自行車和類似裝置的車架連接結構的製作方法

2023-09-14 07:58:40

專利名稱:自行車和類似裝置的車架連接結構的製作方法
本發明涉及特別適用於自行車車架及類似裝置連接部的結構，對自行車車架零件的連接不是採用熔接或銅焊，而是採用一種裝置。
在大多數的輕型旅行或競賽用的自行車車架中包括上管支架、下支架和座架三部分。上管支架是一個套管，它支承把手和前叉;下支架也是一個套管，它支承腳踏板曲拐總成;座架是一個開口管，它固定自行車的車座支柱。這3個支架用管子連接在一起，形成一個三角車架。一般用熔接或銅焊，將管子和支架固定在一起。
由於使用時作用在這種車架上的力集中在上管支架、下支架和座架上，這些零件用鋼材或其他高強度合金做成。為了減輕車架的總重量，這些連接管最好用鋁或其他合金做成。它們的強度沒有鋼那麼大。但輕得多。採用銅焊或熔接將用不同金屬製成的自行車車架零件接合在一起製成自行車車架不是行不通，但很困難。因而開發了連接零件的其他方法。
例如，在實用新型NO。G8117517.5中提出了一種自行車車架，其中管狀零件採用粘結劑固定在上管支架、下支架和座架上。每一個支架都有壓入並釺焊或熔接在支架上的管套、兩端帶錐度的管形附件。管狀元件端部的錐度和尺寸做成能與附件滑配。管子內壁和錐形附件外壁具有粗糙的表面，並用厭氧粘結劑把它們固定在一起。粘結劑在管子和附件的搭接表面之間擴散、固化，使表面粘接在一起，不用焊接而形成一個機械連接。
在該發明的一個具體裝置中，管狀附件是圓筒形的，不是錐形的，裝在圓筒形管套內。圓筒形管套在關聯連接件上成形。管套上有一個直角臺肩。管子也是圓筒形的，尺寸做成能套在附件上。管子端面也有直角臺肩，和管套結合時與它們的臺肩依靠在一起。
儘管這種聯接方式對由不同材料做成的自行車車架零件的連接是適用的，同時，大概也可以用來連接非金屬管和金屬連接件，但是這種結構存在很多缺點。例如，製造公差上的正常誤差和不可避免的誤差、臺肩和管端外徑的細小差別將產生環狀銳邊，它將部分地或完整地環繞連接部延伸。除了難看以外，還可能給自行車用戶帶來危險。
臺肩公差不可避免的偏差和管端面不平將在兩個零件連接時形成間隙。同時它有損於自行車的美觀和可能出現危險，這是不希望有的。為了去掉這種銳邊，需要人工研磨或填滿所有間隙，它將大大地增加自行車的總成本。
因為不同的材料，一般來說，具有不同的熱膨脹係數，用不同材料做成的管端和管套的膨脹率和收縮率是不同的，這將在連接部產生間隙或消失間隙。自行車車架一旦塗上漆後，這種相對運動將會在連接部使漆出現裂紋。連接部除了由於熱膨脹引起的裂紋以外，使用時，或在別的零件如車座或腳踏板曲拐總成等安裝到車架上時，作用在它上面的力也可能會在連接部產生裂紋。
因此，自行車和類似裝置需要一種車架連接部結構，在這種結構中，車架的零件不是用熔接或銅焊來組合的，而且它非常結實、美觀;同時，它能補償零件的熱膨脹係數的差別，以及不需要對它進行人工研磨。
本發明提供一種連接部結構，它特別適用於具有管狀零件的諸如自行車和類似裝置的車架。然而，這種連接部結構對任何帶管狀端部的連接件的框架結構都是適用的。連接零件的支架包括短管，短管插進管狀端部，並用粘結劑粘結在一起。
根據本發明的一種具體裝置，連接部包括支架和連接元件。支架包括短管襯套，短管襯套包括具有環狀臺肩的管座和從臺肩向外延伸的短管;連接元件具有管狀端部，它裝在短管上，並具有直角端面。
連接部還包括一個環狀夾套。它的內端做成能支承和搭接管座的臺肩的形狀，外端做成能支承和搭接端面的形狀。通過端面和臺肩的搭接。夾套完全封閉了接合面。
夾套補償了不可避免的超差，超差使臺肩和端面的外徑不一致。這是因為夾套完全包圍了那部分短管襯套和管子。因此連接以後，不需要研磨聯接部，也不需要其他任何手工操作來消除粗糙邊緣。
該優點同樣解決了軸向超差問題，否則的話，將會因超差在管端直角平面和短管襯套直角臺肩之間形成間隙，需要堵塞。
並且，連接部用粘結劑固定，組裝在一起時，夾套能防止過量的粘結劑從管子和臺肩的縫隙中溢出，也能防止粘結劑由於固化時膨脹而流出。
夾套對防止表面處理溶液從開口處進入連接部和腐蝕內部的零件也是有益的。溶液是在車架塗漆前用於車架上的。在這方面夾套起到了襯墊的作用，與管端和臺肩一起形成一個嚴密的流體密封結構。
本發明的連接部結構的補充優點是，夾套補償了熱膨脹係數的差別，即使裝接管的零件和管端部是用不同的材料做成的。溫度變化一般要使這些零件拉開，或使罩面漆發生裂紋，而在這種連接部的結構中，這些零件的相對位移在夾套的下部發生，不會使罩面漆產生裂紋。並且試驗已表明，當使用具有該種連接部結構的完整自行車時，採用夾套可以消除作用在連接部的力引起的裂紋。
在本發明的最佳裝置中，夾套內端第一凸起部的尺寸設計成使它能延伸環繞管座接近臺肩處的整個周邊。第一凸起部包括環狀內壁和座。環狀內壁和管座周邊接觸，座接近內壁，支撐著臺肩。第一凸起部的尺寸設計成讓它在臺肩處能和管座滑動配合。這樣，夾套能簡便地沿短管襯套滑動而裝在管座上。
夾套外端有第二凸起部，它有一個環形、中凹錐面。錐面的外徑略大於管端面的外徑。連接部裝配時，管子經過短管，滑向臺肩，管端面與錐面接觸，將夾套壓向管座。錐面的中凹形狀在這個過程中使夾套和管端面自動對中，不需要人工操作或採用對中裝置。
在最佳裝置中，管子的尺寸設計成與短管形成壓配合，用粘結劑與它固定。壓配合時，夾套自動對中。壓配合保證零件對中，一直到粘結劑固化為止。
另外，在最佳裝置中，夾套用比短管襯套和管端面更軟的材料製造。組裝連接部時，當把短管襯套的臺肩和管端面壓入夾套時，它們自動固定，並使夾套略有變形，以保障不出現間隙。
因此，本發明的目標是提供一種連接部的結構，該種結構消除了因連接部連接零件之間的超差而產生的銳邊，消除了罩面漆因熱膨脹系統不同，或使用時作用在連接部的力而產生的裂紋，以及該結構的手工輔助工作量最少。
本發明的其他目標和優點將會從以下說明、附圖和權利要求
中了解到。為了便於了解本發明對附圖加以說明如下圖1是自行車車架一側的視圖。它體現了本發明連接部結構的最佳方案;
圖2是圖1車架的上支架透視細節，表示本發明的連接部。其中上管與短管襯套是分解的，夾套位於上管和短管襯套之間;
圖3是圖2局部細節側視圖。其中上管和夾套是剖視圖;
圖4是示於圖2的夾套的側向剖視圖;
圖5是表示圖4夾套剖面的放大細節。
如圖1所示，用10表示的自行車車架包括3個接管構件，即上管支架12、下支架14和車座支架16。上管支架12是用來從上端裝旋轉的把手(未示出)和從下端裝旋轉的前叉的。下支架14是用來裝旋轉的曲拐總成的(未示出)。車座支架16是用來在其中固定車座支柱的(未示出)。
上管支架12和車座支架16是由上管18聯接的，上管支架12和下支架14是由下管20聯接的，車座支架16和下支架14是由車座支柱22聯接的。管18、20、22每一根都是空心的，並且基本上是圓筒形的。
車架10還包括一付鏈條支撐柱24，它從下支架14向後延伸，以及一付車座支柱26，它從車座支架16向下後方延伸。鏈條支撐柱24和車座支柱26用銅焊分別與支架14和16焊接。在這方面車架10和許多高級賽車和旅行車的車架結構是類似的。然而，鏈條支撐柱24和車座支柱26可以採用與管18、20、22和支架12、14、16一樣的連接方法分別與支架14和16連接。下面將對它們加以介紹，並不超出本發明的範圍。
支架12、14、16分別包括一付短管襯套28，它的一部分用虛線表示在圖1上。象管18、20、22和支架那樣的聯接，其支架12、14、16的短管襯套28的結構都是一樣的。因此，下面只根據上管18和上管支架12的聯接結構對車架10連接部的結構加以說明。這個說明對其他零件和車架的聯接也是適用的。
如圖2和3所示，短管襯套28和上管支架12是整體的，包括接管30和圓筒形套管式的管座32。接管30用熔接、銅焊或粘結的方法固定到上管支架12上。短管34安裝在管座32內，並採用壓配合。每一根短管34的外徑比與它結合的管座32的外徑要小些，它在短管和管座的連接部形成一個環形直角臺肩36。
短管34包括導向部分38和主要部分42。導向部分具有凹槽40，為承載粘結劑41用。主要部分貼近臺肩36。導向部分38的直徑比主要部分42的直徑小，並由截頭錐形的部分44和主要部分分開。
管18具有管狀端頭46，它的端面48成直角形。雖然管18、20、22是表示成圓筒形的，實際上只是端頭46需要是圓筒形的，以便套在短管34上。端面的內徑尺寸設計成與導向部分38為滑配合，與主要部分42為過盈配合或壓配合。
夾套50安裝在短管34上，位於端面48和臺肩36之間。如圖4和5所示，夾套是環狀的，包括內壁52，內壁的尺寸設計成與短管34的主要部分42實行滑配合。夾套50的內端54上有一個凸起部分56，它由環形內壁58和座60組成。內端54是用來支承短管襯套28的管座32的。它具有內壁58，其直徑尺寸設計成與管座32直接靠近臺肩36的部分實行滑配合，座60用於支撐臺肩36，如圖3所示。第一個凸起部分56的端頭62有一個倒角57，與內壁58相交。用來消除毛刺或輕微的超差，以防止夾套50阻擋管座32進入它的第一個凸起部分內。
夾套50的外端64上有第二個凸起部分66，它有一個環形的、中凹的斜面68。「中凹」這個詞是用來說明，表面68從第2個凸起部分66向夾套50的內端54向內徑向傾斜，而在圖4和5上表示的是直的，而不是一個凹斜面。
內端54和外端64的最外部分由外壁70聯接，它基本上是和內壁52平行的。內壁52和外壁70兩者都基本上平行於短管34的縱向中心軸線A。
連接部的組裝如下夾套50在短管34上滑動，一直到內端54貼近管座32的臺肩36為止。導向部分38塗有適當的金屬粘結劑41(見圖3)，例如美國新澤西島恩格爾伍德國家粘結化學公司生產的層壓塑料粘結劑ESP Grade 110。管18的端頭46套在導向部分38上，一直到它和截頭圓錐形的部分44接觸為止。而後管端46壓套在短管34的主要部分42上，並稍加膨脹，繼續滑動，一直到它和夾套50的斜面68接觸為止。
管端46的繼續移動使臺肩36進入由第一個凸起部分的內壁58和座60形成的凹進部分，一直到臺肩接觸座60為止。移動中，端面48和第2個凸起部分66的斜面68接觸。斜面68的形狀保證了夾套50和管18的平端面48的正確對中。
為了獲得這個自動對中，斜面68的外徑必須大於管端46的端面48的外徑，使斜面的整個圓周和端面接觸。並且，斜面68的直徑大於端面48的外徑，這將在生產這種連接部時允許夾套50和管端46有少許的搭接。
類似地，內端54的第一個凸起部分56和接近臺肩36的管座32部分搭接。因此，直角臺肩36和端面48兩者都被夾套圍住，由於超差而產生的任何間隙都將被覆蓋在夾套外壁70的下面。
如圖3所示，一旦連接部形成，其後則不需要打磨或填塞間隙之類的人工操作。儘管可以用手工來完成壓配操作，但本發明的連接部的結構特別適用於自動裝配。
管端和短管的這個裝配過程對車架10的所有連接部都是重複的。安裝後，壓配合是足夠堅固的，把車架裝入熱處理室也不會失去對中。
在最佳具體裝置中，管18的外徑為1.25英寸(31.75毫米)，內徑1.152英寸(29.26毫米)，壓入短管襯套34。短管襯套主要部分42的外徑為1.16英寸(29.4毫米)。夾套50的外徑為1.295英寸(32.89毫米)，內壁58的直徑為1.256英寸(31.90毫米)。管座32的外徑在緊挨著臺肩36的地方約為1.25英寸(31.75毫米)。這樣，夾套50的直徑超過管18和管座32的直徑約0.04英寸(1.02毫米)，結果夾套超出鄰近的零件約0.02英寸(0.51毫米)。
在最佳的具體裝置中，支架是用1018或4130一類的鋼做的。連接管18、20、22是用2024-T3或6061-T8一類的硬鋁做的。夾套50是用6061-T6一類的鋁做的。這種鋁比接管元件或連接管用的材料軟。
儘管在這裡敘述的是本發明的一種具體的最佳裝置，但必須了解到，本發明不局限在這個具體裝置中，正如權利要求
中所規定的那樣，在不脫離本發明的範圍內可以做些改變。
權利要求
1.通過支架將管狀零件在其端部接合，而形成框架的連接結構，其特徵是，短管襯套(28)用來安裝到支架(12)上，該短管襯套包括管座(32)和短管(34)，管座具有基本上為環狀的臺肩(36)，短管從該臺肩向外延伸；管(18)有一個管狀端部(46)，它套進短管，並有一個大體上是環狀的端面(48)；夾套(50)安放在位於臺肩和端面之間的短管上，該夾套有一個內端(54)，和臺肩結合，和一個外端，與端面結合。
2.根據權利要求
1中所述的連接結構，其特徵是，內端(54)的形狀做成和管座的外周邊搭接，外端(64)的形狀做成的管狀端部的外周邊搭接。
3.根據權利要求
1或2所述的連接結構，其特徵是，內端(54)包括第一個凸起部分(56)，它的尺寸設計成環繞管座(32)接近臺肩(36)的周邊延伸。
4.根據權利要求
3所述的連接結構，其特徵是外端(64)包括第2個凸起部分(66)，它的尺寸設計成環繞管狀端部(46)接近端面(48)的周邊延伸。
5.根據權利要求
4所述的連接結構，其特徵是第一個凸起部分(56)大體上是環狀的，包括環狀內壁(58)和座(60)，內壁(58)和管座(32)的周邊接觸，座(60)貼近內壁與臺肩(36)接觸。
6.根據權利要求
4或5所述的連接結構，其特徵是，第2個凸起部分(66)包括一個環狀的、中凹的斜面(68)，和端面(48)接觸。
7.根據權利要求
4、5或6中的任一項所述的連接結構，其特徵是，第1和第2個凸起部分(56、66)構成一個連續的外壁(70)，它有足夠的長度，用來覆蓋管座(32)和管端(46)。
8.根據權利要求
1至7中的任一項所述的連接結構，其特徵是，夾套(50)包括一個內壁(52)，形成一個孔道，能讓短管(34)以滑配合裝入。
9.根據權利要求
8所述的連接結構，其特徵是內壁(52)的直徑比管端(46)和管座(32)的外徑小。
10.根據權利要求
(5)所述的連接結構，其特徵是夾套(50)的內壁(52)，從斜面(68)延伸至座(60)。
11.根據權利要求
7、8或9的任一項所述的連接結構，其特徵是，外壁(70)的直徑比管端(46)接近端面(48)的地方和管座(32)接近臺肩(36)的地方的外徑大。
12.根據權利要求
1至11中的任一項所述的連接結構，其特徵是，製造夾套(50)所用的材料比管座和管端所用的材料軟。
13.自行車或類似裝置用的車架(10)，至少包括裝有接管的構件(12)和管(18)。構件(12)包括短管襯套(28)，它包括管座(32)和短管(34)，管座有一個大體上為環狀的臺肩(36)，而短管從那裡向外延伸;管(18)包括營端(46)和一個大體上為環狀的端面(48)，管端(46)套在短管上，其特徵是，夾套(50)安裝在位於臺肩和端面之間的短管上，夾套有一個內端(54)和外端(64)，內端做成能與臺肩配合，外端做成能與端面配合。
14.根據權利要求
13所述的車架，其特徵是，內端(54)包括第一凸起部(56)，它的尺寸設計成沿園周面延伸，並與管座(32)接近臺肩(36)處的周邊搭接;外端(64)包括第二凸起部(66)，它的尺寸設計成沿園周面延伸，並和管狀端部(46)接近端面(48)處的周邊搭接。
15.根據權利要求
14所述的車架，其特徵是，第一凸起部(56)大體上是環狀的，包括環狀內壁(58)和座(60)，內壁(58)和管座(32)的周邊相接，座(60)接連內壁(58)，與臺肩(36)相接，第二凸起部(66)包括環狀的中凹錐面(68)，與端面(48)相接。
16.根據權利要求
13所述的車架，其特徵是，夾套(50)是用比管座和管狀端部更軟的材料做的。
17.通過支架將管狀零件在其端部接合而形成車架的連接結構，其特徵是，短管襯套(28)被用來和支架(12)聯接，襯套包括管座(32)和短管(34)，管座(32)具有大體上為環狀的直角臺肩(36)，短管(34)從臺肩(36)向外延伸，管(18)有一個管狀端部(46)，它以壓配合裝在短管上。管狀端部(46)有一個大體上為環狀的平端面(48)，粘結劑(41)把管狀端部和短管粘結在一起;以及夾套(50)安裝在位於臺肩和端面之間的短管上，夾套有一個內端(54)和外端(64)，內端(54)包括第一凸起部(56)，它的尺寸設計成向外延伸，和管座接近臺肩處的周邊搭接，第一凸起部包括內壁(58)和座(60)，內壁沿園周面延伸，與管座(32)的周邊接觸，座(60)接連內壁(58)，與臺肩(36)相接，外端(64)包括第二凸起部(66)，它在夾套第一凸起部的另一端，它有一個環狀的中凹錐面(68)，與端面相接，第一和第二凸起部形成一個連續的外壁(70)，外壁的直徑比管狀端部和管座接近臺肩處的直徑大，長度足夠用來搭接管座和管端;內壁(52)形成一個孔道，能套進短管。
18.根據權利要求
17所述的連接結構，其特徵是，錐面(68)和夾套(50)縱向中心軸線(A)的夾角為85°。
19.根據權利要求
18所述的連接結構，其特徵是，夾套(50)是用比臺肩和管端更軟的材料做的。
專利摘要
自行車和類似裝置的車架連接部包括短管襯套、連接零件、粘結劑和環狀夾套。短管襯套包括管座、短管和環狀臺肩。短管伸出管座，環狀臺肩位於管座和短管之間；連接零件有管狀端部，帶環狀端面，壓配合在短管上；粘結劑把管狀端部與短管粘結在一起；環狀夾套裝在端面和臺肩之間的短管上。夾套包括內端和外端。內端包括第一凸起部，它沿圓周面延伸，和管座接近臺肩處搭接；外端包括第二凸起部，具有中凹錐面；和連接零件的端面搭接與配合。
文檔編號B62K19/06GK86106439SQ86106439
公開日1987年4月8日 申請日期1986年9月24日
發明者羅伯特·L·迪克曼, V·丹尼爾·當寧格 申請人:哈費公司導出引文BiBTeX, EndNote, RefMan