CN105128593B - 一种非对称高通风孔车轮的风孔结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种非对称高通风孔车轮的风孔结构，所述风孔设置在车轮的轮辐上，轮辐的辐条由上段辐条、中段辐条及与轮辋固定环连接的下段辐条依次连接构成，上段辐条与下段辐条均呈弧形，辐条整体在轮辐的径向上呈开口向内的拱形结构，相邻两根辐条及轮辋固定环之间设有缺口，拱形结构的辐条在轮辐的切向上形成风孔，至少两根辐条在轮辐的切向上整体呈倾斜设置，辐条内侧的风孔其中心轴线与轮辐的径向平面之间的夹角为3‑8度。它有效地解决了现有技术的车轮轮辐结构存在用料较厚，重量较大，散热及整车燃油经济性较差的问题，本发明的轮辐用料少、散热效果好、整车燃油经济性好，具有很高的实用价值。

Description

一种非对称高通风孔车轮的风孔结构

技术领域

本发明涉及一种车轮结构，尤其是涉及一种非对称高通风孔车轮的风孔结构。

背景技术

现有汽车的轮毂一般采用对称结构的辐条构成对称的轮辐结构，辐条以对称的方式设置在轮辐的同一径向平面内，这种对称结构的轮辐使得车轮在受载情况下应力较大，车轮轮辐结构存在用料较厚，重量较大，整车燃油经济性较差的问题；同时，这种轮辐的风孔轴线与轮辐的径向平面平行，因此车轮转动时风孔的散热效果相对较差。公开日 2013年10月30日，公告号为CN203254888U的专利文件公开了一种高通风孔轮毂，包括轮辋，所述的轮辋内部设置有轮辐，轮辐包括与轮辋内表面固定贴合的固定环面、位于轴心处的轮辐安装面和若干个辐条，轮辐安装面与固定环面之间通过辐条相连，所述的辐条均匀围绕轮辐安装面排列，相邻两个轮辐之间设置有大通风孔，所述的固定环面和轮辐安装面与辐条一体相连，所述的轮辐安装面上设置有连接孔。该轮毂具有能够有效地增强轮毂的结构强度、提高轮毂散热性和通风性等有益效果。但该结构采用传统的对称布置，轮辐在受载情况下的应力较大，因此轮辐在可接受的疲劳寿命下用料较厚，重量较大，整车的燃油经济性较差；同时，由于轮辐的风孔轴线与轮辐的径向平面平行，散热效果相对较差。

发明内容

本发明为解决现有技术的车轮轮辐结构存在用料较厚，重量较大，散热及整车燃油经济性较差的问题，提供一种用料少、散热效果好、整车燃油经济性好的非对称高通风孔车轮的风孔结构。

本发明为解决上述技术问题而采用的具体技术方案是，一种非对称高通风孔车轮的风孔结构，所述风孔设置在车轮的轮辐上，轮辐的中央设有车轴固定盘，车轴固定盘上设有螺栓孔，车轮的外周设有垂直于轮辐径向平面的轮辋固定环，车轮固定盘与轮辋固定环之间通过五根径向设置的辐条连接，所述辐条由与车轮固定盘连接的上段辐条、中段辐条及与轮辋固定环连接的下段辐条依次连接构成，上段辐条与下段辐条均呈弧形，辐条整体在轮辐的径向上呈开口向内的拱形结构，相邻两根辐条及轮辋固定环之间设有缺口，拱形结构的辐条在轮辐的切向上（即拱形下方的拱孔部分）形成风孔，至少两根辐条在轮辐的切向上整体呈倾斜设置，辐条内侧的风孔其中心轴线与轮辐的径向平面之间的夹角为3-8度，辐条的两侧边缘向外翻折构成加强耳，所述的加强耳的外侧边为扁平的长条状结构，五条辐条上共有10条加强耳，至少3条加强耳的外侧边在轮辐的轴向上错位设置（即加强耳外侧边不在轮辐的同一径向面上）。

本发明通过在辐条两侧设置翻折结构的加强耳，可以提高辐条的结构强度；同时对部分辐条沿轮辐的切向进行整体倾斜设置，使辐条拱形结构下方的风孔呈倾斜状态，这样可以增强风孔的通风性能，提高散热效果。同时整体倾斜设置的辐条可以将支撑在车轴固定盘和轮辋固定环之间的支撑力适度分散，有利于提高轮辐的整体结构强度，即在同等强度下，可以减轻轮辐的重量，达到车轮轻量化的目的。此外，将辐条两侧的加强耳进行错位布置有利于提高轮辐的整体结构强度，从而在同等强度下，可以减轻轮辐的重量，达到车轮轻量化的目的。上述结构改进虽然在轮辐的固有频率和模态特征上的变化量较小，但是这种非对称的轮辐结构大大降低了轮辐受载情况下的应力，进而使轮辐的疲劳寿命在同等厚度的材料下增加，或者可以使用更少的材料而获得可接受的疲劳寿命；换句话说，实现了车轮的车轮轻量化。本发明通过结构改进增加轮辐强度进而使整车的重量减轻以改善整车的燃油经济性，解决现有技术的车轮轮辐结构存在用料较厚，重量较大，散热性能与整车燃油经济性较差的问题。

所述辐条中的一根辐条为基准辐条，其辐条内侧的风孔中心轴线与轮辐的径向平面之间的夹角为0度，与基准辐条相邻的两根辐条在轮辐的切向上整体向外呈同向倾斜设置（即该辐条的其中一侧边相对于基准辐条向外凸出），辐条内侧的风孔其中心轴线与轮辐的径向平面之间的夹角为4-6度；另外两根辐条在轮辐的切向上整体向内呈同向倾斜设置（即该辐条的其中一侧边相对于基准辐条向内凹进），辐条内侧的风孔其中心轴线与轮辐的径向平面之间的夹角为4-6度。这里的同向倾斜是指当轮辐转动一定的角度后，处于相同位置的辐条其整体倾斜方向指向同一侧。辐条沿轮辐的切向进行倾斜设置，可以使辐条支撑在轮辋固定环上的支撑力分散开来，有利于提高轮辐的整体结构强度，FEA模拟结果显示本方案的最大应力下降2%－3%，即在同等强度下，可以减轻轮辐的重量，达到车轮轻量化的目的。

作为优选，五根辐条在轮辐的切向上整体向外呈同向倾斜设置，辐条内侧的风孔其中心轴线与轮辐的径向平面之间的夹角分别为3度、4度、5度、6度及7度。本方案的辐条沿轮辐的切向进行同向等角度变化的倾斜设置，使辐条支撑在轮辋固定环上的支撑力最大限度地得到分散，有利于提高轮辐的整体结构强度，FEA模拟结果显示本方案的最大应力下降1.5%－3%，在同等强度下，可以减轻轮辐的重量，达到车轮轻量化的目的；另一方面，同向等角度变化倾斜设置的辐条在车轮行驶轮辐转动时具有类似风扇叶片的作用，因此可以显著提高散热效果。

作为优选，5条加强耳在轮辐的轴向上错位设置（即加强耳不在轮辐的同一径向平面上，呈现一边高一边低的状态），错位设置的加强耳外侧边与基准加强耳外侧边在轮辐的轴向上错位2-3毫米，加强耳的错位方向与五根辐条的整体倾斜方向一致（即在辐条整体倾斜的基础上，加强耳进一步错位2-3毫米，此时加强耳的错位设置强化了辐条或风孔的整体倾斜趋势）。将辐条两侧的加强耳进行错位布置有利于提高轮辐的整体结构强度，从而在同等强度下，可以减轻轮辐的重量，达到车轮轻量化的目的，本方案所述的加强耳错位2-3毫米，是针对轮辐的辐条在未倾斜状态而言，当两个以上的非对称结构方案叠加使用时，实际加强耳的错位值会超过3毫米，这是本领域技术人员应当可以理解的。

作为优选，辐条一侧的加强耳其外侧边宽度大于辐条另一侧加强耳的外侧边宽度，加强耳的外侧边宽度比为1比0.4至1比0.7。本方案采用加强耳的不对称结构，也可以提高轮辐的结构强度。

作为优选，内段辐条靠近车轴固定盘的一端其两侧边缘的加强耳与相邻内段辐条上的加强耳相互连接构成过渡斜面，所述的过渡斜面为五个，至少两个过渡斜面在轮辐的切向上呈倾斜设置，倾斜设置的过渡斜面与轮辐径向平面之间的夹角为2至6度。过渡斜面使辐条与车轴固定盘的连接牢固，从而提高轮辐的整体结构强度。

一个过渡斜面正置，其余四个过渡斜面在轮辐的切向上呈倾斜设置，两个过渡斜面与轮辐径向平面之间的夹角为2.5度且向外倾斜（即该过渡斜面相对于基准过渡斜面向外凸起），两个过渡斜面与轮辐径向平面之间的夹角为2.5度且向内倾斜（即该过渡斜面相对于基准过渡斜面向内凹陷）。非对称倾斜设置的过渡斜面可以增加轮辐的整体结构强度。

作为优选，所述的缺口整体呈三角形，靠近轮辋的缺口角部设有圆弧形过渡边，所述圆弧形过渡边的中心点在轮辐的径向上错位设置，同一缺口上相对的两个圆弧形过渡边具有不同的曲率半径。缺口上采用不同半径的圆弧形过渡边，可以有效地搅动空气流，从而改善风孔的散热效果。

作为优选，轮辐为等壁厚结构，车轴固定盘、辐条及轮辋固定环为钢质一体结构。

本发明致力于通过一种对风孔等轮辐构件进行非对称布置的设计方法，来实现增加轮辐的结构强度或在同等强度下使轮辐轻量化，同时提高散热性能；FEA模拟结果及实际样品测试证明，与现有技术对称结构的轮辐相比，采用非对称布置的轮辐可以提高结构强度，降低轮辐的最大应力。在轮辐同等重量的条件下，一般将一项对称结构改为非对称结构后，相应的最大应力降低量在1%-3%之间，而通过多项非对称结构的组合，则可以达到更好的技术效果，因此可以使用更薄的材料获得可接受的轮辐疲劳寿命，从而实现了车轮的轻量化；另一方面，非对称设计的轮辐还可以分散轮辐构件其固有振动频率的频谱分布，进而降低某些工况下轮辐构件的谐振概率，从而降低行驶振动与噪音，提高可靠性，因此本发明的创新设计具有很高的实用价值。

本发明描述的内外方位是针对使用状态的车轮而言（此时轮辐的径向平面与水平面垂直），内侧是靠近汽车纵向中心线的一侧，外侧是远离汽车纵向中心线的一侧。另外，本发明的非对称结构构件在连接处可能出现相互错位的情形，这些地方可以通过平滑过渡的连接方式加以解决，这是本领域技术人员的公知常识，本发明中没有一一详细说明；应当注意的是，当两个以上的非对称结构方案叠加使用时，那些造成轮辐结构显著突变且与轮辐的基准结构偏离较大的方案通常不作为优选考虑的方案；而那些组合后轮辐结构变化平滑，有利于轮辐加工的非对称结构组合方案可以作为优选选择的方案，本领域技术人员应当可以理解。另外需要说明的是，本发明所表述的错位数值或倾斜的角度数值，是针对轮辐的基准状态而言，当两个以上的非对称结构方案叠加使用时，实际的倾斜角度或错位值可能与所表述的数值存在偏差，这是本领域技术人员根据技术方案应当可以理解的。

本发明的有益效果是，它有效地解决了现有技术的车轮轮辐结构存在用料较厚，重量较大，散热及整车燃油经济性较差的问题，本发明的轮辐用料少、散热效果好、整车燃油经济性好，具有很高的实用价值。

附图说明

图1是本发明轮辐的一种结构示意图；

图2是图1的一种左视结构示意图；

图3是本发明辐条的一种横截面结构示意图；

图4是本发明轮辐的另一种结构示意图。

图中：1.车轴固定盘，2.螺栓孔，3.轮辋固定环，4.上段辐条，5.中段辐条，6.下段辐条，7.缺口，8.风孔，9.加强耳，10.外侧边，11.过渡斜面，12.过渡边。

具体实施方式

下面通过实施例并结合附图对本发明的技术方案作进一步详细的说明。

实施例1

在如图1图2所示的实施例1中，一种非对称高通风孔车轮的风孔结构，所述风孔设置在车轮的轮辐上，轮辐的中央设有车轴固定盘1，车轴固定盘上设有螺栓孔2，车轮的外周设有垂直于轮辐径向平面的轮辋固定环3，车轮固定盘与轮辋固定环之间通过五根径向设置的辐条连接，轮辐为等壁厚结构，车轴固定盘、辐条及轮辋固定环为钢质一体结构。所述辐条由与车轮固定盘连接的上段辐条4、中段辐条5及与轮辋固定环连接的下段辐条6依次连接构成，上段辐条与下段辐条均呈弧形，辐条整体在轮辐的径向上呈开口向内的拱形结构，相邻两根辐条及轮辋固定环之间设有缺口7，拱形结构的辐条在轮辐的切向上（即拱形下方的拱孔部分）形成风孔8，至少两根辐条在轮辐的切向上整体呈倾斜设置，辐条内侧的风孔其中心轴线与轮辐的径向平面之间的夹角α为3-8度（见图3，其中上方的夹角α为辐条相对于轮辐径向平面的偏转角，下方的夹角α为风孔中心线相对于轮辐径向平面的偏转角）；辐条的两侧边缘向外翻折构成加强耳9，所述的加强耳的外侧边10为扁平的长条状结构，五条辐条上共有10条加强耳，其中5条加强耳在轮辐的轴向上错位设置（即加强耳不在轮辐的同一径向平面上，呈现一边高一边低的状态），错位设置的加强耳外侧边与基准加强耳外侧边在轮辐的轴向上错位2-3毫米，加强耳的错位方向与五根辐条的整体倾斜方向一致（即在辐条整体倾斜的基础上，加强耳进一步错位2-3毫米，此时加强耳的错位设置强化了辐条或风孔的整体倾斜趋势）。

实施例2

实施例2的辐条中的一根辐条为基准辐条，其辐条内侧的风孔中心轴线与轮辐的径向平面之间的夹角为0度，与基准辐条相邻的两根辐条在轮辐的切向上整体向外呈同向倾斜设置（即该辐条的其中一侧边相对于基准辐条向外凸出），辐条内侧的风孔其中心轴线与轮辐的径向平面之间的夹角为4-6度；另外两根辐条在轮辐的切向上整体向内呈同向倾斜设置（即该辐条的其中一侧边相对于基准辐条向内凹进），辐条内侧的风孔其中心轴线与轮辐的径向平面之间的夹角为4-6度，其余和实施例1相同。

实施例3

实施例3的五根辐条在轮辐的切向上整体向外呈同向倾斜设置，辐条内侧的风孔其中心轴线与轮辐的径向平面之间的夹角分别为3度、4度、5度、6度及7度。辐条一侧的加强耳其外侧边宽度大于辐条另一侧加强耳的外侧边宽度，加强耳的外侧边宽度比为1比0.4至1比0.7（见图3，图中左侧加强耳的外侧边宽度大于右侧加强耳的外侧边宽度）。缺口整体呈三角形，靠近轮辋的缺口角部设有圆弧形过渡边12，所述圆弧形过渡边的中心点在轮辐的径向上错位设置，同一缺口上相对的两个圆弧形过渡边具有不同的曲率半径，其余和实施例1相同。

实施例4

在图4所示的的内段辐条靠近车轴固定盘的一端其两侧边缘的加强耳与相邻内段辐条上的加强耳相互连接构成过渡斜面11，所述的过渡斜面为五个，至少两个过渡斜面在轮辐的切向上呈倾斜设置，倾斜设置的过渡斜面与轮辐径向平面之间的夹角为2至6度，其余和实施例1或实施例2或实施例3相同。

实施例5

实施例5的一个过渡斜面正置，其余四个过渡斜面在轮辐的切向上呈倾斜设置，两个过渡斜面与轮辐径向平面之间的夹角为2.5度且向外倾斜（即该过渡斜面相对于基准过渡斜面向外凸起），两个过渡斜面与轮辐径向平面之间的夹角为2.5度且向内倾斜（即该过渡斜面相对于基准过渡斜面向内凹陷）。其余和实施例1或实施例2或实施例3相同。

本发明实施例所表述的错位数值或倾斜的角度数值，是针对轮辐的基准状态（即轮辐在对称状态）而言，当两个以上的非对称结构方案叠加使用时，实际的倾斜角度或错位值可能与所表述的数值存在偏差，这是本领域技术人员根据技术方案应当可以理解的。

除上述实施例外，在本发明的权利要求书及说明书所公开的范围内，本发明的技术特征或技术数据可以进行重新选择及组合，从而构成新的实施例，这些本发明没有详细描述的实施例是本领域技术人员无需创造性劳动就可以轻易实现的，因此这些未详细描述的实施例也是本发明的具体实施例而在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种非对称高通风孔车轮的风孔结构，所述风孔设置在车轮的轮辐上，轮辐的中央设有车轴固定盘（1），车轴固定盘上设有螺栓孔（2），车轮的外周设有垂直于轮辐径向平面的轮辋固定环（3），车轮固定盘与轮辋固定环之间通过五根径向设置的辐条连接，其特征是，所述辐条由与车轮固定盘连接的上段辐条（4）、中段辐条（5）及与轮辋固定环连接的下段辐条（6）依次连接构成，上段辐条与下段辐条均呈弧形，辐条整体在轮辐的径向上呈开口向内的拱形结构，相邻两根辐条及轮辋固定环之间设有缺口（7），拱形结构的辐条在轮辐的切向上形成风孔（8），至少两根辐条在轮辐的切向上整体呈倾斜设置，辐条内侧的风孔其中心轴线与轮辐的径向平面之间的夹角为3-8度，辐条的两侧边缘向外翻折构成加强耳（9），所述的加强耳的外侧边（10）为扁平的长条状结构，五条辐条上共有10条加强耳，至少3条加强耳的外侧边在轮辐的轴向上错位设置；五根辐条在轮辐的切向上整体向外呈同向倾斜设置，辐条内侧的风孔其中心轴线与轮辐的径向平面之间的夹角分别为3度、4度、5度、6度及7度。

2.根据权利要求1所述的非对称高通风孔车轮的风孔结构，其特征是，5条加强耳在轮辐的轴向上错位设置，错位设置的加强耳外侧边与基准加强耳外侧边在轮辐的轴向上错位2-3毫米，加强耳的错位方向与五根辐条的整体倾斜方向一致。

3.根据权利要求1或2所述的非对称高通风孔车轮的风孔结构，其特征是，辐条一侧的加强耳其外侧边宽度大于辐条另一侧加强耳的外侧边宽度，加强耳的外侧边宽度比为1比0.4至1比0.7。

4.根据权利要求1所述的非对称高通风孔车轮的风孔结构，其特征是，内段辐条靠近车轴固定盘的一端其两侧边缘的加强耳与相邻内段辐条上的加强耳相互连接构成过渡斜面（11），所述的过渡斜面为五个，至少两个过渡斜面在轮辐的切向上呈倾斜设置，倾斜设置的过渡斜面与轮辐径向平面之间的夹角为2至6度。

5.根据权利要求4所述的非对称高通风孔车轮的风孔结构，其特征是，一个过渡斜面正置，其余四个过渡斜面在轮辐的切向上呈倾斜设置，两个过渡斜面与轮辐径向平面之间的夹角为2.5度且向外倾斜，两个过渡斜面与轮辐径向平面之间的夹角为2.5度且向内倾斜。

6.根据权利要求1所述的非对称高通风孔车轮的风孔结构，其特征是，所述的缺口整体呈三角形，靠近轮辋的缺口角部设有圆弧形过渡边（12），所述圆弧形过渡边的中心点在轮辐的径向上错位设置，同一缺口上相对的两个圆弧形过渡边具有不同的曲率半径。

7.根据权利要求1或2或4或5或6所述的非对称高通风孔车轮的风孔结构，其特征是，轮辐为等壁厚结构，车轴固定盘、辐条及轮辋固定环为钢质一体结构。