CN206552167U - 高挠度三曲率截面的自行车的舒适座杆 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种三曲率截面的自行车座杆(Seat post)，该座杆可经组配于一自行车架的座管(Seat tube)总成，以减低源于自行车车轮并传输至该自行车骑乘者的震动，该座杆包括：一第一杆壁，其具有第一曲率半径为R1的圆弧，该圆弧长小于πR1；一第二杆壁，该第二杆壁具有第二曲率半径R2，R2>R1；一第三曲率半径R3，由第二杆壁的两端部分分别连接至该第一杆壁的两端部分所定义，借此形成一非正圆形管体的座杆，利用正向弯曲惯性矩(Inertia moment)较小而侧向弯曲惯性矩较大的几何特性，使骑乘者前后受力弯曲时，该座杆有较大的挠度(Flexibility)，以减弱震动并使乘骑者感觉柔顺而舒适。

Description

高挠度三曲率截面的自行车的舒适座杆

技术领域

本实用新型关于自行车，特别是指一种高挠度的自行车座杆，该座杆经组态结合在车架的座管以减小传输至该自行车骑士的震动，达到乘骑舒适的目的。

背景技术

高性能自行车的设计除了考虑轻量化及空气阻力等要素外，避震及骑乘的舒适性也被认为是极重要的性能诉求。道路的巅簸及长程的乘骑往往使骑者感觉不舒服及易疲累；尤以骑乘登山车(Mountain Bike)于山坡地形时震动冲击由轮圈(Wheel)、车架(Frame)经座杆(Seat Post)传到座垫(Saddle)，造成骑者胯部非常不舒服。

虽然，在高性能自行车的材料选用上已采用震动衰减性(Vibration Damping)较钢或铝金属好的碳纤维复合材料(Carbon Fiber Reinforced Plastics，CFRP)，但仍然无法达到舒适的要求，震动仍然可能会通过由CFRP制成的车架及座杆而传至骑者，产生不舒适感。因此如何改良这些组件，尤以座杆的构形，成为各品牌追求的目标。于此，在一改良实用新型中例如US Patent No.9，039，024B1，公开了底座垫及车架座管之间的座杆截面，非一般全圆管曲率半径的设计，意图改变座杆弧型曲率(Curvature)来进一步增加减震，该前述实用新型自行车座杆(Seat post)的形状分为两个部分，如图1，第一部分为曲率半径r₁的圆弧(Arc)，此圆弧的长度(Arc length)为大于或等于πr₁(半圆周)，并且小于2πr₁(全圆周)；第二部分连接于第一部分，曲率半径为r₂，且r₂>r₁。该座杆的问题是第二部分r₂弧长并无背衬与座管(Seat tube)相接触(Contact)，此可参考其图所示，骑乘者前后摆动无足够的反作用力支持，相对是不稳定的；在骑乘方向动作时，向后摆动只有2倍αr₁的弧长与座管相接触，此段弧长相对半圆周(πr₁)小很多，所有骑乘者的重量都施力于此区域(理论上为2αr₁左右共有的区域)，造成此区域的应力(Stress)变高很多，座杆容易变形损坏(Failure)。在实际使用时，若座杆采用碳纤维复合材料(CFRP)，此种设计更由于CFRP材料的应力集中系数较金属铝更高，上述座杆接触座管作用力的接触面更容易损坏，在实际应用上并无务实的效果。

实用新型内容

基于上述，发明人提供一种高挠度三曲率截面的自行车的舒适座杆，所述座杆向上的一端连接一自行车的一座垫，该座杆向下的另一端连接至该自行车的车架，利用自行车骑乘行进方向正向弯曲惯性矩(Inertia moment)较小而侧向弯曲惯性矩较大的几何特性，使骑乘者前后受力弯曲时座杆有较大的挠度(Flexibility)，而侧向转弯时，座杆仍保有近乎圆管的弯曲刚性，不影响转弯时的能量效率。

本实用新型提供一种三曲率截面的自行车的座杆，包括：一第一杆壁，该第一杆壁具有第一曲率半径为R1的圆弧，此圆弧长小于πR1，所述第一杆壁设于朝向一自行车的前端(Forward)方向；一第二杆壁，该第二杆壁具有第二曲率半径R2，该R2大于R1，该第二杆壁设于朝向该自行车后端(Rearward)的方向；一第三曲率半径R3，由该第二杆壁的两端部分分别连接至该第一杆壁两端部分所定义，该R3<R1；该自行车行进一地面上，本实用新型的座杆经上述配置以减低源自该自行车车轮承受地面撞击反馈并传输至该自行车骑乘者的震动，相较于现有车架的座杆，骑乘者感觉到本实用新型座杆的柔软性及骑乘的舒适感。

该座杆或所连接的车架及其座管等可经建构为在一树脂基材(Matrix)中的多层碳纤维(Carbom fiber)材料的复合物(Composite)，例如碳纤维预浸料(Prepreg)所积叠而成。本实用新型也可选用其他适合材料及/或构造方法，如该发明本领域技术人员能了解并实施的。

本实用新型以下一些实施例，其中R2>R1(或R3<R1<R2)，其中，该R1的弧长小于πR1。

本实用新型一实施例，座杆结合在一车架上，该座杆为车架座管的延伸。

本实用新型一实施例，座杆结合在一车架的圆形座管的空间内(相对于R2的圆弧部分)，以垫片(Shim)支撑(Back-up)，提高骑乘时的稳定性及安全性。

本实用新型一实施例，或不用垫片而更改座管的形状，使座管的截面内形配合座杆的三曲率设计，以结合三曲率的座杆。

本实用新型此种设计可依骑乘者的要求而设计R1、R2、R3，可设计在正向惯性矩变小，受力时有较大的变形量，可吸收较大的振动，使骑乘者感觉舒服(Comfortable)，其中，R1和R2圆弧之间距离D为一配合舒服性可调整的参数，此参数可用R3的弧长予以调整。此D值并须与材料强度做相互调整设计，否则太”软”的座杆并不能承受骑乘者的重量而破坏。依目前CFRP自行车座管的直径来设计，此D值为本发明通过实验得到，该值约介于25±5mm，在一测试例中较佳的介于25±3mm(成人车)，更佳的为25mm。

附图说明

图1为现有座杆的截面图；

图2为本实用新型的座杆结合车架及车座的立体图；

图3为本实用新型的座杆的立体图；

图4为图3座杆沿着剖面A-A的三曲率截面示意图；

图5为本实用新型座杆、垫片及车架的圆形座管分解立体图；

图6为图5座杆利用垫片背衬结合在车架圆形座管内固定的立体图；

图7为本实用新型座杆结合一具有相同三曲率截面的车架座管立体图。

附图标记说明

1 座杆

11 第一杆壁

13 第二杆壁

15 垫片

3 座垫

5 车架

51 上管

53 下管

54 头管

55 座管

550 圆形开口

551 三曲率截面开口

57 后上叉

59 后下叉

R1 第一曲率半径

R2 第二曲率半径

R3 第三曲率半径

IM 正向弯曲惯性矩

D R1和R2圆弧之间距离

具体实施方式

本实用新型的特征、状态及优点参考一较佳实施例的附图而描述，这些较佳实施例意欲说明而非限制本实用新型。

请参考图3、图4，利用高韧性环氧树脂为基材的碳纤维CFRP，并可设计不同的叠层铺排，达到重量轻且可依骑乘者的要求制造不同柔软度，且不会破裂的座杆，在沿着一垂直于座杆纵轴取得的截面图(图4)中显示了一座杆1，该座杆1具有第一曲率R1、第二曲率R2、第三曲率R3，R3<R1<R2。如图所示，该座杆1为一薄壁中空结构，以减轻重量，利用自行车骑乘行进方向正向弯曲惯性矩IM(Inertia Moment)较小而侧向弯曲惯性矩较大的几何特性，使骑乘者前后受力弯曲时，座杆1具有较大的挠度(Flexibility)，而侧向转弯时，座杆1仍保有近似圆管的弯曲刚性，不影响转弯时的能量效率，该座杆1和车架5的座管55总成可经组态以改善骑士的舒适性及该自行车架5的垂直柔顺性。

请参阅图2、图3、图4，本实用新型提供一种三曲率截面的自行车的座杆1，包括：一第一杆壁11，该第一杆壁11具有第一曲率半径为R1的圆弧，该圆弧长小于πR₁，所述第一杆壁11设于朝向一自行车的前端方向；一第二杆壁13，该第二杆壁13具有第二曲率半径R2，该R2大于R1，该第二杆壁13设于朝向该自行车后端(Rearward)的方向；一第三曲率半径R3，由该第二杆壁13的两端部分分别连接至该第一杆壁11两端部分所定义，该R3<R1；所述座杆1向上的一端连接一自行车的一座垫3，该座杆1向下的另一端连接至该自行车车架5，该自行车行进一地面上，本实用新型的座杆1经上述配置以减低源自该自行车车轮承受地面撞击并传输至骑乘者的震动，相较于现有车架的座杆，骑乘者能体会到座杆1的柔顺性及骑乘的舒适感。

在实施例中，该第一杆壁11的第一曲率半径R1和第二杆壁13的第二曲率半径R2圆弧之间距离为D值，该D值为用以配合舒适性可调整的参数，该参数可用第二曲率半径R3的弧长予以调整，此D值须与材料强度做相互调整设计，否则太“软”的座杆并不能承受骑乘者的重量而被破坏。该R3弧长调整趋小，该D值也变小，其惯性矩变小，该座杆1更趋柔软；反之，第三曲率半径R3的弧长予以调整趋大，该D值也变大，其惯性矩变大，该座杆1更趋硬挺。

依目前自行车CFRP座管55的直径来设计，此D值为本实用新型通过实验得到，该D值介于25±5mm；其中，该D值较佳的介于25±3mm(成人车)；该D值更佳的为25mm。

请参阅图2，为本实用新型一实施例，其中，该座杆1还结合一自行车，该自行车包括一座垫3、一车架5，该座杆1向上的一端结合该座垫3，该座杆1向下的另一端结合该车架5。

前述实施例，该座管55也可采用相同于该三曲率截面的座杆1的形状，也就是该座杆1同时包括该座管55的功能，其中，该车架5还包括一上管51、一下管53、一头管54、一后上叉57、一后下叉59，该上管51及该下管53朝向自行车前侧的一端与头管54相连接，该后上叉57在自行车后侧方向的一端结合该后下叉59的一端，该座杆1向下的另一端分别结合该下管53另一端及该后下叉59的另一端，该座杆1向上的一侧分别连接该后上叉57的另一端及该上管51的另一端。

请参阅图5、图6，为本实用新型一实施例，其中，该三曲率截面的自行车的座杆1，包括：一第一杆壁11，该第一杆壁11具有第一曲率半径为R1的圆弧，该圆弧长小于πR₁，所述第一杆壁11设于朝向一自行车的前端方向；一第二杆壁13，该第二杆壁13具有第二曲率半径R2，该R2大于R1，该第二杆壁13设于朝向该自行车后端的方向；一第三曲率半径R3，由该第二杆壁13的两端部分分别连接至该第一杆壁11两端部分所定义，该R3<R1；其中，该座杆1还结合一垫片15，该车架5还包括一上管51、一下管53、一头管54、一座管55、一后上叉57、一后下叉59，该上管51及该下管53朝向自行车前侧的一端与头管54相连接，该后上叉57向自行车后侧方向的一端结合该后下叉59的一端，该座管55为一圆形中通管体，该座管55朝上的自由端具有一圆形开口550，该座杆1向下的另一端由该圆形开口550穿设在该座管55的内部，该垫片15背衬在该座杆1后侧和该座管55内侧，该座管55向下的底端两侧分别结合该下管53另一端及该后下叉59的另一端，该座管55向上的一侧分别连接该后上叉57的另一端及该上管51的另一端。

座杆1与座管55的空间(相对于R2的圆弧部分)以垫片15(Shim)支撑，提高骑乘时的稳定性及安全性。

请参阅图7，为本实用新型一实施例，该座杆1或不用垫片15而更改座管55的形状，使座管55的截面内形配合该座杆1的三曲率设计，该三曲率截面的自行车的座杆1，包括：一第一杆壁11，该第一杆壁11具有第一曲率半径为R1的圆弧，该圆弧长小于πR1，所述第一杆壁11设于朝向一自行车的前端方向；一第二杆壁13，该第二杆壁13具有第二曲率半径R2，该R2大于R1，该第二杆壁13设于朝向该自行车后端的方向；一第三曲率半径R3，由该第二杆壁13的两端部分分别连接至该第一杆壁11两端部分所定义，该R3<R1；其中，该车架5还包括一上管51、一下管53、一头管54、一座管55、一后上叉57、一后下叉59，该上管51及该下管53朝向自行车前侧的一端与头管54相连接，该后上叉57向自行车后侧方向的一端结合该后下叉59的一端，该座管55的截面形状和该座杆1的一三曲率截面相同，该座管55的内径稍大于该座杆1的外径，该座管55朝上的自由端具有一三曲率截面开口551，该座杆1向下的一端由该三曲率截面开口551穿设至该座管55的内侧，该座杆1和该座管55并形成紧配合的结合，该座管55向下的底端两侧分别结合该下管53另一端及该后下叉59的另一端，该座管55向上的一侧分别连接该后上叉57的另一端及该上管51的另一端。

以上为本实用新型所举的实施例，仅为便于说明而设，当不能以此限制本实用新型的专利保护范围，即大凡根据所述权利要求书所作的各种变换设计，例如不同车架形状的设计等均应包含在本实用新型的专利范围中。

Claims (14)

1.一种三曲率截面的自行车的座杆，其特征在于，包括：

一第一杆壁，该第一杆壁具有第一曲率半径为R1的圆弧，该圆弧长小于πR1，所述第一杆壁设于朝向一自行车的前端方向；

一第二杆壁，该第二杆壁具有第二曲率半径R2，该R2大于R1，该第二杆壁13设于朝向该自行车后端的方向；

一第三曲率半径R3，由该第二杆壁的两端部分分别连接至该第一杆壁11两端部分所定义，该R3<R1。

2.如权利要求1所述的三曲率截面的自行车的座杆，其特征在于，该第一杆壁的第一曲率半径R1和第二杆壁的第二曲率半径R2圆弧之间距离为D值，该D值介于25±5mm。

3.如权利要求2所述的三曲率截面的自行车的座杆，其特征在于，该D值介于25±3mm。

4.如权利要求3所述的三曲率截面的自行车的座杆，其特征在于，该D值为25mm。

5.如权利要求1所述的三曲率截面的自行车的座杆，其特征在于，该座杆还结合一自行车，该自行车包括一座垫、一车架，该座杆向上的一端结合该座垫，该座杆向下的另一端结合该车架，该车架还包括一座管。

6.如权利要求5所述的三曲率截面的自行车的座杆，其特征在于，该座管也能采用相同于该三曲率截面的座杆形状，也就是该座杆同时包括有该座管功能，其中，该车架还包括一上管、一下管、一头管、一后上叉、一后下叉，该上管及该下管在自行车前侧的一端结合在头管上，该后上叉在自行车后侧方向的一端结合该后下叉的一端，该座杆向下的另一端分别结合该下管的另一端及该后下叉的另一端，该座杆向上的一侧分别连接该座上叉的另一端及该上管的另一端。

7.一种三曲率截面的自行车的座杆，其特征在于，包括：

一第一杆壁，该第一杆壁具有第一曲率半径为R1的圆弧，该圆弧长小于πR1，所述第一杆壁设于朝向一自行车的前端方向；

一第二杆壁，该第二杆壁具有第二曲率半径R2，该R2大于R1，该第二杆壁设于朝向该自行车后端的方向；

一第三曲率半径R3，由该第二杆壁13的两端部分分别连接至该第一杆壁两端部分所定义，该R3<R1；

其中，该座杆还结合一自行车，该自行车包括一座垫、一车架，该座杆向上的一端结合该座垫，该座杆向下的另一端结合该车架，该车架还包括一上管、一下管、一头管、一座管、一后上叉、一后下叉，该上管及该下管(53)朝向自行车前侧的一端与头管相连接，该后上叉向自行车后侧方向的一端结合该后下叉的一端，该座管为一圆形中通管体，该座管朝上的自由端具有一圆形开口，该座杆还结合一垫片，该座杆向下的另一端由该圆形开口穿设在该座管的内部，该垫片背衬在该座杆后侧和该座管内侧之间，该座管向下的底端两侧分别结合该下管另一端及该后下叉的另一端，该座管向上的一侧分别连接该后上叉的另一端及该上管的另一端。

8.如权利要求7所述的三曲率截面的自行车的座杆，其特征在于，该第一杆壁的第一曲率半径R1和第二杆壁的第二曲率半径R2圆弧之间距离为D值，该D值介于25±5mm。

9.如权利要求8所述的三曲率截面的自行车的座杆，其特征在于，该D值介于25±3mm。

10.如权利要求9所述的三曲率截面的自行车的座杆，其特征在于，该D值为25mm。

11.一种三曲率截面的自行车的座杆，其特征在于，包括：

一第一杆壁，该第一杆壁具有第一曲率半径为R1的圆弧，该圆弧长小于πR1，所述第一杆壁设于朝向一自行车的前端方向；

一第二杆壁，该第二杆壁具有第二曲率半径R2，该R2大于R1，该第二杆壁设于朝向该自行车后端的方向；

一第三曲率半径R3，由该第二杆壁的两端部分分别连接至该第一杆壁11两端部分所定义，该R3<R1；

其中，该座杆还结合一自行车，该自行车包括一座垫、一车架，该座杆向上的一端结合该座垫，该座杆向下的另一端结合该车架，该车架还包括一上管、一下管、一头管、一座管、一后上叉、一后下叉，该上管及该下管向自行车前侧的一端结合在该头管一端，该后上叉向自行车后侧方向的一端结合该后下叉的一端，该座管的截面形状和该座杆的一三曲率截面相同，该座管的内径稍大于该座杆的外径，该座管朝上的自由端具有一三曲率截面开口，该座杆向下的一端由该三曲率截面开口穿设至该座管的内侧，该座杆和该座管并形成紧配合的结合，该座管向下的底端两侧分别结合该下管另一端及该后下叉的另一端，该座管向上的一侧分别连接该后上叉的另一端及该上管的另一端。

12.如权利要求11所述的三曲率截面的自行车的座杆，其特征在于，该第一杆壁的第一曲率半径R1和第二杆壁的第二曲率半径R2圆弧之间距离为D值，该D值介于25±5mm。

13.如权利要求12所述的三曲率截面的自行车的座杆，其特征在于，该D值介于25±3mm。

14.如权利要求13所述的三曲率截面的自行车的座杆，其特征在于，该D值为25mm。