技术领域
[0001] 本
发明涉及机动车零部件技术领域，具体地涉及一种改进的机动车
铝合金轮毂。
背景技术
[0002] 轮毂，
别名轮圈，即轮胎内廓用以
支撑轮胎的圆桶形、中心装配在轴上的部件。常见的
汽车轮毂有
钢质轮毂及铝合金质轮毂。钢质轮毂的强度高，常用于大型载重汽车；但钢质轮毂
质量重，外形单一，不符合如今低
碳、时尚的理念，正逐渐被铝合金轮毂替代。与钢质汽
车轮毂相比，铝合金轮毂的优点比较明显：
密度小，约为钢的1/3，这意味着采用相同体积的铝合金轮毂将比钢质轮毂轻2/3。有统计表明，汽车整车质量减少10%，燃油效率可以提升6% 8%，因而推广铝合金轮毂对于节能减排、低碳生活具有重要意义。
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[0003] 在商用车辆，如客车、厢式货车等车辆中，往往使用钢制轮毂或者铝合金
锻造轮毂。然而现有的铝合金锻造轮毂具有强度不够、减重效果不明显等特点。为了实现铝铝合金锻造轮毂的广泛运用，需要寻找一种更加优良的轮毂构型结构。
发明内容
[0004] 因此，本发明的目的是提供一种改进的机动车铝合金轮毂，从而克服以上的问题。
[0005] 除非另外地说明，在本发明内，“铝合金”是指以铝为主要合金材料的合金，例如为A356.2铝合金、7系铝合金、8系铝合金等。只要在
现有技术内已经用于铝合金车轮的锻造、
铸造或者其他成型方式的生产，那么就认为该铝合金可以选择用于该铝合金车轮。
[0006] 除非另外地说明，在本发明内，“轮毂”与“车轮”、“轮圈”等术语可替换地使用，并且意图表示安装到
机动车辆的前轴和后轴上用于动
力传动和滚动前进的装置。该“轮毂”的外侧一般地包括
橡胶、
树脂、皮革、塑料、编织物或者其他材料，或者以上材料的复合物所制成的部分，例如轮胎。
[0007] 除非另外地说明，在本发明内所描述的“轮毂”也包括安装到机动车的其他
位置如
车身后方或者后备箱下方，用于装饰或者用于备用替换用途，而非直接安装到机动车辆的前轴和后轴的车轮。
[0008] 除非另外地说明，在本发明内，“机动车”是指在其全部或者部分功能模式下，在地面上依靠轮状结构运行的人造装置。在狭隘的术语定义中，“机动车”包括紧凑型乘用车、SUV、MPV、跑车、大中型货车、面包车、皮卡、
卡车、厢式货车、
拖拉机、拖
挂车、矿山车等各种车辆。在广泛的术语定义中，“机动车”也包括需要在地面滑翔
起飞和降落的飞机、月球车等行星或卫星探索设备、
水陆两栖运载工具、军用装甲车、大型设备的可移动底座、运梁车、坦克、
蒸汽机车、
电力机车、
内燃机车、手动轨道工程车。在其他的术语定义中，“机动车”也包括固定在地面或者装置上的辊压装置。在该辊压装置的环境下，轮毂的转动带动了与其贴紧的皮带或者链条，并且驱动该皮带或者链条运动。
[0009] 本发明包括
法兰盘、
轮辐和
轮辋；所述的法兰盘为圆筒形，并且均匀分布有穿透该圆筒底面的法兰盘
螺栓孔；所述的轮辐的内侧一端连接到法兰盘，外侧一端通过
胎圈座连接到轮辋；所述的轮辋沿着垂直于法兰盘所在平面的方向包括首尾依次连接的外轮唇、外轮唇胎圈座、轮井、轮辋中段、内轮唇胎圈座和内轮唇；所述的外轮唇沿着外轮唇胎圈座，向远离法兰盘的方向延伸，并且在末端包括外轮缘；所述的外轮唇胎圈座在轮盘的外侧方向连接到外轮唇，侧面连接到轮盘，轮盘的内侧方向连接到轮井；所述的轮井为锥面或者圆筒状，并且在轮盘的外侧方向连接到轮辋中段；所述的轮辋中段为锥面或者圆筒状，并且在轮盘的外侧方向连接内轮唇胎圈座；所述的内轮唇胎圈座相对于内轮唇为凹陷的，并且在轮盘的外侧方向连接到内轮唇；所述的内轮唇朝向远离法兰盘
中轴线的方向延伸，并且在末端包括内轮缘。
[0010] 所述的轮辐设置多个矩形延长孔状的窗口，所述的矩形状窗口个数限定为10个以上，并且以法兰盘中轴线为轴线均匀分布在轮辐上；所述的矩形延长孔状窗口贯穿轮辐上下表面；所述的矩形延长孔状窗口在与过法兰盘中轴线平面呈51度的平面S上的投影曲线由首尾相接的弧线A1、直线B1、弧线A2和直线B2组成封闭的曲线；所述的弧线A1两端分别与直线B1和直线B2连接，且弧线A1分别与直线B1和直线B2相切，所述的弧线A1呈半圆形，其半径为20.0-40.0 mm；所述的直线B1两端分别与弧线A1和弧线A2连接，且直线B1分别与弧线A1和弧线A2相切，所述的直线B1长度为24.0-35.0 mm；所述的弧线A2两端分别与直线B1和直线B2连接，且弧线A2分别与直线B1和直线B2相切，所述的弧线A2呈半圆形，其半径为20.0-40.0 mm；所述的直线B2两端分别与弧线A1和弧线A2连接，且直线B2分别与弧线A1和弧线A2相切，所述的直线B2长度为24.0-35.0 mm；所述的弧线A1和A2半径相等，方向相反；所述的直线B1和B2长度相等，相互平行。所述的弧线A1、A2圆心连线的中点M在法兰盘上表面所在平面的投影与法兰盘中心点O之间的距离为230.0-
250.0 mm。
[0011] 在本发明优选的方面，弧线A1呈半圆形，其半径为20.0-30.0 mm。
[0012] 在本发明优选的方面，直线B1长度为26.0-32.0 mm。
[0013] 在本发明优选的方面，所述的弧线A1、A2圆心连线的中点M在法兰盘上表面所在平面的投影与法兰盘中心点O之间的距离为235.0-245.0 mm。
[0014] 在本发明优选的方面，所述的弧线A1呈半圆形，其半径为23.1 mm；所述的直线B1长度为30.0 mm；所述的弧线A2呈半圆形，其半径为23.1 mm；所述的直线B2长度为30.0 mm；所述的弧线A1、A2圆心连线的中点M在法兰盘上表面所在平面的投影与法兰盘中心点O之间的距离为240.8 mm。
[0015] 在本发明优选的方面，所述的弧线A1呈半圆形，其半径为26.1 mm；所述的直线B1长度为32.5 mm；所述的弧线A2呈半圆形，其半径为26.1 mm；所述的直线B2长度为32.5 mm；所述的弧线A1、A2圆心连线的中点M在法兰盘上表面所在平面的投影与法兰盘中心点O之间的距离为240.8 mm。
[0016] 在本发明优选的方面，所述的弧线A1呈半圆形，其半径为21.1 mm；所述的直线B1长度为28.0 mm；所述的弧线A2呈半圆形，其半径为21.1 mm；所述的直线B2长度为28.0 mm；所述的弧线A1、A2圆心连线的中点M在法兰盘上表面所在平面的投影与法兰盘中心点O之间的距离为240.8 mm。
[0017] 本发明的改进的机动车铝合金轮毂的优点在于：（1）轮毂窗口部位受力更小；（2）轮毂整体受力水平更低；（3）轮毂整体质量更低；（4）轮毂可靠性更高。
附图说明
[0018] 以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案。
[0019] 图1：本发明的
实施例1的轮毂的立体结构示意图。
[0020] 图2：本发明的实施例1的轮毂的窗口结构示意图。
[0021] 图3：本发明的实施例1的轮毂的窗口
角度示意图。
[0022] 图4：本发明的实施例1的轮毂的窗口分布示意图。
[0023] 图5：本发明的对比例1的轮毂的窗口结构示意图。
[0024] 图中：1-法兰盘螺栓孔、2-法兰盘、3-轮辐、4-窗口、5-轮辋、51-外轮唇、52-外轮唇胎圈座、53-轮井、54-轮辋中段、55-内轮唇胎圈座和56-内轮唇。A1-半圆形弧线A1、B1-直线B1、A2-半圆形弧线A2、B2-直线B2、S-平面S、M-点M、O-点O、R-圆环R。
具体实施方式
[0025] 实施例1:在本实施例中，公开了一种改进的机动车铝合金轮毂，其包括法兰盘2、轮辐3、窗口4和轮辋5；所述的法兰盘2为圆筒形，并且均匀分布有穿透该圆筒底面的法兰盘螺栓孔1；所述的轮辐3的内侧一端连接到法兰盘2，外侧一端通过外轮唇胎圈座52连接到轮辋5；所述的轮辋5沿着垂直于法兰盘2所在平面的方向包括首尾依次连接的外轮唇51、外轮唇胎圈座52、轮井53、轮辋中段54、内轮唇胎圈座55和内轮唇56；所述的外轮唇51沿着外轮唇胎圈座52，向远离法兰盘2的方向延伸，并且在末端包括外轮缘；所述的外轮唇胎圈座52在轮盘的外侧方向连接到外轮唇，侧面连接到轮盘，轮盘的内侧方向连接到轮井53；所述的轮井53为锥面或者圆筒状，并且在轮盘的外侧方向连接到轮辋中段54；所述的轮辋中段54为锥面或者圆筒状，并且在轮盘的外侧方向连接到内轮唇胎圈座55；所述的内轮唇胎圈座55相对于内轮唇56为凹陷的，并且在轮盘的外侧方向连接到内轮唇56；所述的内轮唇56朝向远离法兰盘2中轴线的方向延伸，并且在末端包括内轮缘。
[0026] 所述的改进的机动车铝合金轮毂的轮辐限定出多个矩形延长孔状的窗口，所述的轮辐位于法兰盘和外轮唇胎圈座之间，所述的矩形延长孔状窗口个数限定为10个，并且以法兰盘中轴线为轴线均匀分布在轮辐上；所述的矩形延长孔状窗口贯穿轮辐上下表面；所述的矩形延长孔状窗口在与过法兰盘中轴线平面呈51度的平面S上的投影曲线由首尾相接的弧线A1、直线B1、弧线A2和直线B2组成封闭的曲线；所述的弧线A1两端分别与直线B1和直线B2连接，且弧线A1分别与直线B1和直线B2相切，所述的弧线A1呈半圆形，其半径为23.1 mm；所述的直线B1两端分别与弧线A1和弧线A2连接，且直线B1分别与弧线A1和弧线A2相切，所述的直线B1长度为30.0 mm；所述的弧线A2两端分别与直线B1和直线B2连接，且弧线A2分别与直线B1和直线B2相切，所述的弧线A2呈半圆形，其半径为23.1 mm；所述的直线B2两端分别与弧线A1和弧线A2连接，且直线B2分别与弧线A1和弧线A2相切，所述的直线B2长度为30.0 mm；所述的弧线A1和A2半径相等，方向相反；所述的直线B1和B2长度相等，相互平行。
所述的弧线A1、A2圆心连线的中点M在法兰盘上表面所在平面的投影与法兰盘中心点O之间的距离为240.8 mm（如何说明窗口整体走向）。
[0027] 实施例2：在本实施例中，和实施例1的区别在于，所述的改进的机动车铝合金轮毂的轮辐限定出多个矩形延长孔状的窗口，所述的轮辐位于法兰盘和外轮唇胎圈座之间，所述的矩形延长孔状窗口个数限定为10个，并且以法兰盘中轴线为轴线均匀分布在轮辐上；所述的矩形延长孔状窗口贯穿轮辐上下表面；所述的矩形延长孔状窗口在与过法兰盘中轴线平面呈51度的平面S上的投影曲线由首尾相接的弧线A1、直线B1、弧线A2和直线B2组成封闭的曲线；所述的弧线A1两端分别与直线B1和直线B2连接，且弧线A1分别与直线B1和直线B2相切，所述的弧线A1呈半圆形，其半径为26.1 mm；所述的直线B1两端分别与弧线A1和弧线A2连接，且直线B1分别与弧线A1和弧线A2相切，所述的直线B1长度为32.5 mm；所述的弧线A2两端分别与直线B1和直线B2连接，且弧线A2分别与直线B1和直线B2相切，所述的弧线A2呈半圆形，其半径为26.1 mm；所述的直线B2两端分别与弧线A1和弧线A2连接，且直线B2分别与弧线A1和弧线A2相切，所述的直线B2长度为32.5 mm；所述的弧线A1和A2半径相等，方向相反；所述的直线B1和B2长度相等，相互平行。所述的弧线A1、A2圆心连线的中点M在法兰盘上表面所在平面的投影与法兰盘中心点O之间的距离为240.8 mm。
[0028] 实施例3：在本实施例中，和实施例1的区别在于，所述的改进的机动车铝合金轮毂的轮辐限定出多个矩形延长孔状的窗口，所述的轮辐位于法兰盘和外轮唇胎圈座之间，所述的矩形延长孔状窗口个数限定为10个，并且以法兰盘中轴线为轴线均匀分布在轮辐上；所述的矩形延长孔状窗口贯穿轮辐上下表面；所述的矩形延长孔状窗口在与过法兰盘中轴线平面呈51度的平面S上的投影曲线由首尾相接的弧线A1、直线B1、弧线A2和直线B2组成封闭的曲线；所述的弧线A1两端分别与直线B1和直线B2连接，且弧线A1分别与直线B1和直线B2相切，所述的弧线A1呈半圆形，其半径为21.1 mm；所述的直线B1两端分别与弧线A1和弧线A2连接，且直线B1分别与弧线A1和弧线A2相切，所述的直线B1长度为28.0 mm；所述的弧线A2两端分别与直线B1和直线B2连接，且弧线A2分别与直线B1和直线B2相切，所述的弧线A2呈半圆形，其半径为21.1 mm；所述的直线B2两端分别与弧线A1和弧线A2连接，且直线B2分别与弧线A1和弧线A2相切，所述的直线B2长度为28.0 mm；所述的弧线A1和A2半径相等，方向相反；所述的直线B1和B2长度相等，相互平行。所述的弧线A1、A2圆心连线的中点M在法兰盘上表面所在平面的投影与法兰盘中心点O之间的距离为240.8 mm。
[0029] 对比例1：本对比例和实施例1的区别在于，所述的对比例的机动车铝合金轮毂的轮辐限定出多个圆形的窗口，所述的轮辐位于法兰盘和外轮唇胎圈座之间，所述的圆形窗口个数限定为10个，并且以法兰盘中轴线为轴线均匀分布在轮辐上；所述的圆形窗口贯穿轮辐上下表面；所述的圆形窗口在与过法兰盘中轴线平面呈51度的平面S上的投影曲线为圆环R；所述的圆环R半径为25 mm；所述的圆环R的圆心M在法兰盘上表面所在平面的投影与法兰盘中心点O之间的距离为243.9 mm。轮辋、法兰盘的结构均与实施例相同。
[0030] 实施例4：对实施例1、2和3及对比例1的轮毂进行了重量测量，其结果显示在表1中。
[0031] 表1：实施例1、2和3及对比例1重量测量结果（单位：Kg）。 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1
重量 24.80 24.24 25.15 25.59
[0032] 从表1可见，在其他部位结构一致的情况下，实施例1、2和3与对比例相比，重量均有所降低，且实施例1相比对比例1重量降低了790g。
[0033] 实施例5：对实施例1、2和3及对比例1的轮毂进行了两种性能试验及
应力水平测量。在中信戴卡股份有限公司的试验中心对以上的车轮依照国标GB/T 5909-2009进行了弯曲疲劳和径向疲劳试验。除非另外地说明，本实施例中所使用的径向疲劳试验机又称为车轮径向疲劳试验机，购自济南永测工业设备有限公司。
[0034] 在径向疲劳试验过程之前，首先将轮毂固定到径向疲劳试验机，随后在轮毂窗口
正面固定应变片，应变片通过
导线连接到
数据采集装置。随后按照国标GB/T 5909-2009的方法进行疲劳试验的加载和旋转。在车轮旋转至少一圈之后，应变片将应变信息（ε，无量纲，常用百分数表示）传输到数据采集装置。然后根据应力应变关系：σ=E*ε ，将应变转换为应力（σ为应力，单位MPa；E为
弹性模量，68980MPa ）。其试验通过性及应力水平结果显示在表2中。
[0035] 在本实施例中，应变片是购自中航工业电测仪器股份有限公司的弹性应变片。
[0036] 其试验通过性及应力水平结果显示在表2中。
[0037] 表2：实施例1、2和3及对比例1的车轮性能试验及应力水平测量（单位：MPa）。 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1
弯曲疲劳 Y Y Y Y
径向疲劳 Y Y Y N
应力水平 102.2 113.5 108.4 231.7
[0038] 说明：表中Y表示通过该试验，N表示未通过该试验。
[0039] 从表2中可见，实施例1、2和3均能通过两项试验，对比例1只能通过弯曲疲劳试验。
[0040] 从表2中可见，实施例1、2和3窗口位置最高应力水平较低，对比例1应力水平较高。实施例1应力比对比例1低129.5MPa。由此可见，实施例1-3的轮毂通过窗口形状的特殊设置，实现了轮毂的应力大幅度下降和重量减少。而这种应力下降在不具备特殊的形状的对比例1中无法被观察到。
[0041] 实施例6：对实施例1、2和3及对比例1的轮毂进行了静刚性测量。在中信戴卡股份有限公司的试验中心对以上的车轮依照美国车轮工程协会的行标SAEJ328的方法进行了静刚性测量。静刚性代表车轮在承受静力时抵抗
变形的能力，数值越高，抵抗变形的能力的越强，车轮可靠性越高。其试验测量结果显示在表3中。
[0042] 表3：实施例1、2和3及对比例1车轮静刚性测量结果（单位：kNm/rad）。 实施例1 实施例2 实施例3 对比例1
静刚性 22459.3 21786.1 22195.4 17561.4
[0043] 从表3中可见，实施例1、2和3均具有较高的静刚性值，对比例1静刚性值较低。说明在同样外力作用下，实施例1、2和3具有较高的结构
稳定性，其可靠性较高。对比例1静刚性值较低，结构稳定性差，可靠性较低。从实施例6可以看到，在实施例1-3的车轮中实现了重量降低，并且静刚性提高，实现了在不增加材料（甚至减少材料）的前提下，实现了更强的机械强度。
