[发明专利]辐条、自行车轮和制造自行车轮的辐条的方法

说明书

技术领域

本发明涉及用于自行车轮的辐条以及包含该辐条的自行车轮。

背景技术

已知，自行车轮的辐条在安装到车轮上时都是绷紧的，因为由于它们具有长且脆弱的段，所以不能在压缩状态下工作。在使用车轮时，所述辐条就处在疲劳过程中，因为车轮每转动一圈，它们就经受一个负载周期，使得它们的张力持续变化。因此，当一根辐条位于地面和车轮轮彀之间时，它的张力由于骑行者的重量引起的车轮的轻微变形之故而减小，并且当一根辐条从轮彀之上经过时，其通过预应力和负载效果被拉紧。辐条的端部每个都包括一个使得其被组装到车轮轮缘上或者轮彀上的固定区域，较之辐条的中央部分，辐条的端部更容易因固定区域的几何形状变化（螺纹，弯头，头部……）所引起的应力集中之故而受疲劳现象的影响，并且因此折断的风险就更大。因此，辐条的端部应该比它的中间部分具有更高的机械特征，这就是为什么在传统习惯中端部部分比中央部分更大。

除了很好的抗拉强度，所述辐条应该具有一定的弯曲柔韧性。辐条的一定的弯曲柔韧性保证了整个车轮具有良好的抗横向冲击强度，例如在一个人员密集的车队中，如果一个骑行者不小心特别靠近另外一个时，他的前车轮的辐条就会碰撞到恰好位于他前面的自行车的后变速叉，这种侵入可以引起数根辐条的断裂，这会导致前车轮的凹陷，并且骑行者的失控会招致严重的摔倒。当辐条具有一定的弯曲柔韧性时，这种侵入可能导致辐条损害，但不会因此而折断。

虽然由金属材料，例如钢铁，制成的辐条兼具良好的抗拉强度和一定的柔韧性，但是它们却非常重。

由复合材料制成的辐条具有非常接近的抗拉强度和更轻的重量，但是却更易损坏。特别地，复合材料具有特殊的抗拉特征但是作为抵偿却具有很弱的剪切性能，这使得不能在复合杆上制作性能好的螺纹。这是因为，这些材料能很好地适用于承受拉力的中央区域，但是在不使用金属部件钩挂的情况下，它们却由于太脆弱而不能钩挂到轮圈和轮彀上，其中金属挂钩特别是为了使得能够互相调整它们各自独立的张力以保证车轮完美的几何形状。

已知将金属材料和复合材料相结合来制造混合辐条（rayon hybride）。

例如文献EP1930146描述了一种辐条，包括一个由一个鞘覆盖的铝质芯()，其中所述鞘由涂抹有聚合硬化树脂的碳纤维形成。

由于其铝芯之故，该辐条具有重量很轻的优点。然而，尽管使用了复合材料，该辐条也并不一定特别适合那些对刚性要求很高的应用，因为铝的弹性模量且因此其刚性仅约71000MPa。再者，这种辐条对轮圈和轮彀强加了特殊和相当繁琐的连接，并且这些连接不能适应所有形式的轮圈和轮彀。

文献FR2915710描述了混合辐条的另一个例子。在该案例中，芯由一个薄片和两个包头通过焊接连接构成。由于焊接损坏了局部金属的特性，在加工芯的尺寸时需要考虑该损坏。最后为获得具有足够抗性的辐条，必须形成较重的芯。再者，一根芯需要装配三个分立元件的辐条的造价也很贵。

文献EP1420963描述了混合辐条的第三个例子。该文献图1至6中描述的辐条包括一根截面恒定的金属芯和一个由复合材料制成的鞘。这样的辐条的设计师所追求的目标是改善辐条的空气动力学特性并且设计师满足于为鞘赋予侧翼的形状。

发明内容

本发明的目的是制造一种混合辐条，该辐条兼具出色的抗拉强度、一定的弯曲柔韧性，同时保证了最小的重量。

本发明的目的通过提供一种辐条实现，该辐条包括一种至少在其中央部分被一种复合材料的鞘覆盖的金属芯，该复合材料包括纤维掺入（noy é e）基材（matrice）而成的组合物，所述金属芯包括一个设计用来连接到车轮的轮圈或轮彀的一个端部，以及一个主体部分，该主体部分的横截面面积占所述端部的横截面面积的30%至50%，优选35%至45%。

根据一个优选实施方案，芯由钢制造，而鞘包括碳纤维。

根据本发明的一个优选实施方案，鞘在芯的主体处的横截面为处于同处的金属芯的横截面的150%至500%，优选150%至350%。

根据本发明的一个优选实施方案，金属芯包括两个机械锚定区域（zones d’ancrage mecaniques），每个机械锚定区域都位于其一个端部的附近，并且在主体的两侧。在两个机械锚定区域之间，芯的外表面是平滑的，特别是芯的主体的外表面。除去两个锚定区域，芯还包括两个中间区域，这两个中间区域的外表面是平滑的。

本发明的目的同样可以通过制造一种辐条实现，所述辐条包括一种包裹有复合材料制成的鞘的金属芯，其中芯的主体部分的减小通过锻造（mortelage）实现。