CN202163236U - 一种胶合式整体全碳纤维复合材料轮圈 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种胶合式整体全碳纤维复合材料轮圈，包括圈部、辐条和花鼓，所述花鼓位于所述圈部的中心部位，所述辐条连接在所述花鼓与所述圈部之间，所述花鼓主要由外壳与内置于外壳中的传动机构组成，所述花鼓的外壳、圈部及辐条均由碳纤维复合材料制成，所述圈部的内圆周上及花鼓的外圆周上分别设有用于安装辐条的安装孔，所述辐条的两端分别插入圈部及花鼓上相应的安装孔中并胶合固定。本实用新型轮圈的圈部、辐条及花鼓的外壳材质采用碳纤维复合材料，使得轮圈重量轻、强度高，轮圈采用较少数量辐条，行驶风阻小，大大降低了行驶阻力，提高了行驶速度；采用碳纤维复合材料制作的轮圈，外形美观靓丽，深受广大消费者喜爱。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种车用附属部件，具体涉及一种轮圈，适用于自行车、电动车、残疾人用车及独轮车等车型。
背景技术
碳纤维是由含碳量较高且在热处理过程中不熔融的人造化学纤维，经过热稳定氧化处理、碳化处理及石墨化等工艺制成的。碳纤维具有耐高温、耐摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性，其外形有显著的各向异性、柔软，可加工成各种织物，碳纤维沿纤维轴方向表现出很高的强度，碳纤维的比重较小，具有很高的比强度。
碳纤维的主要用途是与树脂、金属、陶瓷等基体复合，制成结构材料。在要求高温、力学稳定性高的场合，碳纤维复合材料都颇具优势。
在自行车轮圈制造领域，传统的编辐条合金自行车轮圈比较重，一支轮圈的重量为1000克以上，使用不方便，而且轮圈在承受约140KG的垂直作用力时，容易发生永久性变形，而当作用力达到200KG以上时，轮圈就会断裂，因此轮圈的强度较差，成为影响自行车行驶的不安全因素；另外，传统自行车轮圈上的辐条较多，导致行驶过程中风阻较大，增加了行驶阻力，影响自行车的行驶速度。
目前，市面上现有的碳纤维自行车轮圈的内部中空，虽然重量较小，但是在自行车的行驶过程中，由于黑色的碳纤维本体吸热，轮圈的刹车面会因刹车动作而急剧升温，温度往往高达130℃以上，造成轮圈软化，导致行驶安全性大大降低。
本申请人于2010年2月26日提交的中国发明专利申请《一种新型碳纤维复合材料成品及其制备方法》（申请号201010136125.9）公开了一种碳纤维复合材料成品，包括碳纤维材料，还包括聚氨基甲酸酯材料，所述碳纤维材料作为外包材料，所述聚氨基甲酸酯材料作为填充料，所述碳纤维材料包覆在所述聚氨基甲酸酯材料的表面上形成碳纤维复合材料成品。该碳纤维复合材料成品的优点在于：重量小、使用方便，而且强度高，散热性好，提高了产品的安全性能。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种重量轻、强度高、风阻小、能够提高行驶速度且外形美观的胶合式整体全碳纤维复合材料轮圈。
本实用新型的目的通过以下的技术措施来实现：一种胶合式整体全碳纤维复合材料轮圈，包括圈部、辐条和花鼓，所述花鼓位于所述圈部的中心部位，所述辐条连接在所述花鼓与所述圈部之间，所述花鼓主要由外壳与内置于外壳中的传动机构组成，其特征在于所述花鼓的外壳、圈部及辐条均由碳纤维复合材料制成，所述圈部的内圆周上及花鼓的外圆周上分别设有用于安装辐条的安装孔，所述辐条的两端分别插入圈部及花鼓上相应的安装孔中并胶合固定。
本实用新型轮圈的圈部、辐条及花鼓的外壳材质均采用碳纤维复合材料，使得轮圈整体的重量轻、强度高，例如本实用新型三刀（即三辐条）自行车轮圈，一支轮圈的重量仅为600多克，该轮圈在承受300KG垂直作用力时而无异常，当垂直作用力达到600KG以上，轮圈才会出现裂纹；另外，轮圈采用较少数量的辐条，行驶过程中风阻小，大大降低了行驶阻力，提高了行驶速度；采用碳纤维复合材料制作的轮圈，外形美观靓丽，深受广大消费者的喜爱。
作为本实用新型的一种实施方式，所述碳纤维复合材料包括碳纤维材料和聚氨基甲酸酯材料，所述碳纤维材料作为外包材料，所述聚氨基甲酸酯材料作为填充料，所述碳纤维材料包覆在所述聚氨基甲酸酯材料的表面上形成碳纤维复合材料。
本实用新型轮圈所采用的碳纤维复合材料为实心，内置的聚氨基甲酸酯材料可以将因刹车等引起温度上升而产生的热量快速传导，因此，本实用新型散热性好，大大增强了轮圈的安全性能。
作为本实用新型优选的实施方式，所述辐条由环氧树脂胶粘合固定于所述安装孔中，环氧树脂胶一般是指以环氧树脂为主体所制得的胶粘剂，环氧树脂胶通常还应包括环氧树脂固化剂以使环氧树脂胶固化。
作为本实用新型的一种改进，所述碳纤维材料紧密压合在所述聚氨基甲酸酯材料的表面上。
作为本实用新型的进一步改进，将碳纤维材料包覆在聚氨基甲酸酯材料的表面上之前，所述聚氨基甲酸酯材料的表面经过粗化处理。经过粗化处理，可以去除聚氨基甲酸酯材料表面的离型剂，而使聚氨基甲酸酯材料与碳纤维材料结合得更为紧密。
与现有技术相比，本实用新型具有如下显著的效果：
⑴本实用新型轮圈的花鼓外壳、圈部及辐条均由碳纤维复合材料制作而成，使得轮圈整体的重量轻，使用方便，本实用新型三刀（即三辐条）自行车轮圈，一支轮圈的重量仅为600多克，与传统的编辐条合金自行车的一支轮圈的重量相比，重量减少约400克以上，而且本实用新型强度高，轮圈在承受300KG垂直作用力时而无异常，当垂直作用力达到600KG以上，轮圈才会出现裂纹。
⑵本实用新型轮圈采用较少数量的辐条，例如采用三刀（即三辐条）或者五刀（即五辐条），行驶过程中风阻小，大大降低了行驶阻力，提高了行驶速度。
⑶本实用新型的圈部由碳纤维材料包覆在聚氨基甲酸酯材料的表面上而构成，圈部为实心，可将碳纤维材料产生的热量迅速散去，具有良好的散热性能，同时提高了使用安全性。
⑷本实用新型轮圈可适用于自行车、电动车、残疾人用车及独轮车等多种车型，特别对于车速要求高的场合，本实用新型的优势尤为突出。
⑸本实用新型采用碳纤维复合材料制作的轮圈，外形美观靓丽，深受广大消费者的喜爱。
附图说明
下面结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细说明。
图１是本实用新型轮圈的正面结构示意图；
图2是本实用新型轮圈的侧面结构示意图。
具体实施方式
如图1、2所示，是本实用新型一种胶合式整体全碳纤维复合材料轮圈1，包括圈部11、辐条12和花鼓13，花鼓13位于圈部的中心部位，辐条12连接在花鼓13与圈部11之间，花鼓13主要由外壳与内置于外壳中的传动机构组成，花鼓13的外壳、圈部11及辐条12均由碳纤维复合材料制成，在本实施例中，碳纤维复合材料包括碳纤维材料和聚氨基甲酸酯材料，碳纤维材料作为外包材料，聚氨基甲酸酯材料作为填充料，碳纤维材料紧密压合并包覆在聚氨基甲酸酯材料的表面上形成碳纤维复合材料。圈部11的内圆周上及花鼓13的外圆周上分别设有用于安装辐条12的安装孔2，辐条12的两端分别插入圈部11及花鼓13上相应的安装孔2中并由环氧树脂胶粘合固定。
本实用新型采用五刀（即五辐条），一支轮圈的重量仅为600多克，该轮圈在承受300KG垂直作用力时而无异常，当垂直作用力达到600KG以上，轮圈才会出现裂纹；另外，轮圈采用较少数量的辐条，行驶过程中风阻小，大大降低了行驶阻力，提高了行驶速度；本实用新型轮圈所采用的碳纤维复合材料为实心，内置的聚氨基甲酸酯材料可以将因刹车等引起温度上升而产生的热量快速传导，因此本实用新型散热性好，大大增强了轮圈的安全性能。
上述胶合式整体全碳纤维复合材料轮圈的制作方法，包括以下步骤：
⑴制备聚氨基甲酸酯填充料：首先将固化剂与聚醚按照1:1~1:1.4体积比混合成混合液，并搅拌均匀；然后将上述的混合液倒入模具的模穴内后，锁紧模具的上下模，模具的温度设定为30~50℃；待加热15~20min 后，从模具中取出已成型的固体状聚氨基甲酸酯材料，然后在常温环境中放置2~3天；
⑵圈部与花鼓分别包料加工：对聚氨基甲酸酯材料的表面经过粗化处理，分别按照圈部和花鼓的结构图编排，将碳纤维材料依结构图裁剪成符合要求的大小和形状，然后按照圈部和花鼓结构图编排的顺序和位置将碳纤维材料包覆在由步骤⑴获得的固体状聚氨基甲酸酯材料的表面上，分别得到圈部和花鼓半成品；将圈部及花鼓半成品分别放置在相应的模具内，锁紧模具后，将模具放置在成型机内成型，成型机的压力设置为110~150吨，温度设定为150~160℃，时间设定至碳纤维材料含浸的树脂完全固化；分别获得圈部及花鼓成品；
⑶加工辐条：将碳纤维材料按照辐条的结构图裁剪成符合要求的大小和形状，然后将裁剪所得的碳纤维材料卷成实心棒体，获得辐条成品；
⑷加工轮圈半成品：去除圈部、花鼓及辐条上的毛边，按照轮圈的装配结构图分别在圈部的内圆周及花鼓的外圆周上对应钻孔，形成用于安装辐条的安装孔；对钻孔后的圈部及花鼓分别进行清洗烘干，在安装孔内涂抹环氧树脂胶，将辐条两端分别安装在相应的安装孔内固定后获得轮圈半成品；
⑸将轮圈半成品放置在胶合治具上固定，待环氧树脂胶在常温环境中自然固化6～12小时后，从胶合治具上取出轮圈；
⑹对完成步骤⑸轮圈的外表面进行涂装加工，形成轮圈成品。
本实用新型实施例中的固化剂和聚醚是本领域所属技术人员的公知常识，可根据实际情况对这类产品的具体种类作出合适的选择作为制备聚氨基甲酸酯材料的原料。
本实用新型的实施方式不限于此，根据本实用新型的上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本实用新型上述基本技术思想前提下，本实用新型还可以做出其它多种形式的修改、替换或变更，均落在本实用新型权利保护范围之内。
Claims (5)
1.一种胶合式整体全碳纤维复合材料轮圈(1)，包括圈部(11)、辐条(12)和花鼓(13)，所述花鼓(13)位于所述圈部(11)的中心部位，所述辐条(12)连接在所述花鼓(13)与所述圈部(11)之间，所述花鼓(13)主要由外壳与内置于外壳中的传动机构组成，其特征在于：所述花鼓(13)的外壳、圈部(11)及辐条(12)均由碳纤维复合材料制成，所述圈部(11)的内圆周上及花鼓(13)的外圆周上分别设有用于安装辐条(12)的安装孔(2)，所述辐条(12)的两端分别插入圈部(11)及花鼓(13)上相应的安装孔(2)中并胶合固定。
2.根据权利要求1所述的胶合式整体全碳纤维复合材料轮圈，其特征在于：所述碳纤维复合材料包括碳纤维材料和聚氨基甲酸酯材料，所述碳纤维材料作为外包材料，所述聚氨基甲酸酯材料作为填充料，所述碳纤维材料包覆在所述聚氨基甲酸酯材料的表面上形成碳纤维复合材料。
3.根据权利要求2所述的胶合式整体全碳纤维复合材料轮圈，其特征在于：所述碳纤维材料紧密压合在所述聚氨基甲酸酯材料的表面上。
4.根据权利要求3所述的胶合式整体全碳纤维复合材料轮圈，其特征在于：将碳纤维材料包覆在聚氨基甲酸酯材料的表面上之前，所述聚氨基甲酸酯材料的表面经过粗化处理。
5.根据权利要求1~4任一所述的胶合式整体全碳纤维复合材料轮圈，其特征在于：所述辐条(12)由环氧树脂胶粘合固定于所述安装孔(2)中。
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