CN1069699A - 复合材料制造的自行车碟形车轮 - Google Patents

Abstract

一种复合材料制造的自行车碟形车轮，主要以复 合材料编织成的0°纱，以一具内螺孔设计的金属螺 套为轴心，经特殊的绕线编成轮辐状，并配合以复合 材料叠层编织布为轮辐的支撑，个别粘结成两单片状 的碟轮片，配合以一支两端具设不同螺纹向的轮壳， 供两碟轮片分别由轮壳两侧相对锁接入，又以一个由 中空复合材料预制成型的轮框，使两碟轮片边缘分别 粘结于轮框的两侧面，依轮面中段凸出设计，共同组 成一完整中空状的碟形车轮。达到减轻重量，操控平 衡，使用安全，减低风阻的目的。

Description

本发明为一种复合材料制造的自行车碟形车轮，指一完全以复合材料制成的碟形车轮，藉由中央轮壳与碟轮片间螺纹锁接，构成一近菱形状的中空碟轮，达减轻轮体重量的目的，并可藉由轮壳的螺接齿数调整，达到碟轮张力强度调整的新颖自行车碟轮。

多年来自行车行业由于生产技术的不断提高及使用上的需要，不论由车体的结构以致各种制造技术上，可说是突飞猛进，尤其于赛车使用上的车具改良，更可说是一日千里，而对于自行车用的车轮设计，由以往铝合金式的轮圈设计，到一九八四年洛杉矶奥运会的自由车比赛，美国国家代表队以高科技的工业水准开发出一种以碳纤维复合材料制成的碟形车轮，这种碟形车轮藉由复合材料的刚性及碟形状的外观有效的减低整个风阻系数，使于短距离的室内争先赛或计时赛中大放异彩，足见科技对比赛成绩的影响程度。

而以一般自行车的碟形车轮设计大都如图8所示，设计成一平面状，亦即一般常见的三明治式的结构体，上、下层碟轮面5皆为碳纤维高刚性的复合材料制成，而中间配合以铝材蜂巢材料或以杜邦公司产制的NOMEX纸材，制成蜂巢状材料或以习用的发泡体为蕊材51，再套装一铝合金轮框52，并以胶合方式共同组成一具低风阻系数的碟形车轮。

然以类似的习见碟轮结构设计，虽具有较习用的铝合金轮框52强的刚性及重量较轻等多项优点，然就结构设计上明显将车子转动时的受力的集中于轴心的轮壳上，尤其于转弯操作时，将由于受力的集中所产生的力矩，以致产生不平衡的偏离感觉，相对将影响整部车子的操控性;又就其结构方式，于中间部份充填材料中，如以发泡材而言，由于蕊材51会吸水，无形中将加重车轮的重量，而以类似中间充填物的组装结构;将因为充填物品的加重，而无法使复合材料的质轻功效充分发挥;又一般碟轮面以复合材料制成，而轮框则以铝合金制成，当两者胶合时，将由于胶合时的高温，使铝材呈膨胀形变，于胶合冷却后，铝材冷缩形成外侧的碟面对轮框的拉撑作用，相对于轮框上即形成一受拉撑的内应力，影响所及将使轮框与碟轮面脱层，另对于碟面与轮壳锁固结合方式，大都以铆固的接合方式，当所有的受力集中于轮壳部份时，轮壳处将受到极大的扭力矩，产生应力集中，是以经常会纵铆接的铆钉部分折断，而综合上述现有碟轮使用上的多项缺失，在比赛时，若出现其中任何一项状况，不仅将影响选手的比赛成绩，严重时更影响到选手的人身安全，尤其在一阵破记录的夺标声中，就工欲善其事必先利其器的原则下，车轮结构上诚有进一步改良开发的必要，使整个自行车的使用达更理想的地步。

本发明人有鉴于习用碟轮使用上的诸多缺点，乃经悉心地试验与研究，终于开发出本发明的复合材料制造的自行车碟形车轮，藉由中空式的设计制造，有效地使达更轻、更平衡的使用优点。

本发明的主要目的，在于藉由车轮呈中空凸型碟片式设计，达到重量更轻，平衡性更优良的使用目的，另配合轮壳两侧具不同向的螺纹锁固特色，使两侧碟轮面可适度的同步调整，承受张力达更佳的使用状态，并配合将轮框以相同的复合材料制成，使胶合一体的效果更佳，并不会有胶合内应力产生，达使用安全的确保。

本发明的主要碟轮制造方法，是以复合材料编织成的○度纱，依具内螺孔设计的金属螺套为轴心，经特殊的绕线编成轮辐状，并配合以复合材料叠层编织布为轮辐的支撑，个别粘结成两单片状的碟轮片，配合以一支两端具设不同向螺纹的轮壳，供两碟轮片分别由轮壳两侧相对锁接入，复以一个中空复合材料制成的轮框，将两碟轮片分别粘结于轮框的两侧面，共同组成一中空状的碟形车轮，而藉由中空状设计，达碟轮减轻重量的优点;又配合中央轮壳段较宽设计，使整个碟轮的外观成一中央凸出的菱形状，更可达到转动位移时减低风阻系数的目的。

为进一步说明本发明的结构，特征及产业上、实用上的多重目的，兹配合附图详细说明如后：

图1：为本发明的立体系统分解图。

图2：为本发明碟轮面的结合示意图。

图3：为本发明碟轮面的组装剖视图。

图4：为本发明轮壳组装示意图。

图5：为本发明碟轮组装断面示意图。

图6：为本发明碟轮面调整示意图。

图7：为本发明碟轮使用时受力示意图。

图8：现有技术的碟轮结构示意图。

本发明的复合材料制成的自行车碟形车轮，请配合参阅图1-3所示的实施例，以复合材料为制造的主要材料，首先以一片由数层叠层制成的织布面1，依车轮直径裁制成一大圆形状，而于圆形织布面1的正中央配合穿组一设成凸字形状的金属螺套11，该金属螺套11外环轴面上设留有螺旋凹槽12状，如图4所示，而于金属螺套11的轴孔内设留有内螺纹面13，而内螺纹面13的设置，则配合调整的需要，将两侧所设的内螺纹面13设成不同螺向，而配合以单向0°向编织的复合材料纤维束14，一端定位于织布面1的边缘，而另一端则绕经金属螺套11后系固于圆形的织布面1的边缘;主要的特色在于纤维束14绕织自成一V形口状，而于每一V形口内恰夹设有两条纤维束14，使每一V形夹口内恰各等分成三等分，而整个圈弧面则等分设留多道绕设的纤维束14，使整个纤维束14的分布平均，当纤维束14绕装妥当后，予以置装入一压模中配合以高温高压的压合处理，制成一完整的碟轮面2，且于碟轮面2压合成型的同时，配合金属螺套11外轴环面上的螺旋凹槽12以复合材料制的纤维束14予以绕线充填，并将线端予以交织于V形状的纤维束14内，再配合以相同的复合材料面层与轮辐状的纤维束14一体压合成型，使金属螺套11能与碟轮面2结合一体，而不需任何结合构件辅助结合，而整个碟轮面2的造形自成一锥形状外观。

另由图1、4所示，藉由一支经设定适当长度，杆环面上成阶级状的轮壳3，轮壳杆体中段设成较细的环径，两端较粗轴环面上各设留一段外螺纹面31，依组装调整的需要所设的螺纹分设成不相同螺向，而于杆端面上则设留有对称的凹槽孔32，主要供配合调整工具以转动轮壳3，当碟轮组装时，主要依碟轮面2中央所设的金属螺套11内设的螺纹面13的螺向，直接锁入相同螺向的轮壳3一端，一直到杆面上所设螺纹面13底端，而于碟轮面2的外圈围，则配合一个以相同复合材料中空状预制成型的轮框4配合以热压胶合一体，共同组成一完整的碟轮构造，而为使胶合强度更安全，轮框4的两侧预留有凹落平面供与碟轮面2边缘所设的平面段相贴合卡抵定位。

而依轮壳3端面所设的凹槽孔32设计，配合以工具插入转动轮壳3，而藉由两侧不同螺向的螺接设计，使两侧相对碟轮面2中段得以依金属螺套11与轮壳3间的螺接特色，并因碟轮面2外环由轮框4固定，以致可藉由螺转轮壳3调整碟轮面2上中心金属螺套11的内、外移位，如图5、6所示，形成一种碟轮中心宽度的可调整性。而值得一提的是，即是以本发明的轮壳3调整结构设计，当如图6所示，将轮壳3转动，使两相对碟轮面2的中央金属螺套11分向两端移出调整时，将因扩张的调整，使整个碟轮的扩张承受力适度增强，可配合图7所示的转动或转弯时的受力分布示意图上清楚对比，当如图上所示的B线段固定长，即如本发明中的轮框4半径，而A线段即为本发明碟轮的中心与碟轮中心线的间距，亦即金属螺套11与轮壳3中点间的长度距离，当适度的使调整碟轮面中心的金属螺面11外张的位置，即可适切的调整分力图上A值的大小，而当合力C夹角于一定限值下时，适度的外移加大，则可明显的增加，即为碟轮面上受张力，而以本发明的0°向的纤维束14绕装设计，可使整个轮面受力获得完整的力量支撑与分布，配合轮壳3的调整更可依实际不同的使用或比赛需求，而为适当的张力调整。

而以本发明的碟轮设计，另有一习用碟轮无法相比拟的，即是本发明的碟轮体，可由图上明显看出系呈一中空状菱形的外观，由中空状设计，完全无任何的夹层组合，可使碟轮的结构重量减至最轻，而且藉由菱形的设计，使整个风切效果更理想，亦即可促使整个轮面的风阻系数更低，并有助于操控平衡性的增强，尤其是在转弯操控时，可说是一具流体力学的进步性设计，并因张力的适度调整加强辅助，使整个使用的安全性更佳，故就本发明的整体碟轮设计，实为自行车用碟轮上的一大创新发明。

Claims (4)

1、一种复合材料制造的自行车碟形车轮，由两片碟轮面和轮框所组成，其特征在于：两碟轮面中心位置预置一个金属螺套，将两碟轮面锁合于轮壳，并将碟轮边缘与轮框胶合形成一中空状车轮；而碟轮面是利用复合材料的零度纱高张力特性，铺设于碟轮复合材料叠层布面间，零度纤维束系以V型状，成间隔式围绕于中心金属螺套上而成。

2、根据权利要求1所述的复合材料制造的自行车碟形车轮，其特征是：碟轮面中央所穿装的金属螺套外环面上设留有螺旋凹槽，而于中孔内则设留有螺纹面。

3、一种复合材料制造的自行车碟形车轮，其特征在于：锁装碟轮面所用的轮壳，两端分设有一段具不同螺向的螺纹面，供两侧对接的碟轮面得以同步调整位移。

4、根据权利要求3所述的复合材料制造的自行车碟形车轮，其特征是：锁装碟轮面用的轮壳端面上分设有数个相互对称的凹槽孔，供锁装调整。

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