碳纤维自行车车架的研制与开发.doc

1997年玻璃钢/positesl4碳纤维自行车车架的研制与开发X陶浩段红杰杨向东(郑州轻工业学院450002摘要:开发生产碳纤维自行车是当今自行车工业领域致力研究的课题,本文在介绍国内外碳纤维自行车研制的过程和现状取得成果的基础上,着重对整体车架从形态设计、有限元受力分析、成型工艺三个方而进行的研究开发进行了分析。关键词:碳纤维自行车设计工艺自行车是人们日常生活中不可缺少的代步工具,其造价低廉,维修简单,使用方便,深受世界各国人民喜爱,形成了巨大的自行车消费市场,随着现代社会的飞快发展,自行车已不仅仅是交通和运输工具,已具有集健身、旅游、竞赛等多种功能。因此迫切需要有新形态、新材料的自行车出现,以使自行车外观更具美感,重量进一步下降,骑乘舒适性更好。自行车档次的高低取决于材料的选择和做工。典型的低、中、高档自行车构架分别由碳钢、铬钼合金及铝合金和碳纤维制造。碳纤维是一种新型的复合材料,它有重量轻、比强度高、比刚度大的优点,而且具有可设计性和易成型性,从而使设计的结构有更高的结构效率。目前,世界各国都对研制新形态、新材料的自行车投入了巨大的人力、物力、财力。车架是自行车的骨架,它在很大程度上决定了自行车的造型和使用性能。美国、英国和我国台湾等都已开发生产出碳纤维自行车车架。,意大利、法国、英国和美国利用他们在复合材料和工程塑料方面的技术优势,相继开发成功了用碳纤维管和铝合金接头粘接成车架的碳纤维自行车。其车架重量较铬钼钢车架轻,强度、刚度却比铬钼钢车架高,因此一经研制成功,便被用作专门的比赛用车。欧美等国的自行车厂商与研究部门密切合作,对自行车进行了计算机辅助受力分析和强度计算,使自行车外形更符合人机工程学的要求。他们先用纤维编织机将碳纤维编成车架状的/骨架0,再放置在模腔内,注入树脂后进行加温加压固化,再对其表面进行光整处理。由此研究出重量轻、刚度大的碳纤维整体车架,随着碳纤维整体车架成型工艺的研制开发,碳纤维自行车在欧洲市场的地位不断上升,年销售辆已达几万辆。传统型的碳纤维管和铝合金接头的粘接式车架也让位于整体车架。这其中具有代表性的是法国Look公司的KG-196和DONNAY公司的PRO9000整体式车架及KESTREL车架。到了90年代,国外厂商将粘接型和整体型进行了/混合0技术。即用碳纤维管和多通接头作/底0外敷缠绕碳纤维层,使多通接管掩埋在里面,外部看起来似整体成型,以确保自行车的强度。,台湾是世界上最大的自行车出口基地,然而到了80年代中期,台湾自行车工业由于其高科技含量低,失去了在国际市场上的竞争力。于是便开始着手研制碳纤维自行车。1985年,台湾最大的自行车厂商之一捷安特(Giant公司与台湾材料研究室(MRL共同开发碳纤维自行车,他们在不长的时间内取得了一系列科研成果,成功地开发了一种新颖的铝合金金属压注接头胶接碳纤维自行车构架。1988年,捷安特公司开始批量生产联合开发的碳纤维自行车构架,并组装整车上市,在岛内外自行车市场引起了极大的反响,获得了每年一百万辆的市场份额,这种高科技自行车的成功开发,使捷安特一举成为世界著名商标,捷安特自行车得以顺利地畅销美国、日本、澳大利亚和欧洲共同体国家,捷安特公司的碳纤维18X轻工业科技计划