CN107953720B - 用于自行车车轮的辐条和制造该辐条的方法 - Google Patents

Abstract

用于自行车车轮的金属辐条(4)，包括位于两个固定管嘴之间的中央部件(5)。所述中央部件(5)的横截面(S)具有大致为椭圆的形状，其最大长度(A)，在所述辐条(4)的后缘(51)和前缘(52)之间的第一平面(P1)中测量，严格大于所述中央部件(5)的横截面(S)的最大宽度(B)，所述最大宽度(B)在与所述第一平面(P1)垂直的第二平面(P2)中测量。所述中央部件(5)的横截面(S)的中间宽度(L1，L2)，平行于第二平面(P2)并且在平行于所述第二平面(P2)且相对于第二平面(P2)位于后缘(51)或前缘(52)一侧的中间平面(P4，P5)中测量，为等于0.25mm，并且还在于分别在后缘(51)或前缘(52)和所述中间平面(P4，P5)之间测量的距离(D1，D2)大于或等于所述横截面(S)的最大长度(A)的10％。

Description

用于自行车车轮的辐条和制造该辐条的方法

技术领域

本发明涉及用于自行车车轮的辐条和制造该辐条的方法。

背景技术

通常，用于自行车车轮的辐条包括一个中央部件，该中央部件的端部装配有固定管嘴(embout de fixation)以允许其被安装到轮圈上以及花鼓(moyeu de la roue)上。

DE-U-296 08 495公开了包括由复合材料制成的辐条的自行车车轮。所述辐条具有椭圆形的横截面，且辐条横截面的长宽比等于4。所述复合材料价格昂贵并且难以工业化。另外，所述复合材料的固有机械强度比通常用于制造辐条的金属合金(例如不锈钢或铝合金)小很多。因此，辐条的横截面面积相对较大以确保其坚固性，这对车轮的流线型特性是不利的。

FR-B-2 747 749公开了一种自行车车轮的辐条，其中央部件通过轧制被拉伸和变薄，然后再通过模锻被压平。所述模锻为将一个加热的金属件引入至限定在上半模具和下半模具之间的中空空间。然后进行在上半模具上冲压(frapper)的锻造操作。在所述金属件由相对较硬的材料(例如不锈钢)制成的情况下，模锻过程中的冲压不能获得其截面对于空气动力学具有令人满意的椭圆形的辐条，因为在连接平面处，即在两个半模具之间，所述辐条由于不锈钢的低延展性必然具有较高的最小厚度。因此，通过模锻制成的辐条的前缘(bord d’attaque)和后缘(bord de fuite)没有令人满意的空气动力学特性。

EP-A-1 559 583也公开了通过轧制和模锻制成的自行车车轮的辐条。所述辐条例如由铝合金制成。以与FR-B-2 747 749相同的方式，该制造技术不能获得对于辐条的前缘和后缘令人满意的空气动力学特性。

WO-A-03/018331描述了包括恒定截面金属芯的空气动力学辐条，在该恒定截面金属芯上压有一个复合包膜。这样的设计使得辐条较为笨重且生产成本昂贵。再者，这样的辐条难以回收使用。

发明内容

更具体地，本发明为克服这些缺点提出了设计简单且价格便宜的空气动力学辐条，该辐条更加轻便。本发明的另一个目的是提供一种可回收的辐条。

为此，本发明的目的是提供一种用于自行车车轮的金属辐条，该辐条包括位于两个固定管嘴之间的中央部件，所述中央部件的横截面具有大致为椭圆的形状，其最大长度A，根据所述辐条的后缘和前缘之间的纵向横向平面的第一方向测量，严格大于所述中央部件的横截面的最大宽度B，所述最大宽度B根据与所述第一方向垂直的横向平面的第二方向测量，并且其特征在于所述中央部件的横截面具有的面积(表面积)小于长度A乘以宽度B的乘积的78％。

为此，本发明的另一个目的是提供一种用于自行车车轮的金属辐条，包括位于两个固定管嘴之间的中央部件，所述中央部件的横截面具有大致为椭圆的形状，其最大长度A，根据所述辐条的后缘和前缘之间的纵向横向平面的第一方向测量，严格大于所述中央部件的横截面的最大宽度B，所述最大宽度B根据垂直于所述第一方向的横向平面的第二方向测量，其特征在于所述中央部件的横截面的中间宽度，根据第二方向在平行于第二平面并且相对于第二平面位于后缘或前缘一侧的中间平面中测量，为等于0.5mm，并且还在于分别在后缘或前缘和所述中间平面——其中所述中间宽度为等于0.5mm——之间测量的距离大于或等于横截面的最大长度的7％。

鉴于本发明之故，前缘和/或后缘的尖细形状(forme effilée)改善了辐条的空气动力学特性。

根据本发明有利而非必要的方面，这样的辐条可以包含一个或多个以下的特征，包括在技术上允许的任意组合：

-在所述中间平面和所述后缘或前缘之间测得的距离大于或等于所述横截面的最大长度的10％。

-所述辐条的中央部件的横截面的最大宽度小于1.5mm，优选小于1.2mm，更优选小于1mm。

-以最大宽度作分母、以最大长度作分子的比值大于或等于3，优选大于或等于4。

-构成所述辐条的金属材料的杨氏模量(le module d’Young)大于100GPa。

-构成所述辐条的金属材料的抗拉强度大于800MPa。

-构成所述辐条的金属材料的密度或体积质量大于4，优选大于7。

-所述中央部件的横截面的表面积小于A×B的乘积的75％。

-所述中央部件的长度大于或等于所述辐条的整个长度的60％。

本发明的另一方面涉及制造这样的辐条的方法，包括如下步骤，其中：

-由金属丝通过塑性变形的方法制备横截面大致为椭圆形的辐条粗坯，

-然后，所述辐条的中央部件的横截面的最终几何形状通过切削材料的方法获得。

有利地，所述塑性变形的方法为模锻和/或轧制。

有利地，所述切削材料的方法为外部拉削(brochage externe)。

可选地，在根据本发明的制造方法的另一个实施方案中，所述横截面的最终几何形状通过第二塑性变形步骤获得。

附图说明

参考下文中对本发明的自行车车轮和其制造方法的描述，本发明可被更好地理解并且其它优点将会更清楚，这些描述仅以实例的方式给出并且参考了附图，附图中：

-图1为符合本发明的自行车车轮的透视图；

-图2为图1中车轮的辐条的透视图；

-图3为根据图2中平面PIII的横截面图；

-图4为制造过程中的辐条粗坯的类似图3的视图；并且

-图5为所述辐条的制造方法的示意图。

具体实施方式

图1示出了自行车的后轮1，其轮胎未示出。车轮1包括安装在轮圈3上的两层4a和4b辐条4。层4a的辐条4组装在车轮1的花鼓2上。花鼓2包括沿车轮1的旋转轴X延伸的花鼓主体21。自由车轮机构22被连接至花鼓主体21的第一端部。花鼓主体21的另一个端部支持层4b的辐条4。自由车轮机构22被设计成与齿轮盒组装，所述齿轮盒未示出。

本发明还适用于并且尤其适用于自行车前轮。

图2示出了车轮1的辐条4中的一根，为层4a或4b的一部分。下文的描述适用于车轮1的任何辐条4或者更普遍地适用于自行车的任何形式的车轮。

辐条4由金属材料制造，例如，不锈钢。所述辐条也可以由钛制造。所述金属材料的密度大于4，优选大于7。

所述金属材料的杨氏模量大于100GPa。例如，钛合金的杨氏模量大约为105GPa，碳钢的杨氏模量大约为205GPa，以及不锈钢的杨氏模量大约为190GPa。

所述金属材料的抗拉强度Rm大于800MPa。例如，钛合金的抗拉强度Rm大约为900MPa，钢的大约为1000至1200MPa。

辐条4包括一个中央纵向部件5和两个管嘴6和7。

第一管嘴6的自由端具有螺纹62，该螺纹62旨在被拧入设置在所述车轮的花鼓中的攻丝扣的孔中。第二管嘴7的自由端配备有头部72，用于被组装至轮圈3。然而，本发明不限于该类型的管嘴，并且可以设想用作辐条4的端部的其它几何形状，既然这些几何形状一直被用于确保将辐条4固定至轮圈和自行车车轮的花鼓上。

辐条4的横截面为根据垂直于辐条4的纵向方向的平面的截面，例如平面P3。

构成辐条的大部分的中央部件5，如将在下文中看到的，包括本发明的大多数特征。事实上，正是该部件具有轻便/空气动力学特征/强度的最好折衷。

辐条4的中央部件5的长度L5大于或等于辐条4的总长度L4的60％。优选地，所述中央部件的长度L5应该达到所述辐条的总长度L4的70％或者更多。

辐条4为整体的，换言之其为一个单独的零件，并且其不是通过组装多个元件制造。这避免了在组装元件的接头处制造应力集中区域，这降低了断裂的风险。事实上，例如通过将管嘴焊接到更小的截面的中央部件上制造的辐条具有在焊接处断裂的趋势。

作为变体，分离的管嘴6和7被组装至辐条4的中央部件5。

中央部件5的横截面S为细长形状并且总体上具有在第一平面P1的两侧沿长度方向延伸的椭圆形状，第一平面P1为尖细形状的后缘51和前缘52之间的中央部件5的纵向中间平面。平面P1分割横截面S并且其在横截面S中的痕迹为线段。平面P1与侧面53和54等距并且构成辐条的对称平面。这不是对本发明的限制，因为实施方案的一个变形方案为辐条不根据纵向平面对称设置。

将作为中央部件5的另外一个纵向中间平面的第二平面假设为P2。平面P2垂直于平面P1并且分割所述横截面。其在横截面S中的痕迹为对应于截面S的最大宽度的线段。平面P2与后缘51和前缘52等距。该后一个特征，在其中截面S的最大宽度不与后缘和前缘等距的变形方案中，不再限制本发明。

将由后缘51和纵向平面P1在横截面S中的所述痕迹的交叉点限定的横截面S的一个点标记为N。将由前缘52和横向平面P2在所述横截面中的痕迹的交叉点限定的横截面S的一个点标记为M。

中央部件5具有两个凸形侧面53和54，其将后缘51和前缘52连接起来。将由第一侧面53和平面P2之间的交叉点限定的横截面S的一个点标记为C。将由第二侧面54和纵向平面P2之间的交叉点限定的横截面S的一个点标记为D。

侧面53和54的曲率半径大于缘51和52的曲率半径。侧面53和54的曲率半径沿这些侧部大致恒定。然而，其也可以变化。优选地，沿着所述侧面的曲率半径的变化不能很大。侧面的曲率半径的巨大变化将会导致侧面变成一系列不同且并列的小平面的结果。这样的构型对于空气动力学特征而言被证明是不利的。

将横截面S的最大长度假设为A，该最大长度在纵向平面P1上在后缘51和前缘52之间测量，更精确地在点M和N之间测量。将横截面S的最大宽度假设为B，该最大宽度在横向平面P2上在侧面53和54之间测量，更精确地在点C和D之间测量。最大宽度B小于1.5mm，优选小于1.2mm。更优选地，最大宽度B小于1mm。中央部件5的宽度在横向平面P2的两侧递减，越来越靠近缘51和52。

横截面S为细长形状，即长度A严格大于宽度B。优选地，以宽度B作分母、长度A作分子的比值大于或等于3，优选大于或等于4。

横截面的细长特征保证了辐条有好的空气动力学特性。再者，在本发明的范围内，前缘和后缘的特征为到目前为止现有技术中不存在的细度。该细度可尤其通过所述中央部件的横截面的有效面积和长度A与宽度B的乘积之间的比值来表征。

因此，对于给出的长度和宽度(A和B)，横截面S的面积占长度A乘以宽度B的乘积的百分比为50％至100％。等于A×B的乘积100％的所述横截面的面积对应于一个长方形的横截面，而A×B的乘积的50％对应于一个菱形的横截面。这两种极端情况如果由于存在小平面的原因不能构成空气动力学特征的轮廓，则被排除出本发明的范围。现有技术的辐条通常具有大于A×B的乘积的85％的横截面面积。在符合本发明的辐条中，所述中央部件的横截面面积为A×B的乘积的78％或者更低，优选75％或者更低。

鉴于本发明辐条的最大宽度小于1.5mm，还可以通过沿着横截面的长度的宽度为0.5mm的位置来表征后缘和前缘的细度。

将横截面S的第一中间宽度标记为L1，该宽度在第一中间平面P4中平行于横向平面P2测量。第一中间宽度L1为0.50mm。第一中间平面P4平行于横向平面P2并且垂直于纵向平面P1，并且分割横截面S。

将在后缘51和第一中间平面P4之间测得的第一距离标记为D1。第一距离D1在横截面S中测量，沿着纵向平面P1在横截面S中的痕迹，并且在后缘51的点N和点K之间，点K位于纵向平面P1的痕迹和第一中间平面P4在横截面S中的痕迹之间的交叉点处。第一距离D1大于或等于横截面S的长度A的7％。因此，后缘51具有减小底部阻力的尖细形状，这对辐条4的好的空气动力学特征是有利的。

同样地，前缘52为尖细形状。将横截面S的第二中间宽度标记为L2，该宽度沿着第二中间平面P5在横截面S中的痕迹、平行于横向平面P2测量。第二中间宽度L2等于0.50mm。中间宽度L4和L5因此相等。第二中间平面P5平行于横向平面P2并且垂直于纵向平面P1，并且分割横截面S。

将前缘52和第二中间平面P5之间的第二距离标记为D2。第二距离D2在横截面S中测量，沿着纵向平面P1在横截面S中的痕迹，并且在前缘52的点M和点J之间，点J位于纵向平面P1的痕迹和第二中间平面P5在横截面S中的痕迹之间的交叉点处。第二距离D2大于或等于横截面S的长度A的7％。因此，前缘52具有尖细形状，避免了空气过早从辐条4脱离，这对辐条4的好的空气动力学特征是有利的。

优选地，距离D1和D2大于或等于横截面S的长度A的10％。

在所描述的实施方案中，距离D1和D2大致相等且对应于所述横截面的长度A的大约12％。

前缘52和后缘51的尖细形状允许减少装配有多根类似于辐条4的辐条的前轮的空气动力学阻力，例如在50km/h下为0.15N。

中间宽度L1和L2分别在相对于横向平面P2位于后缘51或前缘52一侧的中间平面P4和P5测量。因此，第一中间宽度L1在第一中间平面P4中测量，所述第一中间平面P4相对于第二平面P2位于后缘51的一侧。第二中间长度L2在第二中间平面P5测量，所述第二中间平面P5相对于第二平面P2位于前缘51的一侧。

在本实施例中，中央部件5的横截面相对于平面P1和P2同时对称。作为变形方案，所述横截面可以相对于平面P1和/或P2不对称。

下文的描述将参考附图5并且涉及由例如能够通过拉丝获得的金属丝8制造辐条4的方法。丝8的长度比辐条4的长度大数倍，目的是用同一根丝制造多根辐条。丝8的横截面可以为圆形或者具有其它的几何形状，例如长方形。

在第一成型步骤E1中，辐条的粗坯40，如图4中示出其截面，由金属丝8通过塑性变形的方法获得。例如，第一成型步骤可以通过模锻和/或轧制来实现。在图5的实施例中，其为模锻。两个半模具M1和M2在空心处具有辐条粗坯40的形状，并且压力F1被施加以相对冲压M1和M2模具。

在第一成型步骤E1的过程中，中央部件5的临时横截面S0大致为椭圆形，并且其尺寸A0和B0大于最终尺寸A和B，由图3可见。因此，临时后缘510和前缘520，在第一成型步骤的过程中，比最终辐条4的缘51和52的尖细程度更弱。同样地，辐条粗坯40的侧面530和540的曲率半径稍小于最终辐条4的侧面53和54的曲率半径。临时横截面S0的面积小于最终横截面S的面积。

在第二成型步骤E2中，在第一成型步骤E1之后，辐条4的最终横截面S的最终几何形状通过切削材料的方法获得，例如通过外部拉削。为此，使用中空的且围绕辐条4的拉刀(broche)B。所述拉削包括将辐条4相对于固定工具平行移动，在使用销钉B的情况下。结果形成了屑9。

中央部件5的横截面S具有一个圆形区域Z，以平面P1和P2的痕迹的交叉点为中心，其尺寸足够允许辐条4的管嘴6和7通过。这允许在第二成型步骤中辐条4连续通过所述拉刀。因此，能够连续进行拉削，以大约100m/min的速度。

作为变形方案，第二步骤E2可以通过磨削或铣削的方法实施。在磨削的情况下，成型工具为转轮(tournant)。

第二成型步骤E2能使辐条4的缘51和52变薄变尖，以使它们更锋利，即尖细。

在第二成型步骤过程中，辐条4的中央部件5具有最终几何形状。

在根据本发明的辐条的制造方法的一个可选的实施方案中，截面最终的形状是通过第二塑性变形步骤获得的。

在一个加工步骤中，辐条1的端部被加工以获得辐条7的管嘴6和7的几何形状，即，以获得允许将管嘴6和7紧固至轮圈3和车轮1的花鼓2上的几何形状。加工步骤例如在两个成型步骤E1和E2之后通过机加工或锻造实施。

在成型步骤之前或之后发生的切开步骤中，丝8被切断以形成多个段，每段对应一根辐条。

在辐条的中央部件5的截面恒定的情况下，横截面S的有效面积“a”可以简单地由中央部件的重量“m”和长度、以及使用材料的体积重量“ρ”计算。在实践中，切掉长度为“L”的中央部件的一部分，例如100mm或150mm。面积“a”因此通过下式给出：

a＝m/(ρ×L)

在所描述的实施例中，辐条4的中央部件5的横截面S的几何形状在管嘴6和7之间、沿整个中央部件5为恒定的。所述中央部件的横截面S的最大长度A为3.5mm并且垂直于该长度A测量的最大宽度B为0.86mm。中央部件5的长度为150mm的一段的质量“m”为2.587g。所述辐条由钢制成，其体积质量“ρ”为7.85g/cm³，所述中央部件的面积“a”为2.197mm²，这对应于A乘以B的乘积的73％，即3.01mm²。

在未示出的变形方案中，所述横截面在管嘴6和7之间的长度上可以变化，同时依然保持在本发明的框架中，即具有小于所述横截面的长度乘以宽度的乘积的78％的面积。

本发明不局限于所描述的任何一个实施方案而是保护所有等效构造，尤其是权利要求覆盖的所有构造。

Claims (17)

1.用于自行车车轮（1）的金属辐条（4），包括位于两个固定管嘴（6，7）之间的中央部件（5），所述中央部件（5）的横截面（S）具有大致为椭圆的形状，其最大长度（A）在所述辐条（4）的后缘（51）和前缘（52）之间的第一平面（P1）中测量并且严格大于所述中央部件（5）的横截面（S）的最大宽度（B），所述最大宽度（B）在与所述第一平面（P1）垂直的第二平面（P2）中测量，其特征在于所述中央部件的横截面具有的面积小于长度A乘以宽度B的乘积的78%，其中所述金属辐条的所述前缘和所述后缘具有尖细形状。

2.根据权利要求1所述的辐条（4），其特征在于所述中央部件（5）的横截面（S）的中间宽度（L1，L2）平行于所述第二平面（P2）并且在相对于第二平面（P2）平行且位于后缘（51）或前缘（52）一侧的中间平面（P4，P5）中测量，为等于0.5 mm，并且还在于分别在后缘（51）或前缘（52）和所述中间平面（P4，P5）之间测量的距离（D1，D2）大于或等于所述横截面（S）的最大长度（A）的7%。

3.根据权利要求2所述的辐条（4），其特征在于所述距离（D1，D2）大于或等于所述横截面（S）的最大长度（A）的10%。

4. 根据上述权利要求中任一项所述的辐条（4），其特征在于所述辐条（4）的中央部件（5）的横截面的最大宽度（B）小于1.5 mm。

5.根据权利要求1或2所述的辐条（4），其特征在于以最大宽度（B）作分母、以最大长度（A）作分子的比值大于或等于3。

6. 根据权利要求1或2所述的辐条（4），其特征在于构成所述辐条（4）的金属材料的杨氏模量大于100 GPa。

7. 根据权利要求1或2所述的辐条（4），其特征在于构成所述辐条（4）的金属材料的抗拉强度大于800 Mpa。

8.根据权利要求1或2所述的辐条（4），其特征在于构成所述辐条（4）的金属材料的密度大于4。

9.根据权利要求1或2所述的辐条（4），其特征在于所述中央部件（5）的长度（L5）大于或等于所述辐条的整个长度（L4）的60%。

10. 根据上述权利要求1-3中任一项所述的辐条（4），其特征在于所述辐条（4）的中央部件（5）的横截面的最大宽度（B）小于1.2 mm。

11. 根据上述权利要求1-3中任一项所述的辐条（4），其特征在于所述辐条（4）的中央部件（5）的横截面的最大宽度（B）小于1 mm。

12.根据权利要求1或2所述的辐条（4），其特征在于以最大宽度（B）作分母、以最大长度（A）作分子的比值大于或等于4。

13.根据权利要求1或2所述的辐条（4），其特征在于构成所述辐条（4）的金属材料的密度大于7。

14.制造根据上述权利要求中任一项所述的辐条（4）的方法，其特征在于所述方法包括一个第一步骤以及一个第二步骤，其中：

- 在该第一步骤中，由金属丝（8）通过塑性变形的方法（E1）制备横截面（S0）大致为椭圆形的辐条粗坯（40），在该第二步骤中，所述辐条（4）的中央部件（5）的横截面（S）的最终几何形状通过切削材料的方法（E2）获得。

15.根据权利要求14所述的方法，其特征在于所述塑性变形的方法（E1）为模锻和/或轧制。

16.根据权利要求14所述的方法，其特征在于所述切削材料的方法（E2）为外部拉削。

17.根据权利要求14所述的方法，其特征在于其包括一个第二步骤在该步骤中所述辐条粗坯经历第二塑料变形步骤。