CN101204984B - 具有径向突出部的自行车曲柄轴 - Google Patents

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Abstract

一种自行车曲柄轴，包括：轴本体，具有第一和第二端部；多个第一花键，设置在轴本体的第一端部处；多个第二花键，设置在轴本体的第二端部处；以及突出部，从轴本体的第一端部径向向外延伸，其中突出部构造为贴靠着自行车曲柄臂的横向外表面以便防止自行车曲柄臂轴向向外移动。单独的突出构件安装在轴本体的第一端部上以便形成突出部。多个第一花键从轴本体的外周表面径向向外延伸以便接合自行车曲柄臂的花键表面，但是多个第二花键并不相对于轴本体的外周表面径向向外延伸。

Description

具有径向突出部的自行车曲柄轴 
相关申请的交叉引用 
本申请为共同未决的美国专利申请No.10/676,417的部分继续申请，美国专利申请No.10/676,417是美国专利申请No.10/095,262(现为美国专利No.6,755,095)的分案申请，美国专利申请No.10/095,262是美国专利申请No.10/002,256(现为美国专利No.6,988,427)的部分继续申请。 
技术领域
本发明涉及自行车，更具体而言，涉及用于自行车曲柄轴。 
背景技术
自行车底托架是自行车车架的圆柱形管状部分，用于将踏板组件可转动的安装在自行车上。踏板组件通常包括左右曲柄臂，每个曲柄臂具有连接在一端上的踏板。每个曲柄臂的另一端连接到延伸通过底托架的轴上。轴承组件在底托架的每侧上设置在轴和底托架之间以便可转动的支承着轴，并且一个或多个前链轮通常连接到右侧曲柄臂以便驱动自行车链条。 
发明内容
本发明涉及一种自行车曲柄轴，适于可转动地支承在自行车车架的底托架内以便支承自行车曲柄臂，其中该曲柄轴包括：轴本体，具有第一和第二端部；多个第一花键，设置在轴本体的第一端部处；多个第二花键，设置在轴本体的第二端部处；以及突出部，从轴本体的第一端部径向向外延伸，其中突出部构造为贴靠着自行车曲柄臂的横向外表面以便防止自行车曲柄臂轴向向外移动；其中多个第一花键从轴本体的外周表面径向向外延伸以便接合自行车曲柄臂的花键表面；以及其中多个第二花键并不相对于轴本体的外周表面径向向外延伸，其特征在于，单独的突出构件可拆开地安装在轴本体的第一端部上以便形成突出部，其中，轴本体的第一端部包括沿周向绕着第一端部延伸的沟槽，并且单独的突出构件设置在沟槽中；或者轴本体的第一端部包括延伸通过轴本体的相对的壁部分的直径方向上相对的开口，并且单独的突出构件包括延伸通过两个开口的销，以便形成径向突出的 第一和第二贴靠部分。 
通过阅读以下描述将会清楚其它发明特征，这些特征可以单独或与以上特征结合形成如权利要求及其等同内容所限定的其它发明的基础。 
附图说明
图1是包括根据本发明的曲柄组件的特定实施例的自行车的侧视图； 
图2是根据本发明的曲柄组件的特定实施例的后剖视图； 
图3是图2所示的曲柄组件的分解视图； 
图4是图2所示的曲柄组件的更详细的视图； 
图5是图4所示的衬套的另一个实施例的剖视图； 
图6是根据本发明的左侧曲柄臂的特定实施例的斜视图； 
图7是图6所示的曲柄臂的外侧视图； 
图8是轴螺栓和用于将轴螺栓安装到轴上的工具的特定实施例的斜视图； 
图9是图8所示的轴螺栓的侧视图； 
图10是图8所示的工具的侧视图； 
图11是位于曲柄轴的第一部分处的部件的另一实施例的详细视图； 
图12是沿着图11中的线XII-XII截取的视图； 
图13是位于曲柄轴的第一部分处的部件的又一实施例的详细视图；以及 
图14是沿着图13中的线XIII-XIII截取的视图。 
具体实施方式
图1是包括根据本发明的曲柄组件的特定实施例的自行车10的侧视图。自行车10可以是任何类型的自行车，并且在这个实施例中，自行车10包括一般的车架18，车架18包括顶管22、头管24、从头管24向下延伸的下管26、支承车座32并且从顶管22向下延伸的座管30、设置在下管26和座管30的连接处的底托架33(图3)、一对从顶管22向后向下延伸的座撑34、以及一对从底托架33向后延伸的链撑杆38。叉42可转动地支承在头管24内，并且前轮46可转动的支承在叉42的下端。把手50以公知的方式控制着叉42和前轮46的转动方向。具有多个同轴安装的后(飞轮)链轮56的后轮54可转动的支承在座撑34和链撑杆38的连接处，并且支承着多个前(链环)链轮62的踏板组件58可转动的支承在底托架33内。踏板组件58包括轴59、连接在轴59的右端的右侧曲柄臂60A、连接在轴59的左端的左侧曲柄臂60B、以及分别可转动的连接到曲柄臂60A和60B的端部的踏板61A和61B。一般的，两个或三个前链轮62与右侧曲柄臂60A 整体的同轴转动。链条66接合多个前链轮62之一和多个后链轮56之一。以公知的方式，根据来自骑手的变速命令，前拨链器70将链条66从一个前链轮62移动到另一个，并且后拨链器74将链条66从一个后链轮56移动到另一个。 
图2是根据本发明的底托架组件100的特定实施例的后剖视图，而图3是底托架组件100的分解图。如这些图中所示，底托架组件100包括底托架33；设置在底托架33内的防尘管104，其中防尘管104在其相对端部处具有环形凹槽108和112；分别配装在环形凹槽108和112内的O形环密封116和120；以及配装在底托架33和防尘管104的端部处的适配组件124A和124B。适配组件124A和124B部分用于将轴59横向定位在底托架33内，使得前链轮62适当地与后链轮56对齐。这种定位使得前和后拨链器70和74以令人满意的方式操作链条66。 
如图3和4中表示的更为清楚，在这个实施例中，适配组件124A包括适配构件130A、轴承环134A、轴承单元138A、密封环142A、密封防护装置146A、O形环150A、两个环形垫圈154A、以及如图2所示的配装在垫圈154A的外周表面周围的两个软的尿烷环形垫圈盖158A。类似的，如图3所示，适配组件124B包括适配构件130B、轴承环134B形式的衬套、轴承单元138B、密封环142B、密封防护装置146B、O形环150B、一个环形垫圈154B、以及配装在垫圈154B的外周表面周围的软的尿烷环形垫圈盖158B。垫圈154A和154B帮助设定轴59的横向位置，如图2中所示。在这个实施例中，在底托架组件100的右侧上具有两个垫圈154A，而在底托架组件100的左侧上只有一个垫圈154B。因此，轴59、曲柄臂60A和60B和链轮62相对于底托架33稍微偏移向右侧。 
适配组件124A和124B构造为相同的，除了垫圈的数量之外，而且它们以相同的方式操作，所以只详细讨论适配组件124A的部件的细节。如图4中看的更为清楚，适配构件130A包括具有螺纹外周表面166A和加厚内部170A的较小直径的管状部分162A、径向向外延伸的侧壁174A、以及具有内周表面182A和形成工具接合表面190A的外周表面186A的较大直径的部分178A。当适配组件124A处于组装状态时，较小直径部分162A的螺纹外周表面166A完全旋入底托架 33的螺纹内周表面194A(图3)，直到适配组件130A的侧壁174A贴靠着底托架33的侧边缘198A为止，如图2所示。因此，在这个实施例中，没有螺纹外周表面166A的暴露部分。 
轴承环134A包括管状部分200A和径向向外延伸的侧壁204A。当适配组件124A处于组装状态时，轴承环134A接触适配构件130A的较大直径部分178A的内周表面182A，并且侧壁204A贴靠着形成于内周表面182A上的贴靠部分208A。在这个实施例中，轴承环134A由非金属材料例如POM塑料形成。 
在这个实施例中，轴承单元138A是常规密封的轴承单元，包括内轴承座圈212A、外轴承座圈216A、设置在内轴承座圈212A和外轴承座圈216A之间的多个球轴承220A、以及环形侧盖224A。当适配组件124A处于组装状态时，外座圈216A接触轴承环134A。由于轴承环134A由非金属材料形成，由这两个部件之间的接触产生的吱吱声和其他不想要的噪音被最小化或者消除。当然，轴承环134A可以由适于应用或节约成本的任何材料形成。 
密封防护装置146A用作密封环142A和O形环150A的支承，它包括环形基座构件230A、内部管状构件234A和外部管状构件238A。在这个实施例中，密封防护装置146A由非金属材料例如POM塑料形成。内部管状构件234A从基座构件230A的径向内侧表面延伸，在这个实施例中，从基座构件230A的径向最内侧边缘242A延伸以便形成径向内周表面或内侧缘246A。当适配组件124A处于组装状态时，内侧缘246A接触并且支撑轴承单元138A的内轴承座圈212A。突起248A从内部管状构件234A的自由边缘249A径向向外延伸(在这个实施例中大约为0.1mm)，以便将轴承单元138A锁定在内部管状构件234A上的位置上。由于密封防护装置146A由非金属材料形成，由这两个部件之间的接触产生的吱吱声和其他不想要的噪音被最小化或者消除。当然，密封防护装置146A可以由适于应用或节约成本的任何材料形成。 
外部管状构件238A从基座构件230A的径向外侧表面延伸，在这个实施例中，与基座构件230A的径向最外侧边缘250A间隔开，以便形成径向外周表面或外侧缘254A。当适配组件124A处于组装状态时，外侧缘254A接触并且支撑密封环142A和轴承单元138A的外轴承座 圈216A。因此，轴承单元138A夹在内侧缘246A和外侧缘254A之间。尽管在这个实施例中内部管状构件234A和外部管状构件238A从基座构件230A的同一侧延伸，但是它们不是必须这样。 
在这个实施例中，密封环142A用作外部密封，它是大致L形的环构件，具有基座部分258A和与基座部分258A形成锐角的径向向外延伸的唇部262A。基座部分258A接触外侧缘254A并且由外侧缘支承，唇部262A接触适配构件130A的内周表面128A。当然，密封环142A可以采取很多不同的形式，并且不需要在这些部件之间具有直接的接触。O形环150A用作内部密封，并且它设置在与内部管状构件234A相对的基座构件230A的径向内边缘242A处。当适配组件124A处于组装状态时，O形环150A接触轴59。相比于现有技术的密封结构，密封环142A和O形环150A组合起来更有利地阻止了污染物进入包含轴承单元138A的空间。 
图5是表示如图4所示的轴承环134A的另一个实施例的轴承环134A’的详细剖视图。相比于轴承环134A，轴承环134A’包括管状部分200A’和径向向外延伸的侧壁204A’。然而，在这个实施例中，中心定位的衬套突起260A从管状部分200A’径向向内延伸，以便在适配组件124A处于组装状态时接触外轴承座圈216A。如果轴承单元138A由于某种原因倾斜，如图5中的虚线所示，例如如果底托架33由于制造缺陷或者碰撞而弯曲，那么衬套突起260A就适应这种倾斜。尽管在这个实施例中衬套突起260A具有梯形形状，但是它也可以具有球形或者其他形状以实现相同的功能。 
如图3所示，右侧曲柄臂60A包括曲柄臂本体300；轴安装中心体304，具有带花键内周表面312的轴安装开口308；踏板安装中心体316，具有带螺纹内周表面324的踏板安装开口320；以及四个链轮安装臂328，从轴安装中心体304径向向外延伸。在这个实施例中，每个链轮安装臂328具有三个链轮安装开口328A、328B和328C，用于安装三个前链轮。 
如图6和7所示，左侧曲柄臂60B包括曲柄臂本体330；轴安装中心体331，具有带花键内周表面333的轴安装开口332；踏板安装中心体334，具有带螺纹内周表面336的踏板安装开口335。在这个实施例中，轴安装中心体331包括第一安装耳337，第一安装耳337 与第二安装耳338间隔开但是很接近。第一安装耳337包括无螺纹的紧固件开口339和螺纹紧固件开口340，而第二安装耳338包括无螺纹的紧固件开口341和螺纹紧固件开口342。具有螺纹杆部(未示出)和头部345的曲柄臂螺栓343延伸通过第一安装耳337中的无螺纹的紧固件开口339，并且旋入到第二安装耳338中的螺纹开口342中，使得头部345贴靠着第一安装耳337。类似的，具有螺纹杆部(未示出)和头部348的曲柄臂螺栓346延伸通过第二安装耳338中的无螺纹的紧固件开口341，并且旋入到第一安装耳337中的螺纹开口340中，使得头部348贴靠着第二安装耳338。曲柄臂螺栓343和346因此朝着彼此紧固第一安装耳337和第二安装耳338，以便将轴安装中心体331绕着轴59夹紧，如下所述。 
轴59具有包括第一端部350和第二端部354的轴本体348。第一端部350具有多个周向设置的花键358，花键358相对于轴本体348的外周表面362径向向外突出，以便接合曲柄臂60A的轴安装中心体308的花键内周表面312，如图2所示。采用凸缘366形式的径向向外延伸的突出部设置在端部350的极端处，以便贴靠着曲柄臂60A的轴安装中心体308的横向外表面。轴59的第二端部354具有螺纹内周表面368(图2)和多个周向设置的花键370以便接合曲柄臂60B的轴安装中心体331的花键内周表面333。在这个实施例中，花键370并不相对于轴本体348的外周表面362径向向外延伸。而是，在这个实施例中，花键370与轴本体348的外周表面362平齐。在其他的实施例中，花键370可以设置在外周表面362的径向内侧，一些花键370可以与轴本体348的外周表面362平齐，而另外的花键设置在外周表面362的径向内侧，以及许多其他的结构。第二端部354和轴本体348因此能够自由的通过曲柄臂60A的曲柄轴安装中心体304中的开口308，并且通过防尘管104和适配组件124A和124B，使得轴59的第二端部354延伸到曲柄臂60B的曲柄轴安装中心体331中的开口332，并且凸缘366贴靠着曲柄臂60A的安装中心体304。 
轴螺栓380旋入轴59的第二端部354的螺纹内周表面368。如图2、3、8、9所示，轴螺栓380包括螺栓本体384，其具有螺纹外周表面388和限定开口396的内周表面392。多个(例如八个)花键400周向设置在螺栓本体384的端部402的内周表面392上，具有滚花的 外周表面408的凸缘404从螺栓本体384的端部402径向向外延伸。在这个实施例中，每个花键400包括邻近沟槽416的弓形突出部412。 
图8和10中所示的工具450被提供用于将轴螺栓380旋入轴59的第二端部354的螺纹内周表面368。工具450包括工具本体454和工具操作构件460。工具本体454包括花键部分458和设置在花键部分458和工具操作构件460之间的台阶部分459，其中台阶部分459从花键部分458径向向外延伸。花键部分458包括多个(例如八个)周向设置的花键，每个包括邻近于花键沟槽462径向向外延伸的花键突出部461。工具操作构件460从工具本体454的台阶部分459径向向外延伸。在这个实施例中，工具操作构件460具有盘形，而工具本体454从工具操作构件460的侧表面470延伸。具有滚花外周表面478的抓持轮缘474设置在工具操作构件460的径向最外部分处，使得抓持轮缘474从工具操作构件460的侧表面479横向延伸。 
为了把轴59组装到底托架33上，防尘管104、O形环密封116和120以及适配组件124A和124B被安装到底托架33上。轴59通过曲柄臂60A的曲柄轴安装中心体304中的开口308，并且通过防尘管104和适配组件124A和124B，使得轴59的第二端部354延伸到曲柄臂60B的曲柄轴安装中心体331中的开口332，并且凸缘366贴靠着曲柄臂60A的曲柄轴安装中心体304。然后使用工具450，通过使工具450的花键部分458与轴螺栓380的花键400接合并且通过抓持和转动抓持轮缘474，直到所需量的游隙存在于曲柄臂60A和60B以及垫圈154A和154B之间为止，轴螺栓380旋入轴59的螺纹内周表面368。此后，螺栓343和346被张紧，同时曲柄臂60B的轴安装中心体331贴靠着轴螺栓380的凸缘404，以便设定曲柄臂60B的最终位置，由此设置曲柄臂60A和60B以及垫圈154A和154B之间的游隙。 
尽管以上是发明特征的各种实施例的说明，但是可以采用进一步的改型而不脱离本发明的精神和范围。例如，尽管突出部366在上述实施例中与轴本体348形成为一个整体，但是许多其他的构形也是可能的。图11和12是位于曲柄轴59A的第一端部350A处的部件的替换实施例的细节图。在这个实施例中，单独的突出构件500安装在第一端部350A上，以便贴靠着曲柄臂60A’的横向外表面，从而防止曲柄臂60A’轴向向外移动。更具体地说，第一端部350A包括沿周向绕着第一端部350A延伸并且位置直接邻近第一花键358。因此，突出构件500可以具有C形夹的形式，它首先位于沟槽504中，如图12所示。如图11所示，曲柄臂60A’的轴安装开口308A优选地构制成具有台阶内周表面312A，使得第一端部350A和突出构件500定位在轴安装开口308A中。另一种方案是，曲柄臂60A’的轴安装开口308A可以构制成具有无台阶的内周表面312A。在这种情况下，突出构件500将从曲柄臂60A’的轴安装开口308A轴向向外定位。 
图13和14是位于曲柄轴59B的第一端部350B处的部件的替换实施例的细节图。在这个实施例中，单独的突出构件510安装在第一端部350B上，以便贴靠着曲柄臂60A”的横向外表面，从而防止曲柄臂60A”轴向向外移动。更具体地说，在这个实施例中，第一端部350B包括延伸通过轴本体348的相对的壁部分348A和348B的直径方向相对的开口514A和514B(图14)。因此，突出构件510可以具有延伸通过两个开口514A和514B的销的形式。销可以形成径向突出的第一和第二贴靠部分。在一些实施例中，销可以延伸通过开口514A或514B中的一个。如图13所示，曲柄臂60A”的轴安装开口308B优选地构制成具有台阶内周表面312B，使得第一端部350B和突出构件510定位在轴安装开口308B中。销510可以压配合或者松配合在开口514A和/或514B中。另一种方案是，曲柄臂60A”的轴安装开口308B可以构制成具有无台阶的内周表面312B。在这种情况下，销510将从曲柄臂60A”的轴安装开口308B轴向向外定位并且通常将压配合在开口514A和/或514B中。 
当然，在一些实施例中，单独的突出构件可以通过粘合、钎焊或某种其他方法连接到第一端部350。另一种方案是，选定形状和/或尺寸的一个或多个突出部可以与第一端部350形成为整体，或者利用各种方法连接。花键不需要相对于彼此均匀隔开。各种部件的尺寸、形状、位置和定向可以根据需要变化。如图所示直接连接或相互接触的组件可以在其间置有中间结构。单独的元件可以组合，反之亦然。一个元件的功能可以由两个执行，反之亦然。一个元件的功能可以由另一个执行，并且各个元件的功能可互换。一个实施例的结构和功能可以在另一个实施例中采用。并不要求在一个特定实施例中同时显示所有优点。独特于现有技术的每一个特征，不管是单独或与其它特征组 合出现，包括这些特征所体现的结构和/或功能概念，都应当被本申请人视为对更多发明的独立描述。因此，本发明的范围不应被所公开的特定结构及对特定机构或特征的最初专注表达内容所限制。

Claims (8)

1.一种自行车曲柄轴(59，59A，59B)，适于可转动地支承在自行车车架(18)的底托架(33)内以便支承自行车曲柄臂(60，60A’，60A”)，其中该曲柄轴包括：
轴本体(348)，具有第一端部(350)和第二端部(354)；
多个第一花键(358)，设置在轴本体(348)的第一端部(350)处；
多个第二花键(370)，设置在轴本体(348)的第二端部(354)处；以及
突出部，从轴本体(348)的第一端部(350)径向向外延伸，其中突出部(366)构造为贴靠着自行车曲柄臂(60，60A’，60A”)的横向外表面以便防止自行车曲柄臂(60，60A’，60A”)轴向向外移动；
其中多个第一花键(358)从轴本体(348)的外周表面径向向外延伸以便接合自行车曲柄臂(60A’，60A”)的花键表面；以及
其中多个第二花键(370)并不相对于轴本体(348)的外周表面径向向外延伸，其特征在于，单独的突出构件(500，510)可拆开地安装在轴本体(348)的第一端部(350)上以便形成突出部，
其中，轴本体(348)的第一端部(350)包括沿周向绕着第一端部(350)延伸的沟槽(504)，并且单独的突出构件(500)设置在沟槽(504)中；或者
轴本体(348)的第一端部(350)包括延伸通过轴本体(348)的相对的壁部分(348A、348B)的直径方向上相对的开口(514A，514B)，并且单独的突出构件(510)包括延伸通过两个开口(514A，514B)的销，以便形成径向突出的第一和第二贴靠部分。
2.根据权利要求1所述的曲柄轴，其中多个第一花键(358)设置在突出部的轴向内侧。
3.根据权利要求2所述的曲柄轴，其中多个第一花键(358)定位成靠近突出部。
4.根据权利要求3所述的曲柄轴，其中多个第一花键(358)定位成直接邻近于突出部。
5.根据权利要求1所述的曲柄轴，轴本体的第二端部(354)包括螺纹开口。
6.根据权利要求1所述的曲柄轴，其中多个第二花键(370)并不从位于多个第二花键(370)轴向内侧的轴本体(348)的外周表面径向向外延伸。
7.根据权利要求1所述的曲柄轴，其中突出部沿着轴本体(348)在周向上延伸。
8.根据权利要求1所述的曲柄轴，其中突出构件(500)包括C形夹。
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