專利名稱：復(fù)合材料制造的自行車碟形車輪的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明為一種復(fù)合材料制造的自行車碟形車輪，指一完全以復(fù)合材料制成的碟形車輪，藉由中央輪殼與碟輪片間螺紋鎖接，構(gòu)成一近菱形狀的中空碟輪，達(dá)減輕輪體重量的目的，并可藉由輪殼的螺接齒數(shù)調(diào)整，達(dá)到碟輪張力強度調(diào)整的新穎自行車碟輪。
多年來自行車行業(yè)由于生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高及使用上的需要，不論由車體的結(jié)構(gòu)以致各種制造技術(shù)上，可說是突飛猛進，尤其于賽車使用上的車具改良，更可說是一日千里，而對于自行車用的車輪設(shè)計，由以往鋁合金式的輪圈設(shè)計，到一九八四年洛杉磯奧運會的自由車比賽，美國國家代表隊以高科技的工業(yè)水準(zhǔn)開發(fā)出一種以碳纖維復(fù)合材料制成的碟形車輪，這種碟形車輪藉由復(fù)合材料的剛性及碟形狀的外觀有效的減低整個風(fēng)阻系數(shù)，使于短距離的室內(nèi)爭先賽或計時賽中大放異彩，足見科技對比賽成績的影響程度。
而以一般自行車的碟形車輪設(shè)計大都如圖8所示，設(shè)計成一平面狀，亦即一般常見的三明治式的結(jié)構(gòu)體，上、下層碟輪面5皆為碳纖維高剛性的復(fù)合材料制成，而中間配合以鋁材蜂巢材料或以杜邦公司產(chǎn)制的NOMEX紙材，制成蜂巢狀材料或以習(xí)用的發(fā)泡體為蕊材51，再套裝一鋁合金輪框52，并以膠合方式共同組成一具低風(fēng)阻系數(shù)的碟形車輪。
然以類似的習(xí)見碟輪結(jié)構(gòu)設(shè)計，雖具有較習(xí)用的鋁合金輪框52強的剛性及重量較輕等多項優(yōu)點，然就結(jié)構(gòu)設(shè)計上明顯將車子轉(zhuǎn)動時的受力的集中于軸心的輪殼上，尤其于轉(zhuǎn)彎操作時，將由于受力的集中所產(chǎn)生的力矩，以致產(chǎn)生不平衡的偏離感覺，相對將影響整部車子的操控性;又就其結(jié)構(gòu)方式，于中間部份充填材料中，如以發(fā)泡材而言，由于蕊材51會吸水，無形中將加重車輪的重量，而以類似中間充填物的組裝結(jié)構(gòu);將因為充填物品的加重，而無法使復(fù)合材料的質(zhì)輕功效充分發(fā)揮;又一般碟輪面以復(fù)合材料制成，而輪框則以鋁合金制成，當(dāng)兩者膠合時，將由于膠合時的高溫，使鋁材呈膨脹形變，于膠合冷卻后，鋁材冷縮形成外側(cè)的碟面對輪框的拉撐作用，相對于輪框上即形成一受拉撐的內(nèi)應(yīng)力，影響所及將使輪框與碟輪面脫層，另對于碟面與輪殼鎖固結(jié)合方式，大都以鉚固的接合方式，當(dāng)所有的受力集中于輪殼部份時，輪殼處將受到極大的扭力矩，產(chǎn)生應(yīng)力集中，是以經(jīng)常會縱鉚接的鉚釘部分折斷，而綜合上述現(xiàn)有碟輪使用上的多項缺失，在比賽時，若出現(xiàn)其中任何一項狀況，不僅將影響選手的比賽成績，嚴(yán)重時更影響到選手的人身安全，尤其在一陣破記錄的奪標(biāo)聲中，就工欲善其事必先利其器的原則下，車輪結(jié)構(gòu)上誠有進一步改良開發(fā)的必要，使整個自行車的使用達(dá)更理想的地步。
本發(fā)明人有鑒于習(xí)用碟輪使用上的諸多缺點，乃經(jīng)悉心地試驗與研究，終于開發(fā)出本發(fā)明的復(fù)合材料制造的自行車碟形車輪，藉由中空式的設(shè)計制造，有效地使達(dá)更輕、更平衡的使用優(yōu)點。
本發(fā)明的主要目的，在于藉由車輪呈中空凸型碟片式設(shè)計，達(dá)到重量更輕，平衡性更優(yōu)良的使用目的，另配合輪殼兩側(cè)具不同向的螺紋鎖固特色，使兩側(cè)碟輪面可適度的同步調(diào)整，承受張力達(dá)更佳的使用狀態(tài)，并配合將輪框以相同的復(fù)合材料制成，使膠合一體的效果更佳，并不會有膠合內(nèi)應(yīng)力產(chǎn)生，達(dá)使用安全的確保。
本發(fā)明的主要碟輪制造方法，是以復(fù)合材料編織成的○度紗，依具內(nèi)螺孔設(shè)計的金屬螺套為軸心，經(jīng)特殊的繞線編成輪輻狀，并配合以復(fù)合材料疊層編織布為輪輻的支撐，個別粘結(jié)成兩單片狀的碟輪片，配合以一支兩端具設(shè)不同向螺紋的輪殼，供兩碟輪片分別由輪殼兩側(cè)相對鎖接入，復(fù)以一個中空復(fù)合材料制成的輪框，將兩碟輪片分別粘結(jié)于輪框的兩側(cè)面，共同組成一中空狀的碟形車輪，而藉由中空狀設(shè)計，達(dá)碟輪減輕重量的優(yōu)點;又配合中央輪殼段較寬設(shè)計，使整個碟輪的外觀成一中央凸出的菱形狀，更可達(dá)到轉(zhuǎn)動位移時減低風(fēng)阻系數(shù)的目的。
為進一步說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)，特征及產(chǎn)業(yè)上、實用上的多重目的，茲配合附圖詳細(xì)說明如后

圖1為本發(fā)明的立體系統(tǒng)分解圖。
圖2為本發(fā)明碟輪面的結(jié)合示意圖。
圖3為本發(fā)明碟輪面的組裝剖視圖。
圖4為本發(fā)明輪殼組裝示意圖。
圖5為本發(fā)明碟輪組裝斷面示意圖。
圖6為本發(fā)明碟輪面調(diào)整示意圖。
圖7為本發(fā)明碟輪使用時受力示意圖。
圖8現(xiàn)有技術(shù)的碟輪結(jié)構(gòu)示意圖。
本發(fā)明的復(fù)合材料制成的自行車碟形車輪，請配合參閱圖1-3所示的實施例，以復(fù)合材料為制造的主要材料，首先以一片由數(shù)層疊層制成的織布面1，依車輪直徑裁制成一大圓形狀，而于圓形織布面1的正中央配合穿組一設(shè)成凸字形狀的金屬螺套11，該金屬螺套11外環(huán)軸面上設(shè)留有螺旋凹槽12狀，如圖4所示，而于金屬螺套11的軸孔內(nèi)設(shè)留有內(nèi)螺紋面13，而內(nèi)螺紋面13的設(shè)置，則配合調(diào)整的需要，將兩側(cè)所設(shè)的內(nèi)螺紋面13設(shè)成不同螺向，而配合以單向0°向編織的復(fù)合材料纖維束14，一端定位于織布面1的邊緣，而另一端則繞經(jīng)金屬螺套11后系固于圓形的織布面1的邊緣;主要的特色在于纖維束14繞織自成一V形口狀，而于每一V形口內(nèi)恰夾設(shè)有兩條纖維束14，使每一V形夾口內(nèi)恰各等分成三等分，而整個圈弧面則等分設(shè)留多道繞設(shè)的纖維束14，使整個纖維束14的分布平均，當(dāng)纖維束14繞裝妥當(dāng)后，予以置裝入一壓模中配合以高溫高壓的壓合處理，制成一完整的碟輪面2，且于碟輪面2壓合成型的同時，配合金屬螺套11外軸環(huán)面上的螺旋凹槽12以復(fù)合材料制的纖維束14予以繞線充填，并將線端予以交織于V形狀的纖維束14內(nèi)，再配合以相同的復(fù)合材料面層與輪輻狀的纖維束14一體壓合成型，使金屬螺套11能與碟輪面2結(jié)合一體，而不需任何結(jié)合構(gòu)件輔助結(jié)合，而整個碟輪面2的造形自成一錐形狀外觀。
另由圖1、4所示，藉由一支經(jīng)設(shè)定適當(dāng)長度，桿環(huán)面上成階級狀的輪殼3，輪殼桿體中段設(shè)成較細(xì)的環(huán)徑，兩端較粗軸環(huán)面上各設(shè)留一段外螺紋面31，依組裝調(diào)整的需要所設(shè)的螺紋分設(shè)成不相同螺向，而于桿端面上則設(shè)留有對稱的凹槽孔32，主要供配合調(diào)整工具以轉(zhuǎn)動輪殼3，當(dāng)?shù)喗M裝時，主要依碟輪面2中央所設(shè)的金屬螺套11內(nèi)設(shè)的螺紋面13的螺向，直接鎖入相同螺向的輪殼3一端，一直到桿面上所設(shè)螺紋面13底端，而于碟輪面2的外圈圍，則配合一個以相同復(fù)合材料中空狀預(yù)制成型的輪框4配合以熱壓膠合一體，共同組成一完整的碟輪構(gòu)造，而為使膠合強度更安全，輪框4的兩側(cè)預(yù)留有凹落平面供與碟輪面2邊緣所設(shè)的平面段相貼合卡抵定位。
而依輪殼3端面所設(shè)的凹槽孔32設(shè)計，配合以工具插入轉(zhuǎn)動輪殼3，而藉由兩側(cè)不同螺向的螺接設(shè)計，使兩側(cè)相對碟輪面2中段得以依金屬螺套11與輪殼3間的螺接特色，并因碟輪面2外環(huán)由輪框4固定，以致可藉由螺轉(zhuǎn)輪殼3調(diào)整碟輪面2上中心金屬螺套11的內(nèi)、外移位，如圖5、6所示，形成一種碟輪中心寬度的可調(diào)整性。而值得一提的是，即是以本發(fā)明的輪殼3調(diào)整結(jié)構(gòu)設(shè)計，當(dāng)如圖6所示，將輪殼3轉(zhuǎn)動，使兩相對碟輪面2的中央金屬螺套11分向兩端移出調(diào)整時，將因擴張的調(diào)整，使整個碟輪的擴張承受力適度增強，可配合圖7所示的轉(zhuǎn)動或轉(zhuǎn)彎時的受力分布示意圖上清楚對比，當(dāng)如圖上所示的B線段固定長，即如本發(fā)明中的輪框4半徑，而A線段即為本發(fā)明碟輪的中心與碟輪中心線的間距，亦即金屬螺套11與輪殼3中點間的長度距離，當(dāng)適度的使調(diào)整碟輪面中心的金屬螺面11外張的位置，即可適切的調(diào)整分力圖上A值的大小，而當(dāng)合力C夾角于一定限值下時，適度的外移加大，則可明顯的增加，即為碟輪面上受張力，而以本發(fā)明的0°向的纖維束14繞裝設(shè)計，可使整個輪面受力獲得完整的力量支撐與分布，配合輪殼3的調(diào)整更可依實際不同的使用或比賽需求，而為適當(dāng)?shù)膹埩φ{(diào)整。
而以本發(fā)明的碟輪設(shè)計，另有一習(xí)用碟輪無法相比擬的，即是本發(fā)明的碟輪體，可由圖上明顯看出系呈一中空狀菱形的外觀，由中空狀設(shè)計，完全無任何的夾層組合，可使碟輪的結(jié)構(gòu)重量減至最輕，而且藉由菱形的設(shè)計，使整個風(fēng)切效果更理想，亦即可促使整個輪面的風(fēng)阻系數(shù)更低，并有助于操控平衡性的增強，尤其是在轉(zhuǎn)彎操控時，可說是一具流體力學(xué)的進步性設(shè)計，并因張力的適度調(diào)整加強輔助，使整個使用的安全性更佳，故就本發(fā)明的整體碟輪設(shè)計，實為自行車用碟輪上的一大創(chuàng)新發(fā)明。
權(quán)利要求
1.一種復(fù)合材料制造的自行車碟形車輪，由兩片碟輪面和輪框所組成，其特征在于兩碟輪面中心位置預(yù)置一個金屬螺套，將兩碟輪面鎖合于輪殼，并將碟輪邊緣與輪框膠合形成一中空狀車輪；而碟輪面是利用復(fù)合材料的零度紗高張力特性，鋪設(shè)于碟輪復(fù)合材料疊層布面間，零度纖維束系以V型狀，成間隔式圍繞于中心金屬螺套上而成。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合材料制造的自行車碟形車輪，其特征是碟輪面中央所穿裝的金屬螺套外環(huán)面上設(shè)留有螺旋凹槽，而于中孔內(nèi)則設(shè)留有螺紋面。
3.一種復(fù)合材料制造的自行車碟形車輪，其特征在于鎖裝碟輪面所用的輪殼，兩端分設(shè)有一段具不同螺向的螺紋面，供兩側(cè)對接的碟輪面得以同步調(diào)整位移。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的復(fù)合材料制造的自行車碟形車輪，其特征是鎖裝碟輪面用的輪殼端面上分設(shè)有數(shù)個相互對稱的凹槽孔，供鎖裝調(diào)整。
全文摘要
一種復(fù)合材料制造的自行車碟形車輪，主要以復(fù)合材料編織成的0°紗，以一具內(nèi)螺孔設(shè)計的金屬螺套為軸心，經(jīng)特殊的繞線編成輪輻狀，并配合以復(fù)合材料疊層編織布為輪輻的支撐，個別粘結(jié)成兩單片狀的碟輪片，配合以一支兩端具設(shè)不同螺紋向的輪殼，供兩碟輪片分別由輪殼兩側(cè)相對鎖接入，又以一個由中空復(fù)合材料預(yù)制成型的輪框，使兩碟輪片邊緣分別粘結(jié)于輪框的兩側(cè)面，依輪面中段凸出設(shè)計，共同組成一完整中空狀的碟形車輪。達(dá)到減輕重量，操控平衡，使用安全，減低風(fēng)阻的目的。
文檔編號B60B5/02GK1069699SQ9110573
公開日1993年3月10日 申請日期1991年8月21日 優(yōu)先權(quán)日1991年8月21日
發(fā)明者蔡科然 申請人:萬通運動器材工業(yè)股份有限公司, 蔡科然