【专利设计】自行车内偏心结构轮圈

这是我个人在编轮技术研究的过程中，一个极度偏执于公路车轮组整体性能改进而来的设想，试验并在实施于工厂的生产中。再有一周左右的时间就可以做出成品了。经朋友指点，我决定公布产品设计理念，至于生产细节还是要暂时保密。目的，是公布以后，即便以后国外有同样的设计，只要我再去递交专利的国际申请PCT，就可以使之无效，我的专利设计就可以受到保护了。
下边，是我在设计之初，最早写的分析文档，其实内容在我现在看来已经略有不够完善，但是没问题，后边有再补充，这里还是发个原汁原味的最原始技术文档内容。（随俗感谢下两位广东的我的战略合作伙伴，一贯支持我的那些客户好朋友，以及提醒过我专利权利自我保护的那位网友。还有触念而感怀我前些天去世的父亲）
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一、前言
在碳纤维飞速发展的时代，各种专业赛事中，公路车的车架，轮圈材质几乎都是碳纤维复合材料，这是碳纤维复合材料性能优势的体现。在碳纤维轮圈方面，可以做到轻量、高框结构的高强度和刚性、更好的空气动力学外形等等优势。
二、公路车轮组性能的制约条件

但是在公路竞速自行车11速飞轮时代，由于公路车主流仍然是130mm后开档规格，飞轮厚度要占据了很大的空间，导致后轮两侧辐条与轮圈中心角度非常不均衡，从而后轮的综合刚性稳定性，侧向刚性都受到很大的影响。这是公路车发展到现在的技术性问题，公路车轮组性能严重受限的一个需要解决的课题。
以右图示例，公路自行车后轮由于变速系统的飞轮的原因，花鼓塔基到轴档右侧，兼容现在最先进的11速系统飞轮，会占据41mm左右的距离，所以导致自行车后轮组要达到正心，必须要两侧辐条与轮圈和花鼓的垂直中心线角度不同，由于受力的角度的原因，两侧辐条的拉力值也就不同。
三、技术原理分析和改进需求
以编圈爱好者常用的标示方法，花鼓几何重要的几个数据如上图。OLD为花鼓开档，目前公路车车架主流标准后开档就是OLD=130mm，B的值在41mm以上，那么WR值的范围是在130/2-41=24mm之内，而由于花鼓鼓耳法兰盘厚度，以及鼓耳与飞轮最大盘片直接必须有的间隙，WR值最大也就剩余20mm以内的范围，常规WR值做的好的花鼓也仅仅能能达到19mm，设计差的直头斜拉花鼓也就只有15mm左右的。而花鼓非驱动侧的偏心距WL值，却可以有很大很自由的设计空间，当然为了性能考虑，一般花鼓WL值还是在30-35mm之间的。

就是在这样的长度差值情况下，公路车后轮组的搭配编配设计，严重影响着轮组侧向刚性和稳定性。WR值这个距离对于花鼓设计来说，可谓寸土千金。对其性能挖掘已经极尽所用，所以很多轮组及花鼓厂商作出各种设计：比如G3/2:1编法，ISOPLUSE编法，偏心圈。归根结底，都是为了缩小驱动和非驱动两侧辐条张力的差距，使轮组稳定性和侧向刚性更佳。
在我135mm后开档竞速公路车车架的技术文档中，我把公路车花鼓WR值过小这点定义为先天不足，是的，在这个前提下，目前的竞速公路轮组，靠其他设计来弥补这个缺陷的同时，却又会造成另一方面的大的损失，比如ISOPLUSE编法的驱动剪力，2：1类编法导致的轮圈不均匀受力分布，铝圈偏心圈的增重问题，而碳刀高框气动轮圈又不能做成偏心圈，否则会因机翼效应产生侧向力……，在这里我们停下，空气动力性能的偏心碳圈，却是可以做文章的。至于铝圈偏心圈，因为低框以及材质特性，在这里没有讨论意义。
四、同类技术产品的设计思路参考 其实对于偏心碳圈，在经过一些搜集之后，思路还是有些可循的，比如MAVIC CCU，Lightweight的碳辐条一体轮组，还有Vittoria qurano的46mm框高偏心碳刀轮，再就是如右图的久欲轮组有做38mm框高的，但却只是用在碟刹款轮组中。
对于类似这样的偏心碳纤维轮圈，虽然有上述这几个例子，但是争议从来就没有停止，在Mavic，LW这样的中高框碳刀轮圈，都是最早期的深V结构的碳圈，目前以空气动力性能设计为卖点的碳刀圈，几乎没有使用这种结构的设计。而空气动力性设计为卖点的Vittoria qurano46碳圈，偏心程度非常低，对两侧辐条拉力均衡所起作用比较小，所以又搭配了2：1编法，至于机翼效应的副作用有多大，虽未可知，但极少有所应用。
五、内结构偏心设计详述
基于以上种种问题、条件的对比总结。我作出了这样的设想，并试验来验证设想结果，试验主要是由三个方面的含义和前提：
1、通过改变碳圈的内部结构设计，使辐条与圈内部接触位置偏向一侧，以达到偏心圈的目的。如上示意图中AB两点间距离可以达到2.5mm，便可以为轮组非驱动侧辐条拉力提高11%（数据可参照135mm后开档竞速公路车架的技术文档，不同手段达到相同的目的和效果），达到设计所需的性能提升目的。
2、不改变轮圈的外形对称结构，所以不必担心影响碳纤维高框圈的空气动力学特性，也不会因为产生机翼效应，而降低甚至严重影响车子的操控。
3、内部结构改变设计时，全面考虑辐条帽与碳棒的充分接触，是辐条受力合理，不影响碳圈的强度和刚性，避免产生断辐条帽等不良状况。
如果以上三个设想设计能够达到生产技术要求，则此设计的碳纤维轮圈具备了应用级的价值和意义。

深圳市澳奇科技有限公司

淘宝前端单车：徐清松
2016年4月23日


下边两个图分别是偏心圈与普通圈对比，以及内结构偏心圈与普通圈的对比示意图：

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下边是后来更新的设计图文介绍示意图，应该更容易理解，也更接近工厂即将做出来的成品：