TW201636255A - 底部托架外殼總成及自行車 - Google Patents

底部托架外殼總成及自行車 Download PDF

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TW201636255A
TW201636255A TW105102734A TW105102734A TW201636255A TW 201636255 A TW201636255 A TW 201636255A TW 105102734 A TW105102734 A TW 105102734A TW 105102734 A TW105102734 A TW 105102734A TW 201636255 A TW201636255 A TW 201636255A
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bottom bracket
hub
bracket housing
housing assembly
side walls
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康納 斯沃索特
查克 泰希拉
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特製自行車配件有限公司
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Abstract

本發明揭示一種底部托架外殼總成，其包含左側壁及右側壁。該等左側壁及右側壁各包含一周邊輪緣及一橫向表面。該等橫向表面界定一大致圓形空隙。一軸承支撐件安置於該等左側壁及右側壁之該等空隙處。左第一軸轂及右第一軸轂在該橫向表面之一周邊處突出遠離該等左側壁及右側壁。該等第一軸轂包含經構形以連接至一第一管狀部件之軸轂末端。該等左側壁及右側壁在該周邊輪緣處接合以形成連續前表面及後表面。本發明最大化針對低模量框架材料之強度重量比。

Description

底部托架外殼總成及自行車
本發明大體上係關於自行車系統及框架總成。特定言之，本發明係關於用於一合金自行車框架之一底部托架外殼總成。
自行車框架傳統上包括複數個管，該複數個管包含一頭管、一上管、一下管、一座管、後下叉及後上叉。一底部托架外殼通常連接座管、下管及後下叉且接納一底部托架。底部托架接納用於旋轉運動之一傳動系統之一曲柄齒盤，其將由騎乘者在踏蹬期間產生之力轉換成動力以驅動後輪。底部托架外殼充當對由騎乘者產生之力之中心支撐件，該等力包含自座管及下管傳遞之重力及自曲柄齒盤傳遞之踏蹬力。
在先前技術之合金自行車框架中之底部托架外殼傳統上包括一金屬管，該金屬管橫向於框架之其他管定向。下管及座管通常具有經構形以包繞底部托架外殼之斜端。座管及下管通常焊接至底部托架外殼之圓周以形成一連續總成。
焊接程序涉及藉由熔化基管之側壁而形成一接頭且同時透過一填料棒之使用而使用額外材料補足接頭。此程序嚴重取決於焊接操作者之能力，且由於此，一焊接點之大小、形狀及平滑度將在一致性方面取決於焊接操作者之天賦而變動。此意謂自行車框架之結構強度可取決於焊接操作者之能力而變動。
歸因於座管、下管及後下叉對底部托架外殼之相對小圓周之相 對大直徑，不可能將各管直接完全附接至底部托架外殼。管之直徑受到限制以便在底部托架外殼上配裝下管及座管。管之直徑亦因為在底部托架外殼之橫向邊緣附近連接管增加底部托架外殼之結構部分在焊接程序期間將無意間被燒掉之風險而受到限制。然而，對管之直徑之限制減少加強底部托架可用之材料。當下管及座管由諸如鋁之低模量合金形成時，非所要地增加管之側壁之厚度以向自行車框架提供必要之結構強度。再者，座管及下管相對於底部托架外殼之寬度之有限直徑需要將若干焊接點放置於彼此頂部上。因此，先前技術之合金自行車框架之構形限制底部托架外殼之強度重量比。
因此，該技術中需要具有一增加之強度重量比之一改良之底部托架外殼。
本發明係關於一種經設計以增加用於合金自行車框架之底部托架外殼之強度重量比之改良之底部托架外殼總成。
簡要陳述，根據本發明之一底部托架外殼總成包含左側壁及右側壁。該等側壁各包含界定一大致圓形空隙之一橫向表面及經構形以接合左側壁及右側壁使得底部托架外殼總成具有連續前表面及後表面之一周邊輪緣。該等輪緣可由一搭接接頭、一凸緣接頭、一對接接頭或該技術中已知之若干其他接合技術接合。
左第一軸轂及右第一軸轂在橫向表面之一周邊處自左側壁及右側壁突出。底部托架外殼總成可具有多達四個軸轂。軸轂經構形以與諸如一下管、座管及後下叉之管狀部件配合。本發明之底部托架外殼總成將底部托架外殼與管之間之連接移動至軸轂末端，該等軸轂末端遠離先前技術之底部托架外殼、下管、座管及後下叉之擁擠接面，藉此避免底部托架接頭處之多個焊接點。因此，底部托架外殼總成之構形容許使下管、座管及後下叉之直徑增加至底部托架外殼之寬度而不 犧牲底部托架外殼總成之強度。
10‧‧‧自行車
12‧‧‧前輪
14‧‧‧後輪
16‧‧‧框架
18‧‧‧轉向總成
20‧‧‧上管
22‧‧‧頭管
24‧‧‧下管
26‧‧‧座管
28‧‧‧後上叉
30‧‧‧後下叉
32‧‧‧底部托架外殼總成/底部托架外殼
34‧‧‧踏板
36‧‧‧曲柄齒盤
38‧‧‧左側壁/側壁
40‧‧‧右側壁/側壁
42‧‧‧周邊輪緣
44‧‧‧橫向表面
45‧‧‧內腔/腔
46‧‧‧切口
48‧‧‧管狀嵌件/嵌件
49‧‧‧外表面
50‧‧‧脊
51‧‧‧母部分
52‧‧‧前表面
53‧‧‧扣環
54‧‧‧後表面
55‧‧‧環形缺口
57‧‧‧經機械加工表面
60‧‧‧搭接接頭
62‧‧‧左下管軸轂/軸轂/第一軸轂/單一軸轂
64‧‧‧右座管軸轂/軸轂
66‧‧‧周邊
68‧‧‧錐狀部分
70‧‧‧錐狀部分
72‧‧‧通道
130‧‧‧後下叉
132‧‧‧底部托架外殼總成
154‧‧‧後表面
164‧‧‧側壁
172‧‧‧右後下叉軸轂
174‧‧‧左後下叉軸轂
176‧‧‧錐狀部分/後下叉錐狀部分
177‧‧‧錐狀部分
178‧‧‧周邊通道
232‧‧‧底部托架外殼總成
252‧‧‧前表面
254‧‧‧後表面
262‧‧‧單一軸轂
332‧‧‧底部托架外殼
338‧‧‧左側壁
340‧‧‧右側壁
344‧‧‧橫向表面
354‧‧‧左凸緣/第一凸緣
356‧‧‧右凸緣/第二凸緣
358‧‧‧一體式軸承支撐件
359‧‧‧內縫
360‧‧‧搭接接頭
432‧‧‧底部托架外殼總成
438‧‧‧左側壁
440‧‧‧右側壁
442‧‧‧周邊輪緣
532‧‧‧底部托架外殼總成
538‧‧‧左側壁
540‧‧‧右側壁
542‧‧‧周邊輪緣
543‧‧‧凸緣
5-5‧‧‧線
7-7‧‧‧圓形
A-A‧‧‧線
W‧‧‧寬度
L‧‧‧長度
圖1展示根據本發明構造之一自行車之一側視圖；圖2展示本發明之底部托架外殼總成之一項實施例之一透視圖；圖2A展示沿著線A-A獲取之圖2之底部托架外殼總成之一剖面圖；圖3展示圖2之底部托架外殼總成之一分解圖；圖4展示本發明之底部托架外殼總成之一不同實施例之底部托架外殼總成之一第一側壁之一透視圖；圖5展示沿著線5-5獲取之圖4之底部托架外殼總成之一剖面圖；圖6展示沿著線5-5獲取之圖4之底部托架外殼總成之一透視剖面圖；圖7展示由圓形7-7劃界之圖5中之區域之一放大；圖8展示本發明之底部托架外殼總成之左半體及右半體之連接之一替代實施例之一剖面圖；圖9展示本發明之底部托架外殼總成之左半體及右半體之連接之一替代實施例之部分呈虛線之一剖面圖；圖10展示本發明之一底部托架外殼總成與一下管之間之一連接之一側視圖；圖11展示沿著線A-A獲取之圖2之底部托架外殼總成且展示軸承支撐件之一連接器之一項實施例之一剖面圖；圖12展示圖11之連接器特徵之一替代實施例之一剖面圖；圖13展示圖11及圖12之連接器特徵之一替代實施例之一剖面圖；圖14展示本發明之底部托架外殼總成之一替代實施例之一透視圖；圖15展示本發明之一底部托架外殼總成之一透視圖； 圖16展示其中一後下叉在相對於底部托架外殼總成之位置中之圖15之底部托架外殼總成之一側視圖。
圖1描繪一自行車10，其包含一前輪12、一後輪14、一框架16及一轉向總成18。框架16包含一上管20、一頭管22、一下管24、一座管26、後上叉28、後下叉30及一底部托架外殼總成32。踏板34附接至一曲柄齒盤36以容許一騎乘者旋轉曲柄齒盤36且推動自行車10，如該技術中已知。
圖2及圖3展示本發明之一底部托架外殼總成32之一實施例。具體參考圖3中展示之分解圖，將底部托架外殼總成32分離成兩個縱向半體且底部托架外殼總成32包含左側壁38及右側壁40，其等各具有一周邊輪緣42。由於考量本發明之底部托架外殼32用於鋁自行車框架中，因此側壁38、40可由實心或中空鍛件、金屬片衝壓件或液壓成形件形成。然而，一般技術者將認知本文中揭示之原理可容易應用至其他金屬合金及複合物框架。
參考圖2，側壁38、40各具有一橫向表面44且在周邊輪緣42處接合以形成連續前表面52及後表面54。如下文中將進一步詳細描述，周邊輪緣42可藉由銅焊、焊接、結合或該技術中已知之任何其他方法接合。如圖2中所見，連續前表面52及後表面54具有一大致凸形形狀以便模仿圖1中展示之下管24及座管26之大致管狀形狀。
圖2及圖3展示在周邊輪緣42處接合之左側壁38及右側壁40。在此實施例中，周邊輪緣42在一搭接接頭60(見圖2A)處連接，焊接或銅焊該搭接接頭60以形成連續前表面52及後表面54。替代地，周邊輪緣42之間之連接可由一對接接頭或一凸緣接頭形成。不管利用之特定連接為何，左側壁38及右側壁40之周邊輪緣42之間之連接藉由向製造者提供接合左側壁38及右側壁40之一預界定位置而減少組裝時間且增 加一焊接珠或銅焊接頭之一致放置。
如圖2A及圖3中所展示，左側壁38及右側壁40之各者在橫向表面44處界定一切口46，該切口46與由側壁38、40界定之底部托架外殼總成32之一內腔45連通。將腔45定尺寸以接納一軸承支撐件(見圖3)，該軸承支撐件接納旋轉接納一曲柄臂心軸(未展示)之第一軸承總成及第二軸承總成(未展示)，如該技術中已知。如圖3中最佳所見，所繪示之軸承支撐件係一單獨管狀嵌件48。嵌件48具有自嵌件48之一外表面49突出之一對圓周脊50(亦見圖11至圖13)。參考圖2A，脊50鄰接切口46之邊緣且將嵌件48固定於腔45內，從而將側壁38、40連接在一起且藉此增加底部托架外殼總成32之剛性。
參考圖2、圖3及圖10，左下管軸轂62及右座管軸轂64自各側壁38、40之橫向表面44之一周邊66突出。在圖2中，周邊66由一虛線劃界。軸轂62、64各具有在與周邊66相對之一末端處之呈一錐狀部分68之形式之一界面部分。圖10展示一底部托架外殼總成32及下管24之一側視圖，其中重點尤其在第一軸轂62與下管24之間之連接上。下管24及座管26亦包含呈錐狀部分70之形式之界面部分。下管及座管之錐狀部分70以與上管及下管配裝於頭管之錐狀部分內大體上相同之方式配裝於軸轂62、64之錐狀部分68內，如美國專利第8,042,822及8,579,316號中所描述，該等專利皆讓與給本案申請人且以引用的方式併入本文中。軸轂62、64連接至下管24及座管26以形成一通道72，該通道72由錐狀部分68、70界定且經調適以在適當製造操作期間接納一焊接珠或一銅焊接頭。
移動下管24、座管26、後下叉30與底部托架外殼總成32之間之結構連接遠離底部托架外殼消除在一侷限空間內連接(例如，焊接或銅焊)多個結構部件之需要。另外，可將底部托架外殼總成32縱向分成左側壁38及右側壁40。左側壁38及右側壁40可比先前技術之底部托 架外殼總成更有效塑形，此係因為將重要結構連接移動遠離底部托架外殼。
參考圖2A，底部托架外殼總成具有一寬度W，如在各側壁38、40之橫向表面44之間量測。在焊接期間燒掉底部托架外殼處之材料之風險減少，此係因為管與軸轂之間之連接移動至軸轂末端(見圖10)且遠離軸承支撐件。因此，與先前技術相比，可增加下管24及座管26之直徑，且可塑形側壁38、40使得底部托架外殼總成之寬度W大約等於直徑D。再者，不再需要一系列分層焊接以向底部托架外殼總成32提供耐受在騎乘自行車10時產生之力所需之強度。因此，本發明之底部托架外殼總成32之構形顯著增加優於先前技術之可能的強度重量比。
在下文中描述圖2、圖3及圖10之較佳實施例之若干替代例。
軸承連接器(圖11至圖13)
圖11至圖13展示將軸承固定至嵌件48之一連接器之各種替代實施例。連接器可包含一螺紋連接器系統之一母部分51(圖11)，安置於由嵌件48之內表面界定之一環形缺口55內之一扣環53(圖12)或經構形以形成與軸承之一壓配合連接之一經機械加工表面57(圖13)。
後下叉及後上叉軸轂(圖15至圖16)
在圖15及圖16中展示底部托架外殼總成132之一替代實施例且底部托架外殼總成132包含自側壁164之後表面154突出之右後下叉軸轂172及左後下叉軸轂174。包含右後下叉軸轂172及左後下叉軸轂174之圖15及圖16之底部托架外殼總成132經液壓成形為一個單件。替代地，右後下叉軸轂172及左後下叉軸轂174可在液壓成形之後焊接至後表面154上。另外，側壁可替代地藉由鍛造、鑄造或任何其他適當的製造方法形成。
如圖16中最佳所見，右後下叉軸轂172及左後下叉軸轂174及後下叉130各具有呈錐狀部分176之形式之界面部分，類似於圖2、圖3及 圖10之下管及座管軸轂。後下叉130包含配裝於右後下叉軸轂172及左後下叉軸轂174之錐狀部分177內之錐狀部分176，且一焊接珠或銅焊接頭放置於由後下叉錐狀部分176以及右後下叉軸轂172及左後下叉軸轂174之錐狀部分177界定之一周邊通道178中。
單一軸轂實施例(圖14)
如圖14中所展示，底部托架外殼總成232之一替代實施例包含連接至下管或座管(未展示)中之一者之一單一軸轂262。在此實施例中，下管或座管中之另一者連接至前表面252或後表面254且後下叉(未展示)連接至後表面254。
一體式軸承支撐件實施例(圖4至圖7)
圖4至圖7描繪包含軸承支撐件之一替代實施例之一底部托架外殼332。在此實施例中，來自左側壁338及右側壁340之材料在橫向表面344處向內折疊以形成左凸緣354及右凸緣356。圖4省略右側壁340以更清晰展示左凸緣354。如圖5及圖6中最佳所見，左凸緣354及右凸緣356在一內縫359處接合以形成一體式軸承支撐件358。圖5及圖6中之第一凸緣及第二凸緣在內縫處由一搭接接頭360接合，然而一般技術者將認知內縫亦可藉由其他接合方法(諸如一對接接頭或一凸緣接頭)形成。參考圖6，第一凸緣354及第二凸緣356各自自橫向表面344向內突出一長度L。在一項實施例中，長度L係大約46mm。
對接接頭及總成接頭連接(圖8及圖9)
圖8及圖9(分別)展示連接底部托架外殼總成432及532之左側壁及右側壁之替代實施例。在圖8中展示之實施例中，左側壁438及右側壁440之周邊輪緣442在一對接接頭處接合。在圖9中展示之實施例中，左側壁538及右側壁540之周邊輪緣542在一凸緣接頭處接合。
任一實施例之周邊輪緣可經銅焊、經焊接、經結合或藉由任何其他適合的接合方法固定。在圖9中以虛線展示之一種替代方法中， 凸緣543可如以虛線展示般在周邊輪緣542處向外突出而非如實線展示般自周邊輪緣542向內突出。隨後使用該技術中已知之方法藉由一滾縫(roll seam)接合以虛線展示之向外突出之凸緣543。
雖然就某些較佳實施例而言描述前述系統及方法，但一般技術者將自本文中之揭示內容明瞭其他實施例。另外，熟習此項技術者將鑒於本文中之揭示內容明瞭其他組合、省略、取代及修改。雖然已描述本發明之某些實施例，但此等實施例僅藉由實例呈現，且不意欲限制本發明之範疇。當然，本文中描述之新穎方法及系統可在不脫離本發明之精神的情況下以各種其他形式體現。因此，由於本文中之揭示內容，熟習此項技術者將鑒於本文中之揭示內容明瞭其他組合、省略、取代及修改。
38‧‧‧左側壁/側壁
40‧‧‧右側壁/側壁
42‧‧‧周邊輪緣
44‧‧‧橫向表面
46‧‧‧切口
52‧‧‧前表面
54‧‧‧後表面
62‧‧‧左下管軸轂/軸轂/第一軸轂/單一軸轂
64‧‧‧右座管軸轂/軸轂
66‧‧‧周邊
68‧‧‧錐狀部分
5-5‧‧‧線
A-A‧‧‧線

Claims (23)

  1. 一種底部托架外殼總成，其包括：左側壁及右側壁，其等各包含一周邊輪緣及橫向表面且在該等橫向表面處界定一大致圓形空隙；一軸承支撐件，其安置於該等左側壁及右側壁之該等空隙處；左第一軸轂及右第一軸轂，其等在該橫向表面之一周邊處突出遠離該等左側壁及右側壁且經定大小以在一第一軸轂末端處連接至一第一管狀部件；其中該等左側壁及右側壁在該周邊輪緣處接合以形成連續前表面及後表面。
  2. 如請求項1之底部托架外殼總成，其進一步包括左第二軸轂及右第二軸轂，其等分別在該等橫向表面之一周邊處突出遠離該等左側壁及右側壁且經定大小以在一第二軸轂末端處協作連接至一第二管狀部件。
  3. 如請求項1之底部托架外殼總成，其中該軸承支撐件包括一管狀嵌件，該管狀嵌件由該等空隙接納使得該管狀嵌件橫跨該等左側壁與右側壁之間之空間且大致橫向於該等側壁之該等橫向表面定向。
  4. 如請求項1之底部托架外殼總成，其中該軸承支撐件包括分別與該等左側壁及右側壁成一體且在該空隙處分別自該等左側壁及右側壁向內突出之第一凸緣及第二凸緣。
  5. 如請求項4之底部托架外殼總成，其中該等第一凸緣及第二凸緣中之各者向內突出使得該等第一凸緣及第二凸緣相接且由一內縫接合。
  6. 如請求項4之底部托架外殼總成，其中該等凸緣中之各者具有等於該空隙之一半徑之一長度L。
  7. 如請求項6之底部托架外殼總成，其中該等凸緣具有46mm之一組合長度。
  8. 如請求項1之底部托架外殼總成，其進一步包括自該後表面突出之一第三軸轂。
  9. 如請求項8之底部托架外殼總成，其中該第三軸轂經定大小以連接至一第三管狀部件。
  10. 如請求項8之底部托架外殼總成，其中該第三軸轂在該左側壁處自該後表面突出且一第四軸轂在該右側壁處自該後表面突出以便分別連接至第三管狀部件及第四管狀部件。
  11. 如請求項1之底部托架外殼總成，其中該軸轂末端具有經構形以與該第一管狀部件之一界面部分嚙合以產生一接頭之一界面部分。
  12. 如請求項11之底部托架外殼總成，其中該接頭包含界定於該軸轂末端之該等界面部分與該管狀部件之間之一周邊通道，且其中該第二界面部分至少部分由一實質上平坦面壁界定；及定位於該周邊通道中之一焊接點。
  13. 如請求項1之底部托架外殼總成，其中該等左側壁及右側壁之該周邊輪緣在一凸緣接頭處接合。
  14. 如請求項1之底部托架外殼總成，其中該等左側壁及右側壁之該周邊輪緣在一搭接接頭處接合。
  15. 如請求項1之底部托架外殼總成，其中該等左側壁及右側壁之該周邊輪緣在一對接接頭處接合。
  16. 如請求項1之底部托架外殼總成，其中該等左側壁及右側壁之該周邊輪緣在一滾縫處接合。
  17. 一種生產一自行車組件之方法，其包括：提供第一、第二、第三及第四管狀部件，其等在其等之一末端處具有一界面部分；形成包含左側壁及右側壁之一底部托架外殼總成，該等左側壁及右側壁各具有一周邊輪緣及一橫向表面且各側壁界定自該橫向表面之一周邊突出且在一第一軸轂末端中終止之一第一軸轂之一縱向半體；在該等橫向表面處產生一大致圓形空隙；在該周邊輪緣處接合該等左側壁及右側壁以便形成連續前表面及後表面；在由該等側壁界定之一腔內定位一軸承支撐件使得該底部托架與該大致圓形空隙連通；且將該等第一、第二、第三或第四管狀部件中之一者接合至該第一軸轂末端。
  18. 如請求項17之生產一自行車組件之方法，其中在該等周邊輪緣處接合該等左側壁及右側壁之該步驟包括焊接。
  19. 如請求項17之生產一自行車組件之方法，其中在該等周邊輪緣處接合該等左側壁及右側壁之該步驟包括銅焊。
  20. 如請求項17之生產一自行車組件之方法，其中形成該等左側壁及右側壁之該步驟包含自鋁片液壓成形該等側壁。
  21. 如請求項17之生產一自行車組件之方法，其中形成該等左側壁及右側壁之該步驟包含自鋁片衝壓該等左側壁及右側壁。
  22. 如請求項17之生產一自行車組件之方法，其中形成該等左側壁及右側壁之該步驟包含鍛造該等側壁。
  23. 一種自行車總成，其包括：一框架，其包含具有一第一末端及一第二末端之一上管；一 下管，其具有一第一末端及一第二末端；一頭管，其連接至該上管第一末端及該下管第一末端；一座管，其具有一第一末端及一第二末端且連接至鄰近該座管第一末端之該上管，一底部托架外殼總成，其包含具有一橫向表面且在左側壁周邊輪緣及右側壁周邊輪緣處接合以形成連續後表面及前表面之左側壁及右側壁，該等側壁中之各者界定經構形以接納一軸承支撐件之一大致圓形空隙，座管及下管軸轂突出遠離該橫向表面之一周邊且在軸轂末端中終止，其中該座管第二末端連接至該座管軸轂末端且該下管第二末端連接至該下管軸轂末端。
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