[发明专利]复合材料车轮、尤其是自行车轮以及制造这种车轮的方法

说明书

技术领域

本发明涉及由高性能复合材料制成的供运动用的、特别是自行车运动中使用的装备的设计和制造领域。

本发明尤其涉及一种新型自行车轮，这种自行车车轮的轮辋、辐条和轮毂体均由复合材料、特别是碳纤维基材料制成。

背景技术

在自行车运动领域，参赛选手、职业运动员或业余爱好者的成绩进步主要与使用的材料的技术改进有关。材料的这种技术改进主要取决于自行车的每个部件的质量、它们的刚度和空气动力学品质方面所取得的成果。

关于自行车的车轮，主要性能指标是高的刚度、小的质量和低的转动惯量。

多年以来，通过使用碳纤维基复合材料，特别是用于制造轮辋和轮毂，刚度和质量参数已经得以提高。

直到近年，车轮的辐条始终是由金属制造。为了提高配备有这种辐条的车轮的刚度，辐条常常预加载拉力，该预加载拉力高达1800N。然而，如对辐条施加这种力，需要增大辐条所连结到的轮辋边缘的材料厚度，而这与减轻轮辋乃至车轮质量的目的相悖。

当前，相当多的自行车设备制造商开发了这样一种车轮，其轮辋由复合材料制成，连同辐条也由复合材料制成，施加到该辐条的辐条拉力更低，从而能够获得刚度很大的车轮。

由于减小辐条的拉力能够减小轮辋和轮毂的尺寸（特别是考虑到材料厚度的因素），由此允许减轻车轮的重量并获得显著改善的转动惯量，因而是有利的。

目前有两种主要方法可用于将复合材料制成的辐条组装到由单一材料、复合材料或金属制成的轮辋和轮毂：

-将辐条包覆成型、共成型或粘结方式结合到轮辋和轮毂，

-用机械零件（辐头、螺接件）将单独制造的辐条连结到轮辋和轮毂上。

包覆成型、共成型或粘结技术可以获得重量轻、刚度和强度大的辐条与轮辋和轮毂的连接，因而是有利的。

利用金属机械零件连结由复合材料制成的辐条的技术，可以获得可移除和可调整的连结结构，但是车轮的总重量较大。另外，随着时间流逝，在金属-复合材料连接处会发生疲劳和差胀的机械问题。

文献FR 2933030还提出了一种技术变型，其通过在聚合之后进行束紧来制作自行车轮的辐条。然而，这项技术被证明实施起来非常复杂，车轮的可靠性仍然存在问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种新型的自行车轮，该车轮包括由复合材料、特别是碳纤维基材料制成的轮辋、轮毂和辐条，车轮的质量、刚度和转动惯量得以优化，由此使制造变得简单、快速和可靠。

本发明的另一目的是提供一种仅由复合材料制成的元件所构成的自行车轮的制造方法，该方法的实施简单可靠。

因此，根据第一目的，本发明提供一种车轮，特别是自行车的车轮，其包括圆形轮辋、位于轮辋中心的轮毂以及将所述轮毂与所述轮辋连接的多个辐条，所述辐条由复合材料构成，其特征在于，这些辐条在车轮的中间面的任一侧上两两成对，并且辐条以其端部无拉伸地连结到轮毂和轮辋。

本发明的车轮的优点是，由复合材料制成的辐条在其端部无拉伸地结合到轮辋和轮毂。与传统的复合材料车轮相比，这种车轮的刚度很高且质量很小，因此其转动惯量小。另外，辐条关于车轮的中间面两两成对的结构允许大幅地减少获得符合要求的车轮刚度所需的辐条数量；在实践中，辐条的数量能够因此而减少到12根，车轮的每个伞形结构具有6根，这样还可以大幅减小车轮的总质量，由此可以获得一对总质量为1kg的前、后车轮。

根据本发明的第一优选特征，车轮的轮辋和轮毂主要（但非排它性地）由包括例如浸渍有热固粘合剂的碳纤维、环氧树脂的复合材料构成。这种材料具有抗压和抗拉强度很高、刚度很高且质量很小的优点。

根据一个有利的特征，辐条在其处于轮毂与轮辋之间的整个长度上具有可变化的厚度。具体地，辐条具有大致为锥形或截头锥形的纵向截面，材料的厚度从轮毂至轮辋减小。

优选地，为了在受压和受张拉时保持良好的几何稳定性和良好的强度，利用热固树脂将辐条的端部粘附结合到轮毂并插入轮辋中为此目的而设置的凹槽中。

同样根据本发明并且为了提高成对的辐条的抗压及抗拉强度的目的，轮辋在靠近尾缘的辐条插入区域具有厚度加强部。

在本发明的车轮的一个具体实施例中，辐条具有用于插入轮辋中的弯曲端。这样的弯曲端被证明在车轮的轮辋是异形轮辋（profiled rim，塑形轮辋）时特别有利。

更有利的是，本发明提出的车轮包括限位器，以挡住辐条的用于将所述辐条插入轮辋中的端部。这些限位器有利地为处于轮辋内部和外部的限位器，位于轮辋的尾缘的任一侧，以便将辐条有效阻挡在轮辋内。