CN210082815U - 一种用于商用车的轻量化高强度轮毂 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种用于商用车的轻量化高强度轮毂，该轮毂包括第一盘面和第二盘面，通过将内侧的第二盘面中心处设置为变截面圆形，可以使轮毂的截面材料得到更好的分配，在保证零件具有足够强度的基础上重量最轻，提高轴向的受力能力，保证了产品的可靠性。

Description

一种用于商用车的轻量化高强度轮毂

【技术领域】

本实用新型属于商用车车轮轮毂技术领域，具体涉及一种用于商用车的轻量化高强度轮毂。

【背景技术】

车辆在公路运输和工程运输中应用广泛，轮毂作为地面和车身之间的一个重要环节，其承载能力决定了整车的承载能力，而其重量又影响着整车的油耗等经济性要求。在满足承载能力的基础上，重量越轻就越有优势。而目前的轮毂产品多采用铸铁合金或者合金结构钢，如球墨铸铁QT450、合金结构钢42CrMo等材料，成型方法主要是铸造和锻造，成型过程中熔炼温度高能耗高，切削困难，加工成本高；在使用过程中，由于密度大，重量重，能耗高，对整车的经济性不利，也不利于节能减排。对现有的铁合金材料轮毂进行轻量化结构优化设计，可以达到的减重比例有限，一般不超过10％，满足不了整车根据越来越高的能耗和排放法规对零部件产品提出的轻量化要求。

为了不断满足整车轻量化的产品需求，通过应用轻量化新材料代替钢铁材料已经成为车桥发展的重要方向。铝合金是所有现用金属材料中密度较低的轻金属材料，其密度和弹性模量大约都只有钢铁材料的三分之一，因而成为汽车减轻自重，提高节能性和环保性的首选材料。

普通的铸铝材料强度较低，若采用单一的铸铝材料成型，需要更多体积的铝来满足刚度和强度的要求，减重比例一般不超过30％，还会受到空间布置的各种限制；最新的铝合金轻量化技术中有采用在铝本体的上镶嵌钢套的方式来满足刚强度和重量两方面综合优化的需求，但此种方法又存在铸造工艺复杂、成本较高等缺点；因此需要对轮毂的结构进行一定的改进。

【实用新型内容】

本实用新型的目的在于克服上述现有技术的缺点，提供一种用于商用车的轻量化高强度轮毂；该实用新型对轮毂结构进行了优化，可以同时满足轮毂高强度、生产工艺简单和重量等多方面的综合优化需求。

为达到上述目的，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种用于商用车的轻量化高强度轮毂，所述轮毂包括第一盘面和第二盘面，第一盘面的直径小于第二盘面；第一盘面和第二盘面通过斜面环连接，第一盘面、第二盘面和斜面环均为同一轴线；

第一盘面包括圆环状的外环和在外环内的回转薄壁面，外环和回转薄壁面同轴；回转薄壁面为圆弧面形状，从回转薄壁面的第二弧面至回转薄壁面的第一弧面方向，回转薄壁面垂直于其轴向的圆形截面面积沿回转薄壁面的轴向逐渐增加。

本实用新型的进一步改进在于：

优选的，第二盘面的外部侧边为圆形或花瓣形。

优选的，第二盘面的上端面沿其轴向开设有若干个圆形凸台，圆形凸台的轴线平行于第二盘面的轴线；相邻的圆形凸台之间沿第二盘面周向的距离相等；

每一个圆形凸台在其中心处，沿其轴线开设有第二通孔。

优选的，圆形凸台的外侧面和第二盘面的上端面连接处为过渡圆角。

优选的，每一个第二通孔被贯穿有一个滚花螺栓，滚花螺栓和第二通孔过盈配合，第二盘面通过滚花螺栓连接有轮辋。

优选的，外环沿其周向开设有若干个第一通孔，相邻的第一通孔之间沿外环周向的距离相等；第一通孔被贯穿有螺栓，外环通过螺栓连接有制动盘；

外环在其上端面的外侧设置有一圈凸出的制动盘挡肩，制动盘挡肩用于限位制动盘。

优选的，所述螺栓的螺栓头和外环之间设置有平垫片。

优选的，所述斜面环包括外侧面和内侧面，外侧面为弧面，内侧面为平面；外侧面和第一盘面及第二盘面的连接处均倒圆角处理。

优选的，所述内侧面设置若干个有向下凸出的轮辋止口，轮辋止口的下端面凸出第二盘面的第四端面。

优选的，所述轮毂采用高强度铝合金材料，高强度铝合金材质的屈服强度大于276MPa。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果：

本实用新型公开了一种用于商用车的轻量化高强度轮毂，该轮毂包括第一盘面和第二盘面，通过将内侧的第二盘面中心处设置为变截面圆形，可以使轮毂的截面材料得到更好的分配，在保证零件具有足够强度的基础上重量最轻，提高轴向的受力能力，保证了产品的可靠性。

进一步的，第二盘面的外部侧边为圆形或花瓣形，可有效降低轮毂重量，实现轮毂结构的轻量化。

进一步的，第二盘面上开设有若干个圆形凸台，圆形凸台沿其轴线开设有若干个第二通孔，使得第二盘面能够和轮辋连接；圆形凸台等分布置，能够均匀的传递轴向力。

进一步的，圆形凸台和第二盘面的上端面连接处采用圆角过渡，有效降低了轮毂局部的最大应力，使其低于材料的屈服强度，提高了轻量化铝合金轮毂的可靠性。

进一步的，第二盘面能够和轮辋通过滚花螺栓连接，因为轮毂选用的为高强度铝合金材料，表面更为光滑，滚花螺栓的滚花部分能够增加摩擦力，且滚花螺栓与轮毂采用过盈接触，较现有常用结构的普通螺栓相比，连接可靠性更高，使得螺栓在使用过程中不易发生松退。

进一步的，外环通过第一通孔和制动盘连接，外环的外侧设置有制动盘挡肩以限位制动盘。

进一步的，平垫片可以有效避免螺栓打紧时对表面光滑的铝合金轮毂本体造成表面划伤，保证了螺栓的连接强度。

进一步的，斜面环的外侧面为弧面，内侧面为平面，外侧面和第一盘面及第二盘面的连接处均倒圆角，使得整个轻量化高强度铝合金轮毂在传递轴向力时，能够均匀传递，且没有应力集中点；内侧面设计为平面方便轮辋止口的设置。

进一步的，斜面环的内侧面设置有向下凸出的轮辋止口，使得该轮毂的整体装配性能更佳。

进一步的，采用高强度铝合金材料，可有效减轻轮毂重量，减重比例可达到48％；高强度铝合金材料屈服强度为276MPa，为球铁材料屈服强度的74％(QT600)到89％(QT450)之间；制备工艺简单，成型性好，力学性能强。

【附图说明】

图1为本实用新型的轻量化高强度铝合金轮毂装配图；

图2为本实用新型的轻量化高强度铝合金轮毂结构示意图；

图3为本实用新型的轻量化高强度铝合金轮毂立体图一侧的结构示意图；

图4为本实用新型的轻量化高强度铝合金轮毂立体图另一侧的结构示意图；

图5为本实用新型的滚花螺栓示意图；

其中：1为车轮螺母、2为轮辋、3为轮毂、4为滚花螺栓、5为平垫片、6为六角头螺栓、7为制动盘、8为轴承座、9为单元轴承、10为制动盘挡肩、11为回转薄壁面、12为轮辋止口、13为圆形凸台、14为过渡圆角；15为第一盘面；16为第二盘面；17为斜面环；11-1为第一弧面；11-2为第二弧面；11-3为凹槽；12-1为第一侧面；12-2为第二侧面；12-3为第三侧面；12-4为第四侧面；13-1为第二通孔；15-1为第一端面；15-2为第二端面；15-3为外环；15-4为第一通孔；16-1为第三端面；16-2为第四端面；17-1为外侧面；17-2为内侧面。

【具体实施方式】

下面结合附图对本实用新型做进一步详细描述。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制；术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；此外，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

参见图2、图3和图4为本实用新型的轻量化高强度铝合金轮毂3的结构示意图；该轻量化高强度铝合金轮毂3的材料为高强度铝合金材料，所述高强度铝合金材料的屈服强度大于276MPa的铝合金，如Al-Cu-Mg和Al-Zn-Mg-Cu的合金；

如图2所示，设定第一盘面15所在的一侧为上，第二盘面16所在的一侧为下，第一盘面15的一圈外围为外侧，一圈内围为内侧。

所述轻量化高强度铝合金轮毂的为回转类零件，包括第一盘面15和第二盘面16，第一盘面15和第二盘面16之间为斜面环17；第一盘面15、第二盘面16和斜面环17均为同一轴线，第一盘面15的直径小于第二盘面16，第一盘面15和第二盘面16之间通过斜面环17连接而成；第一盘面15的一侧为第一端面15-1，另一侧为第二端面15-2，第一端面15-1朝向外，第二端面15-2朝向内；第二盘面16的一侧为第三端面16-1，另一侧为第四端面16-2，第三端面16-1超向外，第四端面16-2朝向内；所述斜面环17为圆形环状物，包括外侧面17-1和内侧面17-2，外侧面17-1的两端分别和第一端面15-1及第三端面16-1连接，内侧面17-2的两端分别和第二端面15-2及第四端面16-2连接，外侧面17-1为弧面，内侧面17-2平面，呈弧面的外侧面17-1和第一端面15-1及第三端面16-1连接时，连接处均进行倒圆角，使得整个轻量化高强度铝合金轮毂在传递轴向力时，能够均匀传递，且没有应力集中点；内侧面17-2能够设置成平面，方便下述的轮辋止口12的设置；第二盘面16的外部侧边为圆形或花瓣形，这种结构可有效降低轮毂重量，实现轮毂结构的轻量化。

所述第一盘面15包括圆环状的外环15-3和在外环15-3内部的回转薄壁面11，所述第一端面15-1即为外环15-3的第一端面15-1，第二端面15-2即为外环15-3的第二端面15-2；第一端面15-1的外侧和外侧面17-1连接，内侧和回转薄壁面11连接，外环15-3和回转薄壁面11同轴，回转薄壁面11为圆弧面形状，在垂直于其轴向的平面的截面为圆形，穿过其轴向平面上的截面为具有一定厚度的弧线，因此垂直于其轴向的平面圆形截面面积是沿着第一盘面15的轴向持续改变的，通过采用变截面结构可以使轮毂的截面材料得到更好的分配，在保证零件具有足够强度的基础上重量最轻，而且在轴向的受力更大；回转薄壁面11包括第一弧面11-1和第二弧面11-2，第一弧面11-1和第一端面15-1连接，第二弧面11-2和第二端面15-2连接，第二弧面11-2超出外环15-3的第二端面15-2，第二弧面11-2在和第二端面15-2的连接处设置有一圈凹槽11-3，使得连接处能够平滑过渡；外环15-3沿其周向开设有若干个第一通孔15-4，所有第一通孔15-4之间的周向距离相等，第一通孔15-4的轴线平行于第一盘面15的轴线。第一端面15-1的外侧设置有一圈上凸出的制动盘挡肩10，所述制动盘挡肩10的外侧面和外第一端面15-1的外侧面平齐，制动盘挡肩10的宽度远小于外环15-3的直径，制动盘挡肩10用于限位制动盘7。

所述第二盘面16沿其周向开设有若干个圆形凸台13，所述圆形凸台13的轴线平行于第二盘面16的轴线。圆形凸台13在其中心处，沿其轴线开设有第二通孔13-1，圆形凸台13凸出第二盘面16的第三端面16-1，圆形凸台13的外侧和第二盘面16的连接处采用圆角过渡，过渡圆角14可以降低此处应力集中，有效降低产品发生断裂的风险；第二通孔13-1的底面和第四端面16-2平齐；

所述斜面环17的内侧面17-2朝向下方凸出有若干个轮辋止口12，所有的轮辋止口12沿斜面环17的周向等分分布，轮辋止口12包括第一侧面12-1、第二侧面12-2、第三侧面12-3、第四侧面12-4和底面12-5；第一侧面12-1、第二侧面12-2、第三侧面12-3和第四侧面12-4依次首尾连接，四个侧面的底部均和底面12-5固定连接，四个侧面的底部均凸出第四端面16-2，轮辋止口12的底面12-5在第四端面16-2的下方；第一侧面12-1的上半部分即为斜面环17和轮辋止口12连接处的内侧面17-2，下半部分为平面，凸出第四端面16-2；第二侧面12-2、第三侧面12-3和第四侧面12-4和内侧面17-2的连接处均采用倒角设计，减少直角过渡，提高受力性能，轮辋止口12使零件的装配工艺性更优。

轮毂3选用高强度铝合金材料，由高强度铝合金材料锻造而成，即上述的第一盘面15、第二盘面16、斜面环17、圆形凸台13和轮辋止口12均为高强度铝合金材料。

参见图1，轮毂3、制动盘7和轴承座8均在轮毂3中，轮胎中的轮辋2和轮毂3的第二盘面16通过若干个车轮螺母1和滚花螺栓4连接，车轮螺母1和滚花螺栓4配合使用，滚花螺栓4插入在圆形凸台13中；轮毂3的第一盘面15和制动盘7通过螺栓6连接，螺栓6插入至第一通孔中15-4中，其中第二端面15-2和螺栓6的螺栓头接触处垫有平垫片5，平垫片5可以有效避免螺栓打紧时对材质较软的铝合金轮毂本体造成表面划伤；螺栓6穿过制动盘7插入至轴承座8中，轴承座8设置在制动盘7中，轴承座8内部设置有单元轴承9。

参见图1和图5，当该轮毂3装配到汽车轮胎时，第二盘面16通过滚花螺栓4和车轮螺母1固定连接，滚花螺栓4插入至圆形凸台13中，和第二通孔13-1过盈配合连接，即滚花螺栓4和轮毂3为过盈配合连接；因为轮毂选用的为高强度铝合金材料，其重量较轻，表面更为光滑，因此采用滚花螺栓4的滚花部分能够增加摩擦力，较现有常用结构的普通螺栓相比，连接可靠性更高，使得螺栓在使用过程中不易发生松退。

所述轻量化高强度铝合金轮毂通过螺栓加垫片结构与轴承座、制动盘连接固定，保证了螺栓连接强度，通过滚花螺栓、车轮螺母1与轮辋连接固定，滚花螺栓与铝合金轮毂过盈配合，保证了螺栓的连接可靠性。通过有限元分析，考虑最恶劣的侧翻工况，通过适当增加第一盘面15、第二盘面16和斜面环17的厚度，有效降低了轮毂局部的最大应力，使其低于材料的屈服强度，提高了轻量化铝合金轮毂的可靠性。高强度铝合金轮毂本体为回转类零件，盘面为圆盘形或花瓣形。高强度铝合金轮毂在滚花螺栓连接处为凸台结构，在轮毂螺栓安装面根部采用圆角过渡，在回转轴线处采用变截面结构，保证了产品的可靠性。同时铝合金轮毂在轮辋安装处有止口结构，装配工艺优。

所述用于商用车的轻量化高强度轮毂通过有限元分析对结构进行了优化，具有重量轻、强度高、工艺性好的优点，适用于所有装有盘式制动系统的商用车车桥轮毂产品。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种用于商用车的轻量化高强度轮毂，其特征在于，所述轮毂(3)包括第一盘面(15)和第二盘面(16)，第一盘面(15)的直径小于第二盘面(16)；第一盘面(15)和第二盘面(16)通过斜面环(17)连接，第一盘面(15)、第二盘面(16)和斜面环(17)均为同一轴线；

第一盘面(15)包括圆环状的外环(15-3)和在外环(15-3)内的回转薄壁面(11)，外环(15-3)和回转薄壁面(11)同轴；回转薄壁面(11)为圆弧面形状，从回转薄壁面(11)的第二弧面(11-2)至回转薄壁面(11)的第一弧面(11-1)方向，回转薄壁面(11)垂直于其轴向的圆形截面面积沿回转薄壁面(11)的轴向逐渐增加。

2.根据权利要求1所述的一种用于商用车的轻量化高强度轮毂，其特征在于，第二盘面(16)的外部侧边为圆形或花瓣形。

3.根据权利要求1所述的一种用于商用车的轻量化高强度轮毂，其特征在于，第二盘面(16)的上端面沿其轴向开设有若干个圆形凸台(13)，圆形凸台(13)的轴线平行于第二盘面(16)的轴线；相邻的圆形凸台(13)之间沿第二盘面(16)周向的距离相等；

每一个圆形凸台(13)在其中心处，沿其轴线开设有第二通孔(13-1)。

4.根据权利要求3所述的一种用于商用车的轻量化高强度轮毂，其特征在于，圆形凸台(13)的外侧面和第二盘面(16)的上端面连接处为过渡圆角(14)。

5.根据权利要求3所述的一种用于商用车的轻量化高强度轮毂，其特征在于，每一个第二通孔(13-1)被贯穿有一个滚花螺栓(4)，滚花螺栓(4)和第二通孔(13-1)过盈配合，第二盘面(16)通过滚花螺栓(4)连接有轮辋(2)。

6.根据权利要求1所述的一种用于商用车的轻量化高强度轮毂，其特征在于，外环(15-3)沿其周向开设有若干个第一通孔(15-4)，相邻的第一通孔(15-4)之间沿外环(15-3)周向的距离相等；第一通孔(15-4)被贯穿有螺栓(6)，外环(15-3)通过螺栓(6)连接有制动盘(7)；

外环(15-3)在其上端面的外侧设置有一圈凸出的制动盘挡肩(10)，制动盘挡肩(10)用于限位制动盘(7)。

7.根据权利要求6所述的一种用于商用车的轻量化高强度轮毂，其特征在于，所述螺栓(6)的螺栓头和外环(15-3)之间设置有平垫片(5)。

8.根据权利要求1所述的一种用于商用车的轻量化高强度轮毂，其特征在于，所述斜面环(17)包括外侧面(17-1)和内侧面(17-2)，外侧面(17-1)为弧面，内侧面(17-2)为平面；外侧面(17-1)和第一盘面(15)及第二盘面(16)的连接处均倒圆角处理。

9.根据权利要求8所述的一种用于商用车的轻量化高强度轮毂，其特征在于，所述内侧面(17-2)设置若干个有向下凸出的轮辋止口(12)，轮辋止口(12)的下端面凸出第二盘面(16)的第四端面(16-2)。

10.根据权利要求1-9任意一项所述的用于商用车的轻量化高强度轮毂，其特征在于，所述轮毂(3)采用高强度铝合金材料，高强度铝合金材料的屈服强度大于276MPa。

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