CN211685462U - 一种自行车 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种自行车：具有中空的管状结构，管状结构的管壁由复数层的层状结构组成，层状结构包括至少三层碳纤维层和至少两层PMI膜卷覆复合而形成，每层PMI膜的内侧和外侧均为碳纤维层，且管壁的基底层和蒙皮层均为碳纤维层；自行车包括车架，车架包括管状结构。在管状结构的管壁中，具有优异力学性能的PMI膜对碳纤维层起到承托、补强的作用，使管状结构具有高强的抗拉伸性、耐压性、比刚度、比强度和耐腐蚀性能。包括上述管状结构的车架具有较高的强度和韧性，能够承受较大的载荷和冲击力，不易断裂。另外，管状结构的材质为碳纤维和PMI，不会发生锈蚀。总的来说，本实用新型的自行车能够提供安全、平稳和轻快的骑乘体验。

Description

一种自行车

技术领域

本实用新型属于运动器材领域，具体地，涉及一种自行车。

背景技术

随着人们环保意识的增强，自行车出行逐渐变为一项普遍的出行交通方式。同时，自行车运动也是一项非常普及的竞技体育运动，自行车行业也在不断的改进自行车的各个零部件满足用户的需求。其中，自行车车架作为自行车的主要构件之一。自行车车架的管材质从最早的铬钼钢材料、进化到铝合金、钛合金、镁合金、钪合金材料、然后是复合材料的运用，铬钼钢具有加工性能好、强度大等优点，但是有其不可克服的缺点如重量大、易生锈。相比于铬钼钢材料的重量大，铝合金材料可以制作质量轻的车架，但是铝合金的硬度不够，且易被氧化，而钛合金、镁合金、钪合金材料的生产加工成本太高，都不是制作自行车中管的最佳材质。

碳纤维是一种由碳元素组成的特种纤维，具有耐高温、抗摩擦、导电、导热及耐腐蚀等特性。碳纤维的外形呈纤维状、柔软、可加工成各种织物，由于其石墨微晶结构沿纤维轴择优取向，因此沿纤维轴方向有很高的强度和模量。碳纤维的密度小，因此比强度和比模量高。碳纤维具有质轻、不弯曲、冲击吸收性能好等优点，但也具有表面硬度不佳、造价贵的缺点，当受到的外力高于能承受的最大破坏强度时，会造成断裂。

聚甲基丙烯酰亚胺泡沫(polymethacrylimide,PMI)是一种交联的、孔径分布均匀的泡沫，具有卓越的结构稳定性和高机械强度。PMI具有比其他聚合物泡沫材料更高的比强度、比模量、耐热性和耐湿热性能，以及更好的抗高温蠕变性能和尺寸稳定性。PMI是目前世界上比强度(强度/密度)和比模量(模量/密度)最高的泡沫材料，并且具有优异的耐高温性能和尺寸稳定性能，是制造轻质高强复合材料管壁理想的芯材。此外，由于PMI的闭孔率高，孔径分布均匀，吸湿率低，使其作为芯材的夹芯复合材料具有远优于蜂窝复合材料的耐久性和耐环境性。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种自行车，以解决现有技术所存在的技术问题中的至少一个。

根据本实用新型的一个方面，提供一种自行车：具有中空的管状结构，管状结构的管壁由复数层的层状结构组成，层状结构包括至少三层碳纤维层和至少两层PMI膜卷覆复合而形成，每层PMI膜的内侧和外侧均为碳纤维层，且管壁的基底层和蒙皮层均为碳纤维层；自行车包括车架，车架包括管状结构。

凡是带有中空内腔的中空体皆属于本实用新型述及的管状结构。在管状结构的管壁中，PMI膜和碳纤维层复合形成多层三明治夹心结构，具有优异力学性能的PMI膜对碳纤维层起到承托、补强的作用，使管状结构具有高强的抗拉伸性、耐压性、比刚度、比强度和耐腐蚀性能。包括上述管状结构的车架具有较高的强度和韧性，能够承受较大的冲击和载荷，不易断裂。包括该车架的自行车具有较高的耐用性和安全性。另外，管状结构的材质为碳纤维和PMI，不会发生锈蚀，而且，管状结构为中空结构，能够使自行车车身保持轻巧，具有较高的可操控性，能够使车身自身在运动过程中产生的阻力保持在较低的范围内。

优选地，PMI膜由100％PMI制成。

优选地，PMI膜的厚度不超过1mm。

厚度不超过1mm的PMI膜在常温下具有一定的可卷曲性，应用这种PMI膜作为制备管壁的芯层材料，可以直接将PMI膜贴合基材的轮廓复合在基材外侧，便于批量制作车架中包括上述管状结构的部件。此外，相对于厚板间的复合，薄层间结合的复合具有较大的层间结合力，层间结合得更为紧密，不易脱层，提高了管状结构的整合性以及力学性能。在管状结构的管壁中，每层PMI膜的厚度占比较小，因此，可以采用多层PMI膜复合的形式使车架具有更大的机械强度。

可选地，PMI膜直接包覆在其内侧碳纤维层的***。

可选地，PMI膜呈螺旋状地缠绕在其内侧碳纤维层的***。

可选地，碳纤维层的纹路呈螺旋状。

使构造层状结构的材料以螺旋缠绕的方式形成层状结构，可以适应于不同部件所具有的异型管状结构的制作要求，组成管壁的所有层状结构可以紧实地相互复合，不存在死角或间隙。

可选地，相邻的两层层状结构的纹路相互交叉。由此，相邻的层状结构共同组成交错的网状结构，网状结构受力均匀，能够提高管状结构的抗压能力。

优选地，车架包括车前架、前叉和后叉；车前架、前叉和后叉皆由管状结构构成；车前架连通前叉和后叉。

优选地，车前架和前叉一体成型。即，车前架的弯折处、车前架与前叉的连接处都没有间隙，避免因形成间隙而在连接处产生应力集中，使车前架和前叉具有更高的机械强度，不易断裂。

优选地，还包括若干走线孔，走线孔用于供走线通过；车架包括头管、上管、下管和立管，所上管和下管的两端分别设有走线孔。

优选地，还包括把手，把手由管状结构构成，把手与头管连通；把手的两端分别设有走线孔；在头管上设有一组走线孔，该组走线孔关于自行车的前轮所在平面对称地分布在头管的表面。

通过在车身所具有的管状结构的相应的位置上开设走线孔，可以合理地利用管状结构的中空内腔走线，提高了自行车的车身整合度和视觉美感，同时也避免了由于控制线外露而降低骑乘舒适感的情况。此外，管状结构的管壁对控制线起到保护作用，有效地减缓了控制线的老化，使控制线具有更长的使用寿命。

优选地，还包括辐条，辐条由管状结构构成。因此，辐条具有较高的强度，能够为轮框提供可靠的支撑使轮框不易变形，使轮框具有较高的传动能力。另外，辐条重量较轻，因此，降低了动力的耗费和使用者体力的耗费。

附图说明

图1为管状结构的管壁的层状结构图；

图2为把手的立体示意图；

图3为一体成型的前叉和车前架的立体示意图；

图4为实施例1的自行车的整体结构示意图。

上图中各附图标记的对应关系如下：1.PMI膜层，2.碳纤维层，3.车前架，31.头管，32.上管，33.下管，34.立管，4.前叉，5.后上叉，6.后下叉，7.把手，71.握手部，72.连接杆，8.辐条。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

需要说明，若本实用新型实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、横、纵……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。另外，若本实用新型实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。

实施例1

本实施例所涉及的管状结构按照如下方法制备：

S1.在管芯模具表面涂覆脱模剂，贴合管芯模具的表面，利用碳纤维缠绕管芯模具，由此构建的第一层碳纤维层2作为管壁的基底层；

S2.夹层结构的扩建

S2.1在作为基底层的碳纤维层2表面涂覆树脂，利用碳纤维缠绕在基底层的***，由此在基底层的***构建2层碳纤维层2；

S2.2在上一步骤所制得的半成品的最外侧碳纤维层2表面涂覆树脂，利用PMI膜贴合并缠绕在碳纤维层2的***，在半成品最外侧的碳纤维层2的***构建1层PMI膜层1，由此形成的PMI膜层1具有螺旋状的纹路；

S2.3在上一步骤所制得的半成品的最外侧PMI膜层1表面涂覆树脂，利用碳纤维贴合并缠绕在PMI膜层1的***，由此在半成品的***再构建1层碳纤维层2；

S2.4重复S2.2–S2.3三次；

S3.在上一步骤所制得的半成品的最外侧碳纤维层2表面涂覆树脂，用碳纤维贴合并缠绕在半成品的***，由此在半成品的***再构建1层碳纤维层2以作为管壁的蒙皮层；

S4.紫外线照射，使粘接各层状结构的树脂交联固化，使管壁定型，在一些实施例中也可以采用加热的方式使树脂交联固化；

S5.脱去管芯模具，制得由PMI膜和碳纤维复合而成的管状结构。

在经历上述工序所制得的管状结构的中，相邻两层层状结构的纹路所成的角度为45°，所采用的PMI膜的厚度不超过1mm。

本实施例提供的自行车包括：车前架3、前叉4、后叉、五通、把手7、座管、坐垫、轮胎、轮毂和脚踏板，其中，车前架3包括头管31、上管32、下管33、立管34，后叉包括后上叉5和后下叉6，轮毂包括轮框和辐条8。上述部件中，头管31、上管32、下管33、立管34、前叉4、后上叉5、后下叉6和辐条8都为由本实施例提供的上述方法制备而成的管状结构。

把手7包括一对呈弧形的握手部71和呈T型的连接杆72，首先，利用带有一定弧度的弯曲杆状模具作为管芯模具，按照上述管状结构的制作方式制得握手部71，然后，利用两根直杆型模具垂直组装成的组合模具作为管芯模具，按照上述管状结构的制作方式制得连接杆72。在连接杆72的两端分别连接一个握手部71，握手部71与连接杆72连通，如图2所示，把手7的管壁的层状结构如图1所示。

在本实施例中，车前架3和前叉4是一体成型的，所以在生产的过程中，相连接的车前架3和前叉4的生产是在同一次成型操作中完成的。前叉4和上管32皆为带有一定弧度的弧形管状结构，根据前叉4和上管32的长度、弯曲程度、内径大小等参数要求分别选择用于成型前叉4和上管32的弯曲杆状模具。头管31和立管34皆为横截面呈圆形的竖直管状结构，根据头管31和立管34的长度、内径大小等参数要求分别选择用于成型头管31和立管34的圆柱状模具。下管33为横截面呈圆角四边形的竖直管状结构，选择横截面呈圆角四边形的直杆模具用于成型下管33。将所需要的模具组装而成的组合模具作为管芯模具，按照上述管状结构的制作方式制得一体成型的车前架3和前叉4，并且，在前叉4的下端、头管31的上端、上管32的前端、下管33的后端、立管34的上端预留出模口以便于脱模。成品如图3所示，上管32和下管33的两端分别与头管31和立管34连接，上管32、头管31、下管33和立管34依次连通，头管31的下端与前叉4连通，上述各部件共同组成相连通的管网结构。

本实施例的后上叉5、后下叉6和辐条8都为简单的单管状结构，所需的管芯模具较为简单。后上叉5为带有弧度的弧形管状结构，利用带有弧度的弯曲杆状模具作为后上叉5的管芯模具，按照上述管状结构的制作方法制得后上叉5。后下叉6为横截面呈圆角四边形、外径大小沿其长度方向逐渐下降的锥筒结构，利用横截面为圆角四边形的锥杆状模具作为后下叉6的管芯模具，按照上述管状结构的制作方法制得后下叉6。辐条8为呈竖直状的管状结构，以直杆状模具作为管芯模具，按照上述管状结构的制作方法制得辐条8。

按照自行车的一般组装方法组装本实施例的自行车所包括的零部件，将把手7的连接杆72插装在车前架3的头管31上端，把手7和车前架3连通，利用强力胶或螺栓实现后上叉5与立管34固接，通过五通组装立管34和后下叉6，组装完成后如图4所示。

还可以在车身表面开设若干用于走线通过车身的走线孔，从而利用管状结构的内腔实现车身内部走线。具体地，在把手7的两端靠近刹车钳安装位置上方的前侧分别设置一个走线孔，在头管31的表面开设一对走线孔，位于头管31上的走线孔关于自行车的前轮所在平面对称地分布，最后，在上管32、下管33的前端和后端分别开设一个走线孔。

在实际应用中，可以在适当的范围内，根据需要分别调整组成具有上述管状结构的不同部件的层状结构的层数以及厚度。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非对本实用新型保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型作了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的实质和范围。

Claims (10)

1.一种自行车，其特征在于：具有中空的管状结构，所述管状结构的管壁由复数层的层状结构组成，所述层状结构包括至少三层碳纤维层和至少两层PMI膜卷覆复合而形成，每层所述PMI膜的内侧和外侧均为所述碳纤维层，且所述管壁的基底层和蒙皮层均为所述碳纤维层；

所述自行车包括车架，所述车架包括所述管状结构。

2.如权利要求1所述的自行车，其特征在于：所述PMI膜由100％PMI制成。

3.如权利要求2所述的自行车，其特征在于：所述PMI膜的厚度不超过1mm。

4.如权利要求3所述的自行车，其特征在于：所述PMI膜直接包覆在其内侧碳纤维层的***。

5.如权利要求3所述的自行车，其特征在于：所述PMI膜呈螺旋状地缠绕在其内侧碳纤维层的***。

6.如权利要求1–5任一项所述的自行车，其特征在于：

所述车架包括车前架、前叉和后叉；

所述车前架、所述前叉和所述后叉皆由所述管状结构构成；

所述车前架连通所述前叉和所述后叉。

7.如权利要求6所述的自行车，其特征在于：所述车前架和所述前叉一体成型。

8.如权利要求6所述的自行车，其特征在于：

还包括若干走线孔，所述走线孔用于供走线通过；

所述车架包括头管、上管、下管和立管，所上管和所述下管的两端分别设有所述走线孔。

9.如权利要求8所述的自行车，其特征在于：

还包括把手，所述把手由所述管状结构构成，所述把手与所述头管连通；

所述把手的两端分别设有所述走线孔；

在所述头管上设有一组所述走线孔，该组所述走线孔关于所述自行车的前轮所在平面对称地分布在所述头管的表面。

10.如权利要求6所述的自行车，其特征在于：还包括辐条，所述辐条由所述管状结构构成。

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