TW202015962A - 機車轉向連桿構件及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

一種機車轉向連桿構件的製造方法，包含一第一成型步驟、一置料步驟，及一第二成型步驟。在該第一成型步驟中，以熱壓成型方式將一第一碳纖維材料製成一強化板材。在該置料步驟中，準備一模具，將該強化板材及複數樞接材置入該模具中，而後置入一第二碳纖維材料。在該第二成型步驟中，將該模具合模後進行熱壓成型，使得加熱後具流動性的第二碳纖維材料於該模具內成型為具有複數肋條部的外框架，最後製得該機車轉向連桿構件。該機車轉向連桿構件具有碳纖維材料密度低且剛性高之優點，從而可達成車體輕量化之目的。

Description

機車轉向連桿構件及其製造方法
本發明是有關於一種具有複合材料產品及其製造方法，特別是指一種用於機車的轉向連桿構件及其製造方法。
一般的雙輪式機車採前後輪沿前後方向位於同一直線上的設計，使得其前輪靈活度高且有較佳操控性，但也因為兩輪前後共線的設計，使得雙輪式機車轉向不易平衡，尤其是當操控者技術不熟稔或道路狀況較濕滑時，更容易導致轉向穩定性降低。
因此現時有另一種配置兩個相間隔前輪的三輪式機車，此種三輪式機車的兩個前輪不與後輪前後共線，使得轉彎時的穩定性大幅提升，該三輪式機車的轉向主要是透過一個四連桿結構的轉向機構來帶動兩個前輪側傾，以使該等前輪能完成轉向。參閱圖1，該轉向機構1的連桿構件11包含一個以鋁合金壓鑄而成的連結板體111，及複數開設於該連結板體111上的樞接孔112。其他連桿組件113是透過該樞接孔112與該連桿構件11可樞轉地接合，而選用楊氏模數為70Gpa的鋁合金則是為了確保該連桿構件11有足夠的材料強度。
然而鋁合金的密度較高，因此會增加該連桿構件11的重量，不但使得車體重量增加，且使用者操作起來也較為費力，因此這種連桿構件11仍有改善之空間。
因此，本發明之目的，即在提供一種輕量化且結構強度仍佳的機車轉向連桿構件。
於是，本發明機車轉向連桿構件，包含一以楊氏模數大於100GPa的碳纖維材料製成的強化板材、一以加熱後具流動性的碳纖維材料製成的外框架，及複數設置於該外框架上的樞接材。該外框架包括一界定出一設置空間的主體部，及複數凸設於該主體部外表面上的肋條部，該主體部凹陷形成複數由外表面延伸至內表面的安裝孔，該設置空間係供該強化板材設置。該等樞接材分別嵌設於該主體部之該等安裝孔中，且各自界定出一樞孔。
本發明之另一目的，即在提供前述機車轉向連桿構件的製造方法。
於是，本發明機車轉向連桿構件的製造方法，包含一第一成型步驟、一置料步驟，及一第二成型步驟。在該第一成型步驟中，以熱壓成型方式將一第一碳纖維材料製成該強化板材。在該置料步驟中，準備一模具，將該強化板材及該等樞接材置入該模具中，而後置入一第二碳纖維材料。在該第二成型步驟中，將該模具合模後進行熱壓成型，使得加熱後具流動性的第二碳纖維材料於該模具內成型為具有該等肋條部的外框架，最後製得該機車轉向連桿構件。
本發明之功效在於：以具流動性而易於形塑的外框架為主體，與強度高但不易形塑的強化板材熱壓成型為複合材料，如此製得的機車轉向連桿構件可具備碳纖維的輕量化特性，並透過該外框架的該等肋條部及該強化板材使其維持材料強度。
參閱圖2與圖3，本發明機車轉向連桿構件2的製造方法之一實施例，包含一第一成型步驟31、一置料步驟32，及一第二成型步驟33。在該第一成型步驟31中，將一第一碳纖維材料4’透過熱壓成型方式製成一如圖3所示的強化板材4。在本實施例中，該第一碳纖維材料4’為單方向碳纖維預浸材 (UD Carbon fiber prepreg)，此一材料雖然在加熱時延展性較低而不易形塑，但成型後的產品具有較佳的剛性，一般來說，單方向碳纖維預浸材的楊氏模數約為150GPa，大於習知鋁合金的70 Gpa，此外其還同時具有低密度之優點。
參閱圖2、圖4，及圖5，在該置料步驟32中，準備一具有一下模體51及一上模體52的模具5(圖4中僅顯示該下模體51)，該上模體52具有複數向上凹陷的凹槽521。將該強化板材4及複數樞接材6置入該下模體51中，接著將一第二碳纖維材料70置於該強化板材4及該等樞接材6上。在本實施例中，該等樞接材6是以鋁合金製成，而該第二碳纖維材料70是以碳纖維片狀模塑料（sheet molding compound，簡稱SMC）製成，碳纖維片狀模塑料的楊氏模數雖然僅約40GPa，但其在加熱至特定溫度後具流動性，因此較易塑形。
參閱圖2、圖5，及圖6，在該第二成型步驟33中，將該上模體52與該下模體51合模並進行熱壓成型，使該第二碳纖維材料70具流動性而圍繞該等樞接材6及該強化板材4，並填入該上模體52之該等凹槽521中而形成一外框架7。參閱圖2、圖6，及圖7，在成型脫模後便可得一如圖7所示的機車轉向連桿構件2。該機車轉向連桿構件2包含一以單方向碳纖維預浸材(UD)製成的強化板材4、一以碳纖維片狀模塑料(SMC)製成的外框架7，及複數設置於該外框架7上且以鋁合金製成的樞接材6。該外框架7包括一界定出一設置空間710的主體部71，及複數凸設於該主體部71之外表面上的肋條部72。該主體部71界定出複數分別供該等樞接材6嵌設的安裝孔711，該設置空間710是供該強化板材4設置。每一樞接材6為管狀且界定出一樞孔61。需要特別說明的是，在該第二成型步驟33時，該外框架7之主體部71的內表面(即形成該設置空間710的一側)是面向該下模體51，該主體部71之外表面(即後續形成該等肋條部72的一側)是面向該上模體52，該等肋條部72分別由該等凹槽521所成型而出，且可視需求為不同形式，在本實施例中，該等肋條部72不擋阻該等樞接材6之樞孔61，因此未遍佈該主體部71之外表面。為了使該等樞接材6可與該外框架7緊配合且避免過度磨損，也可在該等樞接材6的外圍圍繞硬度較鋁合金軟的白鐵，以避免過度磨損該外框架7。
該強化板材4及該外框架7是以碳纖維製成，因此具有碳纖維低密度之特性而能達到輕量化之功效，該強化板材4的楊氏模數高，其具有較習知的鋁合金更佳的剛性，而易塑形的外框架7也在該主體部71的外表面成型出可加強結構強度的該等肋條部72，提升整體的剛性，透過以鋁合金製成的該等樞接材6與轉向機構(圖未示)的其他桿件樞接，可克服碳纖維材料不耐磨耗之缺點。
綜上所述，本發明的該強化板材4及該外框架7可大幅降低該機車轉向連桿構件2的重量，並透過楊氏模數較高的該強化板材4及可強化結構強度的該等肋條部72來提升整體剛性，最後透過耐磨耗的該等樞接材6來樞接其他桿件，故確實能達成本發明之目的。
惟以上所述者，僅為本發明之實施例而已，當不能以此限定本發明實施之範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋之範圍內。
2:機車轉向連桿構件31:第一成型步驟32:置料步驟33:第二成型步驟4:強化板材4’:第一碳纖維材料5:模具51:下模體52:上模體521:凹槽6:樞接材61:樞孔7:外框架70:第二碳纖維材料71:主體部710:設置空間711:安裝孔72:肋條部
本發明之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一正視圖，說明一習知的機車轉向機構； 圖2是一流程圖，說明本發明機車轉向連桿構件的製造方法之一實施例； 圖3是一立體圖，說明在該第一成型步驟中所製得的一強化板材； 圖4是一俯視圖，說明在該置料步驟中，在一下模體中放置該強化板材及複數樞接材； 圖5是一示意圖，說明在該強化板材及該等樞接材上方放置一第二碳纖維材料； 圖6是一側視剖面圖，說明在該第二成型步驟中，對該模具合模並進行熱壓成型；及 圖7是一立體圖，說明本實施例所製得的機車轉向連桿構件。
2:機車轉向連桿構件
4:強化板材
6:樞接材
61:樞孔
7:外框架
71:主體部
710:設置空間
711:安裝孔
72:肋條部

Claims (6)

  1. 一種機車轉向連桿構件，包含： 一強化板材，以楊氏模數大於100GPa的碳纖維材料製成； 一外框架，以加熱後具流動性的碳纖維材料製成，包括一界定出一設置空間的主體部，及複數凸設於該主體部外表面上的肋條部，該主體部凹陷形成複數由外表面延伸至內表面的安裝孔，該設置空間係供該強化板材設置；及 複數樞接材，分別嵌設於該主體部之該等安裝孔中，且各自界定出一樞孔。
  2. 如請求項1所述的機車轉向連桿構件，其中，該強化板材是以單方向碳纖維預浸材(UD)製成，該外框架是以碳纖維片狀模塑料(SMC)製成，該樞接材是以金屬材質製成。
  3. 如請求項2所述的機車轉向連桿構件，其中，該樞接材是以鋁合金製成。
  4. 一種如請求項1所述的機車轉向連桿構件之製造方法，包含： 一第一成型步驟，以熱壓成型方式將一第一碳纖維材料製成該強化板材； 一置料步驟，準備一模具，將該強化板材及該等樞接材置入該模具中，而後置入一第二碳纖維材料；及 一第二成型步驟，將該模具合模後進行熱壓成型，使得加熱後具流動性的第二碳纖維材料於該模具內成型為具有該等肋條部的外框架，最後製得該機車轉向連桿構件。
  5. 如請求項4所述的製造方法，其中，該第一碳纖維材料為單方向碳纖維預浸材(UD)，該第二碳纖維材料為碳纖維片狀模塑料(SMC)。
  6. 如請求項4所述的製造方法，其中，該樞接材是以鋁合金製成。
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