CN110667369A - 一种基于非充气轮胎的电动轮一体化集成结构及装配方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种基于非充气轮胎的电动轮一体化集成结构与装配方法，包括轮毂电机、减速机构、制动机构、冷却机构和非充气轮胎等。轮毂电机主要有定子、转子、转子支撑架、减速机构、一体化轮辋和一体化轮辐组成；减速机构为二级减速器，在电机内部设计，其结构主要由第一级减速机构的转子支撑架、从动齿轮、第一级减速机构的主动齿轮、一体化轮辋和中间轴组成。制动器为盘式制动器，一体化轮辋与制动盘相连；冷却机构采用油道冷却，一体化轮辐设计有油道，通过对一体化轮辐的冷却间接完成对定子的冷却；非充气轮胎有效避免了传统充气轮胎的易扎胎、爆胎的缺点。此系统可用于多种纯电动车型上，也可用于这些车型的混合动力车型上。

Description

一种基于非充气轮胎的电动轮一体化集成结构及装配方法
技术领域
本发明涉及电动汽车驱动系统，具体是指一种基于非充气轮胎的电动轮一体化集成结构的设计及装配方法。
技术背景
环境污染和能源消耗问题的日益严重，对汽车工业的发展提出了严峻的挑战。电动车以其低污染、高效率等优点，在近几年发展的浪潮中迅速发展。轮毂电机驱动式电动汽车在车辆总布置结构优化、操纵方便等方面的明显技术优势使其受到业界的普遍关注。
目前轮毂电机驱动系统均是基于传统充气轮胎进行的一体化设计，相对于传统的充气轮胎，非充气轮胎有效避免了传统充气轮胎的易扎胎、易爆胎，且爆胎之后可能引发交通事故的不足，有效的保证了乘车人员的生命财产安全；.非充气轮胎其具有较大的胎体，具有良好的减振效果，通过胎体吸收传递到电机的激振能量，以减少对轮毂电机的影响，不但可以更好地发挥电机的驱动性能，还可以有效的改善系统的振动特性和车轮的接地性能，改善车辆的乘坐舒适性，延长电机和减速机构等零件的寿命。基于上述非充气轮胎的优势，本发明提出一种基于非充气轮胎的电动轮一体化集成结构的设计及装配方法，考虑了电动轮的密封、冷却、制动，该电动轮内部设计有二级减速机构，可以输出较大的扭矩，轮毂电机内为盘形双定子和双转子结构，具有较高的功率密度，以上优势更加适用于当前的各种车型。
发明内容
本发明针对现有的非充气轮胎结构的特点，将轮毂电机、减速机构、轮辋和轮辐进行一体化集成设计，减速机构安装到电机内部，制动系统安装到电机外部，全面考虑轮毂空间的布置以及减速、制动、冷却等问题，提供了一种集成度高、减速效果明显、冷却速度快的一体化轮毂驱动电动轮。
本发明的目的通过如下技术方案实现：
该新型机构，主要有轮毂电机、减速机构、制动机构、冷却机构和非充气轮胎构成。轮毂电机主要有定子、转子、转子支撑架、减速机构、一体化轮辋和一体化轮辐组成；减速机构为二级减速器，在电机内部设计，其结构主要由第一级减速机构的转子支撑架、从动齿轮、第二级减速机构的主动齿轮、一体化轮辋和中间轴组成。轮毂电机、减速机构、轮辋和轮辐一体化设计：半轴为非旋转结构，一体化轮辐设计成密封结构，两侧定子分别和两侧一体化轮辐设计为一体，两转子分别外贴在转子支撑架两侧，转子支撑架外部设计一齿圈，与第一级减速机构的从动轮啮合，第一级减速机构的从动轮和第二级减速机构的主动轮分别通过键固定中间轴上，一体化轮辋内部设计一齿圈，与第二级减速机构的主动轮啮合；二级减速机构的动力输入来源于转子，由转子转动将动力通过转子支撑架外齿圈传递给第一级减速机构的从动轮，从动轮将动力传递给中间轴，中间轴又将动力传递给第二级减速机构的主动轮，动力经过第二级减速机构的主动轮传递给一体化轮辋，驱动车辆行驶；制动器为盘式制动器，将一体化轮辋向外延伸一部分与制动盘相连，制动钳安装在左侧一体化轮辐外部；冷却机构采用油道冷却，在两侧的一体化轮辐都设计有油道，通过对两侧的一体化轮辐的冷却间接完成对两侧定子的冷却；在整个机构的装配方面，半轴为非旋转式结构，左侧一体化轮辐与半轴用肋板固定，限制了一体化轮辐和定子的轴向移动和旋转，右侧一体化轮辐与半轴为一体，并且增加肋板，增强一体化轮辐支撑强度和对定子的散热效果，由于一体化轮辐和一体化轮辋有相对转动，两者用密封轴承连接，转子支撑架用轴承支撑在半轴上，二级减速机构的中间轴与两侧一体化轮辐分别通过轴承支撑，制动钳通过制动器支撑轴与半轴相连，制动钳通过螺栓螺母与制动器支撑轴连接，用螺栓将制动器支撑轴和半轴连接，制动盘与一体化轮辋焊接。
本发明的工作原理：
二级减速机构的动力输入来源于转子，由转子转动通过转子支撑架的外齿圈将动力传递给第一级减速机构的从动轮，第一级减速机构的从动轮和第二级减速机构的主动轮固定在同一中间轴上，动力再由第二级减速机构的主动轮传递给一体化轮辋的内齿圈，驱动车辆行驶；当车轮需要制动时，盘式制动器工作，将制动盘刹住，制动盘和一体化轮辋相连，进而将一体化轮辋刹住，中断动力输出，使车轮停止转动；电机长时间工作会产生较高的温度，定子发热较为严重，需要对其进行冷却，冷却机构采用油道冷却，通过对油道的冷却间接完成对定子的冷却；轮胎为非充气轮胎，有效避免了传统充气轮胎的易扎胎、易爆胎，且爆胎之后可能引发交通事故的不足，有效的保证了乘车人员的生命财产安全；车辆行驶过程中，会受到来自路面的激励，通过轮辋传递过来的径向载荷会作用于电机，对电机造成一定影响，进一步影响电机性能和车辆的动力学特性，非充气轮胎具有较大的胎体，具有良好的减振效果，通过胎体吸收传递到电机的激振能量，以减少对电机的影响，不但可以更好地发挥电机的驱动性能，还可以有效的改善系统的振动特性和车轮的接地性能，改善车辆的乘坐舒适性，延长电机和减速机构等零件的寿命。
相对于现有技术，本发明具有以下优点和有益效果：
1.非充气轮胎有效避免了传统充气轮胎的易扎胎、易爆胎，且爆胎之后可能引发交通事故的不足，有效的保证了乘车人员的生命财产安全；
2.非充气轮胎具有较大的胎体，具有良好的减振效果，通过胎体吸收传递到电机的激振能量，以减少对轮毂电机的影响，不但可以更好地发挥电机的驱动性能，还可以有效的改善系统的振动特性和车轮的接地性能，改善车辆的乘坐舒适性，延长电机和减速机构等零件的寿命；
3.非充气轮胎致使轮毂空间更加狭小的情况下，将电机、减速机构、轮辋和轮辐设计成一体化结构，使整个车轮结构更加紧凑和简单，质量更加轻；
4.轮毂电机定子和转子都是圆盘形状，两侧定子分别和两侧一体化轮辐设计成一体，两转子外贴于转子支架上，此种电机具有高功率密度、高转矩密度、高效率以及高集成度的优点，要达到和普通的轮毂电机同样的功率输出，体积为普通的轮毂电机的二分之一，重量为前者的三分之一，比起普通的轮毂电机更加具有简单化、轻量化的优势；
5.一体化轮辐与半轴用肋板固定可以增加一体化轮辐的强度和更好的为定子散热；
6.二级减速机构的设计相比于一级减速机构的减速增扭的效果更好，实现传动比的更大的可调范围，增大车辆的可调速范围；
7.一体化结构的设计使整个车轮连接紧凑，减小了质量和传动损失，并且此集成结构可以适用于不同类型的车轮，具有可推广性；
8.一体化轮辐1、2上分别设计有环形油道，可以更加充分的为电机的定子散热。
9.一体化轮辐1、2和一体化轮辋之间采用密封轴承密封，可保证电机内部良好的密闭性。
附图说明
下面结合附图和实施实例对本发明做进一步说明。
图1是本基于非充气轮胎的一体化集成结构电动轮的具体结构原理图。
图2是本发明一体化轮辐的油道结构图。
图3是本发明用于车辆的实施例2结构原理图。
图4是本发明用于车辆的实施例3结构原理图。
如图一所示：1-1转子1；1-2定子1；1-3一体化轮辐1；1-4油道；1-5进油口；1-6一体化轮辋；1-7转子2；1-8定子2；1-9一体化轮辐2；1-10转子支撑架；1-11出油口；2-1肋板1；2-2肋板2；3-1制动盘；3-2摩擦片；3-3制动卡钳；3-4螺栓；3-5制动器支撑轴；3-6螺栓螺母；4-1密封轴承1；4-2密封轴承2；4-3橡胶垫圈；4-4轴用卡环；5胎面；6胎体；7深沟球轴承1；8半轴； 9-1第二级减速机构主动齿轮；9-2第一级减速机构从动齿轮；9-3深沟球轴承2； 9-4二级减速机构中间轴；9-5键1；9-6键2；9-7深沟球轴承3；10-1中间齿轮； 10-2深沟球轴承4；10-3固定轴。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明做进一步详细的说明，但本发明的实施方式并不限于此。
如图1所示的基于非充气轮胎的一体化集成结构电动轮，主要包括轮毂电机、减速机构、制动机构、冷却机构和非充气轮胎。轮毂电机主要包括1-2、1-8定子1、2，1-1、1-7转子1、2，转子支撑架1-10，一体化轮辋1-6，和1-3、1-9 一体化轮辐1、2；二级减速机构包括第一级减速机构的转子支撑架1-10、从动齿轮9-2、第一级减速机构的主动齿轮9-1、一体化轮辋1-6和中间轴9-4。半轴 8为非旋转结构，一体化轮辐1、2设计成密封结构，一体化轮辐1与半轴8用肋板1固定，限制了一体化轮辐1和定子1的轴向移动和旋转，一体化轮辐1 与半轴8为一体，并且增加肋板2，肋板1、2可以增强一体化轮辐1、2支撑强度和对定子1、2的散热效果，定子1、2分别和一体化轮辐1、2设计为一体化结构，一体化轮辐1、2与一体化轮辋1-6分别通过4-1、4-2密封轴承1、2连接，转子1、2外贴于转子支撑架1-10两侧，转子支撑架1-10由7深沟球轴承1支撑在半轴上，转子支撑架1-10外部设计有齿圈，与二级减速机构的第一级减速机构的从动齿轮9-2相啮合，第一级减速机构的从动轮9-2和第二级减速机构的主动轮9-1分别通过9-5键1和9-6键2固定在中间轴9-4上，一体化轮辋1-6 内部设计齿圈，与第二级减速机构的主动轮9-1啮合；电机控制器通过控制转子的正反转，分别实现车轮的正反转，进而控制车辆前进和倒车。制动器为盘式制动器，将一体化轮辋1-6向外延伸一部分与制动盘3-1相连，制动钳3-3安装在一体化轮辐1外部；非充气轮胎可以有效避免了传统充气轮胎的易扎胎、易爆胎，且爆胎之后可能引发交通事故的不足，有效的保证了乘车人员的生命财产安全；非充气轮胎具有较大的胎体6，具有良好的减振效果，通过胎体6吸收传递到电机的激振能量，以减少对轮毂电机的影响，不但可以更好地发挥电机的驱动性能，还可以有效的改善系统的振动特性和车轮的接地性能，改善车辆的乘坐舒适性，延长电机和减速机构等零件的寿命。
实施例1
图1为本发明用于车辆的实施例1结构原理图。实施例1的结构和原理如下：
半轴8为非旋转结构，一体化轮辐1、2设计成密封结构，一体化轮辐1与半轴用肋板1固定，限制了一体化轮辐1与定子1的轴向移动和旋转，一体化轮辐1与半轴8为一体，并且增加肋板2，肋板1、2可以增强一体化轮辐1、2支撑强度和对定子1、2的散热效果，定子1、2分别和一体化轮辐1、2设计成一体，转子1、2外贴在转子支撑架1-10两侧，转子支撑架1-10由7深沟球轴承1 支撑在半轴上，转子支撑架1-10外部设计一齿圈，与第一级减速机构的从动轮 9-2啮合第一级减速机构的从动轮9-2和第二级减速机构的主动轮9-1分别通过 9-5键1和9-6键2固定在中间轴9-4上，一体化轮辋1-6内部设计有齿圈，与第二级减速机构的主动轮9-1啮合。二级减速机构9包括第一级减速机构的转子支撑架1-10、从动齿轮9-2、第一级减速机构的主动齿轮9-1、一体化轮辋1-6和中间轴9-4。二级减速机构的动力输入来源于转子1、2，由转子1、2转动将动力通过转子支撑架1-10外齿圈传递给第一级减速机构的从动轮9-2，从动轮9-2将动力传递给中间轴9-4，中间轴又将动力传递给第二级减速机构的主动轮9-1，动力经过第二级减速机构的主动轮9-1传递给一体化轮辋，驱动车辆行驶；制动器为盘式制动器，将一体化轮辋1-6向外延伸一部分与制动盘3-1相连，制动钳 3-3安装在左侧一体化轮辐1-3外部，当车轮需要制动时，盘式制动器工作，将一体化轮辋1-6刹住，从而中断动力输出，使车轮停止转动；冷却机构的进油口 1-5设计在半轴的上侧，从进油口1-5进入半轴的油液通过半轴的油道(半轴油路见说明书附图1)进入两侧的一体化轮辐中，在一体化轮辐的油道1-4(一体化轮辐油路见说明书附图图2)中循环一圈半之后，流入半轴的油道，经出油口 1-11流出，通过对一体化轮辐的冷却间接完成对定子的冷却。
二级减速机构中，转子支撑架1-10的转速为n1，第一级减速机构的从动轮 9-2转速为n2，第二级减速机构的主动轮9-1转速为n3，一体化轮辋的转速为n4，第一级减速机构的传动比为n2/n1，第二级减速机构的传动比为n4/n3，由于n2＝n3，所以总的传动比为n4/n1，该减速机构实现了输出转矩达到最大，实现了以最小的转速输出最大的转矩，减速增距的效果更明显；使用肋板固定一体化轮辋使支撑强度最大化的同时，减小了整个车轮的质量，改善车辆的操纵性能，更有效增加了对定子的散热效果，提高电机的效率；非充气轮胎可以有效避免了传统充气轮胎的易扎胎、易爆胎，且爆胎之后可能引发交通事故的不足，有效的保证了乘车人员的生命财产安全；非充气轮胎具有较大的胎体6，具有良好的减振效果，通过胎体6吸收传递到电机的激振能量，以减少对轮毂电机的影响，不但可以更好地发挥电机的驱动性能，还可以有效的改善系统的振动特性和车轮的接地性能，改善车辆的乘坐舒适性，延长电机和减速机构等零件的寿命。
电动轮一体化集成结构的具体装配过程如下：
1.半轴8为非旋转结构，一体化轮辐1、2设计成密封结构，2-1肋板1与1-3一体化轮辐1和半轴8焊接，2-2肋板2与1-9一体化轮辐2和半轴设计为一体结构，一体化轮辐1、2和一体化轮辋1-6用密封轴承1、2连接，两侧密封轴承用橡胶垫圈4-3和轴用卡环4-4分别固定在两侧一体化轮辐上，橡胶垫圈也起到一定的减振作用，定子1、2分别和一体化轮辐1、2设计成一体，转子1、2外贴在转子支撑架1-10两侧，转子支撑架用深沟球轴承1支撑在半轴上，深沟球轴承用橡胶垫圈4-3和轴用卡环4-4固定在半轴上，同样橡胶垫圈也起到一定的减振作用，这就是轮毂电机主要部件的安装。
2.二级减速机构的中间轴9-4两端分别由9-3、9-7深沟球轴承2、3支撑在一体化轮辐1、2上，深沟球轴承2、3左右两侧都用橡胶垫圈4-3和轴用卡环4-4固定，橡胶垫圈也起到一定的减振作用，第一级减速机构的从动轮9-2通过键1固定在中间轴上，使从动轮与转子支架的外齿圈啮合，第二级减速机构的主动轮 9-1通过键2固定在中间轴上，使主动轮与一体化轮辋的内齿圈啮合，二级减速机构的安装完成。
3.接下来是制动器的安装。制动盘3-1与一体化轮辋1-6向外突出的部分焊接在一起，制动钳3-3相对于制动盘3-1的位置确定之后，制动钳通过螺栓螺母3-6 与制动器支撑轴3-5连接，半轴上有一定深度的螺纹孔，制动器支撑轴与半轴8 通过螺栓3-4连接，这就实现了制动器固定在半轴上的安装。
实施例2
实施例2具体结构如图3所示。与实施例1不同的是：减速机构不再是二级减速机构，改为二次减速机构，其他结构及组成元件基本不变。具体结构和工作原理如下：
转子支撑架1-10的外齿圈与二次减速机构的中间齿轮10-1啮合，中间齿轮通过10-2深沟球轴承4支撑在定轴10-3上，同时中间齿轮与一体化轮辋的内齿圈啮合，二次减速机构的动力输入来源于转子1、2，由转子1、2转动将动力通过转子支撑架1-10外齿圈传递给中间齿轮10-1，中间齿轮将动力传递给一体化轮辋1-6，驱动车辆行驶。
二次减速机构的具体装配过程为：二次减速机构的中间齿轮10-1由10-2深沟球轴承4支撑，深沟球轴承4左右两侧都用橡胶垫圈4-3和轴用卡环4-4固定，橡胶垫圈也起到一定的减振作用，中间齿轮10-1以过盈配合的方式与一体化轮辐1、2连接。
转子支撑架的转速为n1,中间齿轮的转速为n2，一体化轮辋的转速为n3,则第一次减速的传动比为n2/n1，第二次减速的传动比为n3/n2,所以二次减速机构总的传动比为n3/n1。
实施例3
实施例3具体结构如图4所示。与实施例1不同的是该实施例没有减速机构，其他结构及组成元件基本不变。具体结构和工作原理如下：
转子支撑架1-10与一体化轮辐设计为一体，动力输入来源于转子1、2，由转子1、2转动将动力通过转子支撑架1-10直接传递给一体化轮辋1-6，驱动车辆行驶。

Claims (13)

1.本发明公开一种基于非充气轮胎的电动轮一体化集成结构及装配方法，包括轮毂电机、减速机构、制动机构、冷却机构和非充气轮胎等。轮毂电机主要有定子、转子、转子支撑架、减速机构、一体化轮辋和一体化轮辐组成；减速机构为二级减速器，在电机内部设计，其结构主要由第一级减速机构的转子支撑架、从动齿轮、第一级减速机构的主动齿轮、一体化轮辋和中间轴组成。轮毂电机、减速机构、轮辋和轮辐一体化设计：半轴为非旋转结构，一体化轮辐设计成密封结构，左侧肋板与左侧一体化轮辐和半轴焊接，右侧肋板与一体化轮辐和半轴设计为一体结构，一体化轮辐和一体化轮辋用密封轴承连接，两侧密封轴承用橡胶垫圈和轴用卡环分别固定在两侧一体化轮辐上，轮毂电机的两定子分别和两侧的一体化轮辐设计为一体，轮毂电机的两转子外贴在转子支撑架两侧，转子支撑架用轴承支撑在半轴上，轴承用橡胶垫圈和轴用卡环固定在半轴上，二级减速机构的中间轴两端分别由轴承支撑在两侧一体化轮辐上，轴承左右两侧都用橡胶垫圈和轴用卡环固定，第一级减速机构的从动轮通过键固定在中间轴上，使从动轮与转子支架的外齿圈啮合，第二级减速机构的主动轮通过键固定在中间轴上，使主动轮与一体化轮辋的内齿圈啮合，转子支撑架外部设计一齿圈，与第一级减速机构的从动轮啮合，一体化轮辋内部设计一齿圈，与第二级减速机构的主动轮啮合；二级减速机构的动力输入来源于转子，由转子转动将动力通过转子支撑架外齿圈传递给第一级减速机构的从动轮，从动轮将动力传递给转轴，转轴又将动力传递给第二级减速机构的主动轮，动力经过第二级减速机构的主动轮传递给一体化轮辋，驱动车辆行驶；将轮胎的轮辐设计成一体化轮辐，将轮辋设计成一体化轮辋，有效减小了电机外壳所占的空间，将转子支架设计成二级减速机构的第一级减速的主动轮，将一体化轮辋设计成二级减速机构的地二级减速机构的从动轮，将整个二级行星齿轮减速机构与电机做成一个整体，在最大程度上实现了机构的集成化设计，缩小电机和减速机构所占的空间，提高了空间利用率；制动器为盘式制动器，将一体化轮辋向外延伸一部分与制动盘焊接，这在一定程度上实现了机构的简单化、轻量化，制动钳安装在左侧一体化轮辐外部，制动钳通过制动器支撑轴与半轴相连，制动钳通过螺栓螺母与制动器支撑轴连接，用螺栓将制动器支撑轴和半轴连接；冷却机构采用油道冷却，油液从半轴的进油孔进入两侧的一体化轮辐中，在两侧的一体化轮辐设计有油道(油道结构见说明书附图6-2)，通过对一体化轮辐的冷却间接完成对定子的冷却，油液通过半轴的出油孔流回液压装置中；非充气轮胎有效避免了传统充气轮胎的易扎胎、易爆胎，且爆胎之后可能引发交通事故的不足，有效的保证了乘车人员的生命财产安全；非充气轮胎具有较大的胎体，具有良好的减振效果，通过胎体吸收传递到电机的激振能量，以减少对轮毂电机的影响，不但可以更好地发挥电机的驱动性能，还可以有效的改善系统的振动特性和车轮的接地性能，改善车辆的乘坐舒适性，延长电机和减速机构等零件的寿命。
2.根据权利要求1所述的一种基于非充气轮胎的电动轮一体化集成结构及装配方法，其特征在于：所述电机为永磁同步、永磁直流、交流感应等励磁方式的电机。
3.根据权利要求1所述的一种基于非充气轮胎的电动轮一体化集成结构及装配方法，其特征在于：所述轮毂电机是内转子、外定子结构和内定子、外转子结构。
4.根据权利要求1所述的一种基于非充气轮胎的电动轮一体化集成结构及装配方法，其特征在于：所述轴承是深沟球轴承、圆柱滚子轴承、滚针轴承等滚动轴承。
5.根据权利要求1所述的一种基于非充气轮胎的电动轮一体化集成结构及装配方法，其特征在于：所述轴承的定位方式是胶垫圈和轴用卡环定位、螺母定位、弹簧挡圈定位、止推垫圈定位和螺纹环定位等各种定位方式。
6.根据权利要求1所述的一种基于非充气轮胎的电动轮一体化集成结构及装配方法，其特征在于：所述的一体化轮辐与半轴的固定方式是肋板固定和加强筋固定等各种固定方法。
7.根据权利要求1所述的一种基于非充气轮胎的电动轮一体化集成结构及装配方法，其特征在于：所述的制动钳与制动器支撑轴的连接方式是螺栓螺母连接、铆接和焊接等各种连接方式。
8.根据权利要求1所述的一种基于非充气轮胎的电动轮一体化集成结构及装配方法，其特征在于：所述的制动器支撑轴和半轴的连接方式是螺栓螺母连接、铆接和焊接等各种连接方式。
9.根据权利要求1所述的一种基于非充气轮胎的电动轮一体化集成结构及装配方法，其特征在于：所述的制动盘与一体化轮辋的连接方式是螺栓螺母连接、铆接和焊接等各种连接方式。
10.根据权利要求1所述的一种基于非充气轮胎的电动轮一体化集成结构及装配方法，其特征在于：所述的第一级减速机构的从动轮和中间轴的轴向固定方式是键、过盈配合、轴肩和轴环、轴套等固定方式。
11.根据权利要求1所述的一种基于非充气轮胎的电动轮一体化集成结构及装配方法，其特征在于：所述的第二级减速机构的从动轮和中间轴的轴向固定方式是键、过盈配合、轴肩和轴环、轴套等固定方式。
12.根据权利要求1所述的一种基于非充气轮胎的电动轮一体化集成结构及装配方法，其特征在于：所述的右侧一体化轮辐与半轴设计方案为一体画设计和用其他连接方式连接在一起。
13.根据权利要求1所述的一种基于非充气轮胎的电动轮一体化集成结构及装配方法，其特征在于：所述的两侧定子分别与两侧一体化轮辐的设计方案为一体化设计和用其他连接方式连接在一起。
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