CN116995840B - 一种工程塑料转子轮毂电机 - Google Patents
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Abstract
本申请提供的包括一种工程塑料转子轮毂电机，包括电机轴、安装在电机轴上的电机定子、设置在电机定子两侧的塑料转子轮毂和塑料端盖，置在塑料转子轮毂和塑料端盖内的防水透气组件，塑料转子轮毂和塑料端盖相对设置且密封连接；塑料转子轮毂包括圆筒形的导磁环基座、设置在导磁环基座一侧的电机端盖、设置在导磁环基座外周的轮辋以及设置在导磁环基座内周的金属导磁环，导磁环基座、电机端盖、轮辋以及金属导磁环一体成型为一个整体。本申请的轮毂电机在两轮电动车市场具备广阔的市场前景，将满足市场对重量轻盈、制造工艺简化、生产成本低廉电机产品的需求，加强企业在市场竞争中的地位，推动相关技术进步和行业发展。
Description
技术领域
本申请属于电机技术领域，具体是一种工程塑料转子轮毂电机。
背景技术
随着环保意识的增强和对能源消耗的关注，两轮电动车市场迅速发展。目前在两轮电动车市场中采用多是传统的金属轮毂转子式轮毂永磁电机技术，这类传统的金属轮毂电机普遍存在如重量大、制造工艺复杂、生产成本高等问题。两轮电动车市场需要重量更加轻盈，制造工艺简化，生产成本低廉的新型电机产品。
相比传统金属轮毂转子电机，工程塑料轮毂电机具有轻量化、工艺简化和低成本的优势，但是，工程塑料材料相对于金属材料来说，对高温的耐受能力较差，在通常情况下，为了防止灰尘和水进入电机内部造成故障，两轮电动车轮毂电机内部处于完全密闭状态，工程塑料轮毂作为电机零部件的主要难点正是散热问题，密闭的电机内部环境，容易造成散热不良，导致电机温升过高，在高温环境下工程塑料材料制作的电机轮毂会影响电机的性能和寿命。
发明内容
本申请的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种工程塑料转子轮毂电机，本申请的轮毂电机重量轻盈、制造工艺简化、生产成本低廉。
一种工程塑料转子轮毂电机，包括电机轴、安装在电机轴上的电机定子、设置在电机定子两侧的塑料转子轮毂和塑料端盖，设置在塑料转子轮毂和塑料端盖内的防水透气组件，
塑料转子轮毂和塑料端盖相对设置且密封连接；
塑料转子轮毂包括圆筒形的导磁环基座、设置在导磁环基座一侧的电机端盖、设置在导磁环基座外周的轮辋以及设置在导磁环基座内周的金属导磁环，导磁环基座、电机端盖、轮辋以及金属导磁环一体成型为一个整体；
塑料转子轮毂和塑料端盖上均设置有通风口，在通风口位置对应的塑料转子轮毂和塑料端盖内均安装有防水透气组件。
通过采用上述技术方案，采用工程塑料替换金属材料制作轮毂、导磁环基座以及两端的端盖，这样塑料转子轮毂电机相比传统金属轮毂转子电机，工程塑料轮毂电机重量更轻，工艺更加简单，而且成本也能够降低。塑料转子轮毂包括由工程塑料一体成型的导磁环基座、电机端盖以及轮辋，还包括一体成型工艺固定在内部的金属导磁环，金属导磁环与导磁环基座的连接稳定可靠，能够有效避免常规组装结构的塑料件与金属件在工作中容易出现打滑的现象，保证电机对车轮的有效驱动力；为了解决塑料材料散热性能差的问题，在塑料转子轮毂和塑料端盖上分别开设通风口保证空气流通带走热量，提升散热性能，同时使用防水透气组件分别覆盖对应塑料转子轮毂以及塑料端盖的通风口，使电机腔体内部封闭防止进水，保证电机的正常运行。
优选的，所述导磁环基座、电机端盖、轮辋以及塑料端盖为聚酰亚胺或聚酰胺材料制成。
通过采用上述技术方案，根据工程塑料的特性，选择适合轮毂电机应用的高强度、耐磨损、耐高温的工程塑料材料，从而能够实现一种重量轻盈、制造工艺简化、生产成本低廉的电机产品。
优选的，所述塑料转子轮毂的导磁环基座另一侧一体成型有一法兰环；塑料端盖的外周一体成型有另一法兰环，塑料转子轮毂的法兰环与塑料端盖的法兰环能够密封配合连接。
通过采用上述技术方案，塑料转子轮毂与塑料端盖能够密封连接形成内部密封的电机腔体，塑料端盖的法兰环与塑料转子轮毂的法兰环结构相同通过一周多个螺栓进行连接，能够保证内部密封性，而且连接稳定可靠。
优选的，所述防水透气组件包括由外向内依次顺序设置的防刺网、防水透气膜以及固定环，防刺网、防水透气膜以及固定环均为尺寸相同的圆环形结构，防水透气膜的尺寸能完全覆盖通风口；
所述防刺网的盘面上均匀布置有小孔；
所述固定环包括同心设置的内环、外环以及固定环筋条，在内环与外环之间分布有多根放射状的固定环筋条。
通过采用上述技术方案，防刺网和固定环分别从内、外两侧支撑并固定防水透气膜，保证防水透气膜不易变形或移动。
在防刺网的盘面上密布有小尺寸的通孔，防刺网能够完全覆盖对应的防水透气膜，防止外接物体接触防水透气膜，密布的小尺寸通孔能够保证通风性能，而通孔的直径小，外部物体不容易刺入到防刺网内，从而保护防水透气膜不易损伤，而固定环的内环贴附在防水透气膜的内圆周，外环贴附在防水透气膜的外圆周，内环和外环的设计，能够从内外圆周边沿支撑防水透气膜，防止防水透气膜的边缘移动或变形，连接内环和外环的固定环筋条只占用很小的通风面积，不会影响通风散热效果。
优选的，所述固定环的内、外圆周边沿分别设置有内限位环和外限位环，在塑料转子轮毂与塑料端盖的内侧均对应设置有内限位环槽和外限位环槽，内限位环和外限位环能够同时嵌入对应的内限位环槽和外限位环槽进行固定。
通过采用上述技术方案，能够有效保证防水透气组件的安装牢固性，内、外限位环与内、外限位环槽这种整圈限位固定的方式，能保证固定环的安装牢固可靠，而且固定环贴在防水透气膜内侧保证其平整牢固，防止防水透气膜发生边沿翘起变形的问题，而且固定环的安装工艺简便易操作。
优选的，所述电机端盖和塑料端盖均设置有伞状的筋条结构，筋条之间设置为镂空结构的通风口。
通过采用上述技术方案，保证端盖上有足够的通风面积，便于空气流通快速带走电机内部的热量，提升通风降温的效率。
优选的，所述电机轴的两端分别贯穿塑料端盖和塑料转子轮毂的中心孔处，塑料端盖和塑料转子轮毂的中心孔处分别设置有轴承，塑料端盖和塑料转子轮毂均通过轴承与电机轴转动连接，在轴承外侧的塑料端盖和塑料转子轮毂的中心处均设置有密封结构。
通过采用上述技术方案，电机轴与塑料端盖以及电机轴和塑料转子轮毂均为转动连接，当电机定子通电后定子绕组的电流切割金属导磁环上的永磁铁产生的磁力线，产生驱动扭矩，驱动金属导磁环及整个轮毂转动，进而驱动塑料转子轮毂以及塑料端盖相对电机轴发生高速转动，可以利用先进的仿真软件对电机的磁场进行优化设计，以确保磁场分布均匀，提高磁场利用率和电机效率，减少能量损耗。
一种工程塑料转子轮毂电机的加工工艺，加工步骤为：
步骤一，将电机端盖、导磁环基座以及轮辋一体成型获得塑料轮毂，并且，一体成型获得塑料端盖；
步骤二，在步骤二获得的塑料轮毂内周镶嵌注塑金属导磁环，塑料轮毂与金属导磁环连接成为一个整体的塑料转子轮毂；
步骤三，在塑料转子轮毂内安装防水透气组件，电机定子与电机轴进行预组装，然后，将预组装在一起的电机定子和电机轴装入塑料转子轮毂；
步骤四，在塑料端盖内安装另一组防水透气组件；
步骤五，将安装有防水透气组件的塑料端盖与塑料转子轮毂相对组装，电机轴分别伸出塑料端盖与塑料转子轮毂的中心处，完成电机安装。
通过采用上述技术方案，本申请的工程塑料转子轮毂电机的组装步骤与现有技术相比减少了多个组装步骤：具体为，节省了电机端盖与导磁环基座、轮辋与导磁环基座，以及导磁环基座与金属导磁环之间的焊接等组装步骤，提升组装效率，节约时间，而且避免了组装过程会出现安装误差的问题；而且一体化成型保证结构之间的连接稳固性更强，不容易发生相对滑动错位。
优选的，所述防水透气组件的安装步骤为，在塑料端盖内的环形安限位槽内依次安装防刺网、防水透气膜以及固定环，将固定环的内限位环和外限位环分别对应插入塑料端盖内的内限位环槽和外限位环槽内。
通过采用上述技术方案，设计固定环的整圈固定方式，能够有效保证防水透气组件的安装牢固可靠，安装质量好，并且组装方式操作方便，能够保证组装速度，提升效率。
优选的，所述塑料轮毂和塑料端盖均采用工程塑料一体注塑成型或一体挤出成型。
通过采用上述技术方案，采用先进的注塑成型、挤出成型等一体成型工艺，将轮毂和转子直接成型，能够满足本申请中对电机轮毂的结构设计要求，而且产品结构精度高，成型率可靠，成本低。
综上所述，本申请包括以下至少一种有益技术效果：
1、本申请提出的一种工程塑料转子轮毂电机，采用工程塑料替代金属材料，使工程塑料轮毂电机整体重量比传统金属轮毂电机下降1/3，通过采用工程塑料材料和优化的结构设计，使工程塑料转子轮毂电机实现轻量化，降低整个车辆重量，提高操控性和续航里程；工程塑料材料具有成本低廉的特点，并且通过一体成型工艺和工艺简化，减少了组装工序和制造成本。产品应达成降低生产成本的目标，提高竞争力。
2、本申请中的转子轮毂一体化注塑设计改变了轮毂电机转子的传统制造工艺，省去了轮辋与导磁环的组装焊接工艺，简化加工步骤，提升加工效率。
3、本申请中的转子轮毂与端盖的一体化注塑设计简化了电机的组装工艺，省去了组装生产流水线上的端盖组装过程。
附图说明
图1是本电机的零件爆炸示意图。
图2是本电机的立体结构示意图。
图3是塑料转子轮毂及金属导磁环拆分示意图。
图4是塑料转子轮毂整体结构示意图。
图5是本电机的侧视图（局部剖视）。
图6是图5中A部局部放大示意图。
图7是图5中B部局部放大示意图。
图8是防水透气组件的拆分结构示意图。
附图标记：1、塑料转子轮毂；101、电机端盖；102、轮辋；103、导磁环基座；104、法兰环；2、金属导磁环；3、第一金属防刺网；4、第一防水透气膜；5、第一固定环；6、电机定子；7、第二固定环；701、外环；702、固定环筋条；703、内环；704、外限位环；705、内限位环；8、第二防水透气膜；9、第二金属防刺网；10、塑料端盖；11、电机轴。
具体实施方式
以下结合附图对本申请作进一步详细说明。
参见附图1、2所示，一种工程塑料转子轮毂1电机，包括塑料转子轮毂1、塑料端盖10、电机轴11、电机定子6以及防水透气组件，
塑料转子轮毂1以及塑料端盖10均采用工程塑料材料分别一体成型。根据工程塑料的特性，本实施例选择适合轮毂电机应用的高强度、耐磨损、耐高温的工程塑料材料，如增聚酰亚胺或聚酰胺。
塑料转子轮毂1与塑料端盖10相对设置，塑料转子轮毂1与塑料端盖10的外沿设置有法兰环104密封连接形成内部密封的电机腔体，在电机腔体内安装有电机轴11，电机轴11的两端分别贯穿塑料端盖10和塑料转子轮毂1的中心处，且电机轴11与塑料端盖10以及电机轴11和塑料转子轮毂1之间均设置有轴承以及密封结构，电机轴11能够与塑料转子轮毂1以及塑料端盖10发生高速相对转动，电机轴11与塑料端盖10以及电机轴11和塑料转子轮毂1均为转动连接；
电机轴11上安装有电机定子6，电子定子设置在塑料转子轮毂1和端盖之间，电机定子6在远离电机轴11的圆周面布置有多个定子铁芯，定子铁芯连续均匀布置，在定子铁芯上均缠绕有定子绕组，通电后定子绕组内有电流通过从而切割金属导磁环2产生的磁力线，进而产生驱动扭矩，使电机定子6与设置在外周的金属导磁环2之间发生相对运动，金属导磁环2驱动塑料转子轮毂1进行高速旋转。
参见附图3、4所示，在塑料转子轮毂1内固定安装有金属导磁环2，金属导磁环2能够产生定向的磁力线。由于金属导磁环2一体注塑固定在塑料转子轮毂1内，连接稳定可靠，能够有效避免常规组装结构的塑料件与金属件在工作中容易出现打滑的现象，保证轮毂电机对车轮的有效驱动力。
参见附图5、6所示，塑料转子轮毂1包括导磁环基座103、金属导磁环2、电机端盖101、轮辋102以及法兰环104，导磁环基座103的主体为圆柱筒形结构，导磁环基座103的内周设置有与金属导磁环2匹配的限位结构，并在导磁环基座103的内周固定安装金属导磁环2；在导磁环基座103的外周设置有轮毂，轮毂与导磁环基座103一体注塑成型；在导磁环基座103的一侧设置有电机端盖101，电机端盖101与导磁环基座103一体制成；在导磁环基座103的另一侧设置有法兰环104，法兰环104用于连接固定塑料端盖10，法兰环104上环形均布多个螺栓孔。
塑料端盖10的外周设置有法兰环104，塑料端盖10的法兰环104与塑料转子轮毂1的法兰环104结构相同，且螺栓孔一一对应，通过安装螺栓使塑料转子轮毂1和塑料端盖10相对密封连接。
为了提升散热能力，电机端盖101和塑料端盖10的主体结构均设置为伞状的筋条结构，筋条之间的端盖位置设置为镂空结构的通风口，本实施例附图所示的电机端盖101和塑料端盖10均设置为五辐筋条，筋条之间的位置均设置为扇形通风口，保证端盖上有足够的通风面积，便于空气流通快速带走电机内部的热量，提升通风降温的效率。
应用中筋条的结构设计可以有多种选择，筋条的数量不限制，且筋条的形状可以有多种选择，只需要保证筋条之间足够面积的通风口，通过测试工程塑料轮毂电机的检测筋条结构的端盖强度能够达到轮毂电机的端盖强度要求。
在塑料转子轮毂1以及塑料端盖10内侧均设置有环形安限位槽，并且在环形限位槽内安装防水透气组件，防水透气组件分别覆盖对应塑料转子轮毂1以及塑料端盖10的通风口，封闭电机腔体防止内部进水，保证电机的正常运行。
具体为塑料转子轮毂1内侧设置第一防水透气组件，第一防水透气组件完全覆盖电机端盖101的通风口；塑料端盖10内设置第二防水透气组件，第二防水透气组件完全覆盖塑料端盖10的通风口。
参见附图7所示，防水透气组件包括防刺网、防水透气膜以及固定环，防刺网、防水透气膜以及固定环的尺寸相同且依次顺序贴附设置，防刺网设置在临近电机端盖101或塑料端盖10的最外层，固定环设置在远离电机端盖101或塑料端盖10的内侧；
防水透气膜为圆环形结构，防水透气膜的尺寸能完全覆盖电机端盖101或塑料端盖10的通风口；
防刺网主体为金属圆盘结构，金属圆盘结构的盘面上密布有小尺寸的通孔，防刺网能够完全覆盖对应的防水透气膜，防止外接物体接触防水透气膜，通孔采用阵列式均匀布置或射线状分布，通孔形状为正六边形、矩形、圆形或三角形等任意形状，密布的小尺寸通孔能够保证通风性能，而通孔的直径小，外部物体不容易刺入到防刺网内，从而保护防水透气膜不易损伤。
参见附图8所示固定环、防水透气膜以及防刺网由电机内侧向外侧同轴顺序设置，固定环贴附在防水透气膜内侧，固定环具体包括内环703、外环701以及固定环筋条702，内环703与外环701同心设置，在内环703与外环701形成的圆环空隙里间隔设置有多根放射状的固定环筋条702，内环703贴附在防水透气膜的内圆周，外环701贴附在防水透气膜的外圆周，内环703和外环701的设计，能够从内外侧边贴附支撑防水透气膜，防止防水透气膜的边缘移动或变形，固定环筋条702连接固定内环703和外环701的位置，同时固定环筋条702只占用很小的通风面积，避免影响通风散热效果。
防刺网和固定环分别从内、外两侧支撑并固定防水透气膜，保证防水透气膜不易变形或移动。
为了保证防水透气组件的安装牢固性，在固定环的内环703的内侧面设置一有内限位环705，外环701的外侧面设置有一外限位环704；在塑料转子轮毂1以及塑料端盖10内侧均设置有环形安限位槽的内、外圆周分别设置有对应的内、外限位环槽，内、外限位环704能够嵌入对应的内、外限位环槽进行固定。这种整圈限位固定的方式，能保证固定环的安装牢固可靠，而且固定环贴在防水透气膜内侧保证其平整牢固，而且固定环的安装工艺简便易操作。
本实施例中的防水透气膜采用的防水透气材料是一种非常实用的新型材料，它不仅能够有效地防水，还可以保证材料的透气性能，防水透气材料采用微孔膜技术，可以有效地防水，同时还能保持高度的透气性能。这种材料目前已经应用于户外服装、鞋子以及运动装备等领域。
实施例1
工程塑料转子轮毂1电机的加工及组装工艺，具体步骤如下：
步骤一，电机端盖101、导磁环基座103以及轮辋102均采用增聚酰亚胺一体化注塑成型，获得塑料轮毂；
采用聚酰亚胺一体注塑成型获得塑料端盖10；
步骤二，将步骤一获得的塑料轮毂与金属导磁环2镶嵌注塑，成为一个整体的塑料转子轮毂1；
步骤三，在塑料转子轮毂1内安装一组防水透气组件，电机定子6与电机轴11进行预组装，然后，将预组装在一起的电机定子6和电机轴11装入塑料转子轮毂1的中心孔；
塑料转子轮毂1内的防水透气组件包括第一防刺网、第一防水透气膜4以及第一固定环5，具体步骤为，在塑料转子轮毂1内的环形安限位槽内依次安装第一防刺网、第一防水透气膜4以及第一固定环5，将第一固定环5的内、外限位环704分别对应插入塑料转子轮毂1内的内、外限位环槽内；
步骤四，在塑料端盖10内安装另一组防水透气组件；
塑料端盖10内的防水透气组件包括第二防刺网、第二防水透气膜8以及第二固定环7，具体步骤为，在塑料端盖10内的环形安限位槽内依次安装第二防刺网、第二防水透气膜8以及第二固定环7，将第二固定环7的内、外限位环分别对应插入塑料端盖10内的内、外限位环槽内；
然后将安装防水透气组件的塑料端盖10与塑料转子轮毂1相对组装，完成电机安装。
与现有技术相比，本申请的工程塑料转子轮毂1电机减少了多个组装步骤：具体为，去掉了电机端盖101与导磁环基座103、轮辋102与导磁环基座103，以及导磁环基座103与金属导磁环2之间的焊接等组装步骤，提升组装效率，节约时间，而且避免了组装过程会出现安装误差的问题；而且一体化成型保证结构之间的连接稳固性更强，不容易发生相对滑动错位。
实施例2
一种工程塑料转子轮毂电机的加工及组装工艺，具体步骤与实施例1的区别在于：
电机端盖101、导磁环基座103以及轮辋102以及塑料端盖10均采用聚酰胺材料制作。
实施例3
一种工程塑料转子轮毂电机的加工及组装工艺，具体步骤与实施例1的区别在于：
所述电机端盖101、导磁环基座103以及轮辋102均为一体挤出成型；塑料端盖10一体挤出成型。
以上均为本申请的较佳实施例，并非依此限制本申请的保护范围，故：凡依本申请的结构、形状、原理所做的等效变化，均应涵盖于本申请的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种工程塑料转子轮毂电机，其特征在于：包括电机轴(11)、安装在电机轴(11)上的电机定子(6)、设置在电机定子(6)两侧的塑料转子轮毂(1)和塑料端盖(10)，设置在塑料转子轮毂(1)和塑料端盖(10)内的防水透气组件，
塑料转子轮毂(1)和塑料端盖(10)相对设置且密封连接；
塑料转子轮毂(1)包括圆筒形的导磁环基座(103)、设置在导磁环基座(103)一侧的电机端盖(101)、设置在导磁环基座(103)外周的轮辋(102)以及设置在导磁环基座(103)内周的金属导磁环(2)，导磁环基座(103)、电机端盖(101)、轮辋(102)以及金属导磁环(2)一体成型为一个整体；
塑料转子轮毂(1)和塑料端盖(10)上均设置有通风口，在通风口位置对应的塑料转子轮毂(1)和塑料端盖(10)内均安装有防水透气组件，所述防水透气组件包括由外向内依次顺序设置的防刺网、防水透气膜以及固定环，防刺网、防水透气膜以及固定环均为尺寸相同的圆环形结构，防水透气膜的尺寸能完全覆盖通风口；
所述防刺网的盘面上均匀布置有小孔；所述固定环包括同心设置的内环(703)、外环(701)以及固定环筋条(702)，在内环(703)与外环(701)之间分布有多根放射状的固定环筋条(702)。
2.根据权利要求1所述的工程塑料转子轮毂电机，其特征在于：所述导磁环基座(103)、电机端盖(101)、轮辋(102)以及塑料端盖(10)为聚酰亚胺或聚酰胺材料制成。
3.根据权利要求1所述的工程塑料转子轮毂电机，其特征在于：所述塑料转子轮毂(1)的导磁环基座(103)另一侧一体成型有一法兰环(104)；塑料端盖(10)的外周一体成型有另一法兰环(104)，塑料转子轮毂(1)的法兰环(104)与塑料端盖(10)的法兰环(104)能够密封配合连接。
4.根据权利要求1所述的工程塑料转子轮毂电机，其特征在于：所述固定环的内、外圆周边沿分别设置有内限位环（705）和外限位环(704)，在塑料转子轮毂(1)与塑料端盖(10)的内侧均对应设置有内限位环槽和外限位环槽，内限位环（705）和外限位环(704)能够同时嵌入对应的内限位环槽和外限位环槽进行固定。
5.根据权利要求1所述的工程塑料转子轮毂电机，其特征在于：所述电机端盖(101)和塑料端盖(10)均设置有伞状的筋条结构，筋条之间设置为镂空结构的通风口。
6.根据权利要求1所述的工程塑料转子轮毂电机，其特征在于：所述电机轴(11)的两端分别贯穿塑料端盖(10)和塑料转子轮毂(1)的中心孔处，塑料端盖(10)和塑料转子轮毂(1)的中心孔处分别设置有轴承，塑料端盖(10)和塑料转子轮毂(1)均通过轴承与电机轴(11)转动连接，在轴承外侧的塑料端盖(10)和塑料转子轮毂(1)的中心处均设置有密封结构。
7.一种工程塑料转子轮毂电机的加工工艺，其特征在于：如权利要求1所述轮毂电机的加工步骤为：
步骤一，将电机端盖(101)、导磁环基座(103)以及轮辋（102）一体成型获得塑料轮毂，并且，一体成型获得塑料端盖(10)；
步骤二，在步骤一获得的塑料轮毂内周镶嵌注塑金属导磁环(2)，塑料轮毂与金属导磁环(2)连接成为一个整体的塑料转子轮毂(1)；
步骤三，在塑料转子轮毂(1)内安装防水透气组件，电机定子(6)与电机轴(11)进行预组装，然后，将预组装在一起的电机定子(6)和电机轴(11)装入塑料转子轮毂(1)；
步骤四，在塑料端盖(10)内安装另一组防水透气组件；所述防水透气组件的安装步骤为，在塑料端盖(10)内的环形安限位槽内依次安装防刺网、防水透气膜以及固定环，将固定环的内、外限位环分别对应插入塑料端盖(10)内的内、外限位环槽内；
步骤五，将安装有防水透气组件的塑料端盖(10)与塑料转子轮毂(1)相对组装，电机轴(11)分别伸出塑料端盖(10)与塑料转子轮毂(1)的中心处，完成电机安装。
8.根据权利要求7所述的工程塑料转子轮毂电机的加工工艺，其特征在于：所述塑料轮毂和塑料端盖(10)均采用工程塑料一体注塑成型或一体挤出成型。
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