专利名称：自行车的叉嘴及其连接方法
技术领域：
本发明涉及到将自行车车轴连接到车架和前叉上的叉嘴。
普通自行车的前、后轴分别连接在自行车的前叉和车架上。具体说来，前、后轴分别支持在被焊接到前叉和车架的支承管上的叫做“叉嘴(drop-out)”的带有凹槽的零件上。图22示出一种支持自行车后轴的含有凹槽2的后轴叉嘴1，该叉嘴1还包含一对固定在车架支承管5、6上的支腿3、4。图23示出一种前轴叉嘴7，它包含一个用来支持自行车前轴的凹槽叉嘴7，它包含一个用来支持自行车前轴的凹槽8和一个固定在自行车前叉支承管10上的支腿9。
为了在自行车车架上安装叉嘴，提出了各种工艺方法，例如，按图24所示的“开槽管”法，将一扁平的前轴叉嘴7插入支承管10的前端之中心，然后对支承管的该端部进行加工，以在圆柱形支承管10与叉嘴7的扁平侧面之间做成拱形的过渡段16。
上述开槽管法的一种改进就是通常所谓的盖板法，将叉嘴支腿置于支承管之一侧而不是中心。把一盖板置于支承管与叉嘴支腿的相对侧面之间的开口上，该盖板和叉嘴支腿彼此焊在一起并与支承管焊在一起。
另一种叉嘴安装方法叫插塞法，见图25。将插头18插入支承管5内，然后与管焊在一起，使插头18伸出管外，再把开槽件1焊到插头的外露端。
其他的方法(示于图20、21和26)，已在公开的美国专利5，025，977中说明，将一扁平条材的后端20弯曲，并将该被弯曲后端加工成一个大致为圆柱形的部分22，把该部分22插入支承管5的斜切端24，并通过焊缝26连接起来，也可用铜焊法或胶接法。叉嘴上可做出凸肩26来限制圆柱部分22插入管5的深度。图26示出两个安装在自行车前叉28的薄壁支承管29内的叉嘴20。
车轴(未示出)将被夹持在叉嘴20的相对的内表面30之间。因此，每个内表面30的面积最好是某一最小值，以便能正确地夹持车轴。而且，由于叉嘴的开槽部分通常是薄的板状，而前叉管的端部是圆柱形状，所以为了安装起见需要在每个管与其叉嘴之间提供一个过渡段，并应避免出现可能伤害骑车人或其衣物的尖角。显然，这个准则可以通过上述的叉嘴形成技术来达到。但是，上述的每种方法都需要对管子进行大量的定型整形，或者需要在花量时间来装备和焊接。例如，图24所示的方法要求将管子专门整成拱状的过渡段16。图23所示方法虽然不用对管子进行定型整形，但要求进行两次焊接操作来做成叉嘴。
图20-21所示的方法要求对管子进行定型整形，并进行弯曲和机械加工操作以制成叉嘴。
对于后轴叉嘴也有类似的考虑。而且，在整体式后轴叉嘴的情况下，需要提供带有两个分别与车架的坐垫支承管和链条支承管连接的安装部分的那种叉嘴。因此，必须使叉嘴的两个安装部分的角度关系对应于连接该两安装部分的坐垫支承管与链条支承管间的角度关系。这就意味着，对于不同尺寸的自行车(它们的坐垫支承管与链条支承管的角度关系不同)，必须使用相应尺寸的叉嘴。这种要求大大提高了总的制造成本，并增加了制造难度。
因此，希望有能够克服上述缺点的新型的前轴叉嘴和后轴叉嘴及其制造方法。
安装叉嘴的另一方面涉及到将叉嘴粘结到其支承管的方法。在某些情况下，用粘结剂将叉嘴粘结，而在另外的情况下，则用焊接法来连接。焊接时，需要熟练地使用焊丝，这就增加了制造工艺的总的复杂性。而且，焊接时加热太厉害可能损坏薄壁支承管。
因此，希望能使叉嘴较容易地焊到薄壁管(尤其是钛合金管)而不损坏管子。
本发明的一个方面包含一种适用于同自行车的空心金属支承连接用来支持前轴的整体式金属叉嘴。该叉嘴含有一个包括一个其尺寸使之可插入支承管内的圆柱形安装部分的后段和一个包括一个带有轴座槽的轴座部分的前段。轴座部分的厚度小于安装部分的外径。在后段与轴座部分之间有一过渡段，该过渡段向着轴座部分逐渐变小。轴座部分相对于安装部分的纵轴线径向向外偏移，并且相对于叉嘴的最大外径径向向内偏移。
本发明的另一方面包含适于同自行车的坐垫支承管和链条支承管连接用来支持后轴的金属叉嘴。该叉嘴含有两个过渡件和一个与过渡件连接的开槽的板件。每个过渡件包含一个构成圆柱形安装部分的后段，所述安装部分的尺寸使之能插入上述支承管的一个单独的管内，还包含一个带有形状像一锥体切割部分的弯曲壁的前段，其纵向轴线与后段的纵向轴线相对应，在前段还有与个在弯曲壁的相对边之间从前向后延伸的接触表面。开槽的板件与过渡件连接，并与其接触表面接合。
本发明的再一方面包含一个适于同自行车支承管和支持后轴的开槽板件连接的过渡件。该过渡件包括一个构成圆柱形安装部分(其尺寸使之可插入管内)的后段和一个带有一个形状像锥体切割部分的弯曲形壁的前段，其纵向轴线与安装部分的轴线相对应。在弯曲壁的相对边之间有一基本上平的从前向后延伸的接触表面。
本发明的又一方面包含一个适于连接自行车空心金属支承管以支持车轴的金属叉嘴。该叉嘴包括一个圆柱形的安装部分(其尺寸使之可插入管内)、一个支持车轴的凹槽、和一个径向向外凸出的自耗环件，当安装部分插入管内时，该环件位于端部附近。加热时，该环件可熔化，以形成一个位于叉嘴与支承管之间的焊缝接头。
本发明的再一方面包含一种将叉嘴连接到自行车支承管上的方法，其中，圆柱形的安装部分被插入管的圆柱形端部，并焊接定位。该方法包括提供带有一个与安装部分成一整体的径向向外凸出的自耗环件，该环件与安装部分的后端向前隔开。安装部分插入管内，要使上述自耗环件直接位于一管端附近。加热使环件熔化，以在叉嘴与支承管之间形成焊缝接头。
本发明的还有一方面包括制造用来支持自行车前轴的整体式叉嘴的方法，该方法包含提供一种带圆柱形外圆的圆柱形金属棒坯的工序。将该棒坯的中段加工，使该中段向着棒坯的前段逐渐变小。前段加工成带有轴座凹槽的平板状，从而使平板与棒坯的纵轴线径向向外隔开，并与棒坯的圆柱形外圆径向向内隔开。锥形中段之一侧被加工，形成一个从棒坯的后段向板件延伸的表面。
通过下面结合附图(附图中相同的零件用同样的标号示出)详细说明本发明的最佳实施例，将会对本发明的上述目的和优点更加了解，附图中
图1是按照本发明的支持自行车前轴的整体式金属叉嘴的侧向立视图;
图2是图1所示叉嘴的前端视图;
图3是从图1所示的相对侧面看的叉嘴的侧向立视图;
图4是叉嘴的平面顶视图;
图5是类似于图1的视图，示出安装在支承管后的叉嘴;
图6是叉嘴的第二最佳实施例的类似于图1的视图;
图7是第二实施例的类似于图2的视图;
图8是自行车前叉的前视图，其中已装好两个图1所示的叉嘴;
图9A-9D示出用一块坯制造图1叉嘴的连续工序;
图10是插入金属支承管的图6的叉嘴的侧向立视图;
图11是类似于图10的视图，示出叉嘴的自耗环件已被熔化在管子与叉嘴之间形成焊缝接头的情况;
图12是用于连接后叉嘴的过渡件的平面顶视图;
图13是图12的叉嘴的前端视图;
图14是图12叉嘴插入支承管的顶视图;
图15是图14的侧向主视图;
图16是安装到自行车架的后轴叉嘴的端视图，该叉嘴包含图12的过渡件;
图17是图16的侧视图;
图18是过渡段的第二实施例的类似于图12的视图;
图19是类似于图17的视图，其中采用了第二实施例的过渡件;
图20是现有技术的插入支承管的前轴叉嘴的分解透视图;
图21是类似于图20的视图，示出叉嘴与支承管连接后的情况;
图22是现有技术的后轴叉嘴的侧视图;
图23是另一种现有技术的前轴叉嘴的侧视图;
图24是再一种现有技术前轴叉嘴的透视图;
图25是又一种现有技术的前轴叉嘴的分解透视图;和图26是装有图21的两个叉嘴的自行车前叉的前视图。
下面详述本发明的实施例。
按照本发明，前轴的叉嘴50包含一个带有安装部分52的后段和一个中间段54(见图1-5)。在中间段与前段之间有一过渡段56，上述前段包含一个带有凹槽60的轴座部分58。
安装部分52是圆柱形的，其直径大小做成可滑入支承管(最好是薄壁钛合金管)62的开口端，中间段54也是圆柱形的，其直径与支承管62相对应，并且比安装部分52的直径稍微大一些，以便形成向后的径向凸肩64。
过渡段56是向前变尖的锥状。轴座部分58是扁平的并位于过渡段56的前端，它包括平坦的外表面58A和内表面58B。该内表面58B与前轴接触，以夹紧车轴，而外表面58A与一固紧件例如螺帽连接，将内表面紧压着车轴。内表面58B相对于叉嘴50的纵向中心轴线A侧向向外偏移一个距离x，而且相对于中间段54的外圆周侧向向内偏移一个距离Y。过渡段56包括一个从中间段54向外表面58A延伸的圆角表面59。轴座部分58的厚度T小于安装部分52的直径。
轴座部分58的凹槽60与轴线A成一角度B例如大约25°。
叉嘴50可用任何合适的材料(例如普通用的钛合金)制成，可采用包括机加工和铸造(例如失蜡精密铸造)在内的各种工艺技术来制造。
采用机加工方法时，将一块实心钛合金棒坯69(见图9A)，来制造叉嘴50。首先，将棒坯的中段加工成四个在圆周相隔分布的斜面70(见图9B)，因此，该中段大体上成为圆锥状。然后，将棒坯之前段加工成扁平的轴座部分58(图9C)。再加工圆角表面59而将中段的侧面去除(见图9D)。在制造阶段的某点上，将棒坯的后段加工出凸肩64，并将后段在71挖空，空心狭窄处朝着圆角表面59延伸，最终而成为穿过表面59的轴向孔73。叉嘴做成空心以及将过渡段做成锥状是为了减轻叉嘴的重量。轴向孔73用作清洁气体排泄孔或用作内爆型(empolgition)出口孔。
通过加工棒坯的前段使内表面58B从棒坯的外周围偏移一个距离Y，那么表面58B的面积可做成足够大。这就是说(参看图2)，很显然，所定的内表面58B越是接近中心轴A，它的面积就越大。采用这种方法就可用一块棒坯制成整块的叉嘴50，并保证表面58B有足够大的面积。
因此，提供了一种简单的机加工方法来制造带有扁平的轴座部分58、锥形的过渡段56和圆柱形的后安装部分52的叉嘴50，该方法不要求在装配叉嘴件前或装配叉嘴件后进行任何定型整形或配合支承管62端部的工序。
将两个叉嘴50装在叉件74上的方法是将安装部分52插入支承管62内，直到凸肩64靠紧管端为止，并用熔焊、铜焊或胶接法(见图5和8)将安装部分52固接在管内。
显然，锥形的过渡段56成了前段与后段之间的平滑过渡处。这一点不用通过对支承管的端部进行预成形就可达到。而且，不留下任何要用焊条或其他定位件来填充并且会降低接缝强度的间隙。
圆柱形的安装部分52简化了叉嘴与支承管的匹配，并且提供了连接叉嘴与支承管的最大表面积。因此，有可能消除焊接工序，并免除薄壁支承管受热。
但是，如果希望用焊接法来固定叉嘴，那么，叉嘴就做出一个与它成一整体的径向向外凸出的圆形法兰78(见图6)。在图6中，叉嘴的其他部分与图1-5所示的一样，其相应的部位用同样的标号标出，但加一后缀“a”。
将法兰78置于凸肩64a，以便在叉嘴50a插入时，使它处于支承管62与中间段54a之间的交界面上(见图10)。如图11所示，法兰78用作一个焊接时的自耗环件，这样在焊接时就不需用焊丝了。焊接时，自耗环件被熔化，随后，熔融的自耗环件冷凝，并形成一条焊缝78′，该焊缝78′包住支承管和中间段54a，以便将叉嘴50a固定到支承管62上。注意中间段54a的外径与支承管的外径相对应。
带有自耗环件的叉嘴50a也可采用在图9A-9D所述的方法来制成，但要用较大外径的棒坯，并沿着中间段54进行加工以减小棒坯的外径，从而形成自耗环件。这样，自耗环件的外圆周表面就由棒坯原先的外圆周表面构成。
由自耗件形成环形焊道使得叉嘴件50a的安装很适合在单平面自动焊机上进行，而且可提供一条很均匀的焊缝，另外还可使薄壁支承管受热最少，从而减小支承管损坏的可能性。
图16-17示出一个后轴叉嘴79，它包含一个板件100和两个与板件焊在一起的过渡件80、每个过渡件80包含一个圆柱形的安装部分82、一个圆柱形的中间段84、和一个锥形的过渡段86(见图12-13)。通过安装部分82和中间段84设一凹口，该凹口由一个大直径的后部88、一个小直径的前部90和一个连接前部和后部的截头锥部分92组成。
过渡件80由实心的圆柱形棒料加工而成。锥形部分86呈实心锥体分割段的形状，该分割段是沿其前端94的径向平面并沿相对于过渡段的纵轴L′成一小角度C(例如7°)的大体上为纵向的平面切割的。纵向的切断构成一个从前向后延伸的接触表面96，该表面在其前后端的中间位置上与纵向轴线L′相交，并在锥形部分86的弯曲外壁87的两相对边87′、87″之间延伸。
中间段84的外露边98与接触表面96呈90°角。
在实践中，安装后轴叉嘴80是将其两个过渡件80的安装部分82分别插入自行车架的坐垫支承管62′和链条支承管62″，然后采用例如熔焊、铜焊或胶接法将两安装部分连接定位，再将后轴板件100的支腿置靠在过渡件80的平坦接触表面96，并通过例如用焊丝的焊缝81连接到叉嘴80的锥形部分86。板件100有一个用来支承后轴的后轴支承凹槽102。
后轴叉嘴的过渡件80具有类似于前轴叉嘴50那样的优点。也就是说，锥形部分86造成一个平滑过渡并使需要填充的间隙减至最小。过渡件80很容易加工，不需要弯曲和斜角接缝。而且，不需要对支承管62′、62″的端部进行定型整形或充填来支承过渡件80。另外，同样的过渡件80和带凹槽的板件100可用于不同尺寸的自行车架，这时，可使支承管62′、62″之间做成带有不同的角度，因为过渡件可相对于后轴板件的支腿作一定角度的偏移。图19示出了这样的关系，其中，过渡件之一80b和其相关的支承管62′的纵向轴线L与后轴板件100的相关支腿的纵向轴线L′成一定角度。
如果想采用焊接法将过渡件固定在支承管上，那么就将过渡件80b加工成带有与它成一整体的整块或径向法兰120(见图18)。与上述的过渡件80相对应的过渡件80b的各部分用同样的标号加后缀“b”来表示。如同上述的法兰78那样，法兰120受热后熔化，用作一个自耗环件，这就使焊接操作时不需要用焊条。焊接后，熔融的法兰120冷凝而形成焊缝120′，如图19所示。
虽然上面结合最佳实施例对本发明进行了说明，但是，本专业技术人员应当明白，在不违背所附权利要求书规定的本发明的精神和范围的情况下，可以进行未加专门说明的修改、增添、删节和替换。
权利要求
1.一种适合于同自行车的空心金属支承管连接用来夹持前轴的整体式金属叉嘴，包含一个包括圆柱形安装部分的后段，所述安装部分的尺寸使之适于插入支承管内；一个包括轴座部分的前段，所述轴座部分有一轴座凹槽，其厚度小于上述安装部分的外径；一个位于上述后段与上述轴座部分之间、并向着上述轴座部分削尖的过渡段；上述的轴座部分相对于上述安装部分的纵向轴线径向向外偏移，并相对于所述叉嘴的最大外径径向向内偏移。
2.根据权利要求1的金属叉嘴，其特征在于，上述的后段包含一个设置在上述安装部分之前端的向后并径向向外凸出的凸肩，用来限制上述叉嘴插入支承管的插入深度。
3.根据权利要求1的金属叉嘴，其特征在于，上述后段包括一个位于上述安装部分与上述过渡段之间的的圆柱形中间段。
4.根据权利要求1的金属叉嘴，其特征在于，在上述安装部分的前端附近设置一个径向向外凸出的自耗环件，该自耗环件的直径大于上述安装部分和中间段的直径，它在焊接时可被熔化以在叉嘴与支承管之间形成一个焊缝接头。
5.根据权利要求1的金属叉嘴，其特征在于，上述轴座部分大体上是平的。
6.根据权利要求1的金属叉嘴，其特征在于，上述后段是空心的。
7.根据权利要求6的金属叉嘴，它包含一个沿上述安装部分的纵轴线穿过上述过渡段的孔。
8.一种适合于同自行车的空心金属支承管连接用来支承前车轴的整体式金属叉嘴，它包含一个包括一个圆柱形安装部分和一个置在该安装部分之前的中间段的后段，所述安装部分的尺寸使之适于插入支承管内;一个包括带有轴座凹槽的轴座部分的前段;一个位于上述中间段与上述轴座部分之间的并向着上述轴座部分逐渐变小的过渡段;和一个设置在上述安装部分与上述中间段之间的自耗环件，该自耗环件的直径大于上述安装部分和上述中间段的直径，它在焊接操作时可被熔化，从而在上述中间段与支承管之间形成一焊缝接头。
9.根据权利要求8的金属叉嘴，其特征在于，上述后段包括一个置于上述安装部分之前端的径向向外凸起的凸肩，用来限制上述叉嘴插入支承管的深度。
10.根据权利要求8的金属叉此，其特征在于，上述轴座部分大致是平的。
11.根据权利要求8的金属叉此，其特征在于，上述的后段是空心的。
12.根据权利要求11的金属叉嘴，其特征在于，还包含一个沿上述安装部分的纵轴线穿过上述地渡段的孔。
13.一种适合于同自行车的坐垫支承管和链条支承连接用来夹持后轴的金属叉嘴，它包含两个过渡件，每个过渡件包括一个可作为圆柱形安装部分的其尺寸可使之插入上述支承管中的一个单独支承管的后段，和一个带有形状像一锥体的切割部分的弯曲壁的前段，它的纵轴线与上述后段的纵轴线相对应，该前段还带有一个位于上述弯曲壁的两相对边之间的从前向后延伸的接触表面;和一个与上述两过渡件连接并与上述接触表面相接合的带有凹槽的板件。
14.根据权利要求13的金属叉嘴，其特征在于，上述的接触表面相对于上述安装部分的纵向轴线而偏斜，所述轴线在上述接触表面的前后端之中部与接触表面相交。
15.根据权利要求13的金属叉嘴，它还包括一个在上述后段形成的向后并径向向外的凸肩。
16.根据权利要求13的金属叉嘴，它还包括一个设置在上述安装部分的前端附近的径向向外凸出的自耗环件，该自耗环件的直径大于上述安装部分的直径，它在焊接操作时被熔化以在叉嘴与支承管之间形成一焊缝接头。
17.根据权利要求13的金属叉嘴，其特征在于，所述的带凹槽板焊接到上述的过渡件上，该板件还包括一个与上述接触表面接合的基本上平的表面，上述接触表面大体上是平的。
18.一种适用于连接自行车的支承管和支托后车轴的带凹槽板件的整体式过渡件，包含一个构成圆柱形安装部分的后段，其尺寸做成可插入上述支承管;和一个带有形状像一个锥体切割部分的弯曲壁的前段，其纵轴线与上述安装部分的纵轴线相对应，该前段还有一个从前向后并在上述弯曲壁的两相对边之间延伸并且基本上是平的接触表面。
19.根据权利要求18的过渡件，其特征在于，上述的接触表面是相对于由上述安装部分确定的纵向轴线是偏斜的，该轴线在上述接触表面的前、后端的中部与上述接触表面相交。
20.根据权利要求18的过渡件，它还包括一个在上述后段形成的向后的径向凸肩。
21.根据权利要求18的过渡件，它还包括一个设置在上述安装部分之前端附近的径向向外凸出的自耗环件，该环件的直径大于上述安装部分的直径，它在焊接操作时被熔化，以在叉嘴与支承管之间形成一焊缝接头。
22.一种适用于同自行车的空心金属支承管连接用来夹持车轴的金属叉嘴，它包含一个圆柱形的安装部分，其尺寸使它能插入支承管内;一个支承车轴的凹槽;和一个径向向外凸出的自耗环件，当上述安装部分插入支承管内时，该自耗环件处于支承管一端的附近，该环件在受热时熔化，以在上述叉嘴与支承管之间形成焊缝接头。
23.一种将叉嘴连接到自行车的支承管上的方法，其特征在于，将圆柱形的安装部分插入上述支承管的圆柱形端部内并焊接定位，所述方法包括如下步骤在上述叉嘴设一径向向外凸出的、与上述安装部分成整体结构的、并与上述安装部分之后端向前隔开的自耗环件;将上述圆柱形安装部分插入上述支承管内，使上述自耗环件直接置于上述支承管端部附近;加热，使上述自耗环件熔化，并在上述叉嘴与上述支承管之间形成焊缝接头。
24.根据权利要求23的方法，其特征在于上述所提供的步骤包括制备一整体式叉嘴。
25.根据权利要求23的方法，其特征在于上述方法步骤还包括制备两个呈带有上述安装部分的过渡件形式的第一叉嘴部分，而且还包括将上述过渡件焊接到呈带凹槽板件的形式的第二叉嘴部分的步骤。
26.一种制造支承自行车前轴用的整体式叉嘴的方法，包括如下步骤提供一件带有圆柱形外圆的金属棒坯;将上述圆柱形金属棒坯加工一个中段，并使该中段向着上述棒坯前段逐渐变小;将上述前段加工成具有轴座凹槽的平板状，从而使该平板与上述棒坯的纵轴线径向向外隔开，并与上述圆柱形外圆径向向内隔开，将上述锥形中段的一边加工，以形成一个从上述棒坯的后段向上述平板部分延伸的表面。
27.根据权利要求26的方法，还包括加工上述棒坯的后段，以形成一径向凸肩。
28.根据权利要求26的方法，还包括加工上述棒坯的后段，以形成一个径向向外凸出的自耗环件。
全文摘要
自行车支承管的叉嘴带有一个与之成一整体的自耗环件，该环件受热时熔化，在支承管与叉嘴之间形成焊缝接头。前轴用的整体式叉嘴包含一个圆柱形安装部分、一个开嘴的前段和一个锥形的过渡段。叉嘴可铸造而成，或用一块棒坯加工而成，使开槽的前段相对于叉嘴的最大上径径向向内偏移。支持后轴的三块一套式叉嘴包含两个过渡件和一个与过渡件焊在一起的开槽板件。
文档编号B62K25/02GK1081979SQ9310696
公开日1994年2月16日 申请日期1993年6月9日 优先权日1992年6月9日
发明者斯泰奥齐·德尼司·J, 夏福尔·威廉姆·E 申请人:善德维克特殊金属公司