[02]自蒙昧时代以来就存在轮。最初的轮是实心的。最早的改进在于 构造带有杆的轮，这种轮更轻。这些杆被轮圈促使压缩和弯曲。然后用金 属环给轮加箍，并且杆被预施应力而压缩。专利申请CH91759描述了这 种构造方式。
[03]具有处于张力的丝型辐条的轮的发明可以追溯到1866年，该发 明归功于Eugène Meyer。该发明可通过大大减小辐条的截面来构造轮，因 此极大地减小了重量。并且还使轮直径的增加成为可能，因此可扩大它们 的发展，如脚踏板直接接合在动力轮上的钢制大自行车(bis)就是这种情 况。下面，术语处于拉伸/张力的辐条将无区别地用于辐条的正张力。
[04]现在的辐条式轮以传统方式包括设置用于接纳轮胎的周边轮圈、 中央毂、以及轮圈和毂之间的连接辐条。辐条的数量根据轮的类型变化， 并且一般在十二到四十根。按照一般规律，辐条按两层分布，这两层辐条 使轮圈与毂的一端部连接。每层的辐条与轮圈的中间平面形成一角度，习 惯把该角度称为伞角。
[05]辐条在结构上连接轮圈和毂，这可使轮具有良好的刚性和良好的 抗力强度。轮使用时所述轮承受的外部负荷可以分解为：按轮圈中间平面 指向的径向力、垂直于该中间平面指向的侧向力、动力或者相反地与轮圆 圈相切的制动力——其对应于毂与轮圈之间的力矩的传递。
[06]目前还存在张力辐条式轮以外的其它轮结构。已知例如所述实心 轮或带有杆的轮，这些带有杆的轮由复合材料制成并主要由于它们的空气 动力特性被使用。专利申请WO2004/033231和FR 2701899描述了这类轮。 还存在由轻合金(铝、镁或钛)形成的模制轮。例如从专利申请EP1016552 和WO2004/108515了解到此类轮。
[07]在由复合材料或模制合金制成的带有杆的轮的情况下，杆的数量 减少，每个轮约为三到五根杆。实际上，这些应抵抗压缩力的辐条的截面 比用于避免弯曲的普通常规辐条要大得多，并且它们本身的尺寸阻止任何 设置数量更多的杆。
[08]但在这些不同的轮构造方式中，张力辐条式轮由于其能够很好地 被构造和调节，因而仍被视为在轻便性与强度之间具有最好的折衷。
[09]然而，尽管辐条式轮的确给出良好的结果，但它们仍具有某些缺 点。
[10]首先，辐条张力在轮圈体中感生压缩应力。估计对于有36根辐 条的公路自行车轮，每根辐条在1000牛顿下受到拉伸，则轮圈体处产生的 合成压缩力为5730牛顿，这导致压缩应力为88MPa，对于常用的轮圈材 料(例如铝6106)，88MPa的压缩应力已经占材料内在潜在强度(220MPa) 的40％。换句话说，该引起的压缩已经极大地使轮圈削弱。
[11]另外，对于直径为622mm的轮圈，该压缩力导致轮圈的渐屈线 (développée)可能减少达2.5mm，这自然地可能对轮圈和轮胎之间的连 接产生影响，并可能导致轮胎意外脱落和发生事故。
[12]第二点，辐条的张力局部施加在轮圈上。每根辐条通过它的张力 在其联接区处产生局部剪切力，并在每个辐条孔之间产生可变弯矩。弯矩 导致轮圈的多边形变形，通常称为“跳动(saut)”，并在每个辐条联接 区处引起局部扭曲(voile)。
[13]设置适当轮辐的专利申请EP 1316442和FR 1019285图示出这两 种现象，这两个专利申请试图提出对这两个问题的解决方法。可以顺便强 调的是，如EP 1316442所述的，辐条成对地联接在轮圈处可很好地减小 局部扭曲效应，但却加重了多边形效应。
[14]文献EP 1316442提出相反地从预成形轮圈出发解决该问题(见 该专利的图5)，它的实施是很复杂的。
[15]最后可注意到，轮的寿命，即它的每个部件的寿命，与辐条的张 力基本成反比。在轮旋转的过程中，每根辐条承受一加载和卸载周期，并 且每根辐条使轮圈局部地承受这样的加载和卸载周期。这些重复的周期以 辐条、毂或轮圈的损坏而结束，并且辐条中的张力越大，这种损坏越快速。 因此目前的拉伸辐条式轮没有最佳寿命。由于该现有技术，存在对结合有 轻便性、坚固性、强度和最佳寿命的轮结构的需求性。
[16]还存在对使轮的几何特征(扭曲、跳动、渐屈线)尽可能保持稳 定的轮的需求。
[17]通过符合按本发明的轮的新设计来达到这些目的和在以下描述 过程中体现的其它目的。

[18]特别是该目的或这些目的在符合本发明的辐条式轮中实现，所述 轮包括周边轮圈、中央毂、以及一些单独的轮圈和毂之间的连接辐条，其 特征在于，在自由状态下，辐条没有张力、也没有压缩地安装于轮圈与毂 之间；并且，每根辐条可承受至少60daN的压缩载荷，而没有弯曲。另外， 轮包括的辐条数量大于带杆轮，例如辐条数量大于十。该结构具有在自由 状态下使轮圈辐条内的所有应力减小到零的优点。因此，辐条设置为能够 抵抗很大的压缩力而没有弯曲，以便能抵抗使用过程中施加在轮中的力。
[19]这样的结构与有关轮结构的已有想法相反，这些已有想法提出： 轮在自由状态下即没有负荷时，或者辐条通过轮圈被预加应力，因而辐条 的截面很大，以便能够抵抗压缩力，或者辐条被预拉伸，并因此对轮圈预 施应力。
[20]而基于本发明的想法在于：消除自由状态下的轮(轮圈、辐条) 内的所有(或几乎所有)应力，这样可明显增加该轮的总强度。另外，该 轮具有以下优点：
[21]-轮完全不再有张力，一根辐条的断裂不再会导致如拉伸或压缩 辐条式轮中那样的扭曲；
[22]-轮不再有残余应力，因此轮受力较小并因此可减轻；
[23]-辐条和它们的端部被促动拉伸要小得多，因此强度更大，轮圈 和毂也是如此；
[24]-轮更能抗疲劳(更小的应力)；
[25]-轮完全不再有任何多边形效应，也不产生扭曲；
[26]-如果一根辐条断裂，可取下旧的辐条并将一根辐条直接固定在 轮上进行更换，无需特殊的安装装置。
[27]另外，与带有数量基本小于六根杆的轮相反的是，侧向刚性几乎 是恒定的，但例如对于具有三根杆的轮就不是这样；并且前部刚性不是太 大并且几乎恒定，与由于轮的不规则性产生的正前冲击相比，这使骑车人 得到舒适的轮。
[28]根据一实施方式，每根辐条包括外径大于4.8mm并且内径小于 的15mm的主体。因此，与已知的传统辐条相比，所述辐条为管形辐条， 其外径更大，这样可增加辐条的抗压缩(弯曲)强度，而不增加其重量。 也可具有非管形截面的辐条，例如横截面为I形。
[29]也可设置截面在纵向方向上不是恒定的辐条，辐条截面的形状可 沿该纵向方向变化，例如在中间区域更大的截面，以便更好地抵御弯曲。
附图说明
[30]无论如何，通过下面参照以非限定例子表示一些实施方式的所附 示意图进行的描述，可以更好地了解本发明并阐明本发明的其它特征，附 图中：
[31]-图1为包括按本发明的结构的轮的透视图；
[32]-图2为辐条安装在毂处的放大细节图；
[33]-图3为图2的毂的纵剖面图，毂未带有辐条；
[34]-图4和5为表示不同的辐条安装阶段的轮平面图；
[35]-图6为以放大比例示出的图5的一细部，表示辐条在毂处的安 装；
[36]-图7为沿图5的VII-VII的剖面图，表示辐条联接在轮圈处；
[37]-图8为沿图6的VIII-VIII的剖面图；
[38]-图9为符合另一实施方式的与图7类似的图；
[39]-图10为表示两根辐条的扎结例子的视图；
[40]-图11为符合另一实施方式的轮的局部透视图；
[41]-图12为沿图11的XII-XII的剖面图；
[42]-图13为沿图11的XIII-XIII的剖面图。

[43]图1所示的符合本发明的轮1以传统方式包括周边轮圈20、中央 毂30、以及轮圈20和毂30之间的连接辐条40、50。辐条40、50分布为 两层，各相应层的辐条40、50分别联接在毂30的端部31、32，并从毂的 相应端部31、32向轮圈20延伸。相应辐条40、50交替地联接在轮圈上， 并沿轮圈的周边均匀地分布，如专利US 6,145,983中所描述的，它们也可 以已知方式在拉伸辐条式轮上按确定的组分布于不同层上。
[44]可注意到，每层辐条40、50包括十根辐条，即总共为二十根， 该数量明显大于杆式轮中的杆数——所述杆数最多为六根，并且该数量小 于辐条数量为12-40的拉伸辐条式轮中通常的辐条数。该辐条数量在全部 两层上可以减少到10。
[45]轮圈20为任何适当类型，并且例如图7所示具有一箱式中空金 属结构，该结构带有上桥21、下桥22和连接这两桥的两侧壁23、24，所 述上桥21在它的周边具有接纳轮胎的沟槽21a，所述下桥22具有一些联 接辐条的螺纹孔道22a。可以如专利FR 2 750 913所述的，通过荧光钻孔 (fluopercage)制出螺纹孔道22a。在所示的例子中，另外在每个角落通 过碳箍25加强箱体，如专利申请FR 2 881 682中所描述的。
[46]当然轮圈的任何其它形状可能也是合适的，特别是轮圈可以只有 单个桥、一形状不同的并且可接纳尤其轮胎的接纳沟槽21a。
[47]根据本发明，辐条40、50在自由状态下(即轮不受荷载)，不 受拉伸也不受压缩地安装于轮圈20与毂30之间，并且每根辐条可承受至 少为60daN的压缩载荷。
[48]为了实现这样的特征，如图7和8所示，每根辐条40、50包括 相应的细长形主体40a、50a，对于每根辐条，所述主体40a、50a确定纵 向方向L并包括两个联接端部，分别为41、51和43、53。另外，每根辐 条的主体40a、50a是管形主体，所述管形主体例如具有圆形或椭圆形截面， 由具有高强度特性的材料、特别是拉拔(pultrudee)碳制成。
[49]根据一实施例，从常用的HR(高强度)拉拔碳纤维和总模量为 115Gpa的环氧树脂基体出发，每根辐条40、50的外径D大于4.8mm(例 如为5.5mm)，其内径d小于15mm(例如为4.1mm)，并且壁厚为0.7 mm，在例如充填有泡沫的中空(管形)辐条的情况下，该壁厚可以减小。 也可根据材料得到不同的值，例如，如果使用模数大于200GPa的HM(高 模数)碳纤维。实际应用中，将选择适用于此类轮的辐条，从而对于正常 长度的辐条，使它们的EI特征大于106Nmm2(实际上，这等于直径为3.2 mm的钢制辐条的EI值，因此对于使用在钢制辐条的直径一般为2mm的 轮中要重得多)。
[50]已通过计算得到这些尺寸，并通过实际试验进行了验证，以便协 调两个矛盾的要求，这两个要求是：一方面，使辐条具有尽可能大的平方 弯矩I，以便在轮的使用过程中抵御交替施加在每根辐条上的高压缩力， 因为这些辐条初始时没有被预拉伸(抵抗压缩载荷的张力)，并因此最大 程度地限制弯曲危险；并且另一方面，尽可能减小辐条的质量，以便不增 加甚至减小轮的质量。
[51]实际上，轮的质量通过以下公式给出：
M＝LρS＝L.ρ.π.(D2-d2)/4
[52]L为辐条的长度
[53]ρ为材料密度(g/mm3)
[54]D为外径(mm)
[55]d为内径(mm)
[56]S为辐条的截面积
[57]另外，最大压缩(弯曲)力通过下面的关系式给出：
F＝π2EI/(KL)2＝π3(D4-d4)E/[64(KL)2]
[58]其中，K为取决于嵌入条件的系数
[59]对于嵌入/嵌入(encastré)，K＝0.5
[60]对于球接/球接，K＝1
[61]对于嵌入/自由，K＝2
[62]对于自由/自由，K＝4
[63]E为材料的杨氏模量，单位MPa
[64]I为二次矩(mm4)，对于管形截面，I＝π(D4-d4)/64
[65]L为支撑体之间的梁(即辐条)的长度(mm)
[66]结合这两个公式可观察到，在恒定截面，增加外径D可减小管的 厚度，但还可非常快地增加容许的弯曲力。因此，如果比较D＝4mm、d＝2.65 mm并且模量为115GPa的拉拔碳纤维制的管形辐条，该辐条承受55daN 的压缩力，而D＝6mm、d＝5.2mm的相同材料制成的辐条承受152daN的 弯曲荷载，即几乎为三倍，而其质量相同。这样的辐条足以构造具有十八 根在正常使用条件下无张力的辐条的自行车轮，在每根辐条上的最大力因 而小于140daN。需要指出的是，在某些条件下，只要避免任何的辐条断 裂危险，辐条的一定弯曲是可容许的。还需要指出的是大的乘积EI用以 抵抗压缩力。
[67]为了保证每根辐条40、50的无负荷地、即不受张力也不受压缩 地安装，另外考虑：轮包括使每根辐条40、50的至少一端部无间隙连接或 双侧连接到轮圈或毂的连接装置。
[68]下面参照图2-8解释该连接装置和辐条安装。
[69]首先，如图2-3特别表示的，毂30包括管形体33和两个用于联 接辐条的端部31、32，管形体33通过轴承38转动安装在轴39上，轴39 用于接纳轮的转轴。每个端部31、32通常呈从管形体33径向延伸的盘或 环箍的形式。
[70]在每个环箍31、32上分别形成槽座31a、32a，所述槽座的整体 形状为柱形，并在相应的端部或环箍31、32处沿基本相切于毂的方向T 延伸。这些槽座31a、32a的内径基本对应于辐条40、50的外径D，并用 于接纳这些辐条。另外，每个槽座31a、32a的长度1约为10-15mm，以 便于安装并随后联接辐条40、50。
[71]如图2和8特别表示的，槽座31a、32a成对出现，并朝相反方 向取向，以便将两个相邻辐条配对设置在毂的每个端部31、32处。在所示 的例子中，每个端部31、32包括五对沿毂的周边均匀分布的槽座31a、32a。
[72]如图7所示，每根辐条40、50在其用于固定在轮圈20上的端部 41、51分别配有套接管42、52，所述套接管42、52分别配有外螺纹42a、 52a并通过粘接固定于辐条的所述端部41、51，端部41、51借助塞子44、 54被封闭，以避免在套接管安装到辐条上的作业时黏结剂深入到构成所述 辐条的管内。每个带有螺纹的套接管42、52用于与轮圈的孔道22a的相关 内螺纹配合，以通过旋拧把所述辐条端部的套接管42、52固定于轮圈。每 根辐条的另一端部45、55是自由的(参见图8)。
[73]一方面通过在毂处粘接每根辐条的端部43、53、并借助带有螺纹 的套接管42、52把它的另一端部拧在轮圈上，来实现每根辐条40、50的 无间隙安装。
[74]如图4和5上特别所示的实现该安装。
[75]首先制备辐条40、50：按照需要的长度切割形成辐条的拉拔碳纤 维管，并如前所指出的通过粘接组装套接管42、52。
[76]需要指出的是，为了最佳粘接，在表面预先去除油污后进行该粘 接。还可通过在每个套接管42、52内设置适当的表面状态(例如粗糙度、 沟槽)来改进该粘接，以便提高黏结剂的附着。
[77]然后使每根辐条的端部43、53插入毂的各自的相关槽座31a、32a 中，并将例如为环形的密封垫43a、53a在相关槽座31a、32a出口处安放 于辐条上(见图8)。同一层的辐条40、50可以通过柔性扎结件80(例如 合成材料如聚甲醛树酯(迭尔林)、聚酰胺或醋酸酯制成的环形密封垫或 环圈)成对地组装起来，以便产生凸结部并把压缩的每根辐条推到弯曲极 限。如图10所示，可在安装前成对地准备辐条及其扎结环80，以便于所 述安装。
[78]如图4所示，然后把轮圈20安放在毂30和辐条40、50构成的 子组件的周围，这些辐条收回它们各自的槽座31a、32a内，以使轮圈可在 所述子组件的周围正确就位；再使每个套接管42、52进入并旋拧在轮圈的 孔道22a中。因此每个槽座31a、32a构成辐条最终安装前的收回部件以及 所述辐条安装过程中的引导和滑动部件。整体在适当安装装置上就位，以 保证轮的完善几何形状，特别是毂的轴线相对轮圈平面的垂直性和对中性、 以及毂相对所述轮圈的跳动。
[79]然后实现每根辐条的另一端部43、53在毂的相关槽座31a、32a 中的粘接，垫43a、53a可以保证粘接时的密封性。
[80]如图8所示，每个槽座31a、32a具有直径大于辐条直径的柱形 凹空部35，并且其在一端部被突肩36封闭，调整突肩的直径以适于(间 隙约为1/100°mm)辐条40、50的直径，并且凹空部在另一端部通到环形 垫43a、53a处。在安装每根辐条40、50之前，将黏结剂装入柱形凹空部 35内。注入黏结剂时，突肩36处的微小间隙可允许一定的空气泄漏，并 还可保持黏结剂。辐条就位并在轮圈处固定之后，例如借助针并通过孔眼 70引入黏结剂，孔眼70例如为锥形并在突肩36前、径向设置于每个槽座 31a、32a中。
[81]为了保证良好的粘接，可能希望在辐条固定于轮圈之前引入黏结 剂，并使每根辐条在它的槽座中枢转，以便在毂和辐条处很好地润湿粘接 界面。
[82]然后使黏结剂在环境温度下聚合，在轮圈材料(例如金属的)相 对于毂不同的情况下优选该方法，以便不会引起材料的热膨胀，或者在大 约80℃的温度下进行烘干。一旦黏结剂聚合，则从安装装置卸下轮。在 使黏结剂在环境温度聚合的情况下，也可进行附加烘干，以保证完善的粘 接。
[83]黏结剂例如是如命名为DP460的双组分环氧树脂。
[84]另一安装变型可以是：把带有预粘接套接管42、52的辐条40和 50的管最大程度地旋拧到轮圈20中；然后使毂30在中间就位并拧松套接 管42、52，以使辐条的端部41、51深入到毂的粘接槽座31a、32a中；该 方法需要每个套接管42、52的螺纹特别长，因为要将之拧松到毂侧的粘接 长度。
[85]在轮圈20侧，轮圈与每根辐条的套接管42、52之间的螺纹连接 应是拉伸/压缩式双侧的，并且没有间隙。为此，可以涂覆“Nylock”类型 的聚酰胺涂层，以掩盖螺纹42a、52a的间隙，或者借助厌氧或环氧黏结剂 粘接螺纹，也可将套接管在孔道22a中旋拧到底，靠于套接管上形成的一 突肩。
[86]另一变型是可把辐条的碳管直接粘在轮圈的孔道22a中，粘接长 度将更小，但节省了插入件的重量。
[87]也可如专利EP 1 595 721所述的将辐条粘接在钎焊的附加插入件 中。
[88]辐条也可粘接在复合轮圈中。
[89]图11-13表示另一实施方式，其中类似的零件用相同的参考数字 表示，但增加100。毂130简化为它的更简单的形式，并且毂只包括两个 通过轴承138旋转安装在毂的轴139上的侧板131。在这种情况下，侧板 131是相同的，并包括一些基本为径向的孔道132，这些孔道132形成用于 每根辐条140、150的柱形槽座132a，每个孔道132相对毂的纵轴线L成 约为82.5°的角度β。换句话说，与传统的毂或与上述实施方式的毂相反的 是，毂的侧板131没有通过主体互相连接。
[90]在该实施方式中和上述实施方式一样，在辐条/轮圈/毂按照前面 描述的方法相对就位之后，辐条140、150通过粘接被固定在侧板131的孔 道132内。需要指出的是，辐条140、150在轴承138就位前安装，以便安 装时能够在轴承的槽座138a中滑动。
[91]由于在轮自由状态(无负荷)消除了辐条140、150中的任何张 力，这些侧板131之间没有主体的毂结构成为可能。
[92]在传统的张力辐条式轮的结构中，例如通过专利US 5,647,643了 解的该类毂结构是不可行的。实际上，在此类毂上，辐条张力的作用是在 两个相对的辐条层之间产生大约为700N的轴向力，该力被两个轴承轴向 承受，这就导致在每个轴承上产生不可忽略的摩擦力矩，而摩擦力矩会产 生对骑车人的表现有害的功率损失，另外该较大的轴向力会使这些轴承非 常快地损坏。按照本发明消除辐条的张力，将完全消除该轴向力并因此使 该结构完全可行，因此是可能的。
[93]在该实施方式中，如图13所示的，可实现辐条在轮圈侧的安装， 即以和图7所示的相同方法进行，唯一区别在于辐条140、150配有套接管 142，但没有塞子。当然也可设置塞子。
[94]作为变型，也可考虑使轮处于非常轻微的轴向预应力下，以在一 方向上预施负荷于轴承，并因此通过小的轴向预应力消除它们的径向间隙。 在此类结构中，希望滚珠轴承138的推动中心(基本为轴承中心)位于不 同辐条140、150的汇聚点(实际上，忽略辐条的弯曲作用并只考虑拉伸或 压缩的轴向分量)，该层辐条的合力(résultante)始终经过该层辐条的汇 聚点，因此环形轴承在良好的条件下工作，没有任何斜矩。
[95]当然，本发明并不局限于上面作为非限定例子描述的实施方式， 而是囊括其所有类似或等效的实施方式。
[96]因此，辐条的截面不必非为管形，例如可为I形，和/或可变化的 (例如为具有截面更大的中间区域的“桶”形)，或者辐条可由非复合的 材料例如金属制成。另外，需要指出的是，轮圈相对辐条的不同膨胀(与 相对粘接时刻的条件改变有关)、或者轮胎充气或其它因素(轮圈在其粘 接安装中的轻微预应力)可在辐条中产生微小的拉伸/压缩应力，这同样也 不超出本发明的范围，这些应力被认为是微小的，且辐条的安装因而仍然 几乎没有张力，也没有压缩。