CN105252962A - 具有制动轨的自行车的轮辋 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有制动轨的自行车的轮辋，该轮辋包括径向外部轮胎接合部、径向内部辐条接合部、第一侧壁和与该第一侧壁间隔开的第二侧壁。制动轨位于第一侧壁和第二侧壁上，该制动轨包括形成于其中的多个槽。所述多个槽中的每一个槽均具有径向最内侧点和径向最外侧点，其中，径向最外侧点关于轮辋的向前的周向行进方向在周向上位于径向最内侧点的后方。

Description

具有制动轨的自行车的轮辋

技术领域

本发明涉及一种具有制动轨的自行车的轮辋。更具体地，该自行车的轮辋包括呈定向槽形式的非自由的表面特征部。

背景技术

自行车轮和轮辋的使用已经超过了一个世纪。在历史上，自行车轮辋由木材、钢或铝制成。然而，一些自行车的轮辋制造商已经开始用其它材料来制造自行车的轮辋，诸如轻质纤维增强复合材料(FRPs)，包括碳纤维、玻璃纤维和/或尼龙纤维，例如，被混合在诸如环氧基树脂、酚醛基树脂和/或酯基树脂的固化树脂中。对于这些复合轮辋，其中一些已经完全由FRP复合材料制成(“全复合车轮”)，而另一些则包含除FRP复合材料外的不同的材料的整合组件(“多组分轮辋”)。

碳纤维轮辋制动表面很难进行设计。早期的碳纤维轮辋用轮辋结构本身的成型表面作为制动轨或制动表面，这通常是非常麻烦的，这是因为成型轮辋通常具有嵌入该表面中的薄的脱模层，它的存在不适于制动，因为脱模材料导致低的摩擦系数。脱模剂有助于在制造期间将轮辋从模具上移除。在短期的制动使用后，脱模剂和轮辋上的环氧树脂的外层被磨损掉，露出下方易受损的碳纤维。很容易理解为什么轮辋的结构碳纤维磨损和/或断裂是不利的，因为随着时间的推移，轮辋会逐渐削弱。碳表面在耐磨方面相对较弱，并且可以提供较差的摩擦特性，特别是潮湿时。因此，碳纤维表面通常不适于作为FRP轮辋的制动轨。

后来轮辋在轮辋制动轨中使用了玻璃纤维、石英纤维或者凯芙拉(Kevlar)纤维，或者用定位于结构轮辋材料顶部的附加结构来形成制动轨。这些材料被认为具有比碳更好的耐磨特性，提供不同程度改善的制动性能。

一种设置制动轨的方式涉及单独添加碳化硅纤维和/或微珠或微粒的面纱或者与制动轨中的玻璃混合。碳化硅纤维比玻璃更硬，能够明显改善耐磨特性及制动“感觉”，但是因纤维刚度高而非常昂贵且难以加工。添加碳化硅纤维可能大大增加轮辋的制造成本。虽然目前现代航空器和赛车的刹车片均是由碳化硅制成，但是这些材料目前非常昂贵，难于处理而且很难形成半径较小的结构，如自行车轮辋，特别是在制造设定中。柔韧性的缺乏限制了它们在轮辋设计中的应用，并且可能会阻止其用于某些复杂的轮辋形状。另一方面，碳化硅微珠近来已经成功地被用于制动轨。

一些轮辋制造商已经尝试使用后施加的“陶瓷”制动轨涂层。这些范围从被热固化的上漆应用到等离子喷涂涂层。所有这些涂层均提供强硬的摩擦表面，但是易碎、较重且通常需要高温应用过程，该过程可能会损害成型的轮辋。这些涂层也存在几何应用问题，由于是后施加的，因此制动表面因缺乏几何控制而在本质上是不完美的且是不平行的。

发明内容

因此，需要提供一种具有耐久且经济的制动轨的自行车的轮辋，该制动轨具有出色的制动特性。本发明满足了这一该需求。

在一个实施例中，本发明包括具有制动轨的纤维增强复合材料(FRP)轮辋，该制动轨包括多个特定结构的槽。

自行车的轮辋包括径向外部轮胎接合部、径向内部辐条接合部、第一侧壁和与该第一侧壁间隔开的第二侧壁。制动轨位于第一侧壁和第二侧壁上，制动轨包括形成于其中的多个槽。多个槽中的每个槽都具有径向最内侧点和径向最外侧点，其中，径向最外侧点关于轮辋的向前的周向行进方向在周向上位于径向最内侧点的后方。

在另一个实施例中，轮轴该轮辋可以包括纤维增强复合材料(FRP)。多个槽可以是非交叠的。多个槽中的每个槽都可以是笔直的或者弓形的。多个槽可以是非交叠的。制动轨可以具有径向外边界和径向内边界。多个槽中的每一个槽的径向最外侧点可以邻近制动轨的径向外边界靠外的边界。多个槽中的每一个槽的径向最外侧点可以位于制动轨的径向外边界靠外的边界处。多个槽中的每一个的径向最内侧点可以邻近制动轨的内边界靠内的边界。多个槽中的每一个槽均可以具有从径向最外侧点至径向最内侧点的延伸部。多个槽中的每一个槽的延伸部均可以不具有拐点。多个槽中的每一个槽的延伸部均可以为槽的其余部分的长度的至少两倍。多个槽中的每一个槽的延伸部均可以为槽的其余部分的长度的大约五倍。多个槽中的每一个槽的延伸部通常可以相对于关于径向方向倾斜大约30至60度或者倾斜大约45度。与径向最内侧点相比，多个槽中的每一个槽邻近径向最外侧点更宽。多个槽中的一些槽或所有槽可以是连续的。多个槽中的一些槽或所有槽可以是不连续的。多个槽可以以在圆周上每英寸3至10个槽的密度间隔排列在制动轨中。多个槽中的每一个槽的深度可以为大约0.01英寸至大约0.05英寸。多个槽可以为重复的图案。

附图说明

以下结合附图的关于本发明一个或多个实施例的描述，本发明的这些和其它特征及优点将被完全理解。

在附图中：

图1是自行车轮辋的局部立体图；

图2是具有制动轨的钳入式轮辋的剖视图；

图3是具有制动轨的管式轮辋的剖视图；

图4是具有非自由制动轨特征部的第一实施例的自行车轮辋和制动轨的侧视图；

图5A是图4所示的轮辋的制动特征部的局部放大图；

图5B是具有不连续槽的5A中的轮辋的变型；

图6是具有制动轨特征部的第二实施例的自行车轮辋和制动轨的侧视图；

图7是具有制动轨特征部的第三实施例的自行车轮辋和制动轨的侧视图；

图8是具有制动轨特征部的第四实施例的自行车轮辋和制动轨的侧视图；

图9是具有制动轨特征部的第五实施例的自行车轮辋和制动轨的侧视图；

图10是图6的轮辋的放大图；

图11是图8的轮辋的放大图；和

图12是图9的轮辋的放大图。

具体实施方式

本文将参考附图来说明本发明的优选实施例。应当理解的是，本文所涉及的附图和说明仅为了说明而提供，并且不限制如由所附的权利要求以及它们任意和全部等同物所限定的本发明。

图1示出了车轮轮辋20，该车轮轮辋具有通常用32表示的制动轨。该轮辋20一般包括径向外部轮胎接合部24、径向内部辐条接合部26以及第一侧壁28和与该第一侧壁间隔开的第二侧壁30。第一侧壁28和第二侧壁30通常可以在轮胎接合部24和辐条接合部26之间径向延伸以形成轮辋20的形状或该轮辋形状的一部分。应当理解的是，包括能用作制动轨32的部分的任何轮辋形状都是本发明所预期的。

制动轨32可以位于第一侧壁28和第二侧壁30的常规位置上。虽然在图2中示出了钳入式轮胎31的钳入式轮辋20，但是本发明关注的是非钳入式轮辋，如管状轮胎33的管式或缝合式(sew-upstyle)轮辋(图3)。轮胎接合部24和辐条接合部26以及第一侧壁28和第二侧壁30可以呈环面形式，但是任何合适的轮辋形状都是被预期的。

轮辋20可以由FRP制成，即，可以由纤维增强复合材料制成，在一个实施例中由碳纤维形成主体部分，但是可以理解的是，可以使用复合材料的广泛的变型以及复合材料的组合来形成纤维增强轮辋。轮辋20可以由其它材料制成，如，类似钢或铝。

在附图中，用“R”表示径向方向，用“C”表示周向方向。在附图中，用箭头“F”表示当轮辋20被安装到车轮中并且设置到自行车(未示出)上时行驶的前进方向。行驶的前进方向是当车轮被安装到沿向前的方向移动的自行车上时车轮转动的周向方向。例如，从自行车的右侧(也就是通常包括曲柄臂和链轮的那侧)观察，车轮顺时针转动，因此轮辋也顺时针转动。附图(除图2和3外)示出了从左侧观察的轮辋，当自行车车轮向前行驶时所述轮辋逆时针转动。

制动轨32是侧壁28、30的一个区域，该区域如已知的那样，邻近或者能够接触自行车的刹车片(未示出)。例如在图1至图3中可以看到制动轨32，这样的制动轨32位于第一侧壁28和第二侧壁30中的每一者上。制动轨32可以是形成车轮轮辋本身结构的材料的表面，或者在替代实施方式中，可以是粘合至或附接至车轮轮辋结构的不同材料的一个表面或作为替代的一个层或多个层。每个制动轨32均包括径向内边界32A和径向外边界32B。

参考图4至图12，制动轨32包括表面特征部40。制动轨32的表面特征部40由多个槽42限定或者包括多个槽42。这些槽可以形成或成型到轮辋20的制动轨32的表面上。在一个实施例中，槽42的深度大约为0.01英寸至大约0.04英寸。而深度超过0.05英寸可能会引起比所希望的更多的刹车片磨损，并且可能会难以制造，所以本发明关注于这样的深度。槽42可以是非交叠的，且优选地呈现重复的图案。

在各实施例(图4至图12)中，表面特征部40的共同的方面是每个槽42均具有径向最内侧点42B和径向最外侧点42A，其中径向最外侧点关于轮辋的向前的周向行进方向在周向上位于径向最内侧点的后方。

也就是说，每个槽42的大部分是倾斜的或者向后倾斜或者与向前行进方向F反向倾斜，其中接触轮辋20的刹车片将倾向于从轮辋的内侧至外侧擦拭碎片等。槽42可以从径向方向R倾斜离开大约30至60度。槽42可以从径向方向R倾斜离开大约45度。

制动轨32可以具有大约9至11毫米的径向延伸部，并且可以与外部轮胎接合部24的最靠外的延伸部间隔大约1至3毫米进行定位。图2和3中的制动轨32的厚度不是按比例的。在制动轨32处从第一侧壁28到第二侧壁30的轮辋20的宽度可以为大约19至24毫米。

图4示出了形成于轮辋20的制动轨32中的多个一般为弓形的、平行的槽42。槽42的密度或间隔可以是在周向方向B上测量的每英寸大约3至10个槽，但是其它密度的槽也可以提供类似的或者等同的优点。每个所述槽42的弯曲部可以被考虑为不具有拐点的简单弓形。其它弯曲也是可以预期的。

图5A示出了图4的一般为弓形的、平行的多个槽42的局部放大图。图5B与图5A相同，与其中槽是连续的其它实施例相比，不同点在于槽42是中断的或是不连续的。

槽42可以具有从径向最内侧点42B到径向最外侧点42A的延伸部。该延伸部的次要部分的长度为L₁，主要部分的长度为L₂。在该实施例中，L₂是L₁长度的大约五倍。长度为L₁的次要部分沿前进方向倾斜，而延伸部的长度为L₂的主要部分沿与前进方向相反的方向倾斜。

在一个实施例中，槽42不必都延伸至制动轨32的边界32A、32B。例如，径向最内侧点42B可以位于径向内边界32A处或者邻近径向内边界32A。径向最外侧点42A可以位于径向外边界32B处或者邻近径向外边界32B。

图6示出了形成于轮辋20的制动轨32中的弓形的槽42。槽42的密度或间隔在沿周向方向C测量时为每英寸大约10个槽。图7示出了形成于轮辋20的制动轨32中的弓形的槽42。槽42的密度或间隔在沿圆周方向C测量时为每英寸大约3个槽。

图8示出了形成于轮辋20的制动轨32中的笔直的槽42。这些槽42的密度或间隔为每英寸约3至10个槽。图9示出了形成于轮辋20的制动轨32中的弓形的槽42。图9的弓形的槽42的整个长度是远离向前行驶方向F径向倾斜的。也就是说，每个槽42的径向最外侧点42A均相对于向前的行进方向位于各自径向最内侧点42B的后方。槽42的密度或间隔为每英寸大约3至10个槽。

如上面提到的，上述所有变型例中的槽42均可以作为通道用于将水等从制动轨32引导出来。同时，槽42可以直接将小碎片从制动轨32中引导出来。与制动轨32接触的刹车片在轮辋上产生擦拭效果，潮气和碎片被驱赶到轮辋的槽42中，然后通过轮辋的向前移动而被径向向外驱赶。

槽42被认为在极热条件制动的情况下作为冷却释放通道起作用。槽42可以被用作抽气通道，允许将空气从刹车片的底侧径向向外抽出至刹车片的顶部。空气的运动用于降低轮辋表面的温度。此外，这些通道用于增加制动轨的区域中的轮辋20的表面面积，从而允许额外的对流冷却，这是对轮辋安全的重要考虑，即使针对材料选择作出了仔细考虑来使轮辋的强韧性以及环氧树脂受热时变软的趋势最大化。

槽42在刹车片上的相互作用被认为能够改善制动感觉和低制动力时的响应性。在骑行者只需很小的停止力的情况下，这些槽42在测试中已经表面其能够相对于平滑的或者任意图案的制动表面来说改善力调制。这在潮湿制动时是特别重要的，其中在潮湿制动时轮胎的牵引力减少。该效果在于，在低制动杠杆力情况下，骑行者具有一致的和线性的制动力，以保持路面的牵引力。

干燥性能测试显示，当与公知的刹车片配合使用时，具有本发明的槽42的轮辋在较高的制动索力下表现出较高的制动力峰值。在猛烈制动或突然制动的情况下，这能导致更短的停止距离。

在潮湿条件低杠杆力的情况下，通常用于调速，具有槽42的制动轨32表现出比平滑表面好得多的初始摩擦。这对于在湿滑路面上控制自行车以及保持有限的牵引力是非常重要的。测试显示，当索力为20N(牛顿)时，定向的纹理开始使自行车慢下来，而平滑轮辋则需要45N。这种结果使骑行者具有更好的制动感觉，并且改善横跨骑行者可以选择输入的杠杆力的范围的调制。对于传统的平滑轮辋表面来说，从实质上来说不存在处于45N至50N的阈值以下的停止力，而车轮可能会在杠杆力为100N至120N时失去牵引力。通过以低索力启动有效制动力，骑行者可以使用更大的杠杆力范围，其被认为具有更好的调制、控制和一致性。

为了实现根据本发明一个实施例的轮辋20的实施方式，制动轨32的材料可以通过将大量增强材料的微粒和/或纤维与环氧树脂结合来获得。制动轨材料可以和混合有适当百分比的碳化硅微粒的环氧树脂一样简单，例如，形成薄膜并且在一个实施例中铺设在碳、石英、聚酯、玻璃纤维、或其它合适材料的细面纱或网纱上。该环氧树脂薄膜或网纱层则可以被切分成能直接叠置到未固化的纤维增强环氧树脂轮辋上的条段或弧段。一些成型方法也允许在工具接收未固化的材料之前将负载有微粒的薄膜直接施加到工具表面上。然后，该工具被闭合，并且施加热量和压力以固化纤维增强环氧树脂结构以及负载有微粒的或加强的环氧树脂制动表面。经过足够长的时间(例如一般为三十分钟至两个小时的固化时间)之后，固化后的轮辋20可以从模具中移出，多余的树脂将被移除，并且轮辋已经准备好将制动轨32的环氧树脂的最靠外的部分移除以露出微粒。该步骤不是必须的，但是新的碳纤维轮辋在潮湿天气下的制动性能通常很差，并且表面几周到几个月就可能会“断裂”，这是因为刹车片慢慢地磨损掉环氧树脂，露出了嵌入其中的微粒。因此，在一个实施例中，覆盖所述微粒的环氧树脂在喷砂操作中会被轻微地磨损掉。该喷砂(blasting)可以使用诸如石榴石的介质进行微调，该石榴石比环氧树脂更硬，但是不如模制在制动表面中的磨料颗粒硬。其它材料也可以用于移除环氧树脂覆盖层，如胡桃壳、比石榴石腐蚀性略少的磨料介质移除较少的环氧基树脂，从而产生侵袭性略小的制动轨表面。

制动轨32中的微粒可以是任何类型的高硬度材料，例如，陶瓷材料、氮化硅、氧化铝、碳化硼、氧化钛、金刚砂或具有合适硬度且呈颗粒状态能够适于或形成轮辋20的形状的其它材料。高硬度金属微粒也可以被替换，尽管它们可能不会表现出如上面提到的材料族相同的使用寿命。微粒的形状一般可以是紧凑的、圆形的、球形的、有角的、无固定形状的、小板状的、或适合各种轮辋形状(特别是在生产设定中)的任何其它合适的非纤维形状。作为替代，制动轨的环氧树脂可以用纤维材料，如碳、玻璃纤维等增强。

尽管本发明已经通过参考具体实施方式进行了说明，但是应当理解的是，可以在所述发明构思的精神和范围内作出多种变化。因此，本发明并不旨在被限制为所公开的实施方式，而是包括由所附权利要求所允许的全部范围。

Claims (23)

1.一种自行车的轮辋，该轮辋包括

径向外部轮胎接合部；

径向内部辐条接合部；

第一侧壁；

第二侧壁，该第二侧壁与所述第一侧壁间隔开；和

制动轨，该制动轨位于所述第一侧壁和所述第二侧壁上，所述制动轨包括形成于其中的多个槽，所述多个槽中的每一个槽均具有径向最内侧点和径向最外侧点，其中，所述径向最外侧点关于所述轮辋的向前的周向行进方向在周向上位于径向最内侧点的后方。

2.根据权利要求1所述的轮辋，其中所述轮辋包括纤维增强复合材料。

3.根据权利要求1所述的轮辋，其中所述多个槽是非交叠的。

4.根据权利要求1所述的轮辋，其中所述多个槽是笔直的。

5.根据权利要求1所述的轮辋，其中所述多个槽中的每一个槽是弓形的。

6.根据权利要求1所述的轮辋，其中所述多个槽是非交叠的。

7.根据权利要求1所述的轮辋，其中所述制动轨具有径向外边界和径向内边界。

8.根据权利要求7所述的轮辋，其中所述多个槽中的每一个槽的所述径向最外侧点邻近所述制动轨的所述径向外边界。

9.根据权利要求8所述的轮辋，其中所述多个槽中的每一个槽的所述径向最外侧点位于所述制动轨的所述径向外边界处。

10.根据权利要求8所述的轮辋，其中所述多个槽中的每一个槽的所述径向最内侧点邻近所述制动轨的所述径向内边界。

11.根据权利要求10所述的轮辋，其中所述多个槽中的每一个槽的所述径向最外侧点位于所述制动轨的所述径向外边界处。

12.根据权利要求1所述的轮辋，其中所述多个槽中的每一个槽均具有从所述径向最外侧点至所述径向最内侧点的延伸部。

13.根据权利要求12所述的轮辋，其中所述多个槽中的每一个槽的所述延伸部均不具有拐点。

14.根据权利要求12所述的轮辋，其中所述多个槽中的每一个槽的所述延伸部均为所述槽的其余部分的长度的至少两倍。

15.根据权利要求12所述的轮辋，其中所述多个槽中的每一个槽的所述延伸部均为所述槽的其余部分的长度的大约五倍。

16.根据权利要求12所述的轮辋，其中所述多个槽中的每一个槽的延伸部关于径向方向大致倾斜大约30度至60度。

17.根据权利要求12所述的轮辋，其中所述多个槽中的每一个槽的延伸部关于径向方向大致倾斜大约45度。

18.根据权利要求1所述的轮辋，其中与所述径向最内侧点相比，所述多个槽中的每一个槽邻近所述径向最外侧点更宽。

19.根据权利要求1所述的轮辋，其中所述多个槽中的一些槽或所有槽是连续的。

20.根据权利要求1所述的轮辋，其中所述多个槽中的一些槽或所有槽是不连续的。

21.根据权利要求1所述的轮辋，其中所述多个槽是以在周向上每英寸大约3至10个所述槽的密度间隔布置在制动轨中。

22.根据权利要求1所述的轮辋，其中所述多个槽中的每一个槽的深度为大约0.01英寸至大约0.05英寸。

23.根据权利要求1所述的轮辋，其中所述多个槽呈重复图案。