CN102616084A - 自行车轮圈及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自行车轮圈及其制造方法。自行车轮圈基本上具有外轮圈部分和内轮圈部分。外轮圈部分具有由第一材料制成的环形形状。内轮圈部分接合到外轮圈部分。内轮圈部分具有由第二材料制成的环形形状，并且具有由通过第二材料的回旋而形成的环形形状所产生的内部残余应力分布。

Description

自行车轮圈及其制造方法

技术领域

本发明总体上涉及一种自行车轮圈。更具体而言，本发明涉及一种用于张紧辐条的自行车轮圈。

背景技术

自行车轮不断地经历着设计变更以使它们更容易制造和装配，并且更坚固、更轻便以及更符合空气动力学。目前在市场上出售各种类型的自行车轮。大多数自行车轮包括轮毂、多个辐条以及环形轮圈。轮毂能旋转地安装到自行车架的一部分。每个辐条的内端连接到轮毂，并且辐条从轮毂向外延伸。环形轮圈连接到辐条的外端并且包括支撑充气轮胎的外圆周部件。

在20世纪90年代中期，自行车制造商开始生产具有深剖面轮廓的空气动力自行车轮，其具有高纵横比（即，与轮圈宽度相比具有较大轮圈高度）。这些空气动力自行车轮的一些通过将金属材料挤压成具有期望的深剖面轮廓的管状金属构件来制造。然后，将管状金属构件变圆成箍，并且将其端部对接焊接在一起。在该常规工序期间，需要特殊的技术技能来将挤压成的管状金属构件生产成具有高纵横比的轮圈。

发明内容

一个方面是提供一种具有深剖面轮廓以及高纵横比的且制造相对简单的自行车轮圈。

考虑到已知技术的状态，提供了一种自行车轮圈，其基本上包括外轮圈部分和内轮圈部分。外轮圈部分具有由第一材料制成的环形形状。内轮圈部分接合到外轮圈部分。内轮圈部分具有由第二材料制成的环形形状，其具有由通过使第二材料回旋而形成的环形形状所产生的内部残余应力分布。

在实施上面提及的方面时，提供了一种自行车轮圈的制造方法，其基本上包括由第一材料形成具有环形形状的外轮圈部分、通过第二材料的回旋由第二材料形成具有环形形状的内轮圈部分、以及将外轮圈部分和内轮圈部分接合在一起。

根据下面结合附图公开示出的实施例的详细描述，本发明的自行车轮圈的这些和其他目标、特征、方面以及优点对于本领域的技术人员来说将变得清楚。

附图说明

现在参考附图，其形成该原始公开的一部分：

图1为包括根据第一示出实施例的自行车轮圈的前自行车轮的侧视图；

图2为当沿着图1中的剖面线2-2观察时图1所示的自行车轮的轮圈的一部分的放大剖视图；

图3为外轮圈部分的示意图，其被挤压以用于制造图1所示的自行车轮的自行车轮圈；

图4为图3所示的外轮圈部分的示意图，其被切割成期望的预定长度以用于制造图1所示的自行车轮的自行车轮圈；

图5为如图3和图4所示而形成的外轮圈部分的示意图，其被弯曲以形成箍；

图6为如图3至图5所示形成的外轮圈部分在弯曲成箍之后的侧视图；

图7为通过切割圆柱管以根据第一制造工序制造内轮圈部分而形成的无缝箍或无缝圆柱环的示意图；

图8为图7中的形成为用于根据第一制造工序制造内轮圈部分的无缝圆柱环的立体图；

图9为图8中所示的无缝圆柱环的示意图，其被处理以根据第一制造工序通过利用多个相对辊使无缝圆柱环回旋而形成弧形剖面轮廓；

图10为根据第一制造工序在无缝圆柱环的回旋期间使用的两个相对辊的示意图，其中相对辊逐渐相互靠近地移动以形成弧形剖面轮廓；

图11为根据第一制造工序已经对无缝圆柱环进行了图9和图10的回旋操作之后无缝内轮圈部分的立体图；

图12为根据第一制造工序已经对无缝圆柱环进行了图9和图10的回旋操作之后内轮圈部分的边视图；

图13为根据第一制造工序已经对无缝圆柱环进行了图9和图10的回旋操作之后内轮圈部分的放大剖视图；

图14为被切割为期望的预定长度以用于根据第一制造工序制造内轮圈部分的板的示意图；

图15为图14中所示的板的示意图，其被弯曲以形成用于根据第二制造工序制造内轮圈部分的箍或圆柱环；

图16为图15中的形成为用于根据第二制造工序制造内轮圈部分的开口圆柱环的正视图；

图17为根据第二制造工序在圆柱环的第一和第二圆周端已经焊接在一起之后的图14和图15中形成的圆柱环的示意立体图；

图18为图17中所示的圆柱环的示意图，其根据第二制造工序通过利用多个相对辊使圆柱环回旋而变形以形成弧形剖面轮廓；

图19为图14中所示的板的示意图，其被变圆以通过利用多个相对辊使板回旋而形成圈或圆柱环同时还形成弧形剖面轮廓，从而根据第三制造工序制造内轮圈部分；

图20为根据第三制造工序在内轮圈部分的第一和第二圆周端已经焊接在一起之后的图19中形成的内轮圈部分的示意立体图；

图21为利用第二或第三制造工序制造的内轮圈部分的立体图；

图22为在将外轮圈部分接合到内轮圈部分之后的轮圈的立体图，其利用第一至第三制造工序的任意一个来制造；以及

图23为将外轮圈部分接合到内轮圈部分之后的图22中所示的轮圈的边视图。

具体实施方式

现在将参考附图对选定实施例进行说明。从本公开中本领域技术人员将会清楚，下面的实施例的描述仅是例示性的，而不是为了限制本发明，本发明由所附权利要求及其等同物限定。

首先参考图1和图2，示出了根据一个示出实施例的张紧辐条自行车轮10。自行车轮10基本上包括中心轮毂12、自行车轮圈14、多个辐条16以及充气轮胎18。轮毂12通过辐条16连接到轮圈14，辐条在张力下放置。轮毂12的轴限定自行车轮10的中心旋转轴线A，以便轮圈14以常规方式绕着中心旋转轴线A旋转。轮胎18附接到轮圈14的外周。轮毂12、辐条16以及轮胎18是常规部件，并且因此本文将只简单地说明轮毂12、辐条16以及轮胎18。自行车轮10是钳入式轮胎轮，其中在轮圈14的外表面与充气轮胎18之间形成有气密室。当然，从本公开中本领域的技术人员将清楚，轮圈14可以根据需要和/或期望而适于无内胎的轮胎轮。

如图2所示，轮圈14基本上包括由第一材料制成的外轮圈部分20和由第二材料制成的内轮圈部分22。如下所述，外轮圈部分20和内轮圈部分22的第一材料和第二材料优选地都是金属材料。外轮圈部分20和内轮圈部分22是分离构件，它们接合在一起以形成一体的自行车轮圈。外轮圈部分20可以以各种方式接合或结合到内轮圈部分22。例如，外轮圈部分20可以通过焊接结合到内轮圈部分22。替代性地，例如，外轮圈部分20可以通过粘合剂结合到内轮圈部分22。因为外轮圈部分20和内轮圈部分22是分离构件，它们作为单元接合在一起，所以轮圈14能够可靠地制造为具有纵横比高的深剖面轮廓。

参考图2，现在将更详细地说明轮圈14的外轮圈部分20。在示出的实施例中，外轮圈部分20包括环形外桥30、一对环形外围钩或凸缘32以及一对环形附接凸缘34。环形外桥30、环形外围凸缘32和环形附接凸缘34一体地形成为单件整体构件。环形外围凸缘32的外表面形成一对制动接触表面36。制动接触表面36是连续的平坦表面。制动接触表面36通常通过在将外轮圈部分20的端部对接焊接在一起以形成箍之后研磨轮圈14的侧面来形成。

轮胎18以常规方式通过外围凸缘32附接到轮圈14的外周。当然，本领域的技术人员从本公开中将清楚，环形外桥30和环形外围凸缘32可以被构造成根据需要和/或期望容纳无内胎的轮胎。环形外桥30可以没有与内部空间连通的任何开口，除了单个空气阀安装开口以外，该空气阀安装开口用来以常规方式安装空气阀38（参见图1）。替代性地，环形外桥30可以根据需要和/或期望包括用于到达和/或安装辐条16的开口。

如图1所示，外轮圈部分20的最终形式实质上是圆形金属构件或者环形构件。在示出的实施例中，外轮圈部分20是由适当的金属材料形成的金属环或箍，例如铝合金。如下面论述的那样，例如，外轮圈部分20优选地通过将金属挤压成具有适于轮圈14的期望均匀剖面轮廓的细长金属构件40（参见图3）来形成。然后将细长金属构件40切割（参见图4）为期望的长度并且利用多个相对辊42和44弯曲成箍（参见图5和图6），以便金属构件40变成具有一对第一和第二圆周端20a和20b的外轮圈部分20。通常，外轮圈部分20的第一和第二圆周端20a和20b通过焊接或钉扣接合在一起。外轮圈部分20的第一和第二圆周端20a和20b接合在一起的点限定外轮圈接合部46。在研磨处理以形成制动接触表面36期间，如果外轮圈部分20的第一和第二圆周端20a和20b通过焊接接合在一起，则去除外轮圈接合部46的任何多余材料。因此，外轮圈部分20在其最终形式具有环形形状。术语“环形形状”当在本文中使用时既包括没有任何间隙的绝对圆柱环又包括圆周端由其间的间隙分开的不完全的圆柱环。换句话说，外轮圈部分20的第一和第二圆周端20a和20b不一定接合在一起。相反，在将外轮圈部分20和内轮圈部分22接合在一起时，第一和第二圆周端20a和20b可以保持为抵接关系。

再次参考图2，现在将更详细说明轮圈14的内轮圈部分22。内轮圈部分22在其最终形式具有环形形状。基本上，内轮圈部分22具有带有顶点48和一对外附接端部50的弧形剖面轮廓（例如大致V形或大致U形）。当然，内轮圈部分22的弧形剖面轮廓可以具有范围广的几何形状，其可以根据需要和/或期望被优化以用于特定性能目标。在内轮圈部分22的弧形剖面轮廓的精确形状中，空气动力学、质量以及惯性、硬度、耐用性和成本都是考虑的因素。

内轮圈部分22的外附接端部50固定地紧固到外轮圈部分20的环形附接凸缘34。在示出的实施例中，内轮圈部分22的外附接端部50绕着轮圈14的整个圆周以交叠的方式覆盖外轮圈部分20的环形附接凸缘34的向外表面。在将外轮圈部分20和内轮圈部分22接合在一起之后，外轮圈部分20和内轮圈部分22限定内部空间52。

在示出的实施例中，内轮圈部分22是由适当的材料形成的单件整体构件，其可以如下所述地通过回旋而变形。例如，内轮圈部分22可以由适当的金属合金制成，例如铝合金。因为外轮圈部分20和内轮圈部分22形成为分离构件，所以内轮圈部分22可以根据需要和/或期望由不同于外轮圈部分20的材料形成。替代性地，外轮圈部分20和内轮圈部分22可以根据需要和/或期由相同类型的材料形成。

在使形成内轮圈部分22的板或圆柱环（起始材料）回旋之后，内轮圈部分22具有壁厚T，其等于或小于1毫米。优选地，内轮圈部分22的壁厚T在0.2毫米到1.0毫米的范围内。更优选地，内轮圈部分22的壁厚T是0.4毫米。并且内轮圈部分22的剖面轮廓具有等于或大于35毫米的最大高度H。最大高度H是相对于自行车轮圈的中心轴线沿着径向方向测量的。优选地，最大高度H在35毫米到100毫米的范围内。更优选地，最大高度H是70毫米。如下面说明的那样，内轮圈部分22具有内部残余应力分布，其由通过回旋而变形以产生具有弧形剖面轮廓（例如大致V形或大致U形）的内轮圈部分22的板或圆柱环（起始材料）产生。

内轮圈部分22设置有用于安装空气阀38的空气阀安装开口（未示出）和与辐条16的数量对应的多个辐条开口（未示出）。因为阀安装开口和用于轮圈的辐条开口的构造和布置是公知的并且根据轮圈的目的而改变，所以本文将不论述和/或例示阀安装开口和辐条开口的构造和布置。

现在参考图3至图6，现在将论述制造用于图1的自行车轮10的轮圈14的外轮圈部分20的工序。首先，基于要制造的车轮的类型选择用于外轮圈部分20的第一材料。例如，用于外轮圈部分20的第一材料可以是铝合金。然后如图3所示将第一材料挤压成具有外轮圈部分20的基本整体形状的细长金属构件40。接下来如图4所示，将细长金属构件40切割为用于制造期望直径的轮圈14的期望的预定长度L1。然后如图5所示将细长金属构件40弯曲或变圆以形成箍。在将细长金属构件40变圆之后，如图6所示，由细长金属构件40以环形形状形成轮圈14的外轮圈部分20。因此，基本上，在制造轮圈14的外轮圈部分20的工序中，外轮圈部分20的形成包括挤压细长金属构件40，以及随后将细长金属构件40（第一材料）变圆以形成构成外轮圈部分20的箍。

根据制造内轮圈部分22的方法，外轮圈部分20现在就准备好被安装在内轮圈部分22上，或者外轮圈部分20的圆周端20a和20b接合在一起并且然后安装在内轮圈部分22上。并且根据将外轮圈部分20和内轮圈部分22接合在一起的方法，外轮圈部分20的圆周端20a和20b可以不物理地接合，而仅是保持彼此相邻。

现在参考图7至图13，现在将论述制造用于图1的自行车轮10的轮圈14的内轮圈部分22的第一工序。在制造内轮圈部分22的该第一工序中，如图7所示，使用圆柱管54作为用于内轮圈部分22的第二材料。基于要制造的轮圈14的期望直径，来选择圆柱管54的直径。还基于要制造的车轮的类型来选择用于圆柱管54的材料的类型。通过使用管，可以将内轮圈部分22制成无缝构件。在该实施例中，圆柱管54是无缝管。然而，圆柱管54可以根据需要和/或期望由非无缝管制成。例如，可以将大的板变圆并且然后可以将其纵向边缘接合（例如焊接）以形成非无缝管。在这种情况下，圆柱管54不是无缝管，并且当切割管时，圆柱环56将与图17所示相同，这会在下面论述。

如图8所示，将圆柱管54切割为期望的预定长度L2，以形成无缝圆柱环56。现在如图9和图10所示，利用多个相对辊58和60使无缝圆柱环56变形。当使无缝圆柱环56回旋以如图11到图13所示形成具有弧形剖面轮廓的内轮圈部分22时，辊58和60逐渐朝彼此移动。

因此，基本上，在制造轮圈14的内轮圈部分22的第一工序中，内轮圈部分22的形成包括在利用相对辊58和60进行回旋操作之前，对构成第二材料的圆柱管54进行切割以形成圆柱环56。

现在参考图14到图18，现在将论述制造用于图1的自行车轮10的轮圈14的内轮圈部分22′的第二工序。除了内轮圈部分22′如下所述不是无缝环之外，内轮圈部分22′与上面论述的内轮圈部分22相同。在制造内轮圈部分22′的第二工序中，如图13所示，使用板62作为用于内轮圈部分22′的第二材料。如图14所示，基于要制造的轮圈14的期望直径将板62切割为期望的预定长度L3。还基于要制造的车轮的类型来选择用于板62的材料的类型。

如图15所示，在切割板62之后，将板62变圆以形成箍或者圆柱环64。现在，通过焊接操作将圆柱环64的圆周端64a和64b接合在一起以形成接合部66，以便圆柱环64如图17所示为连续的圆柱环。如果圆柱环64的圆周端64a和64b通过焊接操作接合在一起，那么在接合部66上执行研磨操作。然后，如图18所示，利用相对辊58和60，以与用于制造内轮圈部分22的第一制造工序相同的方式使圆柱环64变形。因此，在第二制造工序中，内轮圈部分22′的形成包括将构成第二材料的板62变圆，并且随后将圆柱环64（即变圆之后的板62）的圆周自由端64a和64b联接在一起，以在进行回旋操作之前形成圆柱环，从而形成弧形剖面轮廓。结果，如图21所示，内轮圈部分22′是与内轮圈部分22相同的整体形状。

现在参考图19和图20，现在将论述制造用于图1的自行车轮10的轮圈14的内轮圈部分22〞的第三工序。基本上，在制造内轮圈部分22〞的该第三工序中，起始材料（即板62）与第二制造工序中的相同, 并且最终结果与第二制造工序中的相同。因此，内轮圈部分22′和22〞都如图21所示，但是不同地制造。尤其如图19所示，该第三制造工序使用如图14所示的板62作为用于内轮圈部分22〞的第二材料。并且如图19所示，将板62变圆以形成箍或者圆柱环72，同时还利用相对辊58和60使板62回旋以同时形成弧形剖面轮廓。当使圆柱环72回旋，以便以与制造内轮圈部分22的第一工序相同的方式形成如图18所示的具有弧形剖面轮廓的内轮圈部分22〞时，辊58和60逐渐朝彼此移动。

因此，在第三制造工序中，内轮圈部分22〞的形成包括将构成第二材料的板62变圆，同时还进行回旋操作以形成弧形剖面轮廓，并且随后将圆柱环64（即变圆之后的板62）的圆周自由端64a和64b联接在一起以在进行回旋操作之前形成圆柱环。结果，如图21所示，内轮圈部分22〞是具有与内轮圈部分22′相同的整体形状的连续的圆柱环。圆周自由端64a和64b

在上述制造内轮圈部分22、22′或22〞的每个工序中，用作用于内轮圈部分22、22′或22〞的基础材料或起始材料的材料通过回旋而经受金属变形，这导致基础材料或起始材料中的结构变化。换句话说，在材料科学中，例如回旋的变形是由于施加的力而导致的物体的形状和/或尺寸的永久变化。当由于回旋而发生变形时，产生对抗所施加的力的内部分子间力，从而使得基础材料或起始材料变形但没有裂缝，并且在将外轮圈部分20和内轮圈部分22接合在一起之后能够获得具有高纵横比的弧形剖面轮廓。

在理解本发明的范围时，如本文中所使用的术语“包括”及其派生词旨在为开放式的术语，其明确所述特征、元件、部件、组、整体和/或步骤的存在，但不排除其他未述特征、元件、部件、组、整体和/或步骤的存在。上述说明也适用于具有相似意思的词，例如术语“包含”、“具有”和它们的派生词。而且，当术语“零件”、“部分”、“部”、“构件”或“元件”用作单数时，可以具有单个零件或多个零件的双重意思。如在此用来描述上述实施例时，以下方向性术语“圆周的”、“径向的”、“轴向的”、“宽度”、“内”、“外”和“横向的”以及任何其它相似的方向性术语是指相对于自行车轮圈的旋转中心轴线的那些方向。术语“箍”当在本文中使用时不限于闭合环，而是一般地指闭合环和开口环。最后，在此使用的程度术语，例如“基本上”、“大约”、“近似”意味着被修饰术语的合理偏离量，以便使得最终结果不被显著改变，例如制造公差。

虽然仅选择了选定实施例来例示本发明，但是本领域的技术人员从本公开将会清楚，在不脱离如所附权利要求限定的本发明范围的情况下可以作出各种改变和变更。例如，各部件的大小、形状、位置或方向可以根据需要和/或期望来改变。一个元件的功能可以由两个来执行，反之亦然。一个实施例的结构和功能可以在另一个实施例中采用。不需要将所有优点都同时展现在特定实施例中。对于与现有技术相比独特的每个特征，单独地或与其他特征组合，也应该被认为是申请人的进一步的发明的单独描述，包括通过这样的特征体现的结构和/或功能概念。因此，根据本发明的实施例的前述描述仅用于例示而不是为了如所附权利要求及其等同物所限定的那样限制本发明。

Claims (14)

1.一种自行车轮圈的制造方法，包括：

由第一材料形成具有环形形状的外轮圈部分；

通过第二材料的回旋由第二材料形成具有环形形状的内轮圈部分；以及

将所述外轮圈部分和所述内轮圈部分接合在一起。

2.根据权利要求1所述的制造方法，其中

所述内轮圈部分还具有弧形剖面轮廓。

3.根据权利要求1所述的制造方法，其中

形成所述内轮圈部分包括对构成所述第二材料的圆柱管进行切割，以在进行回旋之前形成圆柱环。

4.根据权利要求1所述的制造方法，其中

形成所述内轮圈部分包括将构成所述第二材料的板变圆，并且随后将所述板的自由端联接在一起，以在进行回旋之前形成圆柱环。

5.根据权利要求1所述的制造方法，其中

形成所述内轮圈部分包括将构成所述第二材料的板变圆，同时也进行回旋。

6.根据权利要求1所述的制造方法，其中

形成所述内轮圈部分包括将构成所述第二材料的板变圆，同时也进行回旋，并且随后将所述板的圆周端联接在一起以形成圆柱环。

7.根据权利要求1所述的制造方法，其中

形成所述外轮圈部分包括挤压第一材料并且随后将第一材料变圆。

8.根据权利要求1所述的制造方法，其中

使所述内轮圈部分回旋包括利用至少一个辊。

9.根据权利要求1所述的制造方法，其中

使所述内轮圈部分回旋包括利用至少两个相对辊。

10.一种自行车轮圈，包括：

具有由第一材料制成的环形形状的外轮圈部分；以及

接合到所述外轮圈部分的内轮圈部分，所述内轮圈部分具有由第二材料制成的环形形状，且具有由通过所述第二材料的回旋而形成的环形形状所产生的内部残余应力分布。

11.根据权利要求10所述的自行车轮圈，其中

所述内轮圈部分具有弧形剖面轮廓。

12.根据权利要求10所述的自行车轮圈，其中

所述内轮圈部分具有等于或小于1毫米的壁厚。

13.根据权利要求10所述的自行车轮圈，其中

所述内轮圈部分具有高度等于或大于35毫米的剖面轮廓，所述高度是相对于所述自行车轮圈的中心轴线沿着径向方向测量的。

14.根据权利要求10所述的自行车轮圈，其中

所述第一材料和所述第二材料都是金属材料。

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