UA58360A

UA58360A - Disk bicycle wheel

Info

Publication number: UA58360A
Application number: UA2002129662A
Authority: UA
Inventors: Олександр Геннадійович Дібір; Александр Геннадиевич Дибир
Original assignee: Національний Аерокосмічний Університет Ім. М.Є. Жуковського "Харківський Авіаційний Інститут"; Национальный Аэрокосмический Университет Им. Н.Е. Жуковского "Харьковский Авиационный Институт"
Priority date: 2002-12-03
Filing date: 2002-12-03
Publication date: 2003-07-15

Abstract

A disk bicycle wheel contains a plug mounted on axis, bearing rim and side intermediate elements connecting the plug and the rim, said elements are made from synthetic resin reinforced by fibers oriented predominantly in radial direction. The lateral intermediate elements have on all their surface, at least one woven layer, and thickness of these elements in point of their connection with the rim is constant.

Description

Опис винаходуDescription of the invention

Винахід відноситься до машинобудування, зокрема до велобудування, та може використовуватися у 2 трекових і шосейних спортивних велосипедах.The invention relates to mechanical engineering, in particular to bicycle construction, and can be used in 2 track and road sports bicycles.

Відомі колеса для трекових і шосейних спортивних велосипедів, які складаються з шарнірно установленої на осі втулки, що жорстко зв'язана з боковими проміжними елементами, які виготовлені з синтетичної смоли, що армована волокнами, та несуть обід з шиною. Причому, ці волокна мають орієнтацію відмінну від радіальної (Ас. СРСР Мо1759656; МКП Вб6О83/08; 5/02, надрук. 07.09.1992, Б.В. Мо33; Патент України Мо13974; МКП 70 Вввов3/08; 5/02, надрук. 25.04.97, Бюл. Мог).Wheels for track and road sports bicycles are known, which consist of a hub pivoted on the axle, which is rigidly connected to lateral intermediate elements, which are made of fiber-reinforced synthetic resin and carry a rim with a tire. Moreover, these fibers have an orientation different from the radial one (Ass. of the USSR Mo1759656; MKP Vb6O83/08; 5/02, printed 09.07.1992, B.V. Mo33; Patent of Ukraine Mo13974; MKP 70 Vvvov3/08; 5/02, printed on April 25, 1997, Bul. Mog).

Застосування у цих колесах бокових проміжних елементів з волокнами, яки мають вказану орієнтацію, дозволяє збутися утворення гофрування на згаданих елементах у процесі виготовлення їх під час проведення розтягання, що необхідно заради забезпечення їх стійкості під час експлуатації шляхом створення поля внутрішніх зусиль розтягання, але одночасно приводить до збільшення їх маси внаслідок неповного 72 використання міцностних властивостей волокон.The use in these wheels of lateral intermediate elements with fibers that have the specified orientation allows the formation of corrugation on the mentioned elements during their manufacture during stretching, which is necessary in order to ensure their stability during operation by creating a field of internal stretching forces, but at the same time leads to to an increase in their mass due to incomplete 72 use of the strength properties of fibers.

Найбільш близьким до заявленого за сукупністю ознак і досягнутому результату виявляється дискове велосипедне колесо, що відомо з опису винаходу до заявки ФРН МоО5З3531541 від 20.03.86бр., кл. МКП ВбОВЗ/О8, 8В29031/00. Наведене у ньому колесо містить шарнірно установлену на осі втулку, несучий шину обід та з'єднуючі втулку і обід та жорстко зв'язуючи їх, навантажені на розтягання бокові проміжні елементи з синтетичної смоли, яка зміцнена орієнтованими переважно радіальне волокнами.The disk bicycle wheel, which is known from the description of the invention to the application of the Federal Republic of Germany MoO5Z3531541 dated 03.20.86br., is the closest to the declared one in terms of the set of features and the achieved result. MKP VbOVZ/O8, 8B29031/00. The wheel shown in it contains a hub hinged on the axis, a tire-carrying rim and connecting the hub and rim and rigidly connecting them, tension-loaded lateral intermediate elements made of synthetic resin, which is reinforced by oriented predominantly radial fibers.

Недолік колеса цієї конструкції полягає з наступному.The disadvantage of the wheel of this design is as follows.

Переважно радіальна орієнтація волокон у бокових проміжних елементах при виконані їх суцільними з усій їх площі веде до утворення на них гофрів у процесі виготовлення під час проведення розтягання, яке забезпечує їх стійкість під час експлуатації шляхом створення поля внутрішніх зусиль розтягання. Джерелом гофрів є 22 тангенціальні зусилля стискання, яки виникають під час радіального розтягання бокових проміжних елементів, « котрі з'єднують втулку та обід. Заради усунення гофрів потрібно збільшення товщини бокових проміжних елементів понад значень, яки визначені умовами міцності, що веде до збільшення маси.Predominantly radial orientation of the fibers in the lateral intermediate elements when they are made continuous from their entire area leads to the formation of corrugations on them during the manufacturing process during stretching, which ensures their stability during operation by creating a field of internal stretching forces. The source of the corrugations is 22 tangential compressive forces, which occur during the radial stretching of the lateral intermediate elements "which connect the sleeve and the rim. In order to eliminate corrugations, it is necessary to increase the thickness of the lateral intermediate elements beyond the values determined by the strength conditions, which leads to an increase in mass.

Переважно радіальна орієнтація волокон у бокових проміжних елементах при виказанні їх дискретними по площі зумовлює необхідність застосування обода складної конструкції, яка забезпечує сталість товщини ободу о після з'єднання з ним бокових проміжних елементів, і спеціальних поверхневих плівок (кожухів), закриваючих Ге) зовнішню поверхню бокових проміжних елементів, внаслідок чого збільшується маса.The predominantly radial orientation of the fibers in the lateral intermediate elements, when they are expressed as discrete in area, necessitates the use of a rim of a complex design, which ensures the constancy of the thickness of the rim o after the connection of the lateral intermediate elements to it, and special surface films (sheaths) covering the outer surface lateral intermediate elements, as a result of which the mass increases.

Недоліком наведеної конструкції є також низька довговічність бокових проміжних елементів, яка зумовлена о низьким опором їх матеріалу впливам зусиль, при котрих волокна працюють під навантаженнями з напрямом, Ге) відмінним від орієнтації волокон, наприклад таким, як випадкові удари у напряму, що є перпендикулярним до волокон. оThe disadvantage of the given design is also the low durability of the lateral intermediate elements, which is due to the low resistance of their material to the effects of forces, when the fibers work under loads with a direction Ge) different from the orientation of the fibers, for example, such as accidental impacts in a direction perpendicular to fibers at

В основу винаходу поставлена технічна задача удосконалення дискового велосипедного колеса, у якому за рахунок змінювання конструкції бокових проміжних елементів забезпечується зниження маси і підвищення довговічності колеса. «The basis of the invention is the technical task of improving the disk bicycle wheel, in which, due to changing the design of the lateral intermediate elements, a reduction in weight and an increase in the durability of the wheel are ensured. "

Поставлена задача розв'язується тим, що у дисковому велосипедному колесі, яке містить шарнірно З 50 встановлену на осі втулку, несучий шину обід та з'єднуючі втулку і обід та жорстко зв'язуючи їх, навантажені с на розтягнення бокові проміжні елементи з синтетичної смоли, зміцненої орієнтованими переважно радіальнеThe problem is solved by the fact that in the disc bicycle wheel, which contains a hub mounted on the axle with a hinge Z 50, a rim carrying the tire and connecting the hub and the rim and rigidly connecting them, lateral intermediate elements made of synthetic resin loaded with tension , strengthened by oriented mainly radial

Із» волокнами, згідно з винаходом, бокові проміжні елементи додатково по всій своїй площі мають принаймні один тканий шар, причому товщина цих елементів у місці з єднання з ободом постійна.With" fibers, according to the invention, the lateral intermediate elements additionally have at least one woven layer over their entire area, and the thickness of these elements at the junction with the rim is constant.

Наявність в бокових проміжних елементах принаймні одного тканого шару дозволяє, застосовуючи радіальну орієнтацію волокон , яка виключає гофрування, у бокових проміжних елементах при їх дискретному розподілі по і-й площі, утворити колесо з суцільною зовнішньою поверхнею без використання спеціальних поверхневих плівокThe presence of at least one woven layer in the lateral intermediate elements allows, using the radial orientation of the fibers, which excludes corrugation, in the lateral intermediate elements with their discrete distribution over the i-th area, to form a wheel with a continuous outer surface without the use of special surface films

Ге | (кожухів), які закривають зовнішню поверхню бокових проміжних елементів, але не є силовими. Тканий шар, сприймаючи частину навантаження і/або перерозподіляючи її між радіальне орієнтованими волокнами, дозволяє о зменшити кількість останніх, що веде до зниження маси. б 20 Крім того, наявність в бокових проміжних елементах принаймні одного тканого шару дозволяє захистити радіальні волокна від дії навантажень з напрямом відмінним від орієнтації волокон, наприклад таким, як с випадкові удари у напряму, що є перпендикулярним до волокон. Цим навантаженням опір волокон низький.Ge | (casings), which cover the outer surface of the side intermediate elements, but are not power. The woven layer, absorbing part of the load and/or redistributing it between radially oriented fibers, allows to reduce the number of the latter, which leads to a decrease in mass. b 20 In addition, the presence of at least one woven layer in the lateral intermediate elements allows to protect the radial fibers from the action of loads with a direction different from the orientation of the fibers, for example, such as accidental impacts in a direction perpendicular to the fibers. With this load, the resistance of the fibers is low.

Одночасно тканий шар, підкріпляючи радіальне орієнтовані волокна і перерозподіляючи у них навантаження, яки виникають під час експлуатації колеса, знижує небезпеку виникнення тріщин від втомленості матеріалу та 29 розшарувань. Результатом цього є підвищення довговічності бокових проміжних елементів та, як наслідок, в. колеса.At the same time, the woven layer, reinforcing the radially oriented fibers and redistributing the loads that occur during wheel operation, reduces the risk of material fatigue cracks and 29 delamination. The result of this is an increase in the durability of the lateral intermediate elements and, as a result, in wheels

Сталість товщини бокових проміжних елементів у місці з'єднання з ободом дозволяє застосувати обід, що має просту конструкцію і меншу масу. Це також знижує масу колеса.Constancy of the thickness of the lateral intermediate elements at the point of connection with the rim allows the use of a rim that has a simple design and less weight. This also reduces the weight of the wheel.

Технічна сутність дискового велосипедного колеса, що пропонується, пояснюється наступними кресленнями: бо фіг.1 - загальний вигляд колеса; фіг.2 - переріз А-А на фіг.1; фіг.3 - вигляд у плані варіанта виконання бокового проміжного елемента; фіг.4 - вигляд у плані варіанта виконання бокового проміжного елемента; фіг.5 - переріз Б-Б на фіг.3; бо фіг.6б - переріз В-В на фіг.4;The technical essence of the proposed disc bicycle wheel is explained by the following drawings: Fig. 1 - general view of the wheel; Fig. 2 - section AA in Fig. 1; Fig. 3 - a plan view of the execution variant of the lateral intermediate element; Fig. 4 - a plan view of the execution variant of the lateral intermediate element; Fig. 5 - section B-B in Fig. 3; because Fig. 6b is a section B-B in Fig. 4;

фіг.7 - розріз втулки колеса.Fig. 7 - a section of a wheel hub.

Дискове велосипедне колесо складається з шарнірно установленої на осі 1 втулки 2, несучого шину З обода 4 та з'єднуючих втулку 2 та обід 4, навантажених на розтягання бокових проміжних елементів 5. Останні виконані з синтетичної смоли, що зміцнена орієнтованими переважно радіально (зона б на фіг.З і 4 - не заштрихована) волокнами. Додатково бокові проміжні елементи 5 по всій своїй площі мають принаймні один тканий шар (зона 7 на фіг.З і 4 - заштрихована). Товщина бокових проміжних елементів 5 у мисці з'єднання з ободом 4 стала, що здійснено за рахунок додаткових шарів волокон (зона 8 на фіг.З і 4 - заштрихована з відмінним від зони 7 напрямом штрихування), укладених у проміжках поміж зонами 6. Втулка 2 має розташовані 7/0. У її кінцевих зонах ділянки різьб одного напряму та внутрішні фланці 9 і 10 та зовнішні фланці 11, котрі виконані знімними. Причому, зовнішні фланці 11 однакові та установлені по різьбі у кінцевих зонах втулки.A disc bicycle wheel consists of a sleeve 2 hinged on the axis 1, a bearing tire Z rim 4 and connecting sleeve 2 and rim 4, loaded for stretching lateral intermediate elements 5. The latter are made of synthetic resin, which is strengthened by oriented mainly radially (zone b in Fig. 3 and 4 - not shaded) fibers. Additionally, the lateral intermediate elements 5 have at least one woven layer over their entire area (area 7 in Fig. 3 and 4 is shaded). The thickness of the lateral intermediate elements 5 in the bowl of connection with the rim 4 was made due to additional layers of fibers (zone 8 in Fig. 3 and 4 - shaded with a different hatching direction than zone 7), placed in the gaps between zones 6. Bushing 2 has located 7/0. In its end zones, there are threads of one direction and internal flanges 9 and 10 and external flanges 11, which are made removable. Moreover, the outer flanges 11 are the same and installed on the thread in the end zones of the sleeve.

Один з внутрішніх фланців 9 також установлено по різьбі 12 аналогічного напряму, яка виконана на втулці 2.One of the internal flanges 9 is also installed on the thread 12 of the same direction, which is made on the sleeve 2.

Інший внутрішній фланець 10 установлено на циліндричну зовнішню поверхню 13 втулки, діаметр котрої менший, ніж у різьбі 12, та його буртик опирається у приступку на втулці 2. Втулка 2 установлена на осі 1 на /5 шарикопідшипниках та зв'язана боковими проміжними елементами 5 з ободом 4, на котрому розміщена шина 3.The other inner flange 10 is mounted on the cylindrical outer surface 13 of the bushing, the diameter of which is smaller than that of the thread 12, and its shoulder rests against the abutment on the bushing 2. The bushing 2 is mounted on the axis 1 on /5 ball bearings and is connected by lateral intermediate elements 5 with rim 4, on which tire 3 is placed.

Бокові проміжні елементи 5 установлені між внутрішніми 9, 10 та зовнішніми 11 фланцями і жорстко зв'язані з ними, наприклад склеєні. Бокові проміжні елементи 5 можливо виконати у вигляді обшивок-мембран, які сформовано з одного тканого шару 7 (з вугільних, органічних або скляних волокон), поверх котрого укладені волокна (вугільні, органічні або скляні) переважно радіальної орієнтації утворюючи у плані зони 6, та додаткових ділянок викладань аналогічних волокон у зонах 8, з насичуванням усіх волокон 6, 7 та 8 полімерним зв'язуючим, яке затверджується, наприклад епоксидним. Бокові проміжні елементи 5 розтягнути у радіальному напряму. По периферії бокові проміжні елементи 5 жорстко зв'язані, наприклад, склеєні, з боковими поверхнями обода 4.Lateral intermediate elements 5 are installed between the inner 9, 10 and outer 11 flanges and are rigidly connected to them, for example glued. The lateral intermediate elements 5 can be made in the form of sheathing-membranes, which are formed from one woven layer 7 (of carbon, organic or glass fibers), on top of which fibers (carbon, organic or glass) of mainly radial orientation are laid, forming zone 6 in plan, and additional areas of laying similar fibers in zones 8, with saturation of all fibers 6, 7 and 8 with a polymer binder that hardens, for example, epoxy. Lateral intermediate elements 5 are stretched in the radial direction. On the periphery, the side intermediate elements 5 are rigidly connected, for example, glued, to the side surfaces of the rim 4.

Збирання дискового велосипедного колеса конструкції, що пропонується роблять таким чином.Assembly of a disc bicycle wheel of the proposed design is done as follows.

Бокові проміжні елементи 5 жорстко зв'язують з внутрішніми фланцями 9 та 10 і потім жорстко зв'язують з ободом 4. Після цього втулку 2 угвинчують у внутрішній фланець 9 з установленням по фланцю 10 циліндричною « зовнішньою поверхнею 13 до упору буртика фланця 10 у приступку на втулці 2 У результаті бокові проміжні елементи 5 розтягаються у радіальному напряму, надаючи колесу необхідну жорсткість. Після розтягання на втулку 2 нагвинчують зовнішні фланці 11 і жорстко зв'язують останні з боковими проміжними елементами 5. о зо Такім чином, фіксація внутрішніх фланців 9 та 10 на втулці 2 забезпечується жорстким зв'язком з внутрішніми фланцями 11 через бокові проміжні елементи 5. ісе)Lateral intermediate elements 5 are rigidly connected to the inner flanges 9 and 10 and then rigidly connected to the rim 4. After that, the bushing 2 is screwed into the inner flange 9 with the installation on the flange 10 by the cylindrical "outer surface 13 to the abutment of the shoulder of the flange 10 in the step on the hub 2 As a result, the lateral intermediate elements 5 are stretched in the radial direction, giving the wheel the necessary rigidity. After stretching, the outer flanges 11 are screwed onto the bushing 2 and rigidly connected to the lateral intermediate elements 5. Thus, the fixation of the inner flanges 9 and 10 on the bushing 2 is ensured by a rigid connection with the inner flanges 11 through the lateral intermediate elements 5. ise)

Отже, щодо прототипу дискове велосипедне колесо, що пропонується, має мешу масу і підвищену со довговічність за рахунок змінювання конструкції бокових проміжних елементів.So, in relation to the prototype, the proposed disc bicycle wheel has a lower mass and increased durability due to a change in the design of the lateral intermediate elements.

Конкретний приклад реалізації пристрою. соA specific example of device implementation. co

Реалізується велосипедне колесо у різних варіантах: переднє та заднє для трекових велосипедів і заднє для ю шосейних велосипедів. При цьому, відповідно, втулка мала різну довжину (83, 76 та 98,5 мм). На частці втулці, що має максимальний діаметр, виконувалась різьба МЗ35Х!1 и М38Х1 для, відповідно, переднього та заднього коліс, котра призначена для установлення одного з внутрішніх фланців. Поверхня втулки, що призначена для іншого внутрішнього фланця, мала діаметр ЗО та ЗОмм для відповідно переднього і заднього коліс. Кінцеві « ділянки втулки мали однакові різьби одного напряму МЗОХ! и М35х (М35Х24Е) для установлення зовнішніх з с фланців відповідно для переднього і заднього коліс. Втулка виготовлювалась порожньою.The bicycle wheel is available in different versions: front and rear for track bikes and rear for road bikes. Accordingly, the sleeve had different lengths (83, 76 and 98.5 mm). On the part of the bushing, which has the maximum diameter, the MZ35X!1 and M38X1 thread was made for the front and rear wheels, respectively, which is intended for the installation of one of the inner flanges. The surface of the sleeve, intended for the other inner flange, had a diameter of ZO and ZOmm for the front and rear wheels, respectively. The end sections of the bushing had the same threads of one direction MZOH! and М35х (М35Х24Е) for the installation of external c flanges, respectively, for the front and rear wheels. The sleeve was made empty.

Усі фланці мали максимальний діаметр рівний 75...80мм. ;» Фланці та втулка виготовлені механічною обробкою з алюмінієвого сплаву Д16ЄТ.All flanges had a maximum diameter of 75...80 mm. ;" Flanges and sleeve are machined from D16ET aluminum alloy.

Обід мав замкнутий поперечний переріз і його виготовлено з алюмінієвого сплаву Д1 за допомогою обробкиThe lunch had a closed cross-section and was made of D1 aluminum alloy by processing

ТИСКОМ. с Бокові проміжні елементи виконані у вигляді обшивок-мембран, які сформовані з шару тканини СВМ (ТУ17-ВИАМ ПХВ-350-88 арт.56313) та орієнтованих переважно радіально 16 одношарових смуг вуглестрічці со ЛУ-П (ГОСТ 28006-88, ТУО6-06-Х81-80), а також додаткових одношарових смуг аналогічної вуглестрічці по 2) периферії елементів, котрі насичені полімерним епоксидним зв'язуючим ЕДТ-69Н, яке затверджується. Причому, 15 смуг вуглестрічці викладені парами рівнобіжно 8 діаметрам, яки рівномірно порозподілено у коловомуPRESSURE c Lateral intermediate elements are made in the form of sheathing-membranes, which are formed from a layer of SVM fabric (TU17-VIAM PHHV-350-88 art. 56313) and oriented mainly radially 16 single-layer strips of LU-P carbon tape (GOST 28006-88, TUO6- 06-X81-80), as well as additional single-layer strips of similar carbon tape along 2) the periphery of the elements, which are saturated with polymer epoxy binder EDT-69H, which is hardened. Moreover, 15 strips of carbon tape are laid out in pairs parallel to 8 diameters, which are evenly distributed in a circle

Ме. напрямі, і кожна пара смуг є дотична до кола центрального отвору бокового проміжного елементу, а додаткові о одношарові смуги по периферії розташовані у проміжках між зазначеними 16 смугами з широчиною у коловому напрямі бокового проміжного елементу ревної широчині ободу. Формоутворення обшивок-мембран виконано автоклавним методом. 5Б Збирання дискового велосипедного колеса здійснено таким чином.Me. direction, and each pair of stripes is tangent to the circle of the central opening of the lateral intermediate element, and additional single-layer stripes on the periphery are located in the spaces between the specified 16 stripes with a width in the circular direction of the lateral intermediate element equal to the width of the rim. Forming of membrane skins is performed by the autoclave method. 5B Assembly of a disc bicycle wheel is carried out as follows.

Плоскі обшивки-мембрани, між якими уміщені внутрішні фланці, приклеювалися до бокових поверхонь ободуFlat skins-membranes, between which the internal flanges are placed, were glued to the side surfaces of the rim

Р клеєм ВК-27. Після чого на зовнішню поверхню внутрішніх фланців та на прилягаючу до них внутрішню поверхню обшивок-мембран був нанесений клей ВК-27. Далі втулка була угвинчена у внутрішній фланець, який має різьбу, з установленням іншого внутрішнього фланця, який має циліндричну зовнішню поверхню, по відповідній поверхні бо втулки до упору буртику останнього фланця на втулку. При цьому обшивки-мембрани розтягувались у радіальному напрямі і колесо набувало необхідну жорсткість. Після закінчення розтягування обшивок-мембран на втулку нагвинчувались зовнішні фланці, на внутрішні поверхні котрих та на прилягаючу до них зовнішню поверхню обшивок-мембран був нанесений клей ВК-27, та було здійснено склеювання. Після чого в усередину втулки на шарикопідшипниках установлюють вісь та на обід одягають шину-однотрубку. 65 Дискове велосипедне колесо, що пропонується, має масу на 10...15906 менш ніж відомі колеса.P glue VK-27. After that, VK-27 glue was applied to the outer surface of the inner flanges and to the inner surface of the membrane skins adjacent to them. Next, the bushing was screwed into the inner flange, which has a thread, with the installation of another inner flange, which has a cylindrical outer surface, along the corresponding surface of the bushing to the abutment of the edge of the last flange on the bushing. At the same time, the skins-membranes were stretched in the radial direction and the wheel acquired the necessary stiffness. After the stretching of the membrane skins was finished, the outer flanges were screwed onto the bushing, the inner surfaces of which and the outer surface of the membrane skins adjacent to them were coated with VK-27 glue, and gluing was carried out. After that, an axle is installed inside the bushing on ball bearings and a single-tube tire is put on the rim. 65 The proposed disc bicycle wheel has a mass of 10...15906 less than known wheels.

Експлуатація відзначених варіантів реалізації конструкції велосипедного колеса підтвердила його більшу довговічність порівняно з відомими колесами.The operation of the noted variants of the implementation of the design of the bicycle wheel confirmed its greater durability compared to known wheels.

Claims

The formula of the invention Disc bicycle wheel, containing a hinged hub mounted on the axis, a tire bearing rim and connecting the hub and rim and rigidly connecting them with tension-loaded lateral intermediate elements made of synthetic resin, reinforced with mainly radially oriented fibers, which is characterized by that the side 70 intermediate elements additionally have at least one woven layer over their entire area, and the thickness of these elements at the point of connection with the rim is constant. « «c) Zo Te) (ze) (ee) And c)

- and? 1 (ee) (95) (o) (42) 60 b5