铸铝车轮的制作方法

本申请要求于2014年7月24日提交的美国临时专利申请号62/028，555的优先权。

技术领域

本发明大体涉及一种铸铝车轮。更具体地，本发明涉及一种铸铝车轮，该铸铝车轮具有优化的三维构造以增加刚度并且减少质量。

背景技术：

铸铝车轮已经在道路车辆上使用了许多年。铸铝车轮的轻质和美观的品质使得该车轮成为许多大批量生产车辆上的理想选择。然而，由于制造的费用，铸铝车轮通常成本高昂。此外，当无法实现燃料效率时，铸铝车轮不能节省足够的质量以应对增加的成本。

在生产过程中，铸铝车轮需要大量的机加工以将车轮形成为所需的商业构造。铸铝车轮包括轮辋部分和中央元件，该中央元件具有辐条，该辐条在车轮轴线和轮辋部分之间径向向外延伸。典型的辐条需要超过80％的机加工来获得所需的尺寸精度。机加工通常将车轮的那些部分重新处理为所需的构造并且提供了美观的光洁度。然而，机加工还导致相邻表面之间的尖锐过渡边缘，这些尖锐过渡边缘已知为应力断裂开始的源头。此外，布置在车轮上的位于车轮的轮辋部分和中央元件之间的辐条通常设置有相当大的厚度和质量以为车轮提供必要的强度和刚度，而这是成本高昂的并且与减少质量的努力是相反的。

因此，由于结构疲劳、性能、造型和刚度降低，减少铸铝车轮的质量的努力已经被证明是难以实现的，而以上这些问题均已知是由于辐条的质量减少所导致的缺陷。因此，期望的是提供一种刚度提高并且同时质量减少的车轮。

技术实现要素：

铸铝车轮包括轮辋元件和中央元件，该中央元件在车轮轴线和轮辋元件之间径向向外延伸。所述轮辋元件包括壁，所述壁在近侧轮缘和远侧轮缘之间围绕轴线周向延伸。多个辐条朝向近侧轮缘径向向外延伸并且在靠近轴线处交汇，所述多个辐条中的相邻的辐条限定了用于提供刚度的协作的特征部。辐条沿从轮辋元件朝向轴线的方向体积渐进地增加，由此使得辐条靠近轴线处的质量大于辐条靠近轮辋元件处的质量。

多个辐条的相邻的辐条之间的协作的特征部提供了必要的结构刚度以减少辐条的横截面面积，并且因此减少辐条中的每个辐条的质量。如此，本发明的车轮已经提供了增强的车轮结构，而不会增加辐条的质量以及因此如众所周知的那样增加车轮的质量。此外，轮辋元件和位于中央的螺栓孔部构件之间的中央元件的构造无需如已知的那样机加工该中央元件的表面，其中，螺栓孔限定在该螺栓孔部构件处。因此，辐条是铸态的，或大体为铸态的，这增强了例如刚度和耐久性的物理特性。因此，本发明的车轮不仅减少了质量并且提高了刚度，还减少了已知用于当前铸铝车轮的昂贵且耗时的机加工操作。

附图说明

当与附图一起考虑时，由于参照下面的详细描述本发明变得更容易理解，本发明的其他优点也能容易地理解，其中：

图1示出了本发明的车轮的第一实施例的透视图；

图2示出了本发明的第一实施例的车轮的前视图；

图2A、图2B和图2C分别示出了沿图2的线2A-2A、2B-2B和2C-2C的剖面图；

图3示出了本发明的第一实施例的车轮的后视图；

图4示出了沿第一实施例的车轮的轴线的剖视图；

图5示出了本发明的车轮的第二实施例的透视图；

图6示出了第二实施例的车轮的后视图；

图7示出了第二实施例的车轮的前视图；

图7A、图7B和图7C示出了沿图7的线7A-7A、7B-7B和7C-7C的剖面图；

图8示出了沿第二实施例的车轮的轴线的剖视图；

图9示出了本发明的车轮的第三实施例的前视图；以及

图9A和图9B示出了沿图9的线9A-9A和9B-9B的剖面图。

具体实施方式

参照图1，本发明的车轮整体上以附图标记10示出。车轮包括限定了轴线a的轮辋元件12(图2)。中央元件14在轴线a和轮辋元件12之间径向向外延伸。轮辋元件12限定了下沉表面(或环形壁)16，该下沉表面在从远侧轮缘18和近侧轮缘20径向向内布置的位置处、在远侧轮缘18和近侧轮缘20之间延伸。本领域普通技术人员应当理解：近侧轮缘18位于机动车辆(未示出)的外侧并且远侧轮缘20位于机动车辆的内侧。此外，下沉表面16以已知的方式限定为围绕轴线a的圆柱面。

现在参考图2、图2A-图2C，中央元件14包括多个可协作的辐条对22。在这个实施例中，每个辐条对22均限定了相对的、大体L形部24，所述相对的、大体L形部24的组合限定了开口26。辐条对22的每个大体L形部24均限定了朝向轴线a横截面面积渐变的横截面(通过图2的截面2A-2A、2B-2B和2C-2C最好地示出)。截面2A-2A、2B-2B和2C-2C每个均示出了相对的第一支腿28和相对的第二支腿30，该相对的第一支腿28具有大体共面的平面定向，该相对的第二支腿30限定了大体平行的平面定向。如图2的截面2A-2A、2B-2B和2C-2C中最好地示出的相对的第一支腿28限定了在轮辋元件12和轴线a之间延伸的大体恒定的厚度。相对的第二支腿30限定了从轮辋元件12朝向轴线a方向大体逐渐增加的厚度。以这种方式，通过朝向轴线a渐进地增加可协作的辐条对22的质量，将辐条对22的转动惯量朝向轴线a定位。

此外，相对的L形部24限定了开口26，所述相对的L形部24的组合已经证实为车轮10提供了增强的刚度。以这种方式，增强的刚度允许减少车轮10的总质量，而这与现有技术中的车轮相反，在现有技术中，预先增加车轮的质量来获得所需的刚度和行驶动力学。应当理解这个实施例的可协作的辐条对22仅仅是示例性的并且不应当被理解为限制性的。例如，可协作的辐条还可以采取相邻的辐条的形式，而且不限制于“对”。相邻的辐条14限定了协作的特征部，该协作的特征部的构造允许在同时增强车轮10的刚度的同时，减少辐条14的质量。这对于增加辐条的质量的标准惯例(通常所使用的方法)来说是违反直觉的。

现在参考示出了车轮10的后视图的图3，很容易看出，L形部24的相对的第一支腿28会聚以限定靠近螺栓孔部(lug)构件34的腹板(web)32。螺栓孔部构件34在从下沉表面16径向向内布置的位置处围绕轴线a。螺栓孔部构件34限定了多个螺栓孔(lug aperture)36。每个螺栓孔36均在与多个可协作的辐条对22中的一个辐条对圆周对齐且径向向内的位置处布置在螺栓孔部构件34中。应可以明显看出，多个可协作的辐条对22在远端38处终止于近侧轮缘18，并且在近端40处终止于螺栓孔部构件34。

图4示出了沿图2的轴线a的截面。这个截面示出了随着朝向轴线a延伸而厚度增加的相对的第二支腿30。此外，图4中还可看到腹板32。腹板32限定了相邻的辐条14之间的可协作的特征部的一部分。本发明的另一独特要素是相对于通常的现有技术中的铸铝车轮的辐条，本发明减少了辐条的机加工的量。

如图4中所示，辐条的整个内侧表示为铸态(as-cast)表面。这与现有技术中的铸铝车轮相比是独特的，在现有技术的铸铝车轮中需要使用车削操作来机加工辐条的内侧使得形成限定给定辐条的加工带。通过消除了可协作的辐条对22上的机加工，获得了在图2的截面2A-2A、2B-2B和2C-2C中能最佳地看到的、使得应力减少的半径过渡，该应力已知可引起性能降低并且甚至使车轮失效。机加工被限制到限定与车轮10的刚度或耐久性无关的螺栓孔36、轮缘18和轮缘20的精度以及其他特征部。此外，由制造模具(未示出)的分型线造成的飞边从可协作的辐条对22的关键区域被转移至从车轮10的前侧不可见的表面，其中，可以容易地移除飞边而不会影响铸态的、可协作的辐条对22的整体性。

图5-8中示出了第一替代实施例，其中，相同的元件被标记为相同的元件标号，但是是以100的序列进行标记。替代车轮大体以图5的附图标记110示出。替代车轮110旨在用于与美国专利号6,346,159和7,097,730中公开的类似的装饰覆盖层(未示出)一起使用，以上美国专利的内容通过引用并入本文。为了提高装饰覆盖层的设计灵活性，有益的是在不降低车轮110的性能的状态下减少结构元件所需的表面积。替代车轮不仅增强性能，同时通过限制结构元件所需的表面积来减少质量。

车轮包括限定了轴线a的轮辋元件112(图6)。中央元件114在轴线a和轮辋元件112之间径向向外延伸。轮辋元件112限定了下沉表面(或环形壁)116，所述下沉表面在从近侧轮缘118和远侧轮缘120径向向内布置的位置处、在远侧轮缘120和近侧轮缘118之间延伸。本领域普通技术人员应当理解的是近侧轮缘118位于机动车辆(未示出)的外侧，而远侧轮缘120位于机动车辆的内侧。此外，下沉表面116以已知的方式限定为围绕轴线a的圆柱面。

现在参照图6，中央元件114包括多个辐条122，在这个实施例中辐条的数量为六。本领域普通技术人员应当理解的是取决于应用可以包括更多或更少的辐条。每个辐条均在螺栓孔部构件134和近侧轮缘118之间延伸。螺栓孔部构件134在布置在下沉表面116的径向向内的位置处围绕轴线a。腹板132在相邻的辐条122之间延伸，使得每个相邻的辐条122均限定了朝向螺栓孔部构件134的渐进的梯形部。螺栓孔部构件134限定了多个螺栓孔136。每个螺栓孔136均在与多个辐条122中的一个辐条圆周对齐且径向向内的位置处布置在螺栓孔部构件134中。

现在参考示出了车轮110的前视图的图7。辐条122的横截面通过线7B-7B和7C-7C示出。应当显而易见的是，辐条122随着朝向轴线a径向向内而质量增加，使得转动惯量从靠近轮辋元件112朝向轴线a移动。穿过相邻的辐条122并且穿过腹板132绘出了线7A-7A，从而形成了大体W形的横截面，其中，凹槽133从辐条122过渡到螺栓孔136。凹槽133和腹板132的组合提高了辐条112的刚度。

现在参考图8，图8中示出了沿图7的线D-D的替代车轮112的剖视图。辐条122从远侧轮缘120轴向朝向近侧轮缘118移位，因此辐条122的横截面厚度的大体一半与轮辋元件112的环形壁116相重叠。此外如图8所示，辐条122大体为铸态的，其中辐条122的构造全部或近乎全部为铸态。

如上所述，通过车床机加工出现有技术中的辐条的轮廓以获得所需的尺寸。大体铸态的辐条122是首次被研发出来，其具有合适的尺寸特性以提供增强的刚度。本发明的两个实施例均需要少于15％的机加工。此外，针对中央元件或辐条114限制于仅需加工由模具分型线留下的飞边，这些实施例可以期望需要少于10％的机加工。如本文中所用，“铸态”包括辐条仅有由模具分型线导致的飞边被机加工以及辐条的铸态构造保持不变。如在前面的实施例中，分型线以及因此导致的飞边从辐条122的过渡元件和角部转移到车轮中央元件114的后表面133，由此无需在车床上机加工辐条122的内侧。此外，去飞边大体不会改变车轮的铸态部分的尺寸。这与在车床上的机加工操作明显不同，车床上的机加工操作是在现有技术的结构的辐条上留下机加工边缘的二维工艺。

在图11、图11A和图11B中示出了又一实施例，其中，以200的序列标记与以上实施例中的元件相同的元件。第三替代车轮以附图标记210示出。在这个实施例中，车轮210包括多个相邻的辐条222，相信具有大体T形横截面构造的相邻的辐条中的每个能对车轮的刚度和结构提供甚至进一步的增强。如在图9A和图9B中显而易见的，替代辐条222的质量还朝向轴线a渐进地增加以将转动惯量移动到靠近轴线a。每个辐条222均限定了相对的第一支腿228和相对的第二支腿230，其中，相对的第一支腿228与相邻的辐条222布置在相似的平面中，所述相对的第二支腿230布置在交叉于车轮210的轴线a处的平面中。简单起见，将不再描述第三实施例的车轮210与上述那些实施例相同的元件。然而，本领域普通技术人员应当理解的是第三实施例的车轮210包括铸态以及大体铸态的辐条222以及上述的其它发明特征部。

显然，鉴于已经根据相关法律标准进行描述的以上教导，本发明的许多修改例和变例是可能的；因此，说明书本质上仅仅是示例性的而非限制性的。对于本领域技术人员来说，公开的实施例的变例和修改例是显而易见的并且落入本发明的范围之内。因此，本发明提供的法律保护的范围只能通过研究所附权利要求来确定。