WO2024138882A1 - 一种具有卯榫结构的新型碳纤维辐条 - Google Patents

一种具有卯榫结构的新型碳纤维辐条 Download PDF

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邱景生
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邱景生
李乃红
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    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60B—VEHICLE WHEELS; CASTORS; AXLES FOR WHEELS OR CASTORS; INCREASING WHEEL ADHESION
    • B60B1/00—Spoked wheels; Spokes thereof
    • B60B1/02—Wheels with wire or other tension spokes
    • B60B1/04—Attaching spokes to rim or hub
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/80—Technologies aiming to reduce greenhouse gasses emissions common to all road transportation technologies
    • Y02T10/86—Optimisation of rolling resistance, e.g. weight reduction 

Definitions

  • the utility model relates to the field of carbon fiber spokes, in particular to a novel carbon fiber spoke with a mortise and tenon structure.
  • the components of their wheels are mainly wheel sets composed of hubs, rims and spokes, in which one end of the spoke is connected to the rim and the other end is connected to the hub.
  • the spokes have the function of increasing strength and supporting the tire. By adjusting the tightness of the spokes, the stability of the bicycle, motorcycle or wheelchair can also be ensured.
  • Traditional spokes are mainly made of carbon steel or stainless steel, which are heavy, costly and inefficient. At present, some carbon fiber spokes have appeared on the market.
  • the existing carbon fiber spokes usually embed metal caps and cap heads into the two ends of the carbon fiber spoke body respectively, and then fix them by gluing, so that the caps and cap heads are fixed to the carbon fiber spoke body, and then the caps and cap heads are used to fix them with the external structure.
  • this design has high requirements for gluing technology and the bonding strength of the adhesive, and there is also a risk of degumming, which affects the stability and safety of the carbon fiber spokes.
  • the glue has poor controllability on the bonding effect when gluing, especially in the field with high precision requirements. How to effectively fix the glue during gluing to ensure the accuracy of gluing is actually an extremely difficult task. Therefore, how to fix the carbon fiber spokes to the external structure (such as rims/hubs, etc.), especially without relying on glue or adhesives to achieve fixation; and how to achieve high-precision structural coordination, has become an important research direction.
  • the purpose of the utility model is to provide a new type of carbon fiber spoke with a mortise and tenon structure, which can more firmly install the carbon fiber spoke on an external structure, such as a rim/hub, through the effective design and coordination of the mechanical structure, and the accuracy of the carbon fiber spoke when being fixed to the outside can be controlled.
  • the gap is a cross-shaped gap that divides the connection end into four parts, and the rivet nail presents a cross-shaped, thin-to-thick one-piece structure, which matches the shape of the cross-shaped gap.
  • This patent can utilize the design of the riveted structure and the reasonable design of the shape of the rivet nails in the gap to control the degree of connection between the carbon fiber spokes and the metal parts. That is, the accuracy of this connection becomes controllable, and high-precision structural matching can be achieved by controlling the gap of the riveted structure and the shape of the rivet nails.
  • Figure 10 is a schematic diagram of the assembly of Example 2 of the utility model

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  • Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract

一种具有卯榫结构的新型碳纤维辐条，包括一接头结构以及一碳纤维辐条，所述接头结构用于将碳纤维辐条安装在轮圈/花鼓上，所述接头结构内部设有前后贯穿的贯穿孔(锥形孔)；所述碳纤维辐条的连接端设有卯榫结构，所述卯榫结构由连接端向内设置的缝隙、以及与缝隙形状对应的铆接钉组成；所述碳纤维辐条的连接端的最大直径D2≤所述锥形孔的最小直径D1，所述连接端从接头结构的锥形孔缩径端穿过锥形孔，所述铆接钉铆接于缝隙内将该连接端从内部向外撑开，确保连接端外部与接头结构的贯穿孔内壁实现紧密配合，有效利用了卯榫结构的纯机械结构的力学性和稳定性，将碳纤维辐条固定于接头结构，保证了与轮圈/花鼓的有效固定。

Description

一种具有卯榫结构的新型碳纤维辐条 技术领域
本实用新型涉及碳纤维辐条领域，特别涉及一种具有卯榫结构的新型碳纤维辐条。
背景技术
在自行车、摩托车和轮椅等交通工具领域，其车轮的部件主要是花鼓、轮圈和辐条组成的轮组，其中辐条的一端连接轮圈，另一端连接花鼓，辐条具有增加强度、支持轮胎的作用，通过调节辐条的松紧还能够保证自行车、摩托车或轮椅的稳定性，传统的辐条主要是碳钢或不锈钢材质制成，重量重、成本高和生产效率低。目前，市面上出现了一些碳纤维辐条，现有的碳纤维辐条通常是将金属材质的牙帽和帽头分别嵌套到碳纤维辐条本体的两端，然后通过胶合方式进行固定，使得牙帽和帽头与碳纤维辐条本体固定在一起，进而利用牙帽和帽头与外部结构实现固定，但是这种设计对于胶合技术及胶合剂的粘结强度要求都较高，并且还存在脱胶风险，进而影响碳纤维辐条的使用稳定性和安全性，另外，胶水在黏胶的时候，对粘结的效果可控性差，尤其在于精密度要求较高的领域中，在黏胶时如何有效固定，以保证胶黏的精度，其实是一件极其困难的事情。因此，如何实现碳纤维辐条与外部结构的固定(例如轮圈/花鼓等)，尤其在于不依赖胶水、黏胶来实现固定；以及如何实现高精度的结构配合，成为一个重要的研究方向。
有鉴于此，本发明人针对现有技术中的上述缺陷深入研究，遂有本案产生。
实用新型内容
本实用新型的目的在于一种具有卯榫结构的新型碳纤维辐条，通过机械结构的有效设计与配合，使碳纤维辐条更牢固地安装在外部结构，例如轮圈/花鼓上，且使得该碳纤维辐条在与外部固定时，其精度可控。
为实现本专利的目的，本专利公开了一种具有卯榫结构的新型碳纤维辐条，包括一接头结构以及一碳纤维辐条，所述接头结构用于将碳纤维辐条安装在外部结构上，所述接头结构内部设有前后贯穿的贯穿孔，所述贯穿孔至少部分形成一锥形孔，所述锥形孔的直径从前向后端缩小；所述碳纤维辐条的至少一端设为连接端，所述连接端设有卯榫结构，所述卯榫结构由连接端端部向内设置的缝隙、以及置于缝隙中将连接端向外撑开的铆接钉组成；所述碳纤维辐条的连接端的最大直径D2≤所述锥形孔的最小直径D1，所述连接端从接头结构的锥形孔缩径端穿过接头结构的锥形孔，所述铆接钉铆接于缝隙内将该连接端从内部向外撑开，确 保连接端外部与接头结构的贯穿孔内壁实现紧密配合。
进一步，所述碳纤维辐条的连接端在设有缝隙之前为等径的圆柱形状。
进一步，所述连接端设置的缝隙，所述缝隙长度占连接端的60-80％。
进一步，所述铆接钉其形状与缝隙的形状对应。
进一步，所述锥形孔的锥角α∈【1°，3.5°】。
进一步，所述连接端向内的缝隙将所述碳纤维辐条的连接端分叉为至少两部分，所述缝隙从碳纤维辐条连接端端部的中部呈纵向径直向内设置；所述铆接钉呈现出由薄到厚一片式结构，与缝隙形状匹配。
进一步，所述缝隙为十字交叉型缝隙将连接端分叉为四部分，所述铆接钉呈现出十字交叉型、由薄到厚一片式结构，与十字交叉型缝隙形状匹配。
进一步，所述接头结构前端外部设有外螺纹，用于螺接于轮圈/花鼓对应的固定结构。
采用上述结构，有效利用了卯榫结构的纯机械结构的力学性和稳定性，利用缝隙中的铆接钉将碳纤维辐条的连接端撑开，由于连接端被撑开，使得连接端外部形状与接头结构的锥形孔形状一致，只需向前(向外)拉扯接头结构，则可使得碳纤维辐条的连接端外部更加紧密的固定于接头结构内的锥形孔内壁，使得该连接端与接头结构的贯穿孔可实现紧密配合，通过物理(机械)结构有效的保证了碳纤维辐条的连接端与连接结构的紧密配合，进而通过连接结构与轮圈/花鼓上的固定结构进行固定。在使用时若有拉力的作用，则碳纤维辐条与锥形孔会越拉越紧，大大提升了拉伸强度。
本专利可以利用对铆接结构的设计，合理设计缝隙中铆接钉的形状，用于控制碳纤维辐条跟金属件的连接的程度，即这个连接的精度变得可控，只需要通过控制铆接结构的缝隙与铆接钉的形状来完成高精度的结构配合。
其次，本专利的生产工艺的过程简单，生产能效高，装配过程也比较简单，且无需等待胶水及再固化，成品制成的效率也更高、精度也更高，尤其适用于广泛推广。
本专利不仅可以用于自行车、摩托车和轮椅等交通工具领域，甚至在一些桥梁、道路施工领域，涉及一些提高强度横梁或是辐条结构时，亦可采用此方案。
附图说明
作为非限制性例子给出的具体说明更好地解释本实用新型包括什么以及其可被实施，此外，该说明参考附图，在附图中：
图1-3是本实用新型连接结构的示意图；
图4-5是本实用新型实施例1碳纤维辐条的连接端示意图；
图6是本实用新型实施例1铆接钉的示意图；
图7是本实用新型实施例1组装示意图；
图8是本实用新型实施例1组装后的剖面示意图；
图9是本实用新型实施例2铆接结构示意图；
图10是本实用新型实施例2组装示意图；
图11是本实用新型实施例2组装后的剖面示意图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例对本实用新型做详细描述。
实施例1
请参阅图1至图8，一种新型碳纤维辐条2，包括一接头结构1以及一碳纤维辐条2，所述接头结构1用于将碳纤维辐条2安装在外部结构上，本实施例中，所述的外部结构为轮圈/花鼓，所述接头结构1内部设有前后贯穿的贯穿孔，本实施例中所述贯穿孔形成一锥形孔11，所述锥形孔11的直径从前向后端缩小，所述接头结构1前端外部设有外螺纹12，用于螺接于轮圈/花鼓对应的固定结构；所述碳纤维辐条2的至少一端设为连接端21，所述连接端21设有卯榫结构20a，所述卯榫结构20a由连接端21向内设置的缝隙22a、以及与缝隙22a形状对应的铆接钉3a组成，本实施例中，所述碳纤维辐条2的连接端21在设置缝隙22a之前为等径的圆柱形状，等径的圆柱形设置，利于碳纤维辐条的生产，使得生产工艺更加简单、快速，继而在等径的圆柱形的连接端从端部向内设置缝隙22a，所述向内设置的缝隙22a将所述碳纤维辐条2的连接端21分叉为两部分；所述碳纤维辐条2的连接端21的最大直径D2≤所述锥形孔11的最小直径D1，本实施例中，由于碳纤维辐条2的连接端21被缝隙22a破开，由于缝隙22a自然而产生的开口，使得碳纤维辐条2连接端21的最大直径D2为连接端21设置缝隙22a之前的直径加上缝隙22a的开口尺寸，所述连接端21从接头结构1的锥形孔11缩径端(最小直径D1端)穿过锥形孔11，本实施例中，由于缝隙22a从设置于碳纤维辐条2连接端21端部的中间呈纵向径直向内劈开；而所述铆接钉3a呈现出由薄到厚一片式结构与缝隙22a形状匹配；如图7、8所示，所述铆接钉3a其薄端向缝隙22a内伸入，进而将铆接钉3a整个铆接于缝隙22a中，确保该连接端21从内部向外撑开(两部分分别向外撑开)，如图8所示，本实施例中，所述碳纤维辐条的连接端21总长度大于接头结构1，所述连接端从接头结构的锥形孔缩11径端穿过锥形孔，而所述铆接钉铆接于缝隙内将该连接端从内部向外撑开后，可往前(向外)拉紧接头结构，以确保连接端外部与接头结构1的贯穿孔 (锥形孔11)内壁实现紧密配合，通过物理结构有效的保证了碳纤维辐条2的连接端21与连接结构的紧密配合，进而通过连接结构与轮圈/花鼓上的固定结构进行固定，一般采用连接结构螺接固定于轮圈/花鼓上。
本实施例中，所述连接端21设置的缝隙22a长度占碳纤维辐条2的连接端21总长度的60-80％，这样的设置利于连接端21足够长度被撑开，其撑开后连接端外壁所呈现出的锥度处于合理的范围，实现与锥形孔11较为有效的配合，即连接端21与锥形孔11紧密配合的面积足够大，保证了碳纤维辐条2与金属接头结构1的连接稳定性。在本实施例中，所述锥形孔11的锥角α∈【1°，3.5°】，为较为合理的锥形设计。
由于锥形孔11的锥度设计，在使用时若有拉力的作用，则碳纤维辐条2与锥形孔11会越拉越紧，大大提升了拉伸强度以及碳纤维辐条固定时的稳定性。
实施例2
请参阅图1-3和图9-11，本实施例中，所述的外部结构为轮圈/花鼓，所述接头结构1内部设有前后贯穿的贯穿孔，本实施例中所述贯穿孔形成一锥形孔11(此处与实施例1相同)，所述锥形孔11的直径从前向后端缩小，所述接头结构1前端外部设有外螺纹12，用于螺接于轮圈/花鼓对应的固定结构；所述碳纤维辐条2的至少一端设为连接端21，所述连接端21设有卯榫结构20b，所述卯榫结构20b由连接端21向内设置的缝隙、以及与缝隙形状对应的铆接钉3b组成，本实施例中，所述碳纤维辐条2的连接端21在设置缝隙之前为等径的圆柱形状，等径的圆柱形设置，利于碳纤维辐条的生产，使得生产工艺更加简单、快速，继而在等径的圆柱形的连接端从端部向内设置缝隙，在此实施例中，所述缝隙设计为十字交叉型缝隙22b，即在连接端21的端部向内劈开互相交叉垂直的两条缝隙，进而将所述碳纤维辐条2的连接端21分叉为四部分，如图9所述，分别为第一部分211、第二部分212、第三部分213b和第四部分214，所述卯接钉3b亦设计为十字交叉型，且从一端部向另一端部逐渐扩大的形状(从薄逐渐变厚)，与连接端21的的端部十字交叉型缝隙22b形状对应；所述连接端21从接头结构1的锥形孔11缩径端(最小直径D1端)穿过锥形孔11，如图10、11所示，所述铆接钉3b其缩小端3b1(薄端)向十字交叉型缝隙22b内伸入，进而将铆接钉3b整个铆接于十字交叉型缝隙22b中，确保该连接端21从内部向外撑开(四部分分别向外撑开)，如图10所示，本实施例中，所述碳纤维辐条的连接端21总长度大于接头结构1，所述连接端从接头结构的锥形孔缩11径端穿过锥形孔，而所述铆接钉3b铆接于十字交叉型缝隙22b内将该连接端21从内部向外撑开后，如图11所示，可向外拉紧接头结构1，以确保连接端21外部与接头结构1的贯穿孔(锥形孔11)内壁实现紧密配合，通过物理结构有效的保证了碳纤维 辐条2的连接端21与连接结构的紧密配合，进而通过连接结构与轮圈/花鼓上的固定结构进行固定，一般采用连接结构螺接固定于轮圈/花鼓上。
由于碳纤维辐条2是由若干条碳纤维丝结合而成的，因而沿其长度方向具有优异的高抗拉性，本申请所设计的缝隙，其沿着碳纤维丝的长度方向产生，对碳纤维丝并无横向受力，而是利用碳纤维丝自身的特性设计的机械结构的配合方式，因此，该专利受力强度大、稳定性高且使用寿命较长。可以不限制于使用在自行车、摩托车和轮椅等交通工具领域，可进一步扩大适用范围。
碳纤维产品是由有限数量的碳纤维紧密组合在一起，制作时等径的碳纤维产品可一次成型，若需要制成非等径的形状则需进行二次成型工艺，而二次成型工艺耗时长、工艺复杂，且不利于形状的固定；而本专利的进一步优势在于，利用碳纤维产品的特殊性，一次成型碳纤维辐条，使得其连接端的初始状态为等径的形状，较优方案为等径的圆柱形，进而设置缝隙，而缝隙的设置对于碳纤维产品来说由于是顺着其碳纤维丝进行劈开，所以工艺十分简单，远远比二次成型简单且准确度高。本专利的核心在于，碳纤维辐条的端部(连接端)设置缝隙和对应的铆接钉，利用卯榫结构实现扩大和紧密配合的效果，最终实现工艺简单、结构稳定的新型碳纤维辐条，其安装在轮圈/花鼓上力学性能优异，安装方式简单，利于行业普及应用。
上述实施例和图示并非限定本实用新型的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化和修饰，皆应视为不脱离本实用新型的专利范畴。

Claims (8)

  1. 一种具有卯榫结构的新型碳纤维辐条，包括一接头结构以及一碳纤维辐条，所述接头结构用于将碳纤维辐条安装在外部结构上，其特征在于：所述接头结构内部设有前后贯穿的贯穿孔，所述贯穿孔至少部分形成一锥形孔，所述锥形孔的直径从前向后端缩小；所述碳纤维辐条的至少一端设为连接端，所述连接端设有卯榫结构，所述卯榫结构由连接端端部向内设置的缝隙、以及置于缝隙中将连接端向外撑开的铆接钉组成；所述碳纤维辐条的连接端的最大直径D2≤所述锥形孔的最小直径D1，所述连接端从接头结构的锥形孔缩径端穿过接头结构的锥形孔，所述铆接钉铆接于缝隙内将该连接端从内部向外撑开，确保连接端外部与接头结构的贯穿孔内壁实现紧密配合。
  2. 如权利要求1所述的一种具有卯榫结构的新型碳纤维辐条，其特征在于：所述碳纤维辐条的连接端在设有缝隙之前为等径的圆柱形状。
  3. 如权利要求1所述的一种具有卯榫结构的新型碳纤维辐条，其特征在于：所述连接端设置的缝隙，所述缝隙长度占连接端的60-80％。
  4. 如权利要求1所述的一种具有卯榫结构的新型碳纤维辐条，其特征在于：所述铆接钉其形状与缝隙的形状对应。
  5. 如权利要求1所述的一种具有卯榫结构的新型碳纤维辐条，其特征在于：所述锥形孔的锥角α∈【1°，3.5°】。
  6. 如权利要求1所述的一种具有卯榫结构的新型碳纤维辐条，其特征在于：所述连接端向内的缝隙将所述碳纤维辐条的连接端分叉为至少两部分，所述缝隙从碳纤维辐条连接端端部的中部呈纵向径直向内设置；所述铆接钉呈现出由薄到厚一片式结构，与缝隙形状匹配。
  7. 如权利要求6所述的一种具有卯榫结构的新型碳纤维辐条，其特征在于：所述缝隙为十字交叉型缝隙将连接端分叉为四部分，所述铆接钉呈现出十字交叉型、由薄到厚一片式结构，与十字交叉型缝隙形状匹配。
  8. 如权利要求1所述的一种具有卯榫结构的新型碳纤维辐条，其特征在于：所述接头结构前端外部设有外螺纹，用于螺接于轮圈/花鼓对应的固定结构。
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