本申請(qǐng)要求于2014年7月24日提交的美國臨時(shí)專利申請(qǐng)?zhí)?2/028，555的優(yōu)先權(quán)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明大體涉及一種鑄鋁車輪。更具體地，本發(fā)明涉及一種鑄鋁車輪，該鑄鋁車輪具有優(yōu)化的三維構(gòu)造以增加剛度并且減少質(zhì)量。

背景技術(shù)：

鑄鋁車輪已經(jīng)在道路車輛上使用了許多年。鑄鋁車輪的輕質(zhì)和美觀的品質(zhì)使得該車輪成為許多大批量生產(chǎn)車輛上的理想選擇。然而，由于制造的費(fèi)用，鑄鋁車輪通常成本高昂。此外，當(dāng)無法實(shí)現(xiàn)燃料效率時(shí)，鑄鋁車輪不能節(jié)省足夠的質(zhì)量以應(yīng)對(duì)增加的成本。

在生產(chǎn)過程中，鑄鋁車輪需要大量的機(jī)加工以將車輪形成為所需的商業(yè)構(gòu)造。鑄鋁車輪包括輪輞部分和中央元件，該中央元件具有輻條，該輻條在車輪軸線和輪輞部分之間徑向向外延伸。典型的輻條需要超過80％的機(jī)加工來獲得所需的尺寸精度。機(jī)加工通常將車輪的那些部分重新處理為所需的構(gòu)造并且提供了美觀的光潔度。然而，機(jī)加工還導(dǎo)致相鄰表面之間的尖銳過渡邊緣，這些尖銳過渡邊緣已知為應(yīng)力斷裂開始的源頭。此外，布置在車輪上的位于車輪的輪輞部分和中央元件之間的輻條通常設(shè)置有相當(dāng)大的厚度和質(zhì)量以為車輪提供必要的強(qiáng)度和剛度，而這是成本高昂的并且與減少質(zhì)量的努力是相反的。

因此，由于結(jié)構(gòu)疲勞、性能、造型和剛度降低，減少鑄鋁車輪的質(zhì)量的努力已經(jīng)被證明是難以實(shí)現(xiàn)的，而以上這些問題均已知是由于輻條的質(zhì)量減少所導(dǎo)致的缺陷。因此，期望的是提供一種剛度提高并且同時(shí)質(zhì)量減少的車輪。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑄鋁車輪包括輪輞元件和中央元件，該中央元件在車輪軸線和輪輞元件之間徑向向外延伸。所述輪輞元件包括壁，所述壁在近側(cè)輪緣和遠(yuǎn)側(cè)輪緣之間圍繞軸線周向延伸。多個(gè)輻條朝向近側(cè)輪緣徑向向外延伸并且在靠近軸線處交匯，所述多個(gè)輻條中的相鄰的輻條限定了用于提供剛度的協(xié)作的特征部。輻條沿從輪輞元件朝向軸線的方向體積漸進(jìn)地增加，由此使得輻條靠近軸線處的質(zhì)量大于輻條靠近輪輞元件處的質(zhì)量。

多個(gè)輻條的相鄰的輻條之間的協(xié)作的特征部提供了必要的結(jié)構(gòu)剛度以減少輻條的橫截面面積，并且因此減少輻條中的每個(gè)輻條的質(zhì)量。如此，本發(fā)明的車輪已經(jīng)提供了增強(qiáng)的車輪結(jié)構(gòu)，而不會(huì)增加輻條的質(zhì)量以及因此如眾所周知的那樣增加車輪的質(zhì)量。此外，輪輞元件和位于中央的螺栓孔部構(gòu)件之間的中央元件的構(gòu)造無需如已知的那樣機(jī)加工該中央元件的表面，其中，螺栓孔限定在該螺栓孔部構(gòu)件處。因此，輻條是鑄態(tài)的，或大體為鑄態(tài)的，這增強(qiáng)了例如剛度和耐久性的物理特性。因此，本發(fā)明的車輪不僅減少了質(zhì)量并且提高了剛度，還減少了已知用于當(dāng)前鑄鋁車輪的昂貴且耗時(shí)的機(jī)加工操作。

附圖說明

當(dāng)與附圖一起考慮時(shí)，由于參照下面的詳細(xì)描述本發(fā)明變得更容易理解，本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)也能容易地理解，其中：

圖1示出了本發(fā)明的車輪的第一實(shí)施例的透視圖；

圖2示出了本發(fā)明的第一實(shí)施例的車輪的前視圖；

圖2A、圖2B和圖2C分別示出了沿圖2的線2A-2A、2B-2B和2C-2C的剖面圖；

圖3示出了本發(fā)明的第一實(shí)施例的車輪的后視圖；

圖4示出了沿第一實(shí)施例的車輪的軸線的剖視圖；

圖5示出了本發(fā)明的車輪的第二實(shí)施例的透視圖；

圖6示出了第二實(shí)施例的車輪的后視圖；

圖7示出了第二實(shí)施例的車輪的前視圖；

圖7A、圖7B和圖7C示出了沿圖7的線7A-7A、7B-7B和7C-7C的剖面圖；

圖8示出了沿第二實(shí)施例的車輪的軸線的剖視圖；

圖9示出了本發(fā)明的車輪的第三實(shí)施例的前視圖；以及

圖9A和圖9B示出了沿圖9的線9A-9A和9B-9B的剖面圖。

具體實(shí)施方式

參照?qǐng)D1，本發(fā)明的車輪整體上以附圖標(biāo)記10示出。車輪包括限定了軸線a的輪輞元件12(圖2)。中央元件14在軸線a和輪輞元件12之間徑向向外延伸。輪輞元件12限定了下沉表面(或環(huán)形壁)16，該下沉表面在從遠(yuǎn)側(cè)輪緣18和近側(cè)輪緣20徑向向內(nèi)布置的位置處、在遠(yuǎn)側(cè)輪緣18和近側(cè)輪緣20之間延伸。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：近側(cè)輪緣18位于機(jī)動(dòng)車輛(未示出)的外側(cè)并且遠(yuǎn)側(cè)輪緣20位于機(jī)動(dòng)車輛的內(nèi)側(cè)。此外，下沉表面16以已知的方式限定為圍繞軸線a的圓柱面。

現(xiàn)在參考圖2、圖2A-圖2C，中央元件14包括多個(gè)可協(xié)作的輻條對(duì)22。在這個(gè)實(shí)施例中，每個(gè)輻條對(duì)22均限定了相對(duì)的、大體L形部24，所述相對(duì)的、大體L形部24的組合限定了開口26。輻條對(duì)22的每個(gè)大體L形部24均限定了朝向軸線a橫截面面積漸變的橫截面(通過圖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每個(gè)均示出了相對(duì)的第一支腿28和相對(duì)的第二支腿30，該相對(duì)的第一支腿28具有大體共面的平面定向，該相對(duì)的第二支腿30限定了大體平行的平面定向。如圖2的截面2A-2A、2B-2B和2C-2C中最好地示出的相對(duì)的第一支腿28限定了在輪輞元件12和軸線a之間延伸的大體恒定的厚度。相對(duì)的第二支腿30限定了從輪輞元件12朝向軸線a方向大體逐漸增加的厚度。以這種方式，通過朝向軸線a漸進(jìn)地增加可協(xié)作的輻條對(duì)22的質(zhì)量，將輻條對(duì)22的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量朝向軸線a定位。

此外，相對(duì)的L形部24限定了開口26，所述相對(duì)的L形部24的組合已經(jīng)證實(shí)為車輪10提供了增強(qiáng)的剛度。以這種方式，增強(qiáng)的剛度允許減少車輪10的總質(zhì)量，而這與現(xiàn)有技術(shù)中的車輪相反，在現(xiàn)有技術(shù)中，預(yù)先增加車輪的質(zhì)量來獲得所需的剛度和行駛動(dòng)力學(xué)。應(yīng)當(dāng)理解這個(gè)實(shí)施例的可協(xié)作的輻條對(duì)22僅僅是示例性的并且不應(yīng)當(dāng)被理解為限制性的。例如，可協(xié)作的輻條還可以采取相鄰的輻條的形式，而且不限制于“對(duì)”。相鄰的輻條14限定了協(xié)作的特征部，該協(xié)作的特征部的構(gòu)造允許在同時(shí)增強(qiáng)車輪10的剛度的同時(shí)，減少輻條14的質(zhì)量。這對(duì)于增加輻條的質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)慣例(通常所使用的方法)來說是違反直覺的。

現(xiàn)在參考示出了車輪10的后視圖的圖3，很容易看出，L形部24的相對(duì)的第一支腿28會(huì)聚以限定靠近螺栓孔部(lug)構(gòu)件34的腹板(web)32。螺栓孔部構(gòu)件34在從下沉表面16徑向向內(nèi)布置的位置處圍繞軸線a。螺栓孔部構(gòu)件34限定了多個(gè)螺栓孔(lug aperture)36。每個(gè)螺栓孔36均在與多個(gè)可協(xié)作的輻條對(duì)22中的一個(gè)輻條對(duì)圓周對(duì)齊且徑向向內(nèi)的位置處布置在螺栓孔部構(gòu)件34中。應(yīng)可以明顯看出，多個(gè)可協(xié)作的輻條對(duì)22在遠(yuǎn)端38處終止于近側(cè)輪緣18，并且在近端40處終止于螺栓孔部構(gòu)件34。

圖4示出了沿圖2的軸線a的截面。這個(gè)截面示出了隨著朝向軸線a延伸而厚度增加的相對(duì)的第二支腿30。此外，圖4中還可看到腹板32。腹板32限定了相鄰的輻條14之間的可協(xié)作的特征部的一部分。本發(fā)明的另一獨(dú)特要素是相對(duì)于通常的現(xiàn)有技術(shù)中的鑄鋁車輪的輻條，本發(fā)明減少了輻條的機(jī)加工的量。

如圖4中所示，輻條的整個(gè)內(nèi)側(cè)表示為鑄態(tài)(as-cast)表面。這與現(xiàn)有技術(shù)中的鑄鋁車輪相比是獨(dú)特的，在現(xiàn)有技術(shù)的鑄鋁車輪中需要使用車削操作來機(jī)加工輻條的內(nèi)側(cè)使得形成限定給定輻條的加工帶。通過消除了可協(xié)作的輻條對(duì)22上的機(jī)加工，獲得了在圖2的截面2A-2A、2B-2B和2C-2C中能最佳地看到的、使得應(yīng)力減少的半徑過渡，該應(yīng)力已知可引起性能降低并且甚至使車輪失效。機(jī)加工被限制到限定與車輪10的剛度或耐久性無關(guān)的螺栓孔36、輪緣18和輪緣20的精度以及其他特征部。此外，由制造模具(未示出)的分型線造成的飛邊從可協(xié)作的輻條對(duì)22的關(guān)鍵區(qū)域被轉(zhuǎn)移至從車輪10的前側(cè)不可見的表面，其中，可以容易地移除飛邊而不會(huì)影響鑄態(tài)的、可協(xié)作的輻條對(duì)22的整體性。

圖5-8中示出了第一替代實(shí)施例，其中，相同的元件被標(biāo)記為相同的元件標(biāo)號(hào)，但是是以100的序列進(jìn)行標(biāo)記。替代車輪大體以圖5的附圖標(biāo)記110示出。替代車輪110旨在用于與美國專利號(hào)6,346,159和7,097,730中公開的類似的裝飾覆蓋層(未示出)一起使用，以上美國專利的內(nèi)容通過引用并入本文。為了提高裝飾覆蓋層的設(shè)計(jì)靈活性，有益的是在不降低車輪110的性能的狀態(tài)下減少結(jié)構(gòu)元件所需的表面積。替代車輪不僅增強(qiáng)性能，同時(shí)通過限制結(jié)構(gòu)元件所需的表面積來減少質(zhì)量。

車輪包括限定了軸線a的輪輞元件112(圖6)。中央元件114在軸線a和輪輞元件112之間徑向向外延伸。輪輞元件112限定了下沉表面(或環(huán)形壁)116，所述下沉表面在從近側(cè)輪緣118和遠(yuǎn)側(cè)輪緣120徑向向內(nèi)布置的位置處、在遠(yuǎn)側(cè)輪緣120和近側(cè)輪緣118之間延伸。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是近側(cè)輪緣118位于機(jī)動(dòng)車輛(未示出)的外側(cè)，而遠(yuǎn)側(cè)輪緣120位于機(jī)動(dòng)車輛的內(nèi)側(cè)。此外，下沉表面116以已知的方式限定為圍繞軸線a的圓柱面。

現(xiàn)在參照?qǐng)D6，中央元件114包括多個(gè)輻條122，在這個(gè)實(shí)施例中輻條的數(shù)量為六。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是取決于應(yīng)用可以包括更多或更少的輻條。每個(gè)輻條均在螺栓孔部構(gòu)件134和近側(cè)輪緣118之間延伸。螺栓孔部構(gòu)件134在布置在下沉表面116的徑向向內(nèi)的位置處圍繞軸線a。腹板132在相鄰的輻條122之間延伸，使得每個(gè)相鄰的輻條122均限定了朝向螺栓孔部構(gòu)件134的漸進(jìn)的梯形部。螺栓孔部構(gòu)件134限定了多個(gè)螺栓孔136。每個(gè)螺栓孔136均在與多個(gè)輻條122中的一個(gè)輻條圓周對(duì)齊且徑向向內(nèi)的位置處布置在螺栓孔部構(gòu)件134中。

現(xiàn)在參考示出了車輪110的前視圖的圖7。輻條122的橫截面通過線7B-7B和7C-7C示出。應(yīng)當(dāng)顯而易見的是，輻條122隨著朝向軸線a徑向向內(nèi)而質(zhì)量增加，使得轉(zhuǎn)動(dòng)慣量從靠近輪輞元件112朝向軸線a移動(dòng)。穿過相鄰的輻條122并且穿過腹板132繪出了線7A-7A，從而形成了大體W形的橫截面，其中，凹槽133從輻條122過渡到螺栓孔136。凹槽133和腹板132的組合提高了輻條112的剛度。

現(xiàn)在參考圖8，圖8中示出了沿圖7的線D-D的替代車輪112的剖視圖。輻條122從遠(yuǎn)側(cè)輪緣120軸向朝向近側(cè)輪緣118移位，因此輻條122的橫截面厚度的大體一半與輪輞元件112的環(huán)形壁116相重疊。此外如圖8所示，輻條122大體為鑄態(tài)的，其中輻條122的構(gòu)造全部或近乎全部為鑄態(tài)。

如上所述，通過車床機(jī)加工出現(xiàn)有技術(shù)中的輻條的輪廓以獲得所需的尺寸。大體鑄態(tài)的輻條122是首次被研發(fā)出來，其具有合適的尺寸特性以提供增強(qiáng)的剛度。本發(fā)明的兩個(gè)實(shí)施例均需要少于15％的機(jī)加工。此外，針對(duì)中央元件或輻條114限制于僅需加工由模具分型線留下的飛邊，這些實(shí)施例可以期望需要少于10％的機(jī)加工。如本文中所用，“鑄態(tài)”包括輻條僅有由模具分型線導(dǎo)致的飛邊被機(jī)加工以及輻條的鑄態(tài)構(gòu)造保持不變。如在前面的實(shí)施例中，分型線以及因此導(dǎo)致的飛邊從輻條122的過渡元件和角部轉(zhuǎn)移到車輪中央元件114的后表面133，由此無需在車床上機(jī)加工輻條122的內(nèi)側(cè)。此外，去飛邊大體不會(huì)改變車輪的鑄態(tài)部分的尺寸。這與在車床上的機(jī)加工操作明顯不同，車床上的機(jī)加工操作是在現(xiàn)有技術(shù)的結(jié)構(gòu)的輻條上留下機(jī)加工邊緣的二維工藝。

在圖11、圖11A和圖11B中示出了又一實(shí)施例，其中，以200的序列標(biāo)記與以上實(shí)施例中的元件相同的元件。第三替代車輪以附圖標(biāo)記210示出。在這個(gè)實(shí)施例中，車輪210包括多個(gè)相鄰的輻條222，相信具有大體T形橫截面構(gòu)造的相鄰的輻條中的每個(gè)能對(duì)車輪的剛度和結(jié)構(gòu)提供甚至進(jìn)一步的增強(qiáng)。如在圖9A和圖9B中顯而易見的，替代輻條222的質(zhì)量還朝向軸線a漸進(jìn)地增加以將轉(zhuǎn)動(dòng)慣量移動(dòng)到靠近軸線a。每個(gè)輻條222均限定了相對(duì)的第一支腿228和相對(duì)的第二支腿230，其中，相對(duì)的第一支腿228與相鄰的輻條222布置在相似的平面中，所述相對(duì)的第二支腿230布置在交叉于車輪210的軸線a處的平面中。簡單起見，將不再描述第三實(shí)施例的車輪210與上述那些實(shí)施例相同的元件。然而，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是第三實(shí)施例的車輪210包括鑄態(tài)以及大體鑄態(tài)的輻條222以及上述的其它發(fā)明特征部。

顯然，鑒于已經(jīng)根據(jù)相關(guān)法律標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行描述的以上教導(dǎo)，本發(fā)明的許多修改例和變例是可能的；因此，說明書本質(zhì)上僅僅是示例性的而非限制性的。對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，公開的實(shí)施例的變例和修改例是顯而易見的并且落入本發(fā)明的范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明提供的法律保護(hù)的范圍只能通過研究所附權(quán)利要求來確定。