽度1,500mm、长度6m)，实验前轮接地力和后轮接地力。
由实验结果可知，如图22及23所示，在双头螺栓安装导热环的状态下，以20km/h通过减速带时，前轮的接地力及后轮的接地力变化很少。尤其，可知后轮比前轮，导热环的安装效果显著。
如上所述，汽车以50km/h的速度通过减速带时，如图24所示，在双头螺栓安装导热环时和未安装导热环时，前轮的接地力之差并不显著，但是，如图25所示，后轮的接地力相对较大。
实验4
利用与实验3相同的汽车，以40km/h通过以节距300mm的间隔配置的高度20mm、宽度100mm的路标时，测定右侧前轮和后轮的纵向加速度，并获得如图26及27所示的结果。
根据图26及27的图表，可知在双头螺栓安装有导热环时，前轮和后轮的车轮振动得以减小，并且，如图28及29所示，前轮及后轮的接地力变动变少而接地力得以改善。
实验5
利用与实验3相同的汽车，以80km/h的速度行驶在沥青路的途中急剧煞车，测量纵向设在汽车的加速度传感器的输出信号获得图30的图表。
根据图表说明安装导热环之前的信号，制动初期，加速度值振动是因为制动盘和衬块的摩擦系数的变动而引起的。在1g(g：重力加速度(9.8m/s))附近，加速度信号的振动是为了防止因制动轮胎和路面之间打滑而设置ABS而引起的。
参照安装导热环之后的加速度信号，可见与制动初期未安装导热环时相比加速度急剧变化，并且，与安装导热环之前相比制动效果更大。比较在1g附近安装导热环之前和安装导热环之后的加速度信号，则由图中可知安装导热环之后制动效果更高。尤其，在安装导热环之前最大加速度约为1.45g，但在安装导热环之后超过2g。可见安装导热环之后，加速度信号再与时间轴见面的时点更快。基于此结果可以期待安装导热环之前与安装导热环之后相比制动距离减小。
另外，图31，图32，图33示出在双头螺栓安装导热环之前和之后，急剧煞车时的纵向加速度和由纵向加速度推测的纵向速度。此时，积分初期速度为80km/h。积分纵向速度为“0”时汽车将会停止。
在双头螺栓没有安装导热环时，急剧煞车到停止为止需要2.64秒。但是，安装导热环之后，急剧煞车到停止为止需要2.36秒。停止后可以看到加速度信号值超过时间轴上面，这是汽车轮胎、弹簧等弹性部件的弹性而引起的。
另外，如图33所示，若比较急剧煞车时的纵向速度，则在安装导热环之后与安装导热环之前相比，纵向速度减小得更快。并且，如图34所示，安装导热环之后，接地力更接近于无源角重量。安装导热环之后前轮的接地力变动减小，可以说安装导热环之后与安装导热环之前相比制动时的接地力更出色。
安装导热环之后接地力得以改善，这有助于缩短制动距离。安装导热环之后，在制动时，当2.36秒时前轮的接地力开始超过无源角重量。
并且，图35示出在急剧制动时安装有导热环的后轮的接地力，由此可知，安装导热环之后，接地力更接近于无源角重量(passive corner weight)。可见，在安装导热环之后，后轮的接地力变动减小，且与安装导热环之前相比，安装导热环之后制动时的接地力更出色。安装导热环之后接地力得以改善，这有助于缩短制动距离。
可知，安装导热环之后，进行制动时，在2.36秒时后轮接地力急剧减小，此时，后轮的负重移动到前轮。
以上，以图中所示的一实施例为参考说明了本发明，但这只不过是例示而已，可以理解为属于本技术领域的技术人员可由此进行各种变形及均等地实施。
因此，本发明的真正的保护范围应由权利要求范围来决定。
本发明的车轮组件的导热环可适用于各种车辆的双头螺栓及车轮的固定孔之间以能提高汽车的行驶性能。
Claims (6)
1.一种车轮组件的导热环，其插入于双头螺栓中，所述双头螺栓将汽车的制动鼓或制动盘固定于车轮；所述车轮组件的导热环的特征在于，包括：
圆筒形主体，在长度方向具有切割部；
散热部，其形成在所述主体的表面和边缘的至少一侧以扩大表面积。
2.根据权利要求1所述的车轮组件的导热环，其特征在于：
所述散热部，在主体边缘以连续或断续方式形成锯齿形、圆形或波浪形突起。
3.根据权利要求1所述的车轮组件的导热环，其特征在于：
所述主体，包括：
圆筒形基材，其具有所述切割部；
第一导热层，其形成在所述基材的表面；
第二导热层，其涂布于第一导热层的表面。
4.根据权利要求3所述的车轮组件的导热环，其特征在于：
在所述第一导热层和第二导热层之间形成中间层。
5.根据权利要求1所述的车轮组件的导热环，其特征在于：
所述主体，进一步具备：
基材；
辅助热膨胀层，其接合于所述基材，用于在加热时通过热膨胀缩小双头螺栓和车轮的固定孔的间隔，所述辅助热膨胀层由热膨胀系数大于所述基材的材料形成。
6.根据权利要求4所述的车轮组件的导热环，其特征在于：
所述基材由STC钢材形成；所述第一导热层由铜或铜合金形成；所述中间层由镍形成；所述第二导热层由金、钛、金合金、钛合金、铬、铬合金中的一种形成。
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