CN1115293A - 两轮车辆的后悬架 - Google Patents

Abstract

用于两轮车辆的后轮悬架，包括一对弯曲的弹性悬架撑杆，它们与一对轮或链撑杆配合形成支承后轮的后三角形和用于从后轮吸收振动和冲击的悬架。弯曲的悬架撑杆弹性弯曲以吸收在骑车过程中后轮产生的冲击和振动。悬架撑杆可枢轴转动地与主框架和轮撑杆相连以便自由弯曲。轮撑杆在悬架撑杆连接点之下的一点可枢轴转动地连接到主框架上。悬架撑杆形成为椭圆形管状件以在垂直平面内弯曲而不会水平弯曲或扭转，从而使框架具有稳定性。

Description

两轮车辆的后悬架

本发明涉及两轮车辆的框架，特别是两轮车辆的后悬架，其中框架部件配合作为悬架部件。

在摩托车中，长期以来已使用了各种用于前轮和后轮的悬架设计以减弱路面冲击，提高骑车者的舒适性和耐久性，以及改善对车辆的控制。越野自行车赛和娱乐性骑车的兴起导致近年来对自行车的前后轮悬架系统进行了很多设计工作。尽管这些设计主要针对越野自行车，例如山地车，但这些悬架系统亦可用于公路自行车。

最近，在自行车悬架设计中，将摩托车悬架系统的部件加以改进用于自行车框架中。公共设计部件包括使用液压、盘簧或弹性材料减振器的伸缩式前叉组件，以及用于后轮的液压和盘簧系统。一种典型的后轮自行车悬架使用链条撑杆作为枢轴支承件并提供与座撑杆相连的冲击吸收柱体。

在自行车中使用摩托车悬架部件增加了框架的重量。在自行车特别是赛车设计中保持重量最小是非常重要的，这是因为当爬坡和使自行车加速时任何重量都需要克服。此外，已知的悬架设计复杂、增加了昂贵的部件并需要维护。

本发明提供了一种用于两轮车辆的框架，它包括一个主框架，该框架具有至少一个上管，一个与上管相连并向下延伸的座管，和一个与座管的底部相连的底部托架。顶管大致沿垂直方向安装在上管的前端，而下管与顶管和底部托架相连。在底部托架的后侧安装有一对大致在水平面内向后延伸的轮撑杆，它们相对于主框架可枢轴转动，并横向相距足够的距离以在其间设置轮子的一部分。轮撑杆包括一个具有轮安装装置的后部。一对具有前端和后端的悬架撑杆的前端可枢轴转动地安装在上管和座管中的一个上，其后端与轮撑杆枢轴相连。悬架撑杆最好可枢轴转动地安装到轮安装装置上。各悬架撑杆在垂直平面内从前端向后端弯曲，从而悬架撑杆在垂直平面内弹性地可弯曲。

本发明提供了一种自行车框架，其中后框架作为悬架，而取消了现有技术中通常的弹簧，液压或气压冲击吸收器以及相关的连接件和硬件。根据本发明，后框架件，座撑杆成形和安装成可弹性弯曲以作为悬架。根据本发明，悬架撑杆的挠曲量作为悬架撑杆的长度、曲率和形状的函数，这一点下面将进一步描述。

根据本发明，一对座或悬架撑杆形成有曲率并可枢轴转动地固定到主框架上，从而各撑杆的弯曲位于一垂直平面内。各撑杆的后端可枢轴转动地固定到一链条、或轮、撑杆上。悬架撑杆在垂直平面内可弹性弯曲以通过允许后轮相对于框架移动而吸收后轮在骑载条件下所遇到的冲击或振动。弯曲量以及后轮移动量根据框架的特定用途而选择，例如对于越野自行车应选择比公路自行车大的弯曲度以适应较粗糙的越野骑车表面。

本发明的轮撑杆或链撑杆在悬架撑杆之下的一点可枢轴转动地固定到主框架上，并通常靠近底部托架。轮撑杆的后端包括轮安装装置。

根据本发明，悬架撑杆的长度和连接位置由所需的弹性弯曲量决定。悬架撑杆固定到主框架的上管和座管之一上。对于越野自行车框架，悬架撑杆相对较长并，例如，可固定到座管之前的上管上，这样就可产生相对较大的弹性以获得较大程度的弯曲，从而允许更大的后轮移动。在公路自行车中，由于不需要很大的后轮冲击吸收，悬架撑杆相对较短并可固定到座管上，从而使悬架撑杆刚度相对较大而弹性相对较小。

根据本发明的一个最佳实施例，悬架撑杆包括管状件。在本发明的一个特别最佳实施例中，管件的横截面为椭圆形并固定到框架上，以使横截面的短径位于弯曲的垂直平面内。这种设置允许良好的垂直弯曲而防止横向弯曲，因而保持所需的框架刚度。也可选择悬架撑杆的特定椭圆形形状以提供所需的挠性。此外，可通过选择椭圆形形状以控制悬架管的反弹特性。通常，长径和短径的较大的比值使悬架管具有较大的挠性。悬架撑杆也可以为实心杆形件。

根据另一方面，悬架撑杆由桥连接在一起以提高横向和扭转稳定性。桥最好形成为矩形管并在座管之后的一点固定到悬架撑杆上。

根据本发明的再一方面，管状悬架撑杆内可注入泡沫以吸收振动并减弱撑杆在弯曲之后的反弹性，从而提高对自行车的控制。

根据本发明的一个最佳实施例，悬架管的弯曲为向上凹。弯曲方向也可为向下凹。

悬架撑杆可由任何适当的弹性可弯曲材料形成，并且在一个最佳实施例中由钛形成。当然也可以使用合金钢、铝合金和复合材料。

通过下面参照附图的说明将更好地理解本发明，其中相应的零件使用相同的标号。附图中：

图1为根据本发明的自行车框架的侧视图；

图2为图1中自行车框架的部分俯视图，示出悬架撑杆；

图3为悬架撑杆的横截面图；

图4为悬架撑杆另一个实施例的横截面图；

图5为图1所示的自行车框架的另一个实施例；

图6为图1所示的自行车框架的另一个实施例；

图7为图1所示的自行车框架的另一个实施例；

图8为图1所示的自行车框架的再一个实施例；

图9为将悬架撑杆连接到图1所示自行车框架的上管上的枢轴支承装置的分解视图；

图10为将悬架撑杆连接到一个轮撑杆上的枢轴支承装置的分解视图；

图11为图1中所示框架的放大的部分侧视图，示出将轮撑杆安装到主框架上的装置；

图12为图11中枢轴支承装置的分解俯视图。

图1为根据本发明的自行车框架10的侧视图。在下面的描述中使用自行车框架只是为了说明而不起限定作用。本发明可用于摩托车、机动自行车和其他两轮车辆。

图1中所示框架10包括一顶管20，一上管22，一座管24和一下管26，它们连接在一起构成主框架30，这和现有技术是一样的。底部托架32安装在下管26和座管24之间的连接处。底部托架32支撑一个踏板曲轴(图中未示出)。

根据本发明，后轮支承件成形并固定到框架10上以形成后悬架。参见图2，它示出框架的部分俯视图。如图所示，一对也称做链条撑杆的轮撑杆40通过枢轴支承装置42安装到底部托架32上的支承件44上。轮撑杆40从框架10在一大致水平的平面内向后延伸。在各轮撑杆40的后端为在现有技术中称为脱扣(drop—out)的轮安装装置46，48，其上安装着轮轴(图中未示出)。与现有技术一样，图1中示出的右手脱扣46包括用于安装后齿轮拨叉的装置49。

如图1所示的本发明的第一个实施例中，通过枢轴支承装置54将一对悬架撑杆50，52固定在上管22的位于座管24之前的位置上。或者，如下所述也可采用其它的几何结构。悬架撑杆50，52从框架10向后延伸并通过枢轴支承装置54安装到轮撑杆40上。在图中所示的实施例中，悬架撑杆50，52可枢轴转动地连接在到脱扣46，48上。或者也可将悬架撑杆50，52直接固定到轮撑杆40上。如图2所示，轮撑杆40和悬架撑杆50，52设置成在它们之间可接纳轮的一部分。

悬架撑杆50，52在垂直平面内向上弯曲。或者如图5所示，悬架撑杆50a，52a可向下凹。

悬架撑杆50，52和轮撑杆40配合而作为框架后轮悬架。当自行车驶过一表面并碰到该表面上的隆起、孔洞以及其它偏离物时，后轮在该偏离物上的冲击由撑杆50，52从其正常位置的弹性弯曲所吸收。用于悬架撑杆50，52的枢轴支承连接54，56和用于轮撑杆40的枢轴支承连接42有利于撑杆的弯曲。适当选择悬架撑杆50，52的曲率以使至少悬架撑杆的某些部分位于一个使撑杆在后轮上的力的作用下弯曲的方向。如下面将要进一步描述的那样，通过选择悬架撑杆50，52的长度、曲率和横截面形状可调节其挠度。

悬架撑杆50，52由能够弹性弯曲的材料制成。然而，这种材料必须具有足够的弹性和强度以防止其在反复弯曲过程中出现裂纹或断裂。悬架撑杆所需的挠性由特定的两轮车辆及其用途决定。在一个最佳实施例中，用钛这种兼具有良好的强度、韧性和弹性的材料来制造悬架撑杆。另外也可用合金钢、铝合金或者复合材料来制造悬架撑杆50，52。悬架撑杆50，52最好为薄壁管形。如图3中所示，悬架撑杆51具有圆形横截面，或最好如图4中所示具有椭圆形横截面。最好使椭圆形管53的短径M方向与弯曲的垂直平面一致地插入框架中(见图1)。这样使悬架撑杆在所需的垂直方向上具有良好的挠曲性，而不会在水平方向或横向产生不希望的弯曲。也可在如图4中所示的管53那样一种管形撑杆中填充泡沫填料58以吸收管中的震动并减弱悬架撑杆在弯曲后的反弹性。泡沫填料58可由任何合适的重量轻的弹性能量吸收泡沫材料构成，例如聚氨酯、橡胶乳液、或聚乙烯或乙烯基聚合物。或者，悬架撑杆可由具有适当弹性的材料制成为管状的圆形或椭圆形，或者是实心的圆形或椭圆形件。另外，悬架撑杆还可为具有矩形横截面的杆件。

如图2所示，一桥60连接悬架撑杆50，52。如图中所示，桥60在座管24之后固定到悬架撑杆50，52上。桥60也可在座管24之前固定到悬架撑杆50，52上。桥60作为使悬架撑杆之间的相对移动减至最小的稳定件，并减小偏心轮冲击传递到悬架撑杆上的扭矩。桥还确保两根悬架撑杆作为一个整体而动作。在本发明的最佳实施例中，桥形成为横截面为矩形的管，最好使横截面为正方形的管。在矩形管的情形下，弯曲应力集中在各表面上。桥60的位置应尽量使其表面不会产生不希望的弯曲。另外，桥60也可具有圆形或椭圆形横截面。

悬架撑杆50，52的曲率使其具有一弹性比(spring ratio)以在作用于其后轮上的一定力的作用下从静止位置挠曲或弯曲预定的量。可改变曲率以调节弹性比或使曲率恒定。更大的弧度或更深的曲度使悬架撑杆具有相对较大的挠性。较平的弧度使悬梁撑杆具有相对较大的刚度。除了曲率之外，悬架撑杆50，52的长度亦对其弹性比有影响，长的撑杆比短的撑杆具有更大的挠性。此外，悬架撑杆50，52的直径及其构成的材料也对其挠性有影响。

选择悬架撑杆50，52的横截面形状可提供挠曲特性。如图4所示的椭圆形管在小直径M方向具有比圆形管更大的挠性。挠性随着大直径和小直径比的增加(即管更扁平)而增加。此外，所选横截面形状影响悬架撑杆50，52从弯曲力的回复比，较扁平的椭圆形具有较长的回复时间。

根据框架的类型和用途选择悬架撑杆50，52的挠性及后轮响应骑行表面冲击的偏转。例如，对于不在路上行驶的车辆的框架，可使其具有较大的挠性，例如可使其后轮移动的弯曲范围为3—5英寸。另一方面，在路上行驶的自行车需要吸收的冲击较小，因而其悬架管可具有较小的挠性，其后轮移动的弯曲范围为0.5—1英寸。

上面的弯曲范围仅为举例而言。悬架撑杆的内置挠曲量可以较大，但必须考虑其它实际因素的影响，例如反弹性对自行车的控制的影响。另一个对挠性的实际限制是后轮的移动范围。如图1所示，后轮的向上移动也使后轮更靠近座管。必须限制后轮的移动以避免轮子和座管之间的接触。此外，在现有技术中已知，悬架的过大的挠性或柔软性消耗了骑车者施加在踏板曲轴上的动力。过大的挠性也使自行车不易控制。

前悬架撑杆枢轴支承54的位置影响自行车框架10的前后动力平衡。从悬架撑杆54传递至框架10的弯曲反作用力根据前枢轴支承54的位置相对于框架10的重心导向。例如，使枢轴支承54的位于座管24之前较远位置通常由于悬架撑杆50，52的弯曲而导致框架10的较大的相对移动。因而，可用枢轴支承点54的位置以及悬架撑杆的长度、曲率和形状来调节框架的悬架性能。

图6—8示出框架几何结构的另一些实施例。如图6所示，悬架撑杆50，52可连接到座管24的上端部，这在现有技术中是一个通常的位置。图7示出悬架撑杆50，52连接到上管23的向座管24后延伸的部分上。图8示出悬架撑杆50，52在上管22的高度之下连接到座管24上。

上述这些框架结构而更适用于公路自行车或摩托车。例如，图6或图8所示的较短的悬架撑杆50b，52b或50d，52d由于其较大的刚性更适于自行车框架。当需要较长的框架时，可使用图7所示的结构，即悬架撑杆50c，52c固定在上管22的延伸部上。如上所述，枢轴支承54的位置亦可以调节框架的动力平衡。图6、7和8所示的框架中，枢轴支承点54的位置比图1所示框架的位置更靠后，因而改变了框架在悬架撑杆弯曲后反弹时的惯性。

下面参照图9至12说明悬架撑杆和轮撑杆枢轴支承54，56和42的最佳实施例。

图9为前悬架撑杆枢轴支承54的分解视图，图中部分示出悬架撑杆52。支枢54包括一个通过焊接或其它适当的方法连接到前安装点上的安装轴套70，前安装点位于图1和图2所示的上管22或座管24上。安装轴套70为一带内螺纹的管状件。安装套筒72包括一个连接到虚悬架撑杆52上的锥形体74。将锥形体74插入悬架撑杆52，从而使撑杆抵靠着突沿76，并可用焊接或其它适当的方法连接。以这样一种方式通过螺栓80将安装套筒72固定到安装轴套70上，以允许安装套筒相对于安装轴套枢轴转动。如图中所示，止推轴承71安装在安装套筒72和安装轴套70之间，而垫圈78安装在螺栓80和安装套筒72之间。对于框架另一侧的悬架撑杆50，也提供相同的安装套筒、锥形体和螺栓的组件。

图10为悬架撑杆50，52的后枢轴支承56的平面图。通过将枢轴支承眼状物85插入悬架管使该管抵靠住突沿86而将眼状物连接到悬架撑杆50，52的端部。可用一螺栓(图中未示)穿过枢轴支承眼状物中的埋头孔88而将枢轴支承眼状物固定到如图1所示的脱扣46中的安装孔58中。

图11为图1中所示框架10的邻近底部托架32的部分的侧视图。图中示出安装到轮撑杆40上的轮撑杆枢轴支承装置42和将枢轴支承装置42支承到主框架上的支承装置44。图12为图11所示枢轴支承装置42和支承装置44的俯视图。为清楚起见，将座管24和下管26从底部托架32上取下，并且将支枢装置42从支承装置44上取下而分解地示出。

支承装置44包括一对安装到底部托架32上并大致水平地向后延伸的安装支架。托架44具有一个由螺栓92调节的安装孔90。枢轴支承装置42包括一个用合适的方法，例如焊接固定到轮撑杆40的前端的壳体94。壳体94包括一个内螺纹部分96。在壳体94的相对端安装着可转动的轴承100。将压配合轴承98压入壳体中用以支承可转动的轴承100。轴承100具有固定到壳体94的螺纹部分96上的螺纹轴102。轴承100的头部104可相对于轴102转动。枢轴支承装置42位于支架44之间，相对轴承100的头部104支承于相对的安装孔90中。拧紧螺栓92以将头部104固定到托架44上。这样，壳体94和轮撑杆40就可相对于支架44和底部托架32自由地转动。

上面描述了本发明的最佳实施例及操作方式。然而，本发明并不限于上述的特定的实施例。相反，上面的实施例只起描述作用而不起限定作用。在所附权利要求书的范围内可对本发明做出各种变型、改变和替换。

Claims (26)

1.用于两轮车辆的框架，包括：

一顶管，它具有一上部和一下部；

一上管，它具有一前端和一后端；

一下管，它具有一前端和一后端，下管前端与顶管的下部相连；

一座管，它具有一顶端和一底端，上管的后端靠近座管的顶端而连接带到其上；

一底部托架，它与座管的底端和下管的后端相连；

一对轮撑杆，它们可枢轴转动地连接到底部托架的后侧并在一水平面内延伸，轮撑杆之间限定出一空间，轮撑杆的后端包括轮安装装置；

一对具有前端和后端的弹性悬架撑杆，前端可枢轴转动地连接到上管和座管之一上，而后端可枢轴转动地连接在轮撑杆的后端，各悬架撑杆在垂直平面中从所述前端至后端弯曲。

2.用于两轮车辆的后轮悬架，包括：

一对细长的弯曲件，各件具有一前端和一后端，各前端可连接到两轮车辆的主框架上以垂直枢轴移动，该件的弯曲位于大致垂直的平面内，该件可响应在骑行过程中后轮所遇载荷而在弯曲平面内弹性弯曲；和

一对轮撑杆，各撑杆具有一前端和一后端，前端可枢轴转动地连接到两轮车辆的主框架上以垂直枢轴移动，各撑杆的后端可枢轴转动地连接到细长件之一的后端以相对枢轴移动，

轮撑杆和悬架撑杆配合以吸收后轮的能量并使所述能量向主框架的传递最小。

3.如权利要求2所述的悬架，其特征在于弯曲件为管状件。

4.如权利要求3所述的悬架，其特征在于管状件具有椭圆形的横截面，该横截面的短径位于弯曲的垂直平面内。

5.如权利要求2所述的悬架，其特征在于管状件具有圆形横截面。

6.如权利要求3所述的悬架，其特征在于管状件内部具有泡沫充填物，用以吸收振动和冲击能量。

7.如权利要求2所述的悬架，其特征在于弯曲件为圆形横截面的实心杆状件。

8.如权利要求2所述的悬架，其特征在于弯曲件由钛形成。

9.用于两轮车辆的框架，包括：

一主框架，它具有至少一个上管，一个与上管相连且向下延伸的座管，和一个与座管的底部连接的底部托架；

一对轮撑杆，它们与底部托架的后侧相连并在一水平面中向后延伸，轮撑杆可相对于主框架枢轴转动，轮撑杆之间横向相距足够的距离以在其间设置轮的一部分，轮撑杆的后部分包括轮安装装置；

一对悬架撑杆，它们具有前端和后端，前端可枢轴转动地连接到上管和座管之一上，而后端可枢轴转动地连接到轮撑杆上，各悬架撑杆从所述前端至后端在一个垂直平面内弯曲，悬架撑杆在该垂直平面内可弹性弯曲。

10.如权利要求8所述的框架，其特征在于悬架撑杆包括杆状件。

11.如权利要求9所述的框架，其特征在于悬架撑杆还包括位于杆状件内部的泡沫充填物，用以吸收振动和冲击能量。

12.如权利要求8所述的框架，其特征在于悬架撑杆包括具有椭圆形横截面的杆状件，该横截面的短径位于撑杆弯曲的垂直平面内。

13.如权利要求8所述的框架，其特征在于悬架撑杆包括圆形横截面的管状件。

14.如权利要求8所述的框架，其特征在于悬架撑杆包括圆形横截面的实心杆状件。

15.如权利要求8所述的框架，其特征在于悬架撑杆包括矩形件。

16.如权利要求8所述的框架，其特征在于悬架撑杆的弯曲为向上凹。

17.如权利要求8所述的框架，其特征在于悬架撑杆的弯曲为向下凹。

18.如权利要求8所述的框架，其特征在于悬架撑杆的前端在座管之前与上管相连。

19.如权利要求8所述的框架，其特征在于悬架撑杆的前端在上管之下与座管相连。

20.如权利要求8所述的框架，其特征在于上管在座管之后延伸，并且悬架撑杆的前端在座管之后与上管相连。

21.如权利要求8所述的框架，其特征在于悬架撑杆的后端可枢轴转动地连接到轮撑杆的后端。

22.如权利要求8所述的框架，其特征在于轮撑杆可枢轴转动地连接在底部托架的后部。

23.如权利要求8所述的框架，其特征在于还包括横向地位于悬架撑杆之间并与各撑杆相连的桥管。

24.如权利要求18所述的框架，其特征在于桥管具有矩形横截面。

25.如权利要求18所述的框架，其特征在于桥管具有圆形横截面。

26.如权利要求8所述的框架，其特征在于至少悬架管是由钛形成的。

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