曲柄轴组件及制造方法 |
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| 申请号 | CN201480023652.5 | 申请日 | 2014-03-04 | 公开(公告)号 | CN105143031A | 公开(公告)日 | 2015-12-09 |
| 申请人 | 骑行运动集团有限公司; | 发明人 | 克里斯托弗·P·多德曼; 史蒂芬·B·梅斯; 丹尼尔·康纳斯; | ||||
| 摘要 | 所提供的是一种用于 自行车 的 曲柄 组件。该曲柄组件包括一体成型的一体式本体。该本体包括第一臂部和第二臂部，该第二臂部从第一臂部的一端成 角 度地延伸。在第一臂部与第二臂部之间设置有封闭腔。该腔在第一臂部中的第一端部处具有第一宽度并且在第二臂部的端部处具有第二宽度，该腔和第一臂部在第一方向上限定了第一壁厚度，该腔和第二臂部在第二方向上限定了第二壁厚度。第一壁厚度和第二壁厚度大致相等。从第二臂部的与第一臂部相反的端部延伸有凸台部。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种用于自行车的曲柄组件，所述曲柄组件包括： |
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| 说明书全文 | 曲柄轴组件及制造方法[0001] 相关申请的交叉引用 [0002] 本申请要求2013年3月12日提交的美国申请No.13/795075的优先权，该美国申请的全文通过参引并入本文。 技术领域[0003] 本文中所公开的主题涉及自行车并且具体地涉及具有曲柄轴部件的自行车。 背景技术[0004] 自行车——例如山地自行车和全地形自行车——在操作期间会遇到各种地形和环境条件。因此，自行车中所使用的部件需要承受由凸块、岩石和凹处等引起的冲击。这致使部件要由坚固的材料制成以避免损坏。然而，由于越轻的自行车对骑行者的耐力的影响越小，因此诸如例如重量之类的其他因素也可以决定材料选择。 [0005] 为了适应这些因素，要在部件的材料选择与设计上做出权衡。可能期望使例如诸如前叉组件之类的吸收能量的部件由高强度钢制成。然而，可能并不期望引起钢部件的附加重量。为了获得高强度且低重量的叉组件，例如已提出了诸如碳复合材料之类的复合材料。尽管由这些材料制成的叉表现良好，但是它们的制造往往较昂贵。此外，尽管复合材料较牢固，但是它们另外比传统的金属材料弹性小。因而，使用更好性能的复合材料会进一步增加成本。 [0006] 自行车包括大量的子组件，例如前转向管-叉组件或曲柄-轴组件。这些子组件中的每个子组件通常由许多部件构成。例如，前叉组件包括转向管、肩盖以及一个或更多个悬架叉。尽管制造单独的部件可能期望允许部件的材料选择和设计方面的灵活性，但是这对自行车的制造成本造成了不利的影响。 [0007] 因此，尽管现有的自行车适合其预期用途，但是特别是在部件的制造方面依然存在改进的需要，以在保持或改善所需性能的同时减少部件的数目。发明内容 [0008] 根据本发明的一方面，提供了一种用于自行车的曲柄组件。该曲柄组件包括一体成型的一体式本体。该本体包括第一臂部。从第一臂部的一端成角度地延伸有第二臂部。在第一臂部与第二臂部之间设置有封闭腔。该腔在第一臂部中的第一端部处具有第一宽度并且在第二臂部的端部处具有第二宽度。该腔和第一臂部在第一方向上限定了第一壁厚度，该腔和第二臂部在第二方向上限定了第二壁厚度，其中，第一壁厚度与第二壁厚度大致相等。从第二臂部的与第一臂部相反的端部延伸有凸台部。 [0009] 根据本发明的另一方面，提供了一种用于自行车的曲柄组件。该曲柄组件包括具有第一宽度的第一臂部。从第一臂部延伸有第二臂部，该第二臂部具有第一端部和第二端部，其中，该第一端部具有第二宽度，该第二端部具有第三宽度，该第三宽度比第二宽度和第一宽度大。从第一臂部至第二臂部延伸有封闭腔，该腔与第一臂部和第二臂部配合以限定第一壁厚度，该第一壁厚度沿着第一臂部和第二臂部的长度是大致一致的。从第二端部延伸有凸台部。 附图说明[0012] 图1是根据本发明的实施方式的自行车的侧视平面图图示； [0013] 图2是图1的自行车的局部侧视平面图图示； [0014] 图3是用于图1的自行车的一体式转向管-肩盖实施方式的立体图图示； [0015] 图4至图6是图3的一体式转向管-肩盖的实施方式的立体截面图图示； [0016] 图7至图10是用于图1的自行车的一体式转向管-肩盖-叶片实施方式的图示； [0017] 图11至图16是用于图1的自行车的另一一体式转向管-肩盖实施方式的图示； [0018] 图17至图22是用于图1的自行车的另一一体式转向管-肩盖实施方式的图示； [0019] 图23至图28是用于图1的自行车的另一一体式转向管-肩盖-叶片实施方式的图示； [0020] 图29至图30是用于图1的自行车的一体式转向管-肩盖-叶片或一体式转向管-肩盖的另一实施方式的图示； [0021] 图31至图38是根据本发明的实施方式的用于制造一体式转向管-肩盖-叉的过程的图示； [0022] 图39至图44是根据本发明的实施方式的用于制造具有单个叉的另一一体式转向管-肩盖-叉的过程的图示； [0023] 图45是所制造的图44的转向管-肩盖-叉的呈局部截面形式的侧视平面图； [0024] 图46至图48是组装图45的转向管-肩盖-叉中的叶片插入件的图示； [0025] 图49至图50是已完成的图48的转向管-肩盖-叉的立体图图示； [0026] 图51是替代性的已完成的转向管-肩盖-叉的立体图图示； [0027] 图52是用于图1的自行车的曲柄组件实施方式的分解立体图图示； [0028] 图53至图60是用于制造图52的曲柄组件的一体式的曲柄-臂和轴构件的过程的图示； [0029] 图61至图66是图55和图56的一体式的曲柄-臂和轴构件的图示； [0030] 图67至图71是图57和图58的一体式的曲柄-臂和轴构件的图示； [0031] 图72至图76是图51的一体式的曲柄-臂和轴构件的图示； [0032] 图77至图80是图60的正插入插塞的一体式的曲柄-臂和轴构件的图示； [0034] 图88至图89是图52的作为用于使孔的端部封闭的另一实施方式的一体式的曲柄-臂和轴构件的图示； [0035] 图90至图91是用于图52的曲柄组件的另一一体式的曲柄-臂和轴构件的图示； [0036] 图92至图99是用于图52的曲柄臂组件的曲柄臂的第二部分的图示； [0037] 图100至图101是根据本发明的另一实施方式的曲柄组件的图示；以及[0038] 图102是图100至图101的具有一体的且一体式的轴部的曲柄组件的截面图。 [0039] 详细的描述参照附图通过示例对本发明的实施方式以及优点和特征进行说明。 具体实施方式[0040] 图1是自行车100的示例性实施方式，自行车100具有自行车车架105，自行车车架105构造成接纳前轮110和后轮115。每个轮包括分别由轮辋116、118支承的可充气轮胎112、114。车架105包括前部段120和后部段125。前部段120包括头管130，头管130构造成并定尺寸成接纳前组件135并允许头管130与前组件135中的转向管140之间的旋转自由度。前组件135将前部段120联接至前轮110。如下面将更详细地论述的，前组件135可以设置在若干不同的实施方式中，这些实施方式包括但不限于：一体式转向管-肩盖-两个叶片刚性叉装置、一体式转向管-肩盖-单个刚性叉装置、一体式转向管-肩盖装置、一体式转向管-肩盖-两个叶片悬架叉装置以及一体式转向管-肩盖-一个叶片悬架叉装置。 [0041] 转向管140联接有车把145以允许骑行者经由前组件135而使前轮110转向。车把145通常具有握把和手制动致动器(未示出)。在车架前部段120的相反端部上，竖向地定向的后座支承件160固定地附接至前部段120和后部段125中的至少一者，从而为座165提供支承。前部段120安装有位于座165下方的曲柄组件170。如下面将更详细地论述的，曲柄组件170包括第一部分，该第一部分具有第一臂和从该第一臂延伸的一体轴。该轴联接有与第一臂相反的第二臂。曲柄臂的端部联接有踏板(未示出)。曲柄组件170经由链或其他合适的构件联接后轮齿轮组件(未示出)。 [0042] 后部段125通过一对连杆172、174和后悬架系统175联接至前部段120。后部段125包括上管180和下管185，上管180和下管185将后轮115连接至前部段120。应当理解的是，连杆172、174和后悬架175枢转，从而允许后部段125在与前部段120相同的平面中独立地运动。这种类型的自行车——有时被称为全悬架类型——为自行车100的两个轮 110、115提供了能量的吸收和衰减。在替代性实施方式中，可以省去后悬架175以产生有时被称为硬尾车的自行车类型，并且后部段125将固定地附接至前部段120。 [0043] 现在将参照图2对前组件135进行描述。前组件135包括转向管140，转向管140联接成在头管130内旋转。从转向管140的底部延伸有用以提供与叉部192的接合的肩盖190。叉部192联接有与肩盖190相反的勾爪194。勾爪194包括定尺寸成接纳前轮110的轮轴119的槽。如下面将进一步论述的，叉部192可以联接在前轮110的两侧。在本实施方式中，可以结合单悬架系统，或者叉部192的每侧均可以具有单独的悬架系统。具有悬架的叉部192还可以设置在自行车的仅一侧例如左侧(即使缺少一个“腿部”或“叶片”，仍然被称为“叉”)，这有时被称为“左撇子”。 [0044] 在操作期间，前组件135吸收因前轮110上的撞击而引起的大量能量。因此，期望前组件135既足够坚固以受得住撞击、足够有韧性以避免因撞击造成的损坏又在重量上较较轻。在图3至图6中示出了一体式且整体式的转向管-肩盖195的实施方式。如本文中所使用的，术语“一体式”和“整体式”指的是使用单体的、无缝的且连续的材料来形成部件的多个功能部分。在示例性实施方式中，前组件135的部件由含铝材料——例如但不限于6061-T6、7075-T6、7050-T73、2024、2014或6069铝合金——形成。 [0045] 在图3中示出的实施方式中，一体式转向管-肩盖195包括转向管140，转向管140具有轴向孔196。从转向管140的一个端部延伸有具有第一突出部198和第二突出部200的肩盖190。突出部198、200各自包括臂部206、208，臂部206、208成角度地延伸远离转向管140并且终止于凸缘210、212。在每个凸缘210、212中形成有开口202、204，开口202、204定尺寸成接纳悬架叉。突出部198、200相对于转向管140的轴线成角度地延伸。 [0046] 一体式转向管-肩盖195通过三维(3D)锻造由金属如铝——包括但不限于例如6061-T6、7075-T6、7050-T73、2024、2014或6069铝合金——形成。铝相比复合型材料提供了下述方面的优势：铝是高强度且高韧性的材料并且还相对轻质。如下面将更详细地论述的，3D锻造允许金属制品成型成使得该制品是空心的，同时内壁和外壁可以沿三维方向中的任意方向弯曲。 [0047] 一体式转向管-肩盖135可以具有例如为实心的突出部198、200，例如如图4中所示。如上所述，期望减少自行车100上的部件的重量。图5中示出了一体式转向管-肩盖135的另一实施方式。在本实施方式中，在臂206中形成有位于开口202与轴向孔196之间的孔214，在臂208中形成有位于开口204与轴向孔196之间的孔216。应当理解的是，孔214、216减轻了一体式转向管-肩盖135的重量。在图5的实施方式中，在一体式转向管-肩盖135的锻造之后通过机加工操作经由开口202、204形成了孔214、216。 [0048] 图6中示出了一体式转向管-肩盖135的另一实施方式。在本实施方式中，在凸缘210的端部219与开口202之间形成有第三孔218。类似地，在凸缘212的端部222与开口204之间形成有第四孔220。在一个实施方式中，第三孔218和第四孔220分别与孔214和孔216同轴。在另一实施方式中，孔218、214以同一机加工操作形成并且孔220、216以同一机加工操作形成。 [0049] 图7至图10中示出了一体式且整体式的转向管-肩盖-叶片222的另一实施方式。与一体式转向管-肩盖135类似，一体式转向管-肩盖-叶片222包括具有轴向孔196的转向管140。从转向管140延伸有具有第一突出部198和第二突出部200的肩盖190。从突出部198、200沿远离转向管140的方向分别延伸有第一叶片224和第二叶片226。在一个实施方式中，叶片224、226的轴线与转向管140的轴线大致平行。叶片224、226各自包括轴向孔228、330，轴向孔228、330在与肩盖190相反的端部上是敞开的。在一个实施方式中，穿过叶片224的外侧形成有孔232并且穿过叶片226的外侧形成有孔234。应当理解的是，与图6中示出的实施方式类似，孔232、234可以延伸穿过第一突出部198和第二突出部200到轴向孔196中。与上文类似，一体式转向管-肩盖-叶片222通过三维(3D)锻造由金属如铝——包括例如6061-T6、7075-T6、7050-T73、2024、2014或6069铝合金——形成。 [0050] 与图2至图10中示出的实施方式类似，可以通过3D锻造形成设置成用于单个叉部192的一体式且整体式的转向管-肩盖-叉262，如图11至图28所示。在图11至图16中示出的实施方式中，转向管-肩盖-叉262包括转向管140，其中，肩盖264从转向管140的一个端部延伸。肩盖264具有单个突出部266，突出部266在与转向管140相反的端部上具有单个凸缘268。凸缘268包括开口270，开口270定尺寸成接纳悬架叉(未示出)。在本实施方式中，凸缘268还具有相对于顶表面276成角度274设置的表面272。成角度表面272提供了允许在突出部266中形成孔278的方案。如上所述，孔278帮助减轻转向管-肩盖-叉262的重量。 [0051] 图17至图22中示出的实施方式示出了具有转向管140以及带突出部266的肩盖264的一体式转向管-肩盖-叉262。在本实施方式中，在突出部266的一个端部上设置有凸缘278。凸缘278包括下表面280和上表面282，下表面280与上表面282大致平行并且分别与孔196的轴线284以及开口270的轴线286大体垂直。凸缘278构造成从转向管 140的下表面288延伸较短的距离。这种设置在凸缘278的开口270中提供了更大的表面面积。可能期望更大的表面面积以加强一体式转向管-肩盖-叉262与例如悬架叉(未示出)之间的连接。由于下表面280延伸得更远，因此可以穿过凸缘278的外径形成孔290。 突出部266中还形成有第二孔292以进一步减轻重量。应当理解的是，孔290、292可以以同一操作形成并且具有相同的总体形状，或者可以具有不同的尺寸和/或形状。 [0052] 图23至图28中示出的实施方式示出了具有转向管140以及带突出部266的肩盖264的一体式转向管-肩盖-叉262。在本实施方式中，从突出部266的一个端部沿大致远离转向管140的方向延伸有叶片294。叶片264包括延伸穿过叶片264的开口296。叶片 264形成悬架叉(未示出)的将一体式转向管-肩盖-叉262连接至轮110的部分。应当理解的是，叶片264还可以成锥形以形成如下面更详细地论述的刚性叉。与以上实施方式类似，可以在叶片264的外径中形成第一孔290并且可以在突出部266中形成第二孔292，如上所述。 [0053] 在一些实施方式中，转向管140包括孔196。孔196可以是诸如例如图13和图19的实施方式中示出的通孔。例如，如例如图4至图6以及图25的实施方式中所示，孔196可以具有封闭的端部，其有时被称为盲孔。类似地，如图3至图6以及图11至图28中所示，叶片224、226、294和凸缘210、212、268可以具有贯通开口202、204、270、296。如图30中所示，开口202、204、270、296还可以具有封闭的端部。 [0054] 将参照图29和图30来论述转向管140、叶片224、226、294和凸缘210、212、268的端部构型的不同实施方式。如上所述，孔196可以具有与肩盖190、264相邻的封闭端部298。在示例性实施方式中，封闭端部298可以在3D锻造过程期间形成。例如，封闭端部298还可以通过二次操作——例如通过首先形成通孔并且其次将构件焊接在端部上——形成。通过使孔196的端部298闭合，可以在提供更强且更硬的结构方面获得优势。应当理解的是，在一些实施方式中，可能需要孔196的敞开端部以提供更小的重量。 [0055] 与孔196类似，开口202、204、270、296也可以具有封闭的端部300。在示例性实施方式中，封闭端部300在叶片或凸缘的3D锻造过程期间形成。例如，封闭端部300也可以通过二次操作——例如通过首先形成通孔并且其次将构件焊接在端部上——形成。与封闭的端部298类似，通过具有封闭的端部300，可以在提供更强且更硬的结构方面获得优势。应当理解的是，在一些实施方式中，可能需要开口202、204、270、296的敞开端部以提供更小的重量或者以用于悬架的弹簧和阻尼部件的安装。 [0056] 还应当理解的是，在不背离所要求的发明的预期范围的情况下，根据端部应用的所需性能，转向管140、叶片224、226、294和凸缘210、212、268可以设置成具有敞开端部298和封闭的端部300的任意组合。类似地，在不背离所要求的发明的预期范围的情况下，根据端部应用的所需性能，突出部198、200、266可以包括孔，或者可以是实心的。 [0057] 还应当理解的是，尽管本文中的实施方式将一体式转向管-肩盖135的一部分、一体式转向管-肩盖-叶片222的一部分以及一体式转向管-肩盖-叉262的一部分——例如叶片224、226和转向管140——描述为大致圆筒形的。但这是出于示例性目的并且在不背离所要求的发明的预期范围的情况下，其他形状也可以是合适的或理想的。 [0058] 现在转向图31至图38，对利用多级三维(“3D”)锻造形成一体式转向管-肩盖-叉236的方法进行描述。除了悬架叉用刚性腿来替代以外，一体式转向管-肩盖-叉236与转向管-肩盖-叶片222类似。一体式转向管-肩盖-叉236形成轮110与车把145之间的刚性连接。应当理解的是，形成一体式转向管-肩盖-叉236的多级3D锻造方法还可以用来形成一体式的转向管-肩盖135和转向管-肩盖-叶片222。 [0059] 该方法开始于如图31中所示的坯料238，坯料238由金属如铝——包括例如6061-T6、7075-T6、7050-T73、2024、2014或6069铝合金——形成。坯料随后被锻造成形成如图32中所示的第一突出部240和第二突出部242。接下来，经锻造的坯料238利用3D锻造过程来加工以延长第二突出部242，从而形成长形的第二突出部246(图33)。在该第一3D锻造期间，在长形突出部246中形成有孔244。类似地，利用第二3D锻造过程，第一突出部 240被延长以形成长形突出部248和孔250(图34)。如下面将变得更清楚的，长形突出部 246、248形成叉腿(或者一体式转向管-肩盖-叶片222的实施方式中的叶片224、226)。 [0060] 在所述两个长形突出部246、248形成的情况下，坯料利用第三3D锻造步骤来加工以形成具有孔254的第三长形突出部252(图35)。第三突出部252沿与长形突出部246、248大致垂直的方向从坯料238的端部延伸。第三突出部252具有用以形成转向管140的尺寸和长度。接下来，该方法分别在第一突出部248的远离第三突出部252的部分254以及第二突出部246的远离第三突出部252的部分256上执行型锻操作(图36)。型锻为利用模具在部分254、256上产生锥形部以使得长形突出部246、248的端部直径比与第三突出部252相邻的部分的直径小的冷加工过程。应当理解的是，在长形部分246、248将形成悬架叉中的叶片的实施方式中，可以省去型锻操作。可以设想的是，由于图32至图35中示出的3D锻造操作可以进行组合，因此图35中所示的部件通过图31中所示的坯料以单个3D锻造操作来生产。 [0061] 在一些实施方式中，可以在第一突出部248和第二突出部246上执行如本领域中已知的额外操作以获得所需叶片形状。例如，突出部246、248可以“对接”以形成可变壁。突出部246、248还可以形成为沿着其长度具有例如非圆形的、非一致的或可变的形状。 [0062] 一旦长形突出部246、248被型锻，则使用弯曲操作来形成肩盖190和叶片/叉腿258、260(图37)。最后，执行诸如对第三突出部252进行机加工以形成转向管140的最终尺寸或者勾爪194(图38)的焊接、钎焊、粘合、结合之类的二次操作。其他二次操作还可以包括例如诸如孔232、234之类的其他特征件的形成。 [0063] 现在转向图39至图50，对利用多级3D锻造形成一体式转向管-肩盖-叉402的另一示例性方法进行描述。除了单个刚性腿或叶片以外，一体式转向管-肩盖-叉402与转向管-肩盖-叶片236类似。一体式转向管-肩盖-叉402形成了轮110与车把145之间的刚性连接。 [0064] 该方法开始于如图39中所示的坯料404，坯料404由金属如铝——包括例如6061-T6、7075-T6、7050-T73、2024、2014或6069铝合金——形成。坯料随后被弯曲成形成一体式转向管-肩盖-叉402的基本形状406。基本形状406包括第一部分408、第一突出部410和第二突出部412，其中，第一部分408将形成转向管，第一突出部410将形成腿或叶片，第二突出部412将被用来形成轴。在基本形状406形成的情况下，接下来的步骤涉及形成如图41中所示的形状414的二维锻造过程。锻造心轴沿用箭头416表示的方向插入。 此二维锻造使第二长形突出部412具有更小的直径。 [0065] 在第二突出部412被延长的情况下，坯料404经受形成如图42中所示的形成轴418、制动片420和肩盖422的3D锻造过程。心轴方向用箭头416表示。该3D锻造还形成了孔424(图45)。接下来，该方法执行将叉片426定形状并挤压成如图43中所示的所需长度的第二3D锻造过程。最终形状428以将如图44中所示的顶部部分408形成为转向管430和孔432(图45)的第三3D锻造过程形成。可以设想，由于图41至图44中示出的3D锻造操作可以进行组合，因此最终形状428以二维锻造过程之后的单个3D锻造操作来产生。 [0066] 在一些实施方式中，期望如图46至图48中所示利用叶片插入件434来封闭孔424的端部。在示例性实施方式中，叶片插入件434设置并粘合在孔424内。叶片插入件434封闭孔424的端部并且使轴418的该端部稳定。最后，可以执行诸如对转向管430进行机加工之类的二次操作以形成图49至图50中所示的最终的一体式转向管-肩盖-叉402的最终尺寸。 [0067] 应当理解的是，参照图42至图44所论述的3D锻造过程还可以用来制造图51中示出的一体式转向管-肩盖-叶片构型。本实施方式与图7至图10中示出的一体式转向管-肩盖-叶片222大致类似。在本实施方式中，包括3D锻造步骤以在叉或叶片224、226的大致相反两侧上形成轮安装接合部或勾爪194以及制动安装件420。 [0068] 上述3D锻造过程还可以用在自行车100的其他部件上以在减轻重量并保持高强度且高韧性的材料性能的同时获得减少部件的数目的优势。现在转向图52至图99，将对小重量、减少的部件数量、高强度曲柄组件170及制造的方法进行描述。 [0069] 曲柄组件170包括第一部分302、第二部分304、星形轮306、锁环308以及螺栓309，如图52中所示。第一部分302包括一体式且整体式的臂-轴构件310，一体式且整体式的臂-轴构件310由金属材料如铝——包括但不限于例如6061-T6、7075-T6、7050-T73、 2024、2014或6069铝合金——形成。第一部分302通过下面将更详细地描述的3D锻造过程形成。一体式构件310包括臂部312，其中，轴部314从臂部312的一个端部延伸。一体式构件310还包括诸如星形轮接合部316和第二部分接合部318之类的特征件。第一部分 302还可以包括通过臂312中的开口320联接至一体式构件310的踏板(未示出)。在另一实施方式中，星形轮306可以通过3D锻造操作形成为一体式构件310的一体式部分。这还将省去对星形轮接合部316和锁环308的机加工。然而，模块化的可分离星形轮306可以通过允许在各种自行车款式(例如，公路自行车、山地车等)上使用曲柄组件170而提供了优势。 [0070] 第二部分304包括臂部322，臂部322在尺寸和形状上与臂312类似。从臂322的一个端部延伸有凸台324。凸台324包括开口326，开口326具有定尺寸并定形状成接纳第二部分接合部318和轴314的特征件。穿过开口326和轴314延伸有用以在曲柄组件170安装至自行车100时将第一部分302联接至第二部分304的紧固件309。 [0071] 图52至图59中示出了用于形成第一部分302的过程。该过程开始于由金属材料如铝——包括但不限于例如6061-T6、7075-T6、7050-T73、2024、2014或6069铝合金——制成的坯料328(图53)。坯料经受图54中的第一锻造过程以形成大致矩形部330。第一锻造过程还可以在坯料328中形成台阶部331，从而形成如图61中所示的更小直径部333。更小直径部333还可以包括小锥形部段335。在一些实施方式中，台阶部331提供了星形轮306靠着其定位的表面。该锥形部段还可以在二次操作期间形成第二部分接合部318。 [0072] 坯料328随后通过第一3D锻造操作来加工以形成臂312，臂312具有如图55至图56以及图61至图65中所示的轴向孔332以及位于一个端部上的实心部334。臂312相对于轴314的轴线352成角度350(图67)地形成。在一个实施方式中，臂312具有第一弯曲壁336和第二弯曲壁338。弯曲壁336、338如图65中所示通过第三壁340和第四壁342来连接。壁336、338、340、342限定了轴向孔332。在图66中示出的一个实施方式中，弯曲壁 336、338具有第一厚度344并且连接壁340、342具有第二厚度346。在示例性实施方式中，第一厚度344为第二厚度342的一半。在一个实施方式中，第一厚度344为2毫米并且第二厚度342为4毫米。 [0073] 在臂312形成的情况下，该过程随后通过第二3D锻造来延长更小直径部331以形成如图57至图58以及图67至图71中所示的轴314。轴314形成有轴向孔348。轴向孔348与臂312的轴向孔332相交。在一个实施方式中，轴向孔348在第二3D锻造步骤期间形成为盲孔以延伸穿过臂312，如图67至图71中所示。在另一实施方式中，孔348形成为在轴314的端部354上具有开口的盲孔，如图57至图58中所示。在任一实施方式中，孔 348在二次操作期间被相继地延长成通孔。在示例性实施方式中，轴314具有30毫米的外径。 [0074] 在形成轴314之后，该过程随后在臂312上执行弯曲操作，如图59以及图72至图76所示。在一个实施方式中，弯曲操作将臂312的部分356的角度从成角度350定向改变成与轴线352大致垂直。第二部分358保持成角度350定向。 [0075] 该过程中的接下来的步骤为封闭轴向孔332的端部。应当理解的是，臂312和轴314在每个行程期间传递自行车骑行者的能量，从而致使将较大的载荷施加至第一部分302的臂312与轴314相交的区域。为了加强及加固该相交处，轴向孔332中插入有销或插塞360(图77至图87)。插塞360定形状成符合轴向孔332的形状——例如弓形表面 362——以例如与弯曲壁336、338相匹配。插塞360还可以包括孔364，孔364定尺寸成与轴向孔348的尺寸和形状大致相同。当插塞360插入到轴向孔232中时，插塞360设置成使得孔62与轴向孔348同轴。插塞360例如通过压配合、粘合或钎焊联接至第一部分302。 [0076] 在另一实施方式中，轴向孔332的端部在锻造过程中被封闭而不是用插塞360来封闭，如图88至图89中所示。在本实施方式中，在壁336上形成有与轴314相反的突出部368。突出部368可以在诸如例如图57至图58中示出的3D锻造过程中的一个3D锻造过程期间形成。为了封闭轴向孔332的端部，突出部368在使突出部368的材料移位到轴向孔332中的开口370中的锻造中被加工。这封闭了开口370并且如图89中所示在壁336上获得了大致平滑的外表面。 [0077] 在插塞360被紧固或者轴向孔332以其他方式被封闭的情况下，该过程通过对轴314进行二次机加工操作以将星形轮接合部316、第二部分接合部318以及轴向孔348的伸出部366形成如图60以及图81至图87中所示的通孔来完成一体式构件310。开口320形成在实心部334中以用于安装踏板。 [0078] 在另一实施方式中，可以使用与上述过程类似的过程来执行如图90至图91中所示的从臂的踏板端开始进行的3D锻造。在图90中示出的实施方式中，臂312以3D锻造形成有开口370，开口370定位在臂312的与轴314相反的端部上。在臂312上形成有与开口370相邻的突出部372以允许锻造步骤来封闭开口370并形成实心部334。一旦形成实心部334，轴314就通过如上所述的3D锻造来形成。 [0079] 在图91中示出的实施方式中，臂312以3D锻造的方式形成有开口370，开口370定位在臂312的与轴314相反的端部上。在臂312上形成有与开口370相邻的突出部372，轴314通过3D锻造在轴314的与臂312相反的端部上形成突出部374。突出部374随后在锻造操作中移位以封闭轴向孔348的端部354。最后，锻造步骤使材料移位以封闭开口370并形成实心部334。 [0080] 图92至图99中示出的第二部分304也可以通过与关于第一部分302所描述的3D锻造过程大致类似的一系列3D锻造过程形成。坯料被锻造成形成与矩形部334类似的矩形部。具有轴向孔376的臂322随后通过3D锻造形成轴向孔376，轴向孔376由一对相对的弯曲壁378、380形成。弯曲壁378、380连接一对连接壁382、284。在一个实施方式中，弯曲壁378、380具有厚度386，厚度386为连接壁382、384的厚度的一半。在一个实施方式中，厚度386为2毫米并且厚度388为4毫米。 [0081] 就第一部分302的轴314而言，凸台324随后在3D锻造操作中延长。开口326部分地在3D锻造步骤中形成，其中，开口326通过二次操作而被延长成通孔。在凸台324形成的情况下，臂322被弯曲成使得第一部分390与开口326的轴线392大致垂直。第二部分394相对于轴线392保持成角度396(图98)。一旦臂322被弯曲，就执行二次机加工操作以形成用于踏板(未示出)的开口398以及在开口326中形成联接至第二部分接合部318的特征件400。 [0082] 现在参照图100至图101，示出了另一曲柄组件450，曲柄组件450利用与上述3D锻造过程类似的3D锻造过程来制造以形成一体式且整体式的曲柄臂。在本实施方式中，曲柄臂452包括第一臂部454和第二臂部456。从第二臂部的与第一臂部相反的端部延伸有凸台部460。第一臂部454沿着其长度是大致平坦且一致的。在第一臂部454的一个端部处形成有开口458，开口458定尺寸成接纳踏板(未示出)。第二臂部456从第一臂部454的端部延伸。在示例性实施方式中，第二臂部相对于第一臂部成角度地设置。第二臂部成锥形，使得第二臂部具有与第一臂部近似的第一宽度并且在相反端部处具有第二宽度。在示例性实施方式中，第二宽度大于第一宽度。第二臂部的锥形部提供了增大强度和刚度的优势以在转弯和踩踏踏板期间适应曲柄组件450上的横向力。 [0083] 在臂452内设置有封闭腔462。在示例性实施方式中，腔462从第一臂部454延伸穿过至第二臂部456。腔462定形状成沿着第一臂部和第二臂部的长度限定大致一致的壁厚度。因此，腔462的位于第一臂部454内的部分464具有大致恒定的宽度466。然而，腔462的部分468从与第一臂部相邻的端部扩张至相反端部处的宽度470。腔462和臂部454、456配合以沿着腔的长度限定壁的一致厚度。应当理解的是，该厚度在大致垂直于该壁的方向上是一致的。 [0084] 通过使腔部468沿着第二臂部的长度扩张，在抵抗横向力的同时还减少曲柄组件450中的材料的量或者使曲柄组件450中的材料的量最小化以减轻重量的方面获得了优势。通过用端壁467、469来封闭该腔，还获得了重量和强度的权衡上的进一步的优势。应当理解的是，腔462的两个端部可以被弯曲成或定形状成适应锻造加工或锻造处理。 [0085] 在一个实施方式中，第一臂部和第二臂部在第一方向474上具有第一壁厚度472并且在第二方向478上具有第二壁厚度476。方向474与方向478垂直。在由腔和臂部限定的壁弯曲的实施方式中，第二壁厚度476可以通过腔的中心线来确定。在一个实施方式中，第一方向474上的厚度在1毫米与1.5毫米之间并且第二方向478上的厚度为2.5毫米至4毫米。在示例性实施方式中，方向474与凸台部460中的孔482的轴线480平行并且方向478与轴线480垂直。轴线480还大致平行于第二臂部454中的孔458。在一个实施方式中，对曲柄的外表面进行计算机数字控制(CNC)精加工以产生最终曲柄形状并且给予该曲柄的外表面所限定的边缘和美学效果并且还允许对壁厚度进行更进一步的控制。 [0086] 现在参照图102，示出了具有一体化且一体式的轴486的另一曲柄组件484。与图100至图101中示出的实施方式类似，曲柄组件484包括具有第一臂部454和第二臂部456的曲柄臂452。第一臂部454的宽度沿着其长度是大致一致的。第二臂部456从第一臂部成角度地延伸并且从与第一臂部大致相同的宽度成锥形成更大的第二宽度。腔462从第一臂部454延伸至第二臂部。腔462与第一臂部454和第二臂部456配合以保持沿着腔 462的长度的大致一致的壁厚度。在一个实施方式中，该腔和曲柄臂452限定了具有第一方向上的第一厚度的第一壁并且限定了具有第二方向上的第二厚度的第二壁，如以上参照图 101所论述的。 [0087] 在本实施方式中，轴486利用如本文中在上面参照图53至图91所描述的三维锻造过程来形成。首先在第二部分456的端部处形成凸台部460。在这里使用3D锻造过程来使材料移位并形成轴486。可以使用例如机加工操作的后续操作来形成孔488。轴486例如可以包括大量的特征件，例如但不限于星形轮接合部316和接合部318(图60)。 [0088] 本发明的如通过各个附图和所附文本示出并描述的实施方式提供了一种具有以下特征中的一个或更多个特征的自行车：一体式且整体式的转向管和肩盖；一体式且整体式的转向管、肩盖和前叶片；一体式的整体式的曲柄臂和轴；通过3D锻造形成的中空曲柄臂；以及具有通过3D锻造形成的转向管、肩盖和叶片的整体式且一体式的叉组件。这些特征相比现有技术可以具有以下优点中的一个或更多个优点：重量上更低、更高的强度、更大的韧性、更低的生产成本、更快的组装以及更少数目的零件和部件。 [0089] 根据本发明的一个实施方式，提供了一种下述自行车：该自行车具有轮、头管和以可操作的方式联接至所述轮的一体式叉。叉包括以可操作的方式联接至头管的转向管，其中，该转向管包括具有第一轴线的第一孔。从转向管的一个端部连续地延伸有肩盖，其中，叉由三维(3D)锻造的金属材料制成。在一个实施方式中，肩盖包括具有第一开口的第一突出部，该第一开口具有第二轴线，其中，该第二轴线与第一轴线大致平行。肩盖还可以包括具有第二开口的第二突出部，该第二开口具有第三轴线，其中，该第三轴线与第一轴线大致平行。在另一实施方式中，肩盖还包括在第一开口与第一孔之间延伸的第二孔。在又一实施方式中，肩盖还包括第三孔，该第三孔从第一开口延伸穿过第一突出部的端部，其中，该第三孔与第一孔同轴。在再一实施方式中，第一孔在与肩盖相邻的端部上是封闭的。在又一实施方式中，第一开口在与肩盖相邻的端部上是封闭的。在又一实施方式中，叉还包括从肩盖连续地延伸的第一突出部，并且从第一突出部沿与转向管大致相反的方向连续地延伸有第一叶片。在再一实施方式中，叉还包括从肩盖连续地延伸的第二突出部，并且从第二突出部连续地延伸有第二叶片，其中，该第二叶片与第一叶片大致平行。在又一实施方式中，该自行车还包括第一勾爪和第二勾爪，其中，该第一勾爪联接至第一叶片的与肩盖相反的端部，该第二勾爪联接至第二叶片的与肩盖相反的端部。 [0090] 根据另一实施方式，提供了一种制造一体式自行车叉的方法。该方法包括在坯料上执行第一锻造以形成第一突出部。在坯料上执行第一3D锻造以延长第一突出部从而形成肩盖。在坯料上执行第二3D锻造以形成转向管，其中，第二突出部与第一突出部大致垂直。第一突出部的第一端部被型锻以形成叶片。第一突出部沿与第二突出部相反的方向被弯曲。在第一突出部上接合有第一勾爪。在于坯料上执行第一锻造时形成第三突出部。在坯料上执行第三3D锻造以在延长第一突出部的步骤之后延长第三突出部。第一突出部沿与第二突出部相反的方向被弯曲。在使第一突出部弯曲之后，第三突出部沿与第二突出部相反的方向被弯曲。第一突出部接合有第一勾爪并且第二突出部接合有第二勾爪。第一突出部的第一端部被型锻以形成叶片并且第三突出部的第二端部也被型锻。在第一突出部中形成有开口，其中，该开口与第二突出部大致平行。在第一开口与第二突出部中的第二孔之间形成有第一孔。在第一开口与第一突出部的端部之间形成有第三孔，其中，该第三孔与第一孔大致同轴。在一个实施方式中，第一突出部包括具有与第二突出部相邻的封闭端部的第一轴向孔并且第二突出部包括具有与第一突出部相邻的封闭端部的第二轴向孔。 [0091] 根据另一实施方式，提供了一种下述一体式自行车叉：该一体式自行车叉具有通过对金属坯料进行第一3D锻造以形成第一突出部而形成的肩盖。从肩盖延伸有转向管，该转向管通过第二3D锻造形成，该转向管中具有第一轴向孔。肩盖还包括第一开口，该第一开口与第一轴向孔大致平行。在第一孔与第一开口之间设置有第二孔。在第一开口与肩盖的端部之间设置有第三孔，其中，该第三孔与所述第二孔大致同轴。从肩盖延伸有第一叶片，该第一叶片由第一突出部的第一部分形成，其中，该第一部分被型锻并且随后弯曲成沿与转向管相反的方向延伸，并且第一开口在第一叶片内轴向地延伸。第一开口还可以包括与转向管相邻的封闭端部。第一孔还可以包括与肩盖相邻的封闭端部。从肩盖延伸有第二叶片，其中，该肩盖在第一3D锻造期间由第一突出部和第二突出部形成，该第二叶片由第二突出部的第二部分形成，其中，该第二部分被型锻并且随后弯曲成沿与转向管相反的方向延伸。第一叶片的与肩盖相反的端部联接有第一勾爪，并且第二叶片的与肩盖相反的端部联接有第二勾爪。 [0092] 根据另一实施方式，提供了一种具有一体式的第一部分的用于自行车的曲柄组件。第一部分包括具有第一实心端部和第一轴向孔的第一臂，该第一轴向孔从第一端部延伸至第二端部。第一部分还包括与第二端部相邻地从该臂大致垂直地延伸的轴，该轴具有与第二端部相邻地延伸到第一臂中的第二轴向孔，该第二轴向孔设置成与第一轴向孔相交。设置有具有第二臂的第二部分，该第二臂具有第三实心端部和第三轴向孔，该第三轴向孔从第三端部延伸至第四端部，该第二部分与第四端部相邻地以可操作的方式联接至所述轴。第一臂可以包括弯曲的第一壁以及与第一壁相对的弯曲的第二壁，其中，轴从第二壁延伸。在第一壁与第二壁之间设置有第三壁并且在第一壁与第二壁之间设置有与第三壁相对的第四壁。其中，第一壁、第二壁、第三壁和第四壁限定了第一轴向孔。在一个实施方式中，第一壁和第二壁具有第一厚度并且第三壁和第四壁具有第二厚度。在另一实施方式中，第一厚度为所述第二厚度的大致一半。在另一实施方式中，第一厚度为2毫米并且第二厚度为4毫米。曲柄组件还可以包括与第二端部相邻地在第一轴向孔中联接至第一臂的插塞。在一个实施方式中，曲柄组件还可以包括与第二端部相邻地从第一壁延伸的第一突出部，其中，该第一突出部被锻造成在第二端部处封闭所述第一轴向孔。 [0093] 根据另一实施方式，提供了一种制造一体式自行车曲柄-臂和轴的方法。该方法包括通过3D锻造形成长形的第一臂，该第一臂具有实心第一端部和第一轴向孔，该轴向孔在第一臂的与第一端部相反的第二端部处具有第一开口。在第一臂上形成有与第二端部相邻的第一突出部。通过借助3D锻造延长第一突出部并且在第一突出部中形成第二轴向孔而形成轴。第一臂弯曲成使得实心端部与第一突出部大致垂直。通过3D锻造形成长形的第二臂，该第二臂具有实心第三端部和第三轴向孔，该第三轴向孔在第二臂的第四端部处具有第二开口。在长形的第二臂上形成有与第三端部相邻的第二突出部。在第二突出部中形成有第四轴向孔，其中，该第四轴向孔定尺寸成与第一臂相对地接纳轴。在第一开口中插入第一插塞并且在第二开口中插入第二插塞。第一插塞和第二插塞通过压配合、钎焊或粘合联接至第一臂和第二臂。 [0094] 本书面描述使用示例来公开包括最佳方式的本发明，并且还使得任何本领域技术人员都能够实施本发明，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何合并的方法。本发明可取得的专利权的范围由权利要求来限定，并且可以包括本领域技术人员想到的其他示例。如果这些其他示例具有与权利要求的字面措词没有区别的结构元件，或者如果这些其他示例包括具有与权利要求的字面措词无实质差别的等效结构元件，则这些其他示例意在属于权利要求的范围内。另外，在附图和说明书中，已经公开了本发明的示例性实施方式，并且尽管可能采用了特定术语，但是除非另有陈述，否则这些特定术语仍然仅用于一般的且描述性的意义而非出于限制的目的，因此，本发明的范围不限于此。此外，术语第一、第二、前、后、顶、底、上、下等的使用并不表示任何取向、顺序或重要性，术语第一、第二等是用来将一个元件与另一元件区分开。此外，术语一、一种等的使用并不表示数量的限制，而是表示存在参照项中的至少一个参照项。 |
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