专利名称：组合梁座架的制作方法
技术领域：
本发明一般与车辆的冲击及振动吸收车座支架有关，具体有关组合梁座架，其中有冲击及振动衰减层，放在可相对活动的构件之间，以吸收振动及冲击载荷。如所揭示，发明特别适用于自行车，但并不限于自行车。
自从第一辆车辆创造以来，车辆在崎岖地面上行走时，消灭振动和冲击，使旅客旅程平稳是一个严重的问题。典型的解决办法包括用弹簧及减振件，并用弹簧将车座安装在车架上，使车轮与车架分离。在汽车及拖拉机中，举例而言，车座用盘簧，板簧，和二者的组合安装。
具体参照与本发明相关的自行车技术，车座支架的形式，几乎普遍为将一个刚性管件，插入车架的与之配合的基本垂直的刚性管件中。车座可以有弹簧减振的一种形式，典型为安装在管形车座支架的顶部。
安装在轮上的充气车胎，是自行车减振的初步措施，有时也是唯一的措施。典型用于所谓“山路”(mountain)自行车的低压充气车胎，可提供某些有限的冲击及振动吸收，但这类自行车常用于这种冲击及振动严重的地形，车胎的行走平稳作用不够。此外，在其他类型的自行车中，车胎尺寸小，车胎中空气压力高，车胎吸收冲击和振动的能力几乎不存在。因此，现代自行车承受的大部分路面的冲击与振动，都直接传递到车座，而达到骑车人。在极端情况下，例如在长距离竞赛或骑车登山竞赛中，常见骑车人从连续冲击和振动受到的暴虐，导致暂时神经损伤，肌肉痉挛，和严重的不适。参看《自行车指南》1988年8月号，第75-78页。即使在比较正常的骑车条件下，冲击与振动造成疲劳，减少骑车者舒适感并造成疼痛，尤其在身体结构的与自行车座接触的部分。
此外，自行车使用金属架，主要受要求车架耐受自行车严重颠簸造成的振动，和经常以非弹性放在车架上的骑车人的体重载何所迫。因此，轻质车架，诸如用树脂裹覆纤维围绕刚性泡沫心材制造的车架，未受广泛欢迎。
曾有许多试探企图改进自行车座的弹簧安装，包括使用片簧，例如美国专利第1，469，136;2，244，709及2，497，121号所示。这种构造的缺点是轮流将骑车人向下压和向上抛，振幅扩大而相对无法控制。此外，当自行车作不稳定或使人不舒服的转弯或转圈时，这种车座倾向于侧向摆动。板簧及平行活动杆式座架组合如美国专利第1，416，942号所示。一种有盘簧座架的三轮车，使车座可作很大的垂直移动，如美国专利第4，162，797号所示。
已经有人通过使用自行车架和车轮间的减振器与弹簧，不将其放在车座与架间，试图解决减小振动与冲击的问题。过去90年中发展的装置的举例，参见美国专利第423，471;457，080;468，823;505，753;518，338;953，697;2，160，034;2，283，671;2，446，731;2，485，484;2，976，056;3，459，441;4，421，337等号。这些专利显示本发明与过去企图减小向骑车人身体传递的冲击与振动的许多试探，谋求解决的问题严重性。虽然已作这许多试探，但至今几乎所用的全部自行车座，吸收振动或冲击的能力很小。在自行车领域，以及车座的一般领域中，改善座架对冲击及振动的吸收，还有很大的需要。
本发明揭示诸如自行车等车辆的座架，有一个组合梁，一端与车辆连接，在相对的悬臂式另端上安装车座。在一个实施方案中，组合梁的第一纵向部分与车辆固定连接，第二纵向部分随加在组合梁上的弯曲载荷反应，当车辆及骑车人通过崎岖地形遇到的冲击及振动载荷时，使第二部分相对于第一部分移动。组合梁的第一及第二部分最好沿梁的一个本发明的其他特点及优点，从下面的叙述，结合附图便可了解，图中相同的部件用同标号标示。
图1为有本发明组合梁座架的传统自行车侧视。
图2为按本发明制造的组合梁座架的安装及调节装置一种形式的局部剖视。
图3为按本发明制造的组合梁座架一种实施方案的侧视。
图4为图3中组合梁座架的仰视，虚线示梁上下部分之间的连接。
图5为沿图4中线5-5的剖视。
图6为图3中组合梁座架右视。
图7为自行车实施方案侧视，车架有按本发明制造的一体组合梁座架。
图8为按本发明制造的组合梁座架一实施方案的局部侧视，示在传统自行车架上安装。
图9为按本发明制造的组合梁座架另一实施方案的局部侧视，示在传统自行车架上安装。
图10为自行车及车架又一实施方案侧视，有按本发明制造的一体组合梁座架。
图11为自行车又一实施方案的侧视，有按本发明制造的悬臂式安装组合梁座架。
首先参看图1，示有组合梁座架10安装在传统自行车14的水平管12上。如所示，已将自行车架除去。虽然本发明的组合梁座架在包括双轮自行车的各种自行车上使用很广，但应理解本发明可减小在崎岖地形上行走的任何类型车辆车座的振动和冲击。因此，虽然本发明的一个实施方案，有在图1及2揭示的自行车架管12上安装的特殊方法，但应理解，无论用于自行车或其他类型车辆的其他安装方法，都便于与本发明结合使用。
组合梁座架10有第一个下部18，和第二顶置上部20。部分18用枢轴安装件22和梁12连接，组合梁相对于管12的角位置，由转动控制装置24控制。图示将一个传统的车座26安装在组合梁10的远离端部30的端部上。图示将车座26安装在包围并夹持端部28的传统车座安装装置32上。可理解将安装装置32放松或收紧，使车座可沿端部28纵向移动，提供车座在自行车架上方的高度变化。在典型上，以安装装置32在安装装置22后方约24英寸为宜，然而这在于骑车人的选择。
如图示，梁10在长度上的中部弯曲，使梁的前部30大致靠近管12，当骑车者起身踩车时，容易跨在组合梁上。图示组合梁的端部28位置在管12上方的一个距离处，使车座在骑车人体重和振动及冲击载何下，可随梁10的弯曲反应，有空间供作上下活动。梁10相对于管12的角度，和车座26在管12上方的高度，主要取决于骑车人的舒适感和腿的长度，可理解车座不应太低，免使梁10在弯曲时，端部28的下部外露，冲撞管16的上端。
再参看图2，可见组合梁座架10在下部18与上部20间，有一个空间或间隙34。如图示，在间隙34中填充一层振动与冲击吸收材料36。在理想方案中，这材料有低硬度计数值，有柔弹性质。本文中柔弹性的含义是说明在梁10的上下部相对活动时，材料可变形，然后恢复原来形状，以及收相对活动的梁部的功能。材料必须有抵抗变形或压缩的倾向，从而减慢组合梁上下部间的相对移动，并且还有经过一段时间，弹性恢复原形的倾向。用聚氨基甲酸酯制的弹性体有粘弹性，在两个方向上抑制梁的动作，据发现是良好的材料。许多弹性模数相当低的弹性材料，在本发明中使用良好，将其形成一个层片或其他形状，夹在组合梁上下部之间，或用其他方式与上下部连接。
在理想实施方案中，组合梁10的下部18和上部20，用装在硬化树脂及纤维壳40里的刚性泡沫材料38制造。泡沫38可用刚性聚氨基甲酸酯的泡沫，壳40可用玻璃纤维和环氧树脂制造。可理解这些轻质梁部的结构，使用其他泡沫与树脂，其他纤维包括石墨纤维也很好，仅需制成品有要求的结构整体性和相当高的弹性模数。当然，较传统的自行车材料，诸如钢及铝，也可用于组合梁结构，但也可能需以减小轻质上的优点作代价。在相对硬的元件之间放置若干弹性材料层的梁的形式也属本发明范围。据发现在本发明中，梁结构的自由端，在约100磅/平方英寸作用下，端部垂直偏移。当然，通过改变玻璃纤维结构，梁的尺寸，弹性体硬度计数值或使用其他已知技术，可将梁的抗弯强度增减。
在组合梁上下部的一个结构方法中，将一个编织软玻璃纤维套，套在预形成泡沫芯上，编织套的纤维方向，大致与芯管纵向量度倾斜45°。再将单向的玻璃纤维元件套在上面，增高梁的强度。在关键的承载区域，例如在端部枢轴点，与旋转控制件24相邻的支点，和梁部的车座安装端28，可再另加几层纤维垫，然后在上面套第二软套，将这些元件定位。然后用树脂将梁部彻底润湿并凝固，最好在加压下进行。在两个梁部都形成后，沿二者长度的一部分连接，典型用环氧树脂。在典型中，一个梁部在表面上有一个高起的平台，和另一梁部连接。于是在完成的组合梁10中形成间隙34。可用其他的已知构造技术及材料作易代，也应考虑属于本发明范围。梁10制成后，将减振材料层36插入间隙24中，最好将梁件10放在模型中，将材料加压注入间隙34。
如图2所示，梁10的形式中有一个垂直开口42，通过端部30，藉以将梁与梁安装件22连接。如图示，梁安装件22有传统软管夹型夹件44，圈围管12，上面有支架46放在梁10上。还可用其他传统连接装置在梁10上安装。支架46内有向上伸的螺纹件48，以插入螺纹件底部开口和配合件46横向邻侧上的配合孔的传统紧固件50，将螺纹件48安装在支架46中旋转。螺纹件48向上，伸过第一下部18，减振层38和第二上部20的孔42。
图示将一个诸如螺母54的紧固件，拧在螺纹件48的端上，并压在其下方向的一个传统垫圈56的上面。为使梁10的上部20可按下面叙述的方法，相对于下固定部分18横向移动，可在垫圈56下放一对开口垫圈58及60。为便于滑动垫圈58可用滑动垫，即用与相邻垫圈56及60的表面易于滑动的材料制造的垫圈，诸如青铜，放在两个钢垫圈间。
虽然坐在梁10的悬臂端28上的骑车人的体重，产生螺母54及其相关垫圈承受的很大的垂直压力载荷，然而有上述结构，便可使上梁部20相对于梁的销接下部18，作横向移动，如箭头62所示。梁10弯曲造成的上部20相对于下部18的横向移动，使间隙34中的弹性体层36在剪力下变形。层36的变形，准确讲，即弹性变形的材料36提供的上梁部20抵抗横向移动的能力，将梁部20的动作减慢，并使之缓和，自行车在崎岖地形上行走时，将自行车车轮遇到的振动和冲击载荷在被传递到车座26上以前吸收。同样，自行车高速转变或急转弯时，在车座26上产生的体重载荷，也可在通过组合梁10传递到自行车架上以前，被减速并缓和。
再参看图4及5，可见梁10的上部20及下部18，与相邻梁端28作整体连接，如虚线62中的平台区所示。与区域62相邻，设侧槽64及66，当如上所述，从梁端30向间隙34中注弹性材料时，槽起导槽的作用。可理解弹性材料流入，充注间隙34，直至遇到梁连接平台62的突头68，这时弹性材料流过槽64及66，从梁端28流出，如图6所示。
如图3所示，在本发明的一个实施方案中，弹性材料36似乎从梁10的一端向另端注满间隙34。然而实际上，弹性材料仅完全充注从梁端30到整体连接件62突端68间区域的间隙。梁从突端到端部28，除侧槽64及60外密封。又应理解，上述的特定梁结构，仅是本发明的一个理想实施方案，不应以此为限制，有互锁表面的梁部，和其他形状及位置的弹性材料形成的梁，都应考虑属于本发明范围。
据信按上述方法将组合梁的上下部18及20，在端部28附近连接，可提供梁10的抗侧移和旋转的稳定性，但可理解还有将这些梁部连接的其他措施，诸如形成整体，或用紧固件，或围绕的夹件等，都应考虑于本发明范围。还考虑到弹性体层可从梁的一端伸到另端，同样可假设以某些其他方法，向梁提供抗侧移及抗转动的稳定性。
再参看图2，可将组合梁10旋转，升降车座26，以适应骑车人的腿长和重量，图示用旋转控制件24控制旋转角度。装置24有传统软管夹头44圈围管12，用于将一个装配件46在管12上部上夹定。图示用传统紧固件72，将有槽孔的支架70安装在梁10下部18的底侧。将一个传统的插脚插口夹(pinclamp)装置，诸如有配合螺母的偏凸杆夹具74，穿过放在一个贯穿装配件46的孔的上面;这孔与支架70的在装配件46另侧上的槽孔76对正。可理解在有槽孔支架70两侧将偏凸杆夹74放松时，可将梁10上下摆动。可将梁10在槽孔76允许的行程范围内的任一点上，将配合的紧固件拧紧，使车座26在自行车架上方的选定高度上固定。
而且，也可用其他传统车座高度调节装置，取代旋转控制装置24，仅需做到组合梁容易调节，锁紧稳定，车座可在自行车架上方有要求的高度即可。
再参看图1，可理解当将一个载荷放在车座26上时，梁10的端部28向下弯。如无间隙34，梁10弯曲时将使梁18的下部受压迫，而梁的上部20被伸长。在组合梁中设槽孔34，在梁10向下弯时，上部20沿下梁部18纵向滑动，可将上部20中产生的拉力释放。间隙34中放弹性体材料36，可将上部20在下部18上方向间隙34区域中的活动抑制并减慢，从而使梁10的弯曲减慢而缓和，基本消灭通过梁10传递的振动和冲击。
再参看图3及5，可理解在梁端30的区域中增加弹性体材料36的厚度，在梁部互相连接的地点68，减小间隙34另端的弹性体材料的厚度。上部20相对于固定部18的移动，在梁端30附近最大，而在连接点68的附近，移动量减小到接近于零。因此，增大梁端30区域中弹性体材料36的厚度，相应增宽间隙34的大小，便可改进梁10的振动与冲击吸收1性能，并可延长减振材料的寿命。
振动或冲击的吸收，可视为减小梁或其他构件运动的频率或振幅。假定梁10为实心梁，没有间隙34或间隙中的弹性体材料36，则当自行车轮在崎岖地面上通过时，车轮将通过梁，向车座26传递遇到的冲击和振动，不能减低频率，而可能因梁的悬臂作用，造成振幅增大。在间隙34中设弹性体材料，与相邻的梁10上部20及下部的表面粘合，使材料可阻止并减慢臂部20相对于臂部18的滑动，从而减小梁10端部28上下移动的速度和距离。据信弹性体材料36吸收自行车架中形式为振动及冲击的功能，转变为热能而消散。
虽然上面讨论到的是在骑车人体重载荷作用下，梁端28下弯，梁部20张紧，但可理解弹性材料起梁部20在相对于梁部18的任一方向上活动的抑制作用，因而当梁端28无论向上或向下活动时，都可衰减振动和冲击。
再参看图1，可理解当上梁部20相对于下梁部18活动时，在组合梁中间弧形部间隙34中的弹性体材料被压缩，并在剪刀下变形。在组合梁10中设弧形，可提高粘滞弹性材料随梁弯曲反应的能量吸收能力。
可理解梁安装件22可用于控制梁10的弯曲性能。在这方面，可选择垫圈58的材料成分，以增高与相邻垫圈56及60的摩擦。并且，可将螺母54与螺纹件48间的啮合改变，以改变加在弹性体层36上的压缩载荷。这又可造成弹性层36作相应变化的能力，阻止上梁部20相对于下部18的活动，从而控制梁10的硬度。
再参看图8，一个组合梁80有第一部82和相邻第二部84，在梁端86处合为一体。将一种冲击与振动吸收弹性体材料88，放在部分82及84之间的间隙中，间隙从梁端92处开始，沿弯形梁伸到点94上，两梁部在这点94上合成一体。这实施方案有整体模制的车座96，或有用传统装置与梁端92连接的装置。这设计的一个优点，是将梁消除，当骑车人起身踩自行车时，没有梁妨碍在车架管12上骑跨。
再参看图9，揭示组合梁座架的又一实施方案，座架安装在车座柱上，并有一个大致Y形的元件98，有一个整体的脚部100向后伸展，起后轮挡泥板的作用，在Y形的两股中，有间隙102及104，里面充填弹性体材料106及108。车座110也可以与这元件一体模制，或用传统措施在上面固定。
参看图7，揭示一种用轻质纤维与树脂材料形成一体的轻质车架112的自行车。应理解这车架元件的特定形状，仅为作举例而已。使用组合梁114减小车架112上的冲击与振动载荷，便可使轻质树脂及纤维材料用于这结构。考虑到在轻质车架件的特定机械应力区域中，放入金属插件116及118。
如图7所示，组合梁114与车架112一体形成，有下部120在载荷下被压缩，一个上部122随车座124上的载荷反应，处于张紧状态，弹性体材料126处在上下部之间的间隙128中。在图示的结构中，车座支架装置130与组合梁114相连，但必须使上下部可互相相对滑动。可理解可用诸如图1所示组合梁10，与图7所示轻质模制车架配合，以取代一体梁114。否则也可将组合梁的下部120，与车架112一体形成，而上部122在座架端附近与之连接，并且在组合梁与车架112相连的区域，相对于下部滑动。
现参看图10，揭示有轻质树脂及纤维架元件132的自行车另一实施方案。在这方案中，整体组合梁座架134的形式，为从自行车后轮区向前伸。组合梁也有下部136，上部138，其间的间隙140，和间隙140间的弹性体材料142。如所示，组合梁134至少有一部分有裂口，容放自行车后轮，并表示有一个后伸的挡泥板144。图10所示车架设计、明显为所谓女车的形式，即无高横梁12的自行车。
现参看图11，揭示一种自行车车架设计，使用的金属管件中包括一个长管件146，从车叉区域伸到后轮。这实施方案虽然也用金属架元件，但这种元件数目减少，形状改变，能更好利用组合梁座架148的减少冲击与振动的能，示有从传统安装架150与转动控制件24向后伸的悬梁形式。梁148有上面参照图1-6讨论的设计，但需要有明显的变化，将梁安装在管件146上。这设计的一个优点，是因为重行设计车架元件，金属架的重量减轻。
应理解本说明书并不限制车辆座位的支架，具体如自行车车座，而可将发明用于其他场合。例如，可用本发明支持自行车把手，从而骑车时，用以吸收向把手传递的典型冲击与振动。在这方面，可将一个与减振层36相似的减振层，加在用于将把手与前叉结构连接的典型叉管的弯形部分中。否则，也可将减振层加在自行车前叉的叉腿结构中。在这用途中，本发明为自行车把手安装结构，提供基本与车座相同的优点。
虽然已对本发明的理想实施方案作了图示和说明，但应理解熟悉本领域者还可想到各种变化。因此，本发明不受限于图示及说明的具体方案，发明的真实范围与精神应参照下文权利要求书确定。
权利要求
1.将自行车座在自行车架上安装的自行车座架中有下列各项一个第一长梁有一个前端，供在车架上安装，一个尾端在该前端的远方；一个紧固装置用于将该第一梁的该前端，固定在自行车架上；一个第二长梁在该第一长梁的上方，有前端与该第一梁前端有间距，形成二者间的间隙，一个尾端与该第一梁尾端固定，从而当将方向相反的载荷加在该第一梁前端和该第二梁尾端上时，该梁的两尾端仍然互相紧固，而该第二梁前端的位置相对于该第一梁的前端在纵向上移动；一个紧固装置，将自行车座至少固定在该梁的一个尾端上；一种弹性体材料，在该间隙中的该梁两前端之间伸展；该间隙间一种弹性体材料在该梁前端之间伸展，该材料随该两梁的相对移动变形。
2.如权利要求1之自行车座架，而特征为该梁有一个泡沫芯，和树脂粘结玻璃纤维表皮，用该树脂粘结玻璃纤维，在该梁尾端上粘结为一体。
3.如权利要求1之自行车座架，而特征为该车架紧固装置还可将该第二长梁紧固，防止向上移动，而同时使该第二长梁前端可相对于该第一梁前端在纵向上移动。
4.一种自行车座架用于有组合梁的车辆，组合梁的一端与自行车架连接，另端与车座连接，该组合梁有下列各项一个第一部分与自行车架固定，一个第二部分与该第一部分连接，安装方法为随加在该组合梁上的使该车座装置上下活动的弯曲载荷反应，相对于该第一部分移动;该第一部分及该第二部分之间有弹性体材料，可变形以减小该第二部分相对于该第一部分活动的速度与幅度，从而减小该车座上下活动的速度与幅度。
5.如权利要求4之自行车座架，而特征为该组合梁的该第一及第二部分，在该第一部分与该车辆的连接点有间距的地点互相连接，从而该第一及第二部分在连接点上不互相相对移动。
6.如权利要求4之自行车座架，而特征为该组合梁沿其长度弯曲。
7.一种车辆座架中有下列各项组合梁;将该组合梁的一端安装在该车辆上的装置;车座装置，安装在该组合梁的远离该车上安装装置的端部上;该组合臂有下列各项一个第一部分，有高弹性模数，与该车辆固定连接;一个第二部分，也有高弹性模数，安装方法为可随在该梁上加的载荷反应，相对于该第一部分移动;该高弹性模数部分有刚性泡沫芯，上面覆盖树脂粘结纤维的裹皮;该第一及第二高弹性模数部分有第三弹性体部分夹在两者间，从而该第二部分相对于该第一部分的活动，使该第三部分变形，该第三部分使该第二部分相当于该第一部分的活动减速。
8.一种车辆座架有下列各项一个组合梁，一个安装装置，将该组合梁的一端安装在该车辆上;车座装置，安装在组合梁的远离该车上安装装置的端部上;该组合梁有下列各项一个第一部分，有高弹性模数，在该车辆上固定;一个第二部分，也有高弹性模数，安装方法为可随加在该梁上的载荷反应，相对于该第一部分活动;该第一及第二高弹性模数部分有第三弹性部分夹在二者间，从而该第二部分相对于该第一部分的活动使该第三弹性体部分变形，该第三弹性体部分使该第二部分相对于该第一部分的活动减速;该高弹性模数部分有刚性聚氨基甲酸酯泡沫芯，和环氧树脂粘结纤维的裹皮，该弹性体部分为一种聚氨基甲酸酯弹性体。
9.一种自行车组合件下列各项一个车架，有一个后叉，上面安装车轮作旋转;一个可控制方向的前叉组合件，安装在该车架的前方转动，上面安装前轮作旋转;一个自行车座架有一个第一长梁，这长梁前端安装在该车架上，并有该前端远方的尾端;有一个紧固装置，将该第一梁的该前端;固定在该车架上;一个第二长梁在该第一长梁的上方，前端与该第一长梁前端有间距，形成二者的间隙;一个尾端与该第一梁尾端固定，从而当将方向相反的载着加在在第一梁前端和该第二梁尾端上时，该两尾梁端仍互相固定，而该第二梁前端可相对于该第一梁前端有纵向上移动位置;有一个弹性体材料在该两前梁端间的间隙中;一个自动车车座，与至少一个该座架长梁固定。
10.如权利要求9之自行车组合件，而特征为该车架有单根长梁，从该前叉伸到该后叉，该座架用与该前叉相邻的第一夹具装置，固定在该车架的长梁上，一个第二夹具装置与该第一夹具有间距，该车架的形状为从该第二夹具装置在该长梁上的安装点起，该长梁与该后叉基本为直线形。
全文摘要
一种车辆的座架有组合梁，一端与车辆连接，另一端上安装车座。组合梁有弹性模数相当高的纵向伸展的承载件，互相间至少沿长度的一个部分形成间隙。间隙中放一种弹性体减振材料。当梁在载荷下弯曲时，弹性体材料随构件相对活动反应而变形，从而弹性体材料吸收冲击和振动。
文档编号B62M1/36GK1046132SQ9010215
公开日1990年10月17日 申请日期1990年4月4日 优先权日1989年4月7日
发明者詹姆斯·D·奥尔索普, 戴维·E·卡拉普 申请人:奥尔索普有限公司