带有应力降低的把手夹具的自行车杆 相互参照有关申请，如有无
所述发明和现有技术的背景
【技术领域】
本发明涉及适用于自行车和其它自行车，特别是轻型自行车的部件，这些轻型自行车适用于娱乐性骑车，赛车，山地自行车运动和越野用途。已知，自行车通过把手进行操纵，把手接着被连接到转向管，转向管是从自行车前轮叉开始向上延伸。该连接部件被认为是一个杆(stem)，这个杆也可以包括一个向前延伸的悬臂(boom)，以将自行车把手安置在位于带扩口中空管(stem tube)前方的一个理想位置上，以使骑手感觉舒服。但不是所有的杆都包括悬臂。包括杆的多种自行车部件通常都是由管状金属例如铝、镁或钢合金制成，以及复合材料例如碳素纤维加强树脂的金属制成。
背景技术
由于人力自行车重量的减少非常重要，所以人们逐渐使用轻质而坚固的复合管状结构来代替自行车框架和把手的铝、钛和钢管状件。这种复合材料的表面和结构都相当容易通过表面刻痕和擦伤而受到损害，这种表面刻痕和擦伤通常是通过夹持动作而形成。因此，需要一种具有把手夹具的杆，而由复合材料制成的自行车把手可以很容易连接到该夹具中，并很容易从该夹具中取出，以给把手重新定位或者替换把手，同时不会损害把手。
通常，接触把手的夹持表面面积越大，从夹具夹持表面传递到把手的夹持应力就越小。
【发明内容】
本发明的一个主要目标在于，提供一种降低应力的杆夹具，把手可以快速而且牢固地连接到该夹具中，同时不会在把手中引起很大的夹持应力，而且该夹具可以固定把手，防止把手相对旋转和纵向滑动。
优选的是，该杆夹具也应当很容易连接到各种结构的自行车把手，包括那些弯曲半径很短的把手，同时很少或不会对把手造成损害， 而且无论何时需要对把手位置进行调节时，都不需要移去安装在把手上的其它元件例如把手，变速控制器和闸把。
通过阅读下面的详细说明，可以很清楚地了解到本发明地各个特征和优点。
本发明提供了一种自行车杆，该杆包括：
a)一个管状件，该管状件上具有夹具结构，用来将杆连接到自行车转向管；和
b)一个把手夹具，该夹具包括一个固定C形支架(cradle)，一个活动C形支架和用来将所述支架紧固在一起的装置，所述固定C形支架整体形成在所述管状件一端，所述支架各自具有一个把手接触表面，该把手接触表面具有一个沿着把手轴向延伸夹持长度的最大尺寸，该最大尺寸大于所述支架的内直径，而且其中，所述支架的特征在于没有直线和尖锐拐角。
【附图说明】
附图1是本发明杆和把手夹具的一个优选实施例的分解透视图。
附图2是附图1所示的杆和夹具的平面图。
附图3是附图1所示的杆和夹具的侧视图。
附图4是附图1所示的杆的正视图。
附图5是杆的正视图，该杆上连接有活动支架。
附图6是现有技术中的把手夹具的第一种形式的正视图。
附图7是现有技术中的把手夹具的第二种形式的正视图。
【具体实施方式】
就其最广义的方面来讲，自行车杆由一个扩口中空管10组成，在该实施例中，该扩口中空管包括一个悬臂，在使用过程中该悬臂大体上朝着骑手前方延伸。扩口中空管10在每一端分别具有夹具12，14，这些夹具用来将杆连接到自行车的一个大体上竖直延伸的转向管，并接着连接到把手。扩口中空管10包括如图所示的一个大体上直的悬臂，但是其它结构的杆是公知的，而且这些结构的杆都落在本发明的范围内。如图1所示的本发明优选实施例包括一个细长悬臂，该悬臂向前并稍微向下延伸，但是可以理解的是，如果杆具有倾斜角的话，在转向管夹具12和把手夹具14之间的悬臂的倾斜角可以根据需要进行改变。将扩口中空管10连接到转向管的方式对于本发明来说不是必然的，这也不构成本发明的一部分。
在扩口中空管10前端(当扩口中空管被置于自行车上时所看到的)，设置有一个朝着前端开口的把手夹具14。把手夹具14包括一个固定C形支架20和一个活动C形支架30，活动C形支架通过两个螺纹紧固件40，50连接到固定C形支架20，这些螺纹紧固件包括螺母41，51。优选的是，如附图3所示，把手夹具14在该位置上具有一个大体上呈圆形的容纳把手的横截面。实际上，椭圆形结构和其它横截面结构例如六边形，八边形等也都落在由附属的权利要求书措辞所限定的本发明范围内。扩口中空管10或者悬臂的壁厚在夹具12，14之间通常基本上不变，但是这一点对本发明来说并不是必需的。
要注意的是，如图所示，C形支架20，30的内夹持表面22，32被夹持在其中时是圆柱形，而且各延伸约180°，这些内夹具表面可以围绕把手提供几乎完整的360°接触。
夹具装置通过紧固件40，50来得以完整，这些紧固件优选由螺母和螺栓组成，这些螺母和螺栓被容纳在相对的耳24，26；34，36内的孔中，这些耳在固定和活动支架20，30上整体形成。这些孔和紧固件优选定中心于一个竖直平面中，该竖直平面包含扩口中空管夹具12的轴线。
使具有组合结构的自行车把手中的应力最小化，特别是对于用在严酷活动例如赛车和越野用途中的自行车而言，是首要的安全考虑之所在，因为自行车把手的结构失效会导致相当大的伤害甚至死亡。此外，由复合材料制成以减少重量并增加强度的现代高科技把手通常都很昂贵。当把手以不正确方式夹持到杆上，比如夹持得太紧，或者没有受到适当照管而重复拧紧紧固件时，把手就可能失效，但是人们不一定会注意到这点。把手失效也可能在使用过程中偶然发生，也可能通过由不正确夹持引起的静负载或杆螺栓应力与使劲骑车动作所引起的活动负载应力相结合而引起，这种结合会超过把手设计的安全系数。被认为会促使把手失效的其它因素还包括材料失效和退化，这种材料失效和退化是因为把手所用的复合材料老化和长时期暴露于烟雾或酸雨，冻结温度，或高温等环境条件下。
上述的杆和把手夹具特别构造和设计成减少自行车把手特别是由复合材料制成的自行车把手上的应力集中，这些应力集中现象发生在夹持表面与把手接合的所有位置上，而且这些接合位置的主要特征在于，消除了把手接触区域边界处的尖锐边缘和拐角。与把手的设计强度相比，由于设计强度更高和制造杆和C形支架20，30的材料，所以，扩口中空管10，支架20，30和紧固件40，50相对不大可能失效。因此，支架20，30各自设计成具有大的把手接触表面22，32。如图5所示，支架20，30具有最大的边缘到边缘尺寸E-E，如图3所示，这个尺寸沿着把手轴向(如图所示在水平方向上)延伸，延伸的距离大于支架的内直径。此外优选的是，在固定支架20(附图4)上的把手接触表面22的总面积比扩口中空管10壁横截面看去的壁面积大了约3倍，因为支架20的表面22被有意设置成扩口结构。活动支架30的把手接触表面32(参见附图1)的面积明显大于固定支架20上的把手接触表面22的面积，并且优选为把手接触表面22面积的至少两倍。
在固定和活动支架20，30上的相对上下耳24，26；34，36包括多个孔25，27，35，37，螺纹紧固件40，50延伸穿过这些孔，而且这些上下耳24，34和26，36沿着经过把手连接区域的轴向径向平面彼此邻接，而且这些上下耳集中在一条线上，(从附图5看去基本上垂直，而附图3所示实施例中的这条线可以稍微与竖直方向形成一个角度)，这条线横向于容纳于支架20，30中的把手的中心部。扩口中空管10和固定支架20上的这些上下耳24，26；34，36都形成为以渐进曲线圆滑过渡，从而可以与扩口中空管10的外弓形表面合并。如图5所示，活动支架30可以不精确地描述为一个横向细长的十字件(cross)，该十字件具有多个臂，各个臂在其端部和臂拐角(corners)处都具有圆滑的曲线。整体形成在臂外表面上并且在中央延伸的加强肋60，62使这些区域具有更大的厚度和强度。最终，位于固定支架20外侧上的耳24、26的面向扩口中空管10的侧部凹进去形成如图1所示的非圆形结构，从而可以容纳紧固件螺母41，51，这些紧固件螺母具有互补的非圆形结构，紧固件40，50的螺栓就拧到这些螺母中。
为了测试所述和所示的杆结构的有效性，可以将五个碳加强树脂合成把手夹持在三个不同类型的杆夹具中，这些合成把手(在该测试中总共使用了15个杆夹具)是由加州Van Nuys的Easton Sports公司的CE90材料制成的，这些夹具分别包括(1)一四螺栓的镁夹具，该四螺栓镁夹具是由Easton Sports公司的EM90材料制成的，并且具有两个弯曲支架，各个支架由呈矩形而且大体上呈正方形的板70形成，该板具有如图6所示的弯曲角部和四个紧固件72；(2)一两螺栓铝夹具，该两螺栓铝夹具是EA50材料制成的，这种材料也是来自Easton Sports公司，该两螺栓铝夹具有两个弯曲支架，各个支架由一个矩形板80形成，如图7所示，矩形板上具有两个紧固件82和一个中心矩形孔84；和(3)一两螺栓铝夹具，该两螺栓铝夹具是由EA70材料制成的，其结构如图1-5所示。在各个测试过程中，以5磅力的增量来紧固夹具连接螺栓，直到能听得见或者看得见地察觉到把手的破裂。第一夹具结构在平均61英寸磅的转矩时导致把手破裂。第二夹具结构在平均109英寸磅的转矩时导致把手破裂。第三夹具结构在平均163英寸磅的转矩时导致把手破裂，这个力矩与次好的第二夹具结构相比增加了约50％。由于所有破裂都发生在把手而不是发生在夹具中，所以据判断，得到的这种改进就只归结于夹具部件的新结构而不是归结于夹具制造材料的差异。虽然制造商一般推荐70英寸磅的最大螺栓紧固力矩，但是在将把手连接到杆上时，特别是在这个领域中，把手通常不是由制造商来安装，用户通常不使用转矩扳手或不遵循制造商的指示。由于这个原因，并由于在骑车过程中把手失效可能带来严重后果，所以本发明至力于且做到具有高安全系数。
本领域普通技术人员很容易认识到，可以对本发明的显著特征作出多种改变和修改，而且这些改变和修改都不脱离附属权利要求书的范围。