[发明专利]用于自行车车轮的轮圈

说明书

技术领域

本发明涉及自行车的车轮；更具体地，本发明涉及一种用于自行车轮的新型轮胎。本发明还涉及旨在用于接收新型轮胎的轮圈。

背景技术

自20世纪初以来即使用装备有充气轮胎的自行车车轮。目前，有两种自行车轮胎：一种是管状轮胎，通常被称为“内胎(boyau)”；另一种是直边轮胎(pneumatique à tringle)，通常被称为“外胎(pneu)”。这两大类轮胎各有其优点和劣势。

文献FR 778 744公开了一种内胎。该内胎包括一个织物环，其可涂有橡胶，其两边彼此缝合以构成一个管环(tore)。在缝合前，将一个空气腔插入到管环的内部。然后，将一个胎面(bande de roulement)粘在管环外部。内胎通过粘合固定在轮圈上。这种固定方式较好，因为粘合的表面十分大。然而，由于制动而导致的发热可在一些情况下使粘合剂熔化并造成事故。

把内胎安装到轮圈上时，造成了轮圈的轻微箍紧。对于辐条绷紧的车轮来说，箍紧会导致辐条的张力有约1daN的损失。内胎充8巴的空气之后，箍紧微增，总的张力损失约有8daN。该损失的张力相对于车轮的辐条张力可以忽略，竞赛用自行车车轮辐条张力可达100daN。事实上，在配备有内胎的车轮中，轮胎所施加的载荷和空气压力在轮圈上的作用力相对较小，甚至可以忽略。而且，这一载荷不包括轴向的组成部分。

配备有内胎的车轮有着巨大的优势：轻便。事实上，内胎自身十分轻便，因为其环形的形状使其能有利地抵抗强充气压力，即使采用柔性和轻便的结构也是如此。内胎的柔韧性(或刚性)可以通过对内胎施给定的力而测量其直径不因此而增加来评定。已知的是，该径向刚性可通过以下方式测量：将内胎靠在两个半圆柱体上，记录径向分离这两个半圆柱体所需要的力随分离两个半圆柱体所施加的位移而变化的规律，该记录结果理想地是通过分离随后拉近两个半圆柱体的事实并且理想的是平均值以消除摩擦力的影响，然后，通过计算力随位移变化的平均斜率而确定刚性。一般而言，在这一范围内，一个不充气的内胎的径向刚性大约是1daN/mm，而充气8巴的内胎的径向刚性大约是6daN/mm。

此外，由于接收内胎的轮圈只受到内胎很小的载荷，它可以是相对更轻便的结构。事实上，内胎非常高的轻便性是所有专业自行车手的不二之选。但是，内胎也有很多劣势，例如：其在轮圈上复杂的粘合/脱胶、修补难度，当人们为了可修理必须携带备用内胎时的其体积和重量、其明显大于外胎的成本、以及内胎在贴地滚动时的破损风险。所有这些劣势几乎已经使内胎不再应用于业余用途和自行车休闲。

另一大类轮胎，即直边轮胎，解决了内胎的一些劣势。尤其是其方便在轮圈上脱卸/再安装。直边轮胎不像内胎一样有闭合的管环，而是有一个开放式的管环，即高于轮圈的部分(上桥部和侧翼部(pont supérieur et ailes latérales))，以确保闭合。直边轮胎广泛地应用于所有陆地交通工具：自行车、摩托车和汽车。

为了可正常地运转，必须有两个非延展性的胎缘内钢丝圈(tringle)。这些胎缘内钢丝圈因它们外围的加箍作用而回收空气压力施加于轮胎骨架上的径向作用力的几乎全部分力，由此当轮胎充8巴的空气时，每个胎缘内钢丝圈的张力达到约200daN，这种胎缘内钢丝圈因此应当有很大的抵抗性，以在行驶的重复张力和疲劳状态下不断裂，但其还应当刚性很强，以在空气压力的作用下不延展太多，因而也就没有通过膨胀以及由此越过轮圈外缘以上而脱出的风险。这些可由钢或复合材料制成的胎缘内钢丝圈是重的。按照材质和截面不同，公路自行车外胎的一对胎缘内钢丝圈的重量可为40g至100g。与内胎相比，一个包括两个胎缘内钢丝圈的外胎的刚性大约是80daN/mm，并且对于非管式外胎(pneu tubeless)，其可达约240daN/mm，是充气内胎的13至40倍。

在自行车领域，最初的直边外胎安装于具有直翼部(ailes droites)的轮圈，而后出现具有钩部(crochets)的轮圈。文献FR 2 351 803描述了一种具有钩部的轮圈，用于安装直边轮胎。在结构上，用于直边外胎的轮圈必须比相同尺寸的用于内胎的轮圈抵抗性更大，因此更重。实际上，如果一个外胎要充气8巴的压力，其径向负载于轮圈的力达到可观察到辐条张力损失约30daN的程度。这一径向向心载荷力大致和轮圈的内部宽度、直径以及压力成正比，通过机械分离外胎+轮圈系统，表明空气压力在轮圈上的径向向心作用基本上和骨架在胎缘内钢丝圈上的离心径向作用相反。轮圈的翼部还必须抵抗轴向载荷力，该轴向载荷力由轮胎胎缘(talon)施加于其上并推动其打开。