一种柔性绳缆辐条式自行车车轮制造技术

一种柔性绳缆辐条式自行车车轮，包括轮辋、花盘和柔性绳缆辐条。轮辋和花盘通过柔性绳缆辐条连接，柔性绳缆辐条与轮辋固定连接，柔性绳缆辐条与花盘固定连接，构成一个整体结构。传统自行车车轮辐条为硬质钢材结构，无法弯曲，故减震效果不佳。本发明专利技术中的柔性绳缆辐条结构材质为钢丝、尼龙绳、高强度橡胶等柔性材料，当车轮受到冲击载荷时，辐条会发生一定的弹性变形，较好的缓和冲击载荷。该结构生产工艺简单，经济性好，提高了自行车的舒适性，具有很好的推广前景。

【技术实现步骤摘要】
一种柔性绳缆辐条式自行车车轮
本专利技术涉及一种应用与自行车的新式车轮，特别涉及要求越野性能良好的山地自行车车轮，属于自行车交通领域。
技术介绍
自从1790年法国人西夫拉克专利技术自行车以来，进过人们的不断改造和改进，自行车已经是人们生活中不可或缺的交通工具之一。随着人们环保意识的日益加深和严峻的交通问题，自行车再度成为世界各国人民喜爱的交通、健身工具，世界自行车行业的重心正从传统的代步型交通工具向运动型、山地型、休闲型转变，特别是在美。欧、日等发达国家，自行车是一种很普通的运动、健身和娱乐性产品。每年全世界自行车需求量巨大，据日本CyclePress的数据显示：全世界自行车需求规模保持在1.06亿台的水平，自行车年交易额约为50亿美元。真正具有现代形式的自行车是在1874年诞生的。英国人罗松在1874年一年的时间里，给自行车装上了链条和链轮，用后轮转动来推动车子前进。但仍然是前轮大、后轮小，看起来不够协调、不稳定。1886年，英国的一位机械工程师，约翰·斯塔利，从机械学、运动学的角度设计出了新的自行车样式，为自行车装上了前叉和车闸，前后轮的大小相同，以保持平衡，并用钢管制成了菱形车架，还首次使用了橡胶轮胎。斯塔利不仅改进了自行车的结构，还改制了许多生产自行车部件用的机床，为自行车的大量生产和推广应用开辟了宽阔的前景，因此他被后人称为“自行车之父”。斯塔利所涉及的自行车车型于今天自行车的样子基本一致了。随着社会的发展，对自行车类产品的研发及技术专业性要求越来越高。各式各样的自行车也随之出现。传统自行车车轮辐条采用硬质钢材结构，对于冲击载荷没有缓冲作用，舒适性较差。本专利技术中的辐条采用柔性材料，如钢丝、尼龙、高强度橡胶等，对于冲击载荷具有很好的缓冲作用。柔性绳缆辐条的安装也较为简单，且其与轮辋、花盘的连接形式也较为多样化。
技术实现思路
本专利技术旨在提供一种具有缓和冲击载荷的自行车车轮，传统自行车车轮辐条通常采用硬质钢材结构，而本专利技术中车轮辐条采用钢丝、尼龙绳、高强度橡胶等柔性材料，具有很好的缓和冲击载荷的功能，大大增加了自行车的舒适性。本专利技术的目的是通过如下技术方案实现的：一种柔性绳缆辐条式自行车车轮，包括轮辋、花盘和柔性绳缆辐条，轮辋和花盘通过柔性绳缆辐条连接，柔性绳缆辐条两端分别与轮辋和花盘固定连接，构成一个整体结构。柔性绳缆辐条的布置形式与传统辐条布置形式相同，采用逆时针和顺时针交替布置；每根柔性绳缆辐条3的最大受力为：其中，P为载荷，R为轮辋半径，r为花盘半径，a为花盘轴向长度的一半，n为柔性绳缆辐条根数，N0为预紧力。本专利技术所述的柔性绳缆辐条采用由钢丝、尼龙绳或高强度橡胶构成的辐条。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点及突出性效果：传统自行车车轮辐条采用硬质钢材结构，对于冲击载荷没有缓和功能，骑行的舒适性较差。本专利技术中的车轮辐条采用钢丝绳、尼龙绳、高强度橡胶等柔性材料，对于冲击载荷具有很好的缓和功能。在骑行过程中，当遇到冲击力时，柔性绳缆辐条可以实现大幅度的变形，进而实现对冲击力的减缓，提高了骑行的舒适性。附图说明图1是本专利技术的总体结构示意图。图2是自行车车轮理想模型示意图。图3是理想模型中车轮受力辐条变形示意图。图4是实际模型与理性模型辐条夹角示意图。图5是实际模型中夹角与相关尺寸关系的示意图。图6是在冲击载荷作用下柔性绳缆辐条变形示意图。图中：1—轮辋；2—花盘；3—柔性绳缆辐条。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的结构原理及具体实施方式做进一步说明。图1为本专利技术的总体结构示意图，该柔性绳缆辐条式自行车车轮包括轮辋1、花盘2和柔性绳缆辐条3，轮辋1和花盘2通过柔性绳缆辐条3连接，柔性绳缆辐条3两端分别与轮辋1和花盘2固定连接。柔性绳缆辐条3的布置形式与传统辐条布置形式相同，逆时针和顺时针交替布置。图2为自行车车轮理想模型示意图，根据受力平衡，可以得到受力平衡方程：式中，P为载荷，n为柔性绳缆辐条根数，Ni为第i根辐条的受力，αi为第i根辐条与铅垂线的夹角。图3为理想模型中车轮受力辐条变形示意图，根据几何关系，可以得到变形协调方程：Δl2＝Δl1cosα2Δl3＝Δl1cosα3……Δln＝Δl1cosαn即：Δli＝Δl1cosαi(2)又，由胡克定理，伸长量式中，F为载荷，l为杆的长度，Δli为第i根辐条的伸长量，E为材料的弹性模量，A为杆件的横截面积。联合方程式(2)和方程式(3)，可得：Ni＝N1cosαi(4)将式(4)代入式(1)，可得：根据余弦定理cos2α＝(1+cos2α)/2，可以得到：其中，αi为0:2π之间的角度，且为等差数列，故：可以得到，理想模型下每根辐条的受力介于0和之间。图4为实际模型与理性模型辐条夹角示意图，其中为辐条的实际位置与理想模型中辐条位置的夹角。图5为实际模型中夹角与相关尺寸关系的示意图，根据几何关系，可以得到：其中，R为轮辋1半径，r为花盘2半径，a为花盘2轴向长度的一半。考虑角的影响，每根辐条的最大载荷受力为：辐条装配时已加载预紧力N0，且每根辐条的预紧力N0>N1，则，每根辐条的最大受力为：在行进中，车轮辐条的受力是周期性变化的，考虑到载荷冲击的影响，需加动载系数kd。则每根辐条的受力变化范围为：根据辐条受力的变化周期，选择优化的预紧力，可以最大限度的提高柔性绳缆辐条的承载能力和抗冲击载荷的能力。图6为冲击载荷作用下柔性绳缆辐条变形示意图，在冲击载荷的作用下，车轮下半部分的柔性绳缆辐条处于不受力的状态，出现自然下垂现象。本专利技术中的柔性绳缆辐条提高了自行车的骑行舒适性，当自行车在行驶过程中遇到冲击载荷时，柔性绳缆辐条会发生变形，最大限度的吸收冲击载荷，提高自行车的舒适程度。相比传统硬质材料的辐条，柔性绳缆辐条更易加工和装配，而且经济性也很好，具有很好的市场前景。同时，也增加了自行车的美观性，带来了一定的视觉冲击效果，具有很好的观赏性。总之，本专利技术中的柔性绳缆辐条结构，不仅具有良好的力学性能，同时也具有很好的稳定性和经济性，在增加了自行车舒适性的同时，也提高了自行车的美观性和经济性。在现有技术条件下进行批量生产不存在任何技术障碍，具有十分广阔的应用前景。在本专利技术中，没有对自行车车轮涉及到的其他部件如螺栓、轮胎等部件展开讨论，原因是这些部件没有涉及到结构的本质特征。可以根据不同车型具体的使用工况、各部件的具体尺寸等已知参数选择相关部件合适的种类和参数。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种柔性绳缆辐条式自行车车轮，包括轮辋(1)、花盘(2)和柔性绳缆辐条(3)，其特征在于：所述辐条采用由柔性材料构成的柔性绳缆辐条(3)，柔性绳缆辐条(3)的两端分别与轮辋(1)和花盘(2)固定连接，并采用逆时针和顺时针交替布置；每根柔性绳缆辐条(3)的最大受力为：Nmax=2PRR2+a2-r2(R2-r2)+N0]]>其中，P为载荷，R为轮辋半径，r为花盘半径，a为花盘轴向长度的一半，n为柔性绳缆辐条的根数，N0为预紧力。

【技术特征摘要】
1.一种柔性绳缆辐条式自行车车轮，包括轮辋(1)、花盘(2)和柔性绳缆辐条(3)，其特征在于：所述柔性绳缆辐条(3)采用尼龙绳或高强度橡胶构成的辐条；柔性绳缆辐条(3)的两端分别与轮辋(1)和...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵景山，侯帅松，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11