一种改进的机动车铝合金轮毂的制作方法

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：
：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。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。技术实现要素：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。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。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。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。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。在本发明的一个方面，所述的“机动车铝合金轮毂”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。在本发明的一个方面，提供了一种改进的机动车铝合金轮毂，所述的改进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，所述的轮辐的上表面包括轮辐锥面a、轮辐连接弧面b和法兰外端面c，所述的法兰盘外端面c为环状平面，并且从法兰中心点到轮辐连接弧面b的上边缘具有175~235mm的长度，具有95~152mm的内径；所述的轮辐锥面a、轮辐连接弧面b和法兰外端面c与机动车铝合金轮毂通过法兰盘中轴线的平面上的截面中，轮辐连接弧面b的投影为圆弧，其直径为72.63mm，圆弧角为50度~65度，并且轮辐连接弧面b两端分别和法兰外端面c、轮辐锥面a相切；所述的轮辐锥面a的半顶角为25~35度，轮辐锥面的上边缘和平行于法兰盘平面的平面相交的圆直径为455~475mm，下边缘和平行于法兰盘平面的平面相交的圆直径为500~520mm；所述的轮辐的下表面设置为使得所述的轮辐具有18.30~29.30mm的厚度。在本发明优选的方面，所述的轮辐锥面a的半顶角为29度。在本发明优选的方面，所述的轮辐连接弧面b的投影圆弧的半径为36.32mm，圆弧角为57.8度。在本发明优选的方面，所述的法兰外端面c的投影线段距离法兰盘螺栓孔倒角的最小距离为20.93mm。在本发明优选的方面，所述的机动车铝合金轮毂的法兰盘由外直径为380-450mm，内直径为200-270mm，厚度为20-30mm的空心圆柱体所组成，并且法兰盘上包括8-12个直径为20-30mm的法兰盘螺栓孔，所述的法兰盘螺栓孔均匀分布在法兰盘圆周上。在本发明优选的方面，所述的机动车铝合金轮毂的法兰盘由外直径为405.85mm，内直径为248.2，厚度为23mm的空心圆柱体所组成，并且法兰盘上包括8-12个直径为20-30mm的法兰盘螺栓孔。在本发明优选的方面，所述的轮辐的下表面与法兰盘中轴线的平面相交得到的线段由相切的弧线连接而成。在本发明进一步优选的方面，所述的相切的弧线由六段弧线所组成，其中弧线h、弧线i、弧线j、弧线k、弧线l、弧线m从法兰盘背面依次向轮辋延伸，并且：弧线h为向轮盘背面方向凹陷，半径为8.2~9.5mm，圆弧角为16.5~30.5度；弧线i为向轮盘正面方向凹陷，半径为6.0~8.0mm，圆弧角为70.5~95.5度；弧线j为向轮盘正面方向凹陷，半径为340~380mm，圆弧角为0.5~2.5度；弧线k为向轮盘背面方向凸出，半径为200~220mm，圆弧角为2.5~7.5度；弧线l为向轮盘背面方向凸出，半径为125~140mm，圆弧角为8.0~11.5度；弧线m为向轮盘背面方向凸出，半径为95~110mm，圆弧角为8.5~18.5度。在本发明进一步优选的方面，弧线h为向轮盘背面方向凹陷，半径为8.75mm，圆弧角为18.5~20.5度；弧线i为向轮盘正面方向凹陷，半径为7.67mm，圆弧角为80.5~85.5度；弧线j为向轮盘正面方向凹陷，半径为358.7mm，圆弧角为1.4~1.8度；弧线k为向轮盘背面方向凸出，半径为213.5mm，圆弧角为3.5~4.2度；弧线l为向轮盘背面方向凸出，半径为133.82mm，圆弧角为9.0~10.0度；弧线m为向轮盘背面方向凸出，半径为103.52mm，圆弧角为12.5~14.5度。在本发明进一步优选的方面，还提供了三种具体的轮毂结构，所述的改进的机动车铝合金轮毂选自以下的一种。（a）所述的改进的机动车铝合金轮毂的轮辐3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，所述的轮辐3的上表面包括轮辐锥面a、轮辐连接弧面b和法兰外端面c，所述的法兰盘外端面c为环状平面，所述的机动车铝合金轮毂的法兰盘2由外直径为405.85mm，内直径为248.2，厚度为23mm的空心圆柱体所组成，并且法兰盘2上包括10个直径为26mm的法兰盘螺栓孔1；所述的轮辐锥面a、轮辐连接弧面b和法兰外端面c与机动车铝合金轮毂通过法兰盘2中轴线的平面上的截面中，轮辐连接弧面b的投影为圆弧，其直径为36.32mm，圆弧角为57.8度，并且轮辐连接弧面b两端分别和法兰外端面c、轮辐锥面a相切；所述的轮辐锥面a的半顶角为29度，轮辐锥面的上边缘和平行于法兰盘平面的平面相交的圆直径为465.35mm，下边缘和平行于法兰盘平面的平面相交的圆直径为511.04mm；所述的轮辐3的下表面设置为使得所述的轮辐具有23.96mm的厚度；所述的轮辐的下表面与法兰盘中轴线的平面相交得到的线段由相切的弧线连接而成；所述的相切的弧线由六段弧线所组成，其中弧线h、弧线i、弧线j、弧线k、弧线l、弧线m从法兰盘背面依次向轮辋延伸，弧线h为向轮盘背面方向凹陷，半径为8.75mm，圆弧角为18.87度；弧线i为向轮盘背面方向凹陷，半径为7.67mm，圆弧角为82.79度；弧线j为向轮盘正面方向凹陷，半径为358.7mm，圆弧角为1.67度；弧线k为向轮盘背面方向凸出，半径为213.5mm，圆弧角为3.78度；弧线l为向轮盘背面方向凸出，半径为133.82mm，圆弧角为9.55度；弧线m为向轮盘背面方向凸出，半径为103.52mm，圆弧角为14.35度；（b）和a的区别在于弧线h、弧线i、弧线j、弧线k、弧线l、弧线m从法兰盘背面依次向轮辋延伸，弧线h为向轮盘背面方向凹陷，半径为8.75mm，圆弧角为25.21度；弧线i为向轮盘背面方向凹陷，半径为7.67mm，圆弧角为90度；弧线j为向轮盘正面方向凹陷，半径为358.7mm，圆弧角为1.14度；弧线k为向轮盘背面方向凸出，半径为213.5mm，圆弧角为3.42度；弧线l为向轮盘背面方向凸出，半径为133.82mm，圆弧角为10.29度；弧线m为向轮盘背面方向凸出，半径为103.52mm，圆弧角为15.55度；所述的轮辐的下表面设置为使得所述的轮辐具有24.46mm的厚度；（c）和a的区别在于弧线h、弧线i、弧线j、弧线k、弧线l、弧线m从法兰盘背面依次向轮辋延伸，弧线h为向轮盘背面方向凹陷，半径为8.75mm，圆弧角为18.87度；弧线i为向轮盘背面方向凹陷，半径为7.67mm，圆弧角为82.79度；弧线j为向轮盘正面方向凹陷，半径为358.7mm，圆弧角为1.96度；弧线k为向轮盘背面方向凸出，半径为213.5mm，圆弧角为6.96度；弧线l为向轮盘背面方向凸出，半径为133.82mm，圆弧角为8.06度；弧线m为向轮盘背面方向凸出，半径为103.52mm，圆弧角为8.87度；所述的轮辐的下表面设置为使得所述的轮辐具有24.31mm的厚度。本发明的改进的机动车铝合金轮毂的优点在于：（1）应力分布更均匀；（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。附图说明以下，结合附图来详细说明本发明的实施方案。图1：本发明的实施例1的轮毂的立体示意图。图2：本发明的实施例1的轮毂的剖面半部分示意图。图3：本发明的对比例1的轮毂的剖面示意图。图中：a-轮辐锥面、b-轮辐连接弧面、c-法兰外端面、1-法兰盘螺栓孔、2-法兰盘、3-轮辐、4-轮辋、41-外轮唇、42-外轮唇胎圈座、43-轮井、44-轮辋中段、45-内轮唇胎圈座、46-内轮唇、d-弧线d、e-弧线e、f-弧线f、g-弧线g、h-弧线h、i-弧线i、j-弧线j、k-弧线k、l-弧线l、m-弧线m、n-弧线n、p-弧线p、q-弧线q、r-弧线r、s-弧线s。具体实施方式实施例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和轮辋4；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42连接到轮辋4；所述的轮辋4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41、外轮唇胎圈座42、轮井43、轮辋中段44、内轮唇胎圈座45和内轮唇46；所述的外轮唇41沿着外轮唇胎圈座42，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42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43；所述的轮井43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44；所述的轮辋中段44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42；所述的内轮唇胎圈座42相对于内轮唇46为凹陷的，并且在轮盘的外侧方向连接到内轮唇46；所述的内轮唇46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。所述的改进的机动车铝合金轮毂的轮辐3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，所述的轮辐3的上表面包括轮辐锥面a、轮辐连接弧面b和法兰外端面c，所述的法兰盘外端面c为环状平面，所述的机动车铝合金轮毂的法兰盘2由外直径为405.85mm，内直径为248.2，厚度为23mm的空心圆柱体所组成，并且法兰盘2上包括10个直径为26mm的法兰盘螺栓孔1；所述的轮辐锥面a、轮辐连接弧面b和法兰外端面c与机动车铝合金轮毂通过法兰盘2中轴线的平面上的截面中，轮辐连接弧面b的投影为圆弧，其直径为36.32mm，圆弧角为57.8度，并且轮辐连接弧面b两端分别和法兰外端面c、轮辐锥面a相切；所述的轮辐锥面a的半顶角为29度，轮辐锥面的上边缘和平行于法兰盘平面的平面相交的圆直径为465.35mm，下边缘和平行于法兰盘平面的平面相交的圆直径为511.04mm；所述的轮辐3的下表面设置为使得所述的轮辐具有23.96mm的厚度。所述的轮辐的下表面与法兰盘中轴线的平面相交得到的线段由相切的弧线连接而成。所述的相切的弧线由六段弧线所组成，其中弧线h、弧线i、弧线j、弧线k、弧线l、弧线m从法兰盘背面依次向轮辋延伸，弧线h为向轮盘背面方向凹陷，半径为8.75mm，圆弧角为18.87度；弧线i为向轮盘背面方向凹陷，半径为7.67mm，圆弧角为82.79度；弧线j为向轮盘正面方向凹陷，半径为358.7mm，圆弧角为1.67度；弧线k为向轮盘背面方向凸出，半径为213.5mm，圆弧角为3.78度；弧线l为向轮盘背面方向凸出，半径为133.82mm，圆弧角为9.55度；弧线m为向轮盘背面方向凸出，半径为103.52mm，圆弧角为14.35度。实施例2：在本实施例中，和实施例1的区别在于弧线h、弧线i、弧线j、弧线k、弧线l、弧线m从法兰盘背面依次向轮辋延伸，弧线h为向轮盘背面方向凹陷，半径为8.75mm，圆弧角为25.21度；弧线i为向轮盘背面方向凹陷，半径为7.67mm，圆弧角为90度；弧线j为向轮盘正面方向凹陷，半径为358.7mm，圆弧角为1.14度；弧线k为向轮盘背面方向凸出，半径为213.5mm，圆弧角为3.42度；弧线l为向轮盘背面方向凸出，半径为133.82mm，圆弧角为10.29度；弧线m为向轮盘背面方向凸出，半径为103.52mm，圆弧角为15.55度。所述的轮辐的下表面设置为使得所述的轮辐具有24.46mm的厚度。实施例3：在本实施例中，和实施例1的区别在于弧线h、弧线i、弧线j、弧线k、弧线l、弧线m从法兰盘背面依次向轮辋延伸，弧线h为向轮盘背面方向凹陷，半径为8.75mm，圆弧角为18.87度；弧线i为向轮盘背面方向凹陷，半径为7.67mm，圆弧角为82.79度；弧线j为向轮盘正面方向凹陷，半径为358.7mm，圆弧角为1.96度；弧线k为向轮盘背面方向凸出，半径为213.5mm，圆弧角为6.96度；弧线l为向轮盘背面方向凸出，半径为133.82mm，圆弧角为8.06度；弧线m为向轮盘背面方向凸出，半径为103.52mm，圆弧角为8.87度。所述的轮辐的下表面设置为使得所述的轮辐具有24.31mm的厚度。对比例1：本对比例和实施例1的区别在于，所述的对比例轮毂的轮辐下表面与法兰盘中轴线的平面相交得到的线段由相切的弧线连接而成，相切的弧线由五段弧线所组成，其中弧线n、弧线p、弧线q、弧线r、弧线s从法兰盘背面依次向轮辋延伸，弧线n为向轮盘正面方向凹陷，半径为8.20mm，圆弧角为26.36度；弧线p为向轮盘正面方向凹陷，半径为11.04mm，圆弧角为49.89度；弧线q为向轮盘正面方向凹陷，半径为34.14mm，圆弧角为8.92度；弧线r为向轮盘背面方向凸出，半径为19.00mm，圆弧角为29.28度；弧线s为向轮盘背面方向凸出，半径为256.85mm，圆弧角为11.20度。所述的轮辐的下表面设置为使得所述的轮辐具有24.68mm的厚度。所述的对比例轮辋、法兰盘结构均与实施例1相同。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。表1：实施例1、2和3及对比例1重量测量结果（单位：kg）。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1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330g。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/t5909-2009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。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/t5909-2009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。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。其试验通过性及应力水平结果显示在表2中。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）。说明：表中y表示通过该试验，n表示未通过该试验。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。从表2中可见，实施例1、2和3轮毂窗口正面最高应力水平较低，对比例1应力水平较高。实施例1应力比对比例1低19.2mpa。由此可见，实施例1-3的轮毂通过轮辐形状的特殊设置，实现了轮毂的应力下降和重量减少。而这种应力下降在不具备特殊的轮辐形状的对比例1中无法被观察到。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。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21597.621442.421401.317561.4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。当前第1页1 2 3