CN105150755A - 一种非对称高通风孔车轮的减重式轮辐结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非对称高通风孔车轮的减重式轮辐结构，所述轮辐上设有车轴固定盘及轮辋固定环，车轮固定盘与轮辋固定环之间通过辐条连接，辐条整体在轮辐的径向上呈开口向内的拱形，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通风孔，辐条的中部形成辐条平面，至少一根辐条的辐条平面在轮辐的切向上呈倾斜设置，至少一根辐条的辐条平面上设有辐条减重孔，与该辐条减重孔相对侧的轮辋固定环上设有平衡豁口。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，整车燃油经济性较差的问题，本发明的轮辐用料少、车轮轻量化效果好、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减重式轮辐结构

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减重式轮辐结构。

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。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。

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，整车燃油经济性较差的问题，提供一种用料少、车轮轻量化效果好、整车燃油经济性好的非对称高通风孔车轮的减重式轮辐结构。

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减重式轮辐结构，所述轮辐的中央设有车轴固定盘，车轴固定盘上设有螺栓孔，轮辐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若干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，中段辐条呈板状，辐条整体在轮辐的径向上呈开口向内的拱形，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）形成通风孔，辐条的两侧边缘向外翻折构成辐条的加强耳，中段辐条的横截面呈开口向外的拱形，中段辐条的中部形成辐条平面，至少一根辐条的辐条平面在轮辐的切向（切向是指辐条横截面与轮辐径向平面的相交线方向，即车轮转动的线速度方向）上呈倾斜设置，辐条平面与轮辐径向平面之间的夹角不大于10度；至少一根辐条的辐条平面上设有辐条减重孔，与该辐条减重孔相对侧的轮辋固定环上设有平衡豁口。

本发明通过在辐条两侧设置加强耳，使辐条的横截面呈开口向外的拱形，用于提高辐条的结构强度；同时对部分辐条沿轮辐的切向进行倾斜设置，使辐条支撑在车轴固定盘和轮辋固定环之间的支撑力分散开来，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，在辐条的中轴线附近设置对辐条强度影响较小的辐条减重孔，而在辐条减重孔相对侧的轮辋固定环上设置用于保持车轮静平衡的平衡豁口，在对轮辐强度影响较小的情况下减轻轮辐的重量，这里的平衡豁口是设置在轮辐与轮辋的焊接处，在此处设置豁口对轮辐的强度基本没有影响，平衡豁口设置在轮辋固定环的内侧边缘，通常为一弧形缺口。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，整车燃油经济性较差的问题。

作为优选，辐条为五根，其中一根辐条为基准辐条，其辐条平面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其辐条平面在车轮的切向上均呈向外倾斜设置（即该辐条平面相对于基准辐条的辐条平面向外凸起），辐条平面与轮辐的径向平面之间的夹角为2度至5度；另外两根辐条其辐条平面在车轮的切向上均呈向内倾斜设置（即该辐条平面相对于基准辐条的辐条平面向内凹陷），辐条平面与轮辐的径向平面之间的夹角为2度至5度。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1.2%－2.8%，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，辐条为五根，五根辐条其辐条平面在轮辐的切向上均呈同向倾斜设置，辐条平面与轮辐的径向平面之间的夹角分别为2度、4度、6度、8度及10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2%－3.5%，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；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辐条平面的倾斜方向指向同一侧。另一方面，同向等角度变化倾斜设置的辐条平面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，辐条为五根，其中两根互不相邻的辐条其辐条平面上设有辐条减重孔，所述辐条减重孔为圆孔、椭圆孔或矩形孔。本方案可以在对轮辐强度影响较小的情况下减轻轮辐的重量。

作为优选，辐条孔为椭圆孔，椭圆孔的长轴位于辐条的径向中心线上，椭圆孔的长轴与短轴的长度比值为3至6，椭圆孔的轴向中心线与轮辐的径向平面垂直。本方案采用较扁平的椭圆孔，这种设置在同等减重的条件下对轮辐的强度影响最小。

作为优选，辐条为五根，在中段辐条两侧边缘的总共10条加强耳中，至少有三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），错位设置的加强耳与基准加强耳（即未错位设置的加强耳）在轮辐的轴向上错位2-3毫米。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，是针对轮辐的辐条平面在未倾斜状态（即辐条平面在轮辐的同一径向平面内）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可能超过3毫米，这是本领域技术人员应当可以理解的。

作为优选，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，过渡斜面与辐条的连接侧形成有向呈外弧形凸起的加强脊。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；而设置加强脊可以进一步提高轮辐的整体结构强度。

作为优选，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3至5度。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，至少两个加强脊在轮辐的轴向上错位设置（即加强脊的脊顶不在轮辐的同一径向平面上），错位设置的加强脊与基准加强脊（即未错位设置的加强脊）在轮辐的轴向上错位2-4毫米。错位设置的加强脊可以进一步增加轮辐的整体结构强度，从而在同等强度下，减轻轮辐的重量，达到车轮轻量化的目的。

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，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，整车燃油经济性较差的问题，本发明的轮辐用料少、车轮轻量化效果好、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是本发明轮辐实施例2的一种结构示意图；

图5是本发明轮辐实施例3的一种结构示意图；

图6是本发明轮辐实施例4的一种结构示意图。

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.通风孔，9.加强耳，10.辐条平面，11.辐条减重孔，12.平衡豁口，13.过渡斜面，14.加强脊。

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减重式轮辐结构，所述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，轮辐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，中段辐条呈板状，辐条整体在轮辐的径向上呈开口向内的拱形，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）形成通风孔8，辐条的两侧边缘向外翻折构成辐条的加强耳9，中段辐条的横截面呈开口向外的拱形（见图3），中段辐条的中部形成辐条平面10，其中一根辐条的辐条平面在轮辐的切向（切向是指辐条横截面与轮辐径向平面的相交线方向，即车轮转动的线速度方向）上呈倾斜设置，辐条平面与轮辐径向平面之间的夹角α为5度（见图3，夹角α为辐条平面相对于轮辐径向平面的偏转角）；其中一根辐条的辐条平面上设有辐条减重孔11，所述辐条减重孔为圆孔，与该辐条减重孔相对侧的轮辋固定环上设有平衡豁口12（见图2），平衡豁口设置在轮辋固定环的内侧边缘，为一弧形缺口。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13，过渡斜面与辐条的连接侧形成有向呈外弧形凸起的加强脊14。

实施例2

实施例2的轮辐辐条为五根，五根辐条其辐条平面在轮辐的切向上均呈同向倾斜设置，辐条平面与轮辐的径向平面之间的夹角分别为2度、4度、6度、8度及10度，其中两根互不相邻的辐条其辐条平面上设有辐条减重孔，所述辐条减重孔为矩形孔（见图4）；在中段辐条两侧边缘的总共10条加强耳中，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），错位设置的加强耳与基准加强耳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其辐条平面的倾斜设置方向一致（即在辐条平面倾斜的基础上，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平面的倾斜趋势），其余和实施例1相同。

实施例3

实施例3的轮辐辐条为五根，其中一根辐条为基准辐条，其辐条平面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其辐条平面在车轮的切向上均呈向外倾斜设置（即该辐条平面相对于基准辐条的辐条平面向外凸起），辐条平面与轮辐的径向平面之间的夹角为2度至5度；另外两根辐条其辐条平面在车轮的切向上均呈向内倾斜设置（即该辐条平面相对于基准辐条的辐条平面向内凹陷），辐条平面与轮辐的径向平面之间的夹角为2度至5度。实施例3的辐条减重孔为椭圆孔，设置在三根辐条上，其中一个椭圆孔设置在一根辐条上，另外两个椭圆孔设在相对侧的两根辐条上（见图5），椭圆孔的长轴位于辐条的径向中心线上，椭圆孔的长轴与短轴的长度比值为3至6，椭圆孔的轴向中心线与轮辐的径向平面垂直，其余和实施例1相同。

实施例4

在实施例4中，轮辐辐条为五根，所述过渡斜面为五个，其中一个过渡斜面不倾斜设置，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3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3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），在中段辐条两侧边缘的总共10条加强耳中，有三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），相邻两条错位设置的加强耳在轮辐的轴向上错位2-3毫米；实施例4的辐条减重孔为一个圆孔与两个矩形孔，其中圆孔设置在一根辐条上，矩形孔设在与圆孔相对侧的两根辐条上（见图6），其余和实施例1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 (10)

1.一种非对称高通风孔车轮的减重式轮辐结构，所述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），轮辐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若干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，中段辐条呈板状，辐条整体在轮辐的径向上呈开口向内的拱形，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）形成通风孔（8），辐条的两侧边缘向外翻折构成辐条的加强耳（9），中段辐条的横截面呈开口向外的拱形，中段辐条的中部形成辐条平面（10），至少一根辐条的辐条平面在轮辐的切向（转动方向）上呈倾斜设置，辐条平面与轮辐径向平面之间的夹角不大于10度；至少一根辐条的辐条平面上设有辐条减重孔（11），与该辐条减重孔相对侧的轮辋固定环上设有平衡豁口（12）。

2.根据权利要求1所述的非对称高通风孔车轮的减重式轮辐结构，其特征是，所述的辐条为五根，其中一根辐条为基准辐条，其辐条平面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其辐条平面在车轮的切向上均呈向外倾斜设置（即该辐条平面相对于基准辐条的辐条平面向外凸起），辐条平面与轮辐的径向平面之间的夹角为2度至5度；另外两根辐条其辐条平面在车轮的切向上均呈向内倾斜设置（即该辐条平面相对于基准辐条的辐条平面向内凹陷），辐条平面与轮辐的径向平面之间的夹角为2度至5度。

3.根据权利要求1所述的非对称高通风孔车轮的减重式轮辐结构，其特征是，所述的辐条为五根，五根辐条其辐条平面在轮辐的切向上均呈同向倾斜设置，辐条平面与轮辐的径向平面之间的夹角分别为2度、4度、6度、8度及10度。

4.根据权利要求1所述的非对称高通风孔车轮的减重式轮辐结构，其特征是，所述的辐条为五根，其中两根互不相邻的辐条其辐条平面上设有辐条减重孔，所述辐条减重孔为圆孔、椭圆孔或矩形孔。

5.根据权利要求4所述的非对称高通风孔车轮的减重式轮辐结构，其特征是，所述辐条孔为椭圆孔，椭圆孔的长轴位于辐条的径向中心线上，椭圆孔的长轴与短轴的长度比值为3至6，椭圆孔的轴向中心线与轮辐的径向平面垂直。

6.根据权利要求1所述的非对称高通风孔车轮的减重式轮辐结构，其特征是，所述的辐条为五根，在中段辐条两侧边缘的总共10条加强耳中，至少有三条加强耳在轮辐的轴向上错位设置，错位设置的加强耳与基准加强耳在轮辐的轴向上错位2-3毫米。

7.根据权利要求1所述的非对称高通风孔车轮的减重式轮辐结构，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（13），过渡斜面与辐条的连接侧形成有向呈外弧形凸起的加强脊（14）。

8.根据权利要求7所述的非对称高通风孔车轮的减重式轮辐结构，其特征是，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3至5度。

9.根据权利要求7所述的非对称高通风孔车轮的减重式轮辐结构，其特征是，至少两个加强脊在轮辐的轴向上错位设置，错位设置的加强脊与基准加强脊在轮辐的轴向上错位2-4毫米。

10.根据权利要求1-9任一项所述的非对称高通风孔车轮的减重式轮辐结构，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。