[实用新型]一种变厚度碳纤维复合材料轮辋结构

说明书

本实用新型公开了一种变厚度碳纤维复合材料轮辋结构，包括：外铺层块，其铺设在所述轮辋结构的外侧，为等厚度的多层结构；上铺层块，其铺设在所述轮辋结构的内侧上部，为变厚度的差层结构；下铺层块，其铺设在所述轮辋结构的内侧下部，为变厚度的差层结构；填充铺层块，其铺设在所述外铺层块、所述上铺层块以及所述下铺层块之间；其中，所述上铺层块和所述下铺层块的一端向内延伸，形成环形的连接凸缘；所述上铺层块的另一端向上延伸、所述下铺层块的另一端向下延伸后，与所述外铺层块形成辋环。通过三段对称堆叠式结构，采用差层的变厚度设计，使轮辋的重量轻、强度高。

技术领域

本实用新型涉及一种变厚度碳纤维复合材料轮辋结构，属于汽车碳纤维复合材料零部件结构设计领域。

背景技术

碳纤维复合材料是以碳纤维为主体，树脂为基体的聚合物材料，其具有密度低、比强度高、比刚度高、耐疲劳、抗冲击、耐腐蚀、阻尼抗震性好和噪音小等优异的综合性能，并逐渐在汽车车身和底盘结构零部件上得到推广应用。在汽车行驶系中，车轮是重要的承载件和安全件，属于非簧载质量，工作中既有各向移动，又有绕车轮中心的旋转运动。以往的研究表明，其轻量化节能效果是汽车上普通移动部件的3-6倍。在服役过程中，车轮要同时承受纵向、垂向和侧向传来的弯曲、扭转、剪切和冲击等多种复杂动载荷作用，且车轮要长期暴露在外部环境中。因此，车轮需要具备良好的耐疲劳、耐腐蚀和抗冲击性能。在汽车操稳和平顺性方面，汽车车轮的轮辋的阻尼抗震性越好，整车的操稳性和平顺性越好。因此，将碳纤维复合材料用于车轮结构的设计，可以充分发挥碳纤维复合材料独特的性能优势，不仅能实现车轮的轻量化，而且能显著提高车轮以及整车的综合性能。

目前，碳纤维复合材料车轮在一些高级轿车和超级跑车上逐渐得到了应用，其结构设计方法和生产工艺尚未成熟。一些实用新型人对碳纤维复合材料车轮的结构设计及制造进行了努力。现阶段，涉及碳纤维复合材料车轮的结构设计和制造的专利和文献多是针对一体式车轮结构，中国专利申请号为 201710879726.0的实用新型专利公开了一种采用一体化成型工艺来制备碳纤维复合材料车轮的方法；中国专利申请号为201710366507.2的实用新型专利公开了一种一体成型的全碳纤维轮毂，该专利设计了一种全碳纤维中空轮毂结构，使整个轮毂在具备高强度的同时减轻重量。根据我国节能与新能源汽车发展路线，随着汽车轻量化材料、结构和工艺技术的发展，性能更优的金属-碳纤维混合材料组装式车轮是新一轮的研发热点和难点。相对于一体式车轮，组装式车轮更能充分发挥不同材料独特的性能和制造优势，使车轮的综合性能更佳，制造工艺更简单、生产效率更高，同时，组装式车轮的维修经济性好，轮辋或轮辐某一零件破损后可分别单独更换，其维修和使用成本低，在未来的市场上应用前景广阔。在分体式车轮结构中，轮辋是轴对称回转体结构，更加适合采用碳纤维复合材料进行结构铺层或缠绕设计。然而，在分体组装式车轮结构领域，系统性的介绍分体式碳纤维复合材料轮辋的结构设计方法的专利和文献未见公开报道，存在着诸多技术空白和技术瓶颈。

实用新型内容

本实用新型设计开发了一种变厚度碳纤维复合材料轮辋结构，通过外铺层块、上铺层块、下铺层块构成三段对称堆叠式碳纤维复合材料轮辋铺层结构，并采用差层的变厚度设计，使轮辋的重量轻、强度高、便于成型制造。

本实用新型提供的技术方案为：

一种变厚度碳纤维复合材料轮辋结构及其铺层设计方法，包括：

外铺层块，其铺设在所述轮辋结构的外侧，为等厚度的多层结构；

上铺层块，其铺设在所述轮辋结构的内侧上部，为变厚度的差层结构；

下铺层块，其铺设在所述轮辋结构的内侧下部，为变厚度的差层结构；

填充铺层块，其铺设在所述外铺层块、所述上铺层块以及所述下铺层块之间，为等厚度的多层结构；

其中，所述上铺层块和所述下铺层块的一端向内延伸，形成环形的连接凸缘；