用于自行车或车辆的框架加强组件

技术领域

本发明涉及一种用于自行车或车辆框架的框架加强组件，更具体地，涉及一种在自行车或车辆框架或任何其他中空框架内加强强度(刚性)的加强自行车框架或车辆框架。

背景技术

自行车或车辆，例如机动自行车或汽车，通常除了提供交通运输之外，还可以作为运动、锻炼和其他活动的来源。然而，已经开发和制造了具有一系列特征的自行车或车辆，以提高自行车或车辆的开发能力。

然而，随着优质材料的发展，预计对自行车或车辆框架的强度和重量的需求也会变高。例如，可能需要具有新颖和独特特征的车辆框架，以增强车辆的强度或刚性。车辆框架的某些示例可能是容易获得的，例如：传统的通勤自行车，其具有适合通勤的重且廉价框架，尽管它们在重重蹬踏下容易弯曲；运动自行车框架，其由更轻、更贵的材料制成，例如：铝、钛、碳纤维，这些材料的设计考虑到了强度，力求刚性，从而减少了框架在重重蹬踏下弯曲时的动力损失。

因此，最好为自行车或车辆提供车辆框架和框架加强组件，以加强自行车或车辆框架，减少车辆框架扭曲和弯曲(尤其是在较重的负载应力区域)造成的蹬踏力的浪费。

发明内容

鉴于现有技术中固有的上述缺点，本公开的一般目的是提供一种用于自行车或车辆框架的加强框架组件，以包括现有技术的所有优点，并克服现有技术中的固有缺点。

本发明的一个目的是通过加强自行车框架来减少因框架扭曲而浪费的蹬踏力。

本发明的另一个目的是防止这种变形，从而将更多的蹬踏力传递到传动系。

本发明的另一个目的是实现一种轻质、坚固、耐用的自行车框架。

鉴于上述目的，在本发明的一个方面，提供了一种框架加强组件。框架加强组件或车辆框架可以包括用于接合前轮胎的头管部分、用于接合后轮胎的底部支架部分和用于支撑自行车或车辆骑手的座椅的座管部分。进一步，头管部分、底部支架部分和座管部分中的每一个都具有中空内部。框架加强组件包括多个肋结构，多个肋结构可以形成在中空内部内，以向中空头管部分、底部支架部分和座管部分中的每一个的中空内部提供刚度。

在一种形式中，多个肋结构彼此垂直。

在一种形式中，多个肋结构包括第一组肋结构和第二组肋结构，并且其中，第一组肋结构和第二组肋结构可以排列成基本上彼此垂直并交叉地布置。进一步，第一组肋结构包括多个水平肋结构，并且第二组肋结构包括多个竖直肋结构。

在一种示例形式中，多个肋结构可以是锻造、冲压、焊接、钎焊、超声焊接、胶合(用树脂形成)、用树脂形成或3D打印到框架的中空内部的内壁中的一种。

进一步，在一个实施例中，两个或三个部分中的至少任何一个，例如头管部分、底部支架部分和座管部分中的至少任何一个被配置为在接合部处被联接，可以称为连结接合部。连结接合部也可以是中空的，由此可以布置所述的多个肋结构。

在一种示例形式中，多个肋结构由复合材料制成，复合材料包括碳纤维、铝、玻璃纤维、纤维、金属和/或其组合。

在一种示例形式中，复合材料是夹层结构，并且其中，夹层结构通过将刚性表层附接到厚芯来制造。存在于复合材料中的厚芯的结构的单元包括六边形单元、三角形单元和/或其组合中的一个。

在另一方面，本发明提供了一种加强自行车或车辆框架。加强自行车或车辆框架可以包括用于接合前轮胎的头管部分、用于接合后轮胎的底部支架部分和用于支撑自行车或车辆骑手的座椅的座管部分。进一步，头管部分、底部支架部分和座管部分中的每一个都是中空的，这允许安装框架加强组件，该框架加强组件包括多个肋结构，多个肋结构沿着中空头管部分、底部支架部分和座管部分中的每一个的中空内部布置。多个肋结构由复合材料制成。

在本公开的又一方面，提供了一种用于制造自行车或车辆的框架加强组件的方法。该方法包括：在中空内部内形成多个肋结构，以向自行车或车辆的中空头管部分、底部支架部分和座管部分中的每一个的中空内部提供刚度。多个肋结构可以大致彼此垂直。多个肋结构可以由复合材料制成。

该方法进一步包括连结接合部，头管部分、底部支架部分和座管部分中的每一个都被配置为在连结接合部处被联接，并且其中，连结接合部也是中空的，并且其中，在中空内部内形成多个肋结构包括：将多个肋结构布置在连结接合部的壁内，其中多个肋结构包括第一组肋结构和第二组肋结构，其中第一组肋结构和第二组肋结构基本上彼此垂直并交叉地布置，并且其中第一组肋结构包括多个水平肋构造，第二组肋结构包括多个竖直肋结构。

在各种实施例中的一个实施例中，在中空内部内形成多个肋结构包括以下中的一个：在中空内部内锻造多个肋，或者在中空内部内冲压多个肋，或者在中空内部内焊接多个肋，或者在中空内部内钎焊多个肋结构，或者在中空内部内超声焊接多个肋结构，或者在中空内部内胶合多个肋结构，或者在中空内部内用树脂形成多个肋结构，或者在中空内部内3D打印多个肋结构。

这一点以及本公开的其他方面，以及表征本公开的各种新颖性特征，在所附权利要求中被特别指出，并构成本公开的一部分。为了更好地理解本公开、其操作优点以及通过其使用获得的特定目的，应当参考附图和描述内容，其中示出了本公开的示例性实施例。

附图说明

参考以下结合附图的详细描述，将更好地理解本公开的优点和特征，其中：

图1示出了根据本文公开的本发明的实施例的自行车框架的应力点区域的立体图；

图2示出了根据本文公开的本发明的实施例的计算流体力学应力测试的立体图，显示了自行车框架的应力点；

图3示出了根据本文公开的本发明的实施例的具有框架加强组件的底部支架区域的外部视图；

图4示出了根据本文公开的本发明的实施例的具有框架加强组件的底部支架区域的半剖视图，该框架加强组件具有竖直肋和水平肋；

图5示出了根据本文公开的本发明的实施例的具有框架加强组件的底部支架区域的选择性剖视图，该框架加强组件具有竖直肋和水平肋；

图6示出了根据本文公开的本发明的实施例的具有框架加强组件的底部支架区域的剖面剖视图；

图7示出了根据本文公开的本发明的实施例的具有框架加强组件的头管区域的剖面剖视图；和

图8A示出了根据本文公开的本发明的实施例的复合材料的组装视图，图8B示出了复合材料的分解视图。

在图的多个视图的整个描述中，相似的参考数字指的是相似的零件。

具体实施方式

出于说明目的，本文详细描述的示例性实施例在实施方式中受到许多变化。本公开提供了一种加强自行车框架。然而，应当强调的是，本公开不限于所公开的内容，并且扩展到覆盖自行车的加强框架的各种替代。可以理解的是，根据情况可能建议或使其变得有利，可以设想各种省略和等同物的替换，但这些省略和替换旨在覆盖应用或实施方式，而不背离本公开的精神或范围。

本文中的术语“一”和“一个”并不表示数量限制，而是表示存在至少一个参考项目。

术语“具有”、“包含”、“包括”及其变体表示部件的存在。

本发明公开了一种用于自行车或车辆框架的加强组件。自行车或车辆框架可以包括用于接合前轮胎的头管部分、用于接合后轮胎的底部支架部分和用于支撑自行车或车辆骑手的座椅的座管部分。进一步，头管部分、底部支架部分和座管部分中的每一个都具有中空内部。框架加强组件包括多个肋结构，多个肋结构可以形成在中空内部内，以向中空头管部分、底部支架部分和座管部分中的每一个的中空内部提供刚度。多个肋结构可以彼此垂直并且由复合材料制成。

进一步，还公开了一种用于制造自行车或车辆的框架加强组件108的方法。该方法包括：在中空内部内形成多个肋结构，以向自行车或车辆的中空头管部分、底部支架部分和座管部分中的每一个的中空内部提供刚度。多个肋结构可以彼此垂直并且由复合材料制成。在各种实施例中的一个实施例中，在中空内部内形成多个肋结构包括以下中的一个：在中空内部内锻造多个肋结构，或者在中空内部内冲压多个肋结构，或者在中空内部内焊接多个肋结构，或者在中空内部内钎焊多个肋结构，或者在中空内部内超声焊接多个肋结构，或者在中空内部内胶合多个肋结构，或者在空心内部内用树脂形成(resining)多个肋结构，或者在中空内部内3D打印多个肋结构。

现在参考图1至7，描述了一种加强自行车框架或加强车辆框架，通常用“100”描绘，并且描述了用于加强自行车框架或加强车辆框架100的框架加强组件，通常用“108”描绘，具体地如图4至7所示。如图1所示，本文描绘并描述了加强自行车框架100。然而，在不脱离范围的情况下，本公开还扩展到包括关于自行车的加强框架所描述或描绘的所有限制或实施例，以将其扩展到加强车辆框架。在此，可以认为，关于加强框架或框架加强组件描述的所有限制应扩展到自行车框架和车辆框架两者。

如图1所示，加强自行车框架100与自行车200组装在一起。可以看到，加强自行车框架(以下也称为“框架100”或“加强框架100”)包括头管部分102、底部支架部分104和座管部分106。如图所示，头管部分102适于与自行车200的前叉和车轮组件202接合。进一步，底部支架部分104适于与自行车的底部支架和后叉204接合。此外，座管部分106适于接合和支撑自行车200的座椅214，或者为此接合和支撑车辆座椅以支撑车辆的骑手(未示出)。

如图1所示，加强自行车框架100的最大应力点区域是头管部分102、底部支架部分104和座管部分106，图2显示了计算流体力学(CFD)测试，显示了自行车框架的应力点。如图2所示，最大应力区域是连结接合部300，其中所有三个部分的管102a、104a、106a，即头管部分102、底部支架部分104和座管部分106的管102a、104a和106a被连结。其他应力区域可以包括头管部分102和底部支架部分104的管102a、104a的连结接合部302；以及底部支架部分104和座管部分106的管104a、106a的连结接合部304。

进一步，加强自行车框架100可以包括多个部件，例如可以安装在头管部分102内的前叉转向器管202a。进一步，底部支架部分104可以连接到齿盘(crankset)构件208，这可以允许齿盘构件自由旋转。底部支架部分104可以被配置为接合后轮213。进一步，底部支架部分204可以包括齿盘构件208附接至的主轴212，以及允许齿盘构件208和主轴212旋转的轴承。齿盘构件208在附接齿盘208a和踏板208b的位置。底部支架部分104可以包括轴承(未示出)，该轴承可以位于底部支架部分104外壳内，该外壳可以是自行车框架100的一部分，并连结座管部分106、下管208c和齿盘构件208。进一步，座管部分106可以适于支撑自行车骑手的座椅214。座管部分106可以帮助容纳自行车的座柱214a，该座柱连接到鞍座214b。可以通过使用快速释放杆(未示出)调节座柱214a和座管214c之间的距离来调节鞍座214b的高度。座柱214a可以插入一定长度，该长度可以由座柱214a上的最小插入标记指示。进一步，自行车基本框架可以包括三角框架、后三角框架等。带有三角芯的自行车可以由高强度、轻质的金属制成，如钛、铝、碳纤维管、任何金属等等。

在示例性形式中，加强自行车框架100的自行车基本框架可以由大铝管制成。在一个实施例中，后三角框架，特别是座管部分106和齿盘构件208可以由碳纤维管制成。在许多情况下，头管部分102、底部支架部分104和座管部分106可以由金属制成，因为当车轮被夹紧到自行车框架100上时，金属可以更坚固。头管部分102可以适于接合前叉转向器管202a和前轮202b。

进一步，头管部分102、底部支架部分104和座管部分106中的每一个都具有中空内部114，以安装框架加强组件108，如图4至7所示。框架加强组件108可以包括形成在中空内部114内的多个肋结构110、112，以向中空头管部分102、底部支架部分104和座管部分106中的每一个的中空内部114提供刚度。

多个肋结构110、112可以是指向力的方向排列的加强肋。在骑车时，由于自行车鞋用夹板附接在踏板上，因此蹬踏力沿几个方向施加在踏板上。这允许骑手围绕齿盘360度地向踏板施加蹬踏力。然而，大多数较大的力是向下和向上的，尽管这两种力的方向相差大约20度。在一个实施例中，多个肋结构110、112可以彼此垂直并且由复合材料制成。如图4和5所示，多个肋结构110、112可以包括第一组肋结构110、第二组肋结构112。第一组肋结构110和第二组肋结构112可以排列成基本上彼此垂直和交叉地布置。在一个示例性布置中，第一组肋结构110包括多个水平肋结构，第二组肋结构112包括多个竖直肋结构。进一步，如图4和5所示，水平肋结构和竖直肋结构以特定图案布置。如图所示，多个竖直肋结构中的每个竖直肋结构以与相邻竖直肋结构间隔开的关系从多个水平肋结构中的每个水平肋结构向上和向下延伸。多个竖直肋结构和多个水平肋结构在中空内部114中的这种布置为自行车框架100提供了刚性。

在一个示例性布置中，这种布置可以沿着整个中空内部114设置，或者在另一个示例布置中，这种布置可以沿着连结接合部300、302和304设置。

在一个示例形式中，多个竖直肋结构112可以由复合材料制成。复合材料可以包括碳纤维、铝、玻璃纤维、任何纤维、任何金属等。多种坚固的复合材料可能是优选的，但它们更昂贵。如果某些因素保持恒定，则由框架加强组件108提供的内部加强可以提高蹬踏效率。进一步，多种体积较大的材料可能起作用，但它们可能会使加强自行车框架100更重。连同可能包括碳纤维的所有新材料，更好设计的加强自行车框架100可能是可行的。然而，通过安装框架加强组件108来添加内部加强，已经存在的自行车框架100可以变得更好。在制造过程中，框架加强组件108可以集成在加强自行车框架100内。框架加强组件106可以放置在现有自行车中。为了制造，多个肋结构110、112可以通过锻造、冲压、焊接、钎焊、超声焊接、胶合(用树脂形成(resined))、用树脂形成(resin)、3D打印等方式形成到中空内部114或框架的内壁114a。

在一个示例形式中，如图8A和8B所示，复合材料400包括夹层结构410。图8A是复合材料400的组装视图，图8B是复合材料的分解视图。如图所示，夹层结构例如是三角形单元或六边形单元的“夹层结构”410，可用于形成多个肋110、112。夹层结构410可以包括由两个刚性表层404、406包围的低刚度、低密度内芯402。夹层结构410可以通过将刚性表层404、406附接到厚芯402来制造。刚性表层404、406可以由碳纤维或航空航天级铝制成。进一步，夹层结构410可以平衡外部施加的弯矩。在本发明的实施例中，存在于复合材料400中的厚芯402的结构的单元可以包括但不限于六边形单元、三角形单元、方形单元、增强六边形单元、矩形单元、柔性芯单元等。

在本发明的示例性实施例中，如图4、5和7所示的底部支架部分104以及如图6所示的头管部分102是自行车框架在剧烈骑行过程中的最大应力区域，这些部分需要高强度。如图6所示的头管部分102可以包括矩形复合材料。在本发明的另一个实施例中，头管部分102可以包括六边形的复合材料。自行车骑手在这些位置施加扭转力以推动自己向前。

出于说明和描述的目的，已经给出了本公开具体实施例的上述描述。它们并非旨在穷尽或将本公开限制于所公开的精确形式，并且根据上述教导，显然许多修改和变化是可能的。选择和描述实施例是为了最好地解释本公开的原理及其实际应用，从而使本领域的其他技术人员能够最好地利用本公开和具有适合于预期的特定用途的各种修改的各种实施例。可以理解的是，根据情况可能建议或使其变得有利，可以设想各种省略和等同物的替换，但是这种省略和替换旨在覆盖应用或实施方式，而不背离本公开的精神或范围。