CN101823537A - 自行车滑行机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一力矩传输自行车飞轮滑行机构，其包含一驱动体、一被驱动体以及于滑行时支承及间隔该驱动体及该被驱动体的滚动轴承构件。该滚动构件轴承为弹性可变形的，且当施加足够大的驱动力于至该驱动体时，其产生变形以允许该驱动体及该被驱动体间的相对移动，使得一体接触另一体。该相对移动微小，且负载是由一体直接由另一体承载，而无对于滚动构件轴承的破坏。只有于力矩传输时，该驱动体及该被驱动体由驱动负载高度承载。当滑行中，弹性的滚珠或滚动体弹性回复而支承该驱动体及该被驱动体呈正常轴承态样的间隔状态。弹性滚动轴承构件并不硬，故轴承滚道可直接形成于该驱动及被驱体中。

Description

自行车滑行机构

技术领域

本发明涉及一种自行车滑行(coasting)或飞轮(freewheel)机构，特别涉及轻量且低成本的滑行机构。

背景技术

自行车使用的滑行机构有时也称作飞轮机构，其交替连接及脱离踏板的驱动力及自行车的后轮。多年前，踏板和后轮直接连接，使得每当轮子转动时，踏板也跟着旋转。然而，后来发现值得包含一允许自行车“滑行”的机构，亦即使得轮子转动但踏板不转动。传统上的滑行机构可通过使用棘爪(pawl)和棘齿(ratchet teeth)达成，其由钢珠轴承以接近同轴对准的方式握持。轴衬(bushing)曾被试过以取代滚珠轴承但不甚成功，因为其同时需要自由转动及棘爪和棘齿的接近同轴对准以正确运行。钢滚动构件轴承允许滑行时自由转动，但必须支承于施加驱动力时遭遇到的高力量负载。当有污染及特别是有小空隙以维持同轴对准时，轴衬运行不良。防止污染的密封件可导入相当大的拖曳力，但不适当的密封件随着增加的磨损及拖曳力而造成污染。经过相当时间后，滚动构件钢珠轴承被接受为目前最佳的解决方案。钢珠轴承的缺点在于重量及成本，以及将轴承安装于可用空间的大小限制以符合广为采用的配合件的工业标准。

滑行机构仍有一自由转动的需求，如同钢珠轴承，不传送通过滚珠轴承施加驱动力所产生的高力负荷，相反地，当无自由转动需要时，滑行机构的作动如受驱动的轴衬系统直接传送负载。在维持耐用及可靠的前提下，仍希望滑行机构的成本及重量尽可能降低。显然，所需的机构相较于市场现今的替代物必须有较低的成本及较轻的重量。本发明揭示一滑行机构，其包含前述及其它的重要特征。

发明内容

本发明关于一自行车滑行机构或飞轮机构。该机构提供一驱动体与一被驱动体(特别是花毂本体，其支承一自行车轮)的驱动啮合。然而，当驱动体的转动速度小于被驱动体的转动速度时，该机构解除驱动体与被驱动体的啮合。自行车中的驱动体通常接收驱动力，且该驱动力通过踏板通过输入至该系统，或通过链条或甚至皮带传输至驱动体。当输入至该驱动体的驱动力使得驱动体尝试转动得较该转动中的被驱动体为快时，滑行机构的力矩传输系统啮合驱动体及被驱动体且将力矩由驱动体传输至被驱动体。当驱动体转动没有被驱动体快时，滑行机构的力矩传输系统解除驱动体与被驱动体的啮合，使得被驱动体可转动的比驱动体快。当驱动力施加于驱动体时，滑行系统允许将驱动力传输至车轮，且当驱动体不转动时，允许被驱动体转动；如此一来，当自行车滑行时，踏板无须转动。

根据本发明，驱动体和被驱动体由专门的滚珠轴承支承成同轴关系，使得驱动体的一接触面及被驱动体的一相邻接触面间形成一小间隙。有一棘齿及棘爪系统以将力矩由驱动体传输至被驱动体。当施加大于一相对小的驱动力于驱动体时，滚珠轴承开始变形，且当施加足够大的驱动力时，滚珠轴承有足够的变形，使得驱动体及被驱动体的接触面进行啮合，以支承驱动体及被驱动体呈近同轴关系。于滑行中，滚珠轴承回复为圆形，且通过滚动及允许驱动体及被驱动体间的低摩擦力相对转动而回复作为正常的滚珠轴承。当一足够大的驱动力施加于驱动体时，滚珠轴承再次弹性变形，使得驱动体及被驱动体的部分接触面再次彼此接触，以于力矩传输期间支承驱动体及被驱动体的相互关系。接触面间的间隙足够小，使得当施加足够大的驱动力时该滚珠仅有小部分的变形，而不致永久变形或破坏。因此，当移除驱动力负载时，其再次弹性回复成正常的滚珠轴承。当大于一相对小驱动力传输通过系统时，这些滚球的强度不足以抵抗变形。当传输一足够大的驱动力时，滚珠变形直到驱动体和被驱动体的部分接触面啮合时。轴承滚道可设计以利用滚球的低硬度及高弹性滚珠的性质。轴承滚道可直接加工于被驱动体及/或驱动体的轻量铝中，且仅需要一锥体或一栓塞以完成轴承的组合。当滚珠轴承变形时产生的同轴不对准并不传导至多个驱动棘爪的同时啮合。因此，机构使用一对宽棘爪，其交替性的地单一啮合。各单一棘爪的强度足够传输驱动力产生的力矩。因为没有分离的轴承座圈占据机构中的空间，棘爪可为很宽而有较高强度。棘齿可为粗糙，因为交替地啮合棘爪，使得机构运行如同拥有两倍的棘齿数目一般。此允许一接触面位于棘齿的顶端之间。而不导致如该粗糙棘齿所预期的于啮合位置之间的大角度间隙。

一较佳实施例中，驱动体为花毂体本体，如此一来，将包含轴承插槽以供自行车轮于车轴上的转动。花毂本体亦包含一接收轮辐的装置(例如凸缘)以支承轮圈，或其表面可被一碟轮锁紧。花毂本体一般可选用轻量且具延展性的材质，例如铝、镁或工程塑料。滑行机构的内轴承座圈是在花毂本体中直接加工，而滚珠轴承可于轴承滚道中滚动。而不破坏制作花榖本体的材质。棘爪插槽亦可形成于花榖体中，且和一接触面共同作为驱动体上的一接触面以处理高负载以及力矩传输。为求轻量化考虑，驱动体可为铝且其内可加工有滚珠滚道，或者考虑低成本或耐用性而采用传统的钢材。两种材料可均可行，且各有优缺点。外滑行机构轴承处理所有的侧负载且最后利用锥体，或于一其它实施例中的填充物槽式的轴承而完成。两棘爪于实作上尽可能做宽，不过仍然配合于轴承之间，且棘爪仍由插槽握持。两棘爪相隔180度，且以一弹性件作为枢轴而与棘齿以传统方式啮合。

该滑行机构专用的滚珠轴承可利用如塑料或橡胶的弹性材料制成。尼龙或氨基钾酸酯橡胶为适合的材料。若外滑行机构轴承最后由轮圈中有轴承滚道的锥体完成，该锥体最好是杯形。该锥体旋入该花榖的轴承插槽，而花榖轴承轻轻压入配合该锥体。根据一可替换实施例，外轴承座圈具有一填出物孔或槽，允许滑行机构的滚珠轴承插入。

驱动体的棘齿个数为奇数个，例如15或17个，且棘齿的齿尖有一接触面，在施加足够大的驱动力时，该接触面接触一花榖的相应接触面。对于奇数个棘齿及相隔180度的棘爪，该棘爪交替地啮合，亦即在力矩传输期间，只有一棘爪进行啮合。在施加足够大的驱动力于机构时，弹性的滚珠轴承将收缩，使得驱动体及被驱动体不再成同轴形式。也就是两者将轻微不对准，且接触面将彼此支承驱动体及被驱动体。在力矩传输期间，只有单一个棘爪完全啮合，另一个则不啮合。

附图说明

本发明将依照附图来说明，其中：

图1为包含本发明第一实施例的滑行机构的花毂的剖示图。

图2为本发明的于滑行模式的滑行机构的剖示图。

图3为包含本发明第二实施例的包含不同外轴承安排的滑行机构的花毂的剖示图。

图4为本发明的施加实质驱动力时的滑行机构的剖示图。

其中，附图标记说明如下：

10花毂                11驱动体

12被驱动体            13滚珠轴承

14间隙                15、16接触面

17棘齿                18棘爪

19点                  20点

21、22轴承滚道        23、24轴承滚道

25锥体                26孔或槽

27栓塞                28插槽

30插槽                31凸缘

32轴承                34轮轴

具体实施方式

参照图1，具有滑行机构的花毂10包含一驱动体11及一被驱动体12，其以同轴的关系设置，且以滚珠轴承13间隔，以供相对转动。当驱动力不通过该花毂10传输时或仅传送一较小的驱动力时，滚珠轴承13支承驱动体11及被驱动体12，使得被驱动体12的外接触面15及驱动体11的内接触面16间形成一小的周围间隙16。

参照图2，一力矩传输系统包含棘齿17及棘爪18。于一定的情况下，力矩传输系统用于传送力矩自驱动体11至被驱动体12。当驱动力施加于驱动体11时，两个棘爪18的一个或另一个将啮合于棘齿17中的一个，将力矩由驱动体11传送至被驱动体12。当施加足够大的驱动力时，滚珠轴承13将承受负载，且一些滚珠轴承13将被压缩。该滚珠13将失去其圆形而无法再作为滚珠轴承。在力矩传输时，驱动体11和被驱动体12间没有相对转动，故滚珠轴承13不能执行滚珠轴承的功用。一些滚珠轴承13的压缩将导致接触面15及16的一些部分互相接触。通过该接触，驱动体11及被驱动体12将相互支承，故驱动力负载将由一个传送至另一个。该轴承13仍将传送一些驱动力负载由驱动体11至被驱动体12，但对于较高的驱动力、驱动力负载主要通过接触面15及16传输。当驱动力不施加于滑行机构时，亦即滑行时或于施加相对小的驱动力时，滚珠轴承13回复至未变形前的形状，且于滑行时，滚珠轴承回复作为通过转动的正常滚珠轴承，且当支承驱动体11及被驱动体12处于同轴关系允许驱动体11及被驱动体12间的相对低摩擦转动。

当施加大于一相对小的驱动力于滑行机构时，滚珠轴承13(图1)开始弹性变形，因而失去驱动体11和被驱动体12间的同轴对准。当一足够大的驱动力施加于机构时，轴承13的弹性变形将达相当程度，如图4所示，接触面15和16间的周围间隙14将消失于某些点19，或增大于某些其它点20。间隙14(图1)消失之处，如标记19处(图4)，通过接触面15和16的接触，高力负载被自驱动体11承载及传送至被驱动体12。交替地或同时地，未啮合的棘爪18可用来传输驱动体11及被驱动体12间的一些驱动力负载。由图4可知，非啮合棘爪18位于驱动体11的接触面16及驱动体12上的棘爪口袋表面(未标号)。因此当轴承13变形时，一些驱动力负载或将通过如棘爪18的中介构件而传输于驱动体11和被驱动体12之间。接触面15和16间的间隙14(图1)足够小，使得部分的接触面15和16啮合前轴承13仅有相对小量的变形，以支承施加足够大的驱动力时的高力负载。因为在超过轴承13的弹性限前，负载传输至接触面15和16及通过接触面15和16传输，故轴承13的相对小的变形不致造成破坏。当施加的驱动力低于一相对小的阀值，轴承13再次弹性恢复成圆形且作为正常的滚珠轴承，以支承驱动体11及被驱动体12为分隔的同轴关系，而供于滑行时的相对转动。

滚珠13不够强或硬去支承及传输当实质驱动力施加于滑行机构时所见的相当大的负载。因此滚珠13不够硬而不需硬化滚珠轴承滚道。基此，花毂10中，外轴承滚道21及22及内轴承滚道23及24直接加工于材质为轻量的铝(或工程塑料或镁或其它材料)的驱动体11或被驱动体12。因此，只需一锥体25以完成驱动体11及被驱动体间的轴承组合。可替换地，如图3所示，于花毂10′中，滚珠13可通过一驱动体12中的径向延伸填充物孔或槽26而导入外轴承滚道中，且当滚道被填满时，孔或槽26接着可填入弹性栓塞27以完成轴承组合。

当施加实质驱动力时，机构中产生的同轴不对准并不传导至多个驱动棘爪的同时啮合。因此，机构较佳地使用相应适合于形成于被驱动体12中的宽插槽28(图1)的一对宽棘爪18(图2)。各单一棘爪18(图2及4)的强度足够传输力矩至被驱动体12。因为没有分离的轴承座圈占据驱动体11和被驱动体12间的精密空间，花毂10容置一棘爪18，棘爪18可为很宽而较有较高强度。棘齿17(图2)可为粗糙，且以奇数个棘齿为较佳。若两棘爪18相隔180度且棘齿17有奇数个，只有一个棘爪18或另一个棘爪18，而非两个棘爪，可于力矩传送时啮合一棘齿17。基此，使得花毂10的运行如同拥有两倍的棘齿数目一般。粗糙的棘齿17允许足够的空间供一接触面16设于棘齿17的顶端。一环形的弹簧(图未示)以传统方式弹性地驱动棘爪18与棘齿17啮合。

如图1所示的实施例，被驱动体12为花毂本体，其包含轮轴承插槽30(图1)及连接花毂10及轮圈(图未示)的装置，如凸缘31，其可用于接收轮辐(spoke)或连接至一碟轮(图未示)。轮轴承32容置于轴承插槽30以支承花毂于轮轴34。

如前述，驱动体11可为铝且具有于中直接加工的轴承滚道21及23(图1)以减轻重量。可替代地，其亦可用传统钢材制作而具较低成本及较大耐久性。任一种材料均为可用，且各有其优缺点。

滑行机构的轴承13(图1)有弹性而可利用塑料或橡胶制作，例如尼龙(Nylon)或氨基钾酸酯(urethane)橡胶。任意其它具有适合弹性变形范围的弹性材料可应用于花毂10。

以上详细讨论及描述了两个实施例，且所述实施例已显示于附图中，毫无疑问地，相关领域的人士可想到其它结合本发明的精神及范围的实施例。举例而言，滚动体可由其它特殊的滚珠替代。此外，棘爪及/或棘齿的数目可增减。又，被驱动体及花毂本体可整合，但将其分离时并不减损本发明的本质和目的。确实，熟悉本项技术的人士可作出种种不背离本发明所附权利要求书所定义的精神的修饰。

Claims (20)

1.一种自行车滑行机构，包含：

一驱动体，具有轴承座圈及一接触面；

一被驱动体，具有吻合的轴承座圈及一接触面；以及

弹性可变形的滚动轴承构件，设于该轴承座圈中，以于滑行时支承一位于该接触面间的间隙；

其中当对该机构施加一足够大的驱动力时，该轴承构件产生足够的收缩以封闭该间隙，使得驱动力负载主要通过该接触面传输；

其中当该驱动力移除时，该轴承构件弹性回复且无破坏，以于滑行时作为滚动构件轴承。

2.根据权利要求1所述的自行车滑行机构，其另包含一力矩传输系统，其允许当该驱动体的接触面及该被驱动体的接触面间有接触时所发生的轴向不对准。

3.根据权利要求1所述的自行车滑行机构，其中该被驱动体由轻量材质制成，且具有整体轴承座圈，所述轻量材质包含铝、镁或工程塑料，且其中该滚动构件轴承足具弹性以避免破坏形成该轴承座圈的该轻量材质。

4.根据权利要求3所述的自行车滑行机构，其中该被驱动体构成一自行车轮花毂本体。

5.根据权利要求2所述的自行车滑行机构，其中该力矩传输系统为一棘齿及棘爪系统，其中系统中的各棘爪自身足够强以传输驱动力矩负载。

6.根据权利要求5所述的自行车滑行机构，其中该力矩传输系统包含多个棘爪及多个棘齿，且其中在力矩传输期间只有单一个棘爪啮合一个棘齿。

7.根据权利要求6所述的自行车滑行机构，其中该棘齿为粗糙的，且其各齿尖有一区块构成所述接触面的其中之一。

8.根据权利要求1所述的自行车滑行机构，其中有内及外轴承座圈，且提供一孔或填充物槽，以此该滚动构件轴承可一开始放置于该外轴承座圈中。

9.根据权利要求1所述的自行车滑行机构，其另包含一位于该驱动体及被驱动体间的中介构件，以传输至少一些驱动力负载。

10.一种自行车滑行机构，包含：

一驱动体，包含轴承座圈及至少一接触面；

一被驱动体，包含与该驱动体的轴承座圈配合的轴承座圈以形成一轴承滚道，以及至少一接触面；以及

一力矩传输系统，当一驱动力施加于该驱动体而于该驱动体产生力矩时，用于传输该力矩至该被驱动体；以及

弹性可变形的滚动轴承构件，设于轴承滚道中；

其中当无驱动力或施加一很小的驱动力于该驱动体时，该轴承构件支承该驱动体及被驱动体成同轴关系或近同轴关系，且有一位于该驱动体的该至少一接触面及该被驱动体的该至少一接触面的间隙；以及

其中当施加一足够大的驱动力于该驱动体时，该轴承构件产生足够的弹性变形，使得该驱动体的至少一接触面啮合该被驱动体的至少一驱动面，该啮合支承相对的该驱动体及被驱动体，以及驱动力负载由该驱动体传输至该被驱动体。

11.根据权利要求10所述的自行车滑行机构，其中该力矩传输系统允许当该接触面间有接触时所发生的轴向不对准。

12.根据权利要求10所述的自行车滑行机构，其中该被驱动体由轻量材质制成，且具有整体轴承座圈，所述轻量材质包含铝、镁或工程塑料，且其中该滚动构件轴承足具弹性以避免破坏形成该轴承座圈的该轻量材质。

13.根据权利要求12所述的自行车滑行机构，其中该被驱动体构成一自行车轮花毂本体。

14.根据权利要求10所述的自行车滑行机构，其中该力矩传输系统为一棘齿及棘爪系统，其中系统中的各棘爪自身足够强以传输驱动力矩负载。

15.根据权利要求14所述的自行车滑行机构，其中该力矩传输系统包含多个棘爪及多个棘齿，且其中在力矩传输期间只有单一个棘爪啮合一个棘齿。

16.根据权利要求15所述的自行车滑行机构，其中该棘齿为粗糙的，且其各齿尖有一区块构成所述接触面的其中之一。

17.根据权利要求10所述的自行车滑行机构，其中有内及外轴承座圈，且提供一孔或填充物槽，以便该滚动构件轴承可一开始放置于该外轴承座圈中。

18.一种自行车滑行机构，包含：

一驱动体，具轴承座圈及至少一接触面；

一被驱动体，具配合的轴承座圈及至少一接触面；以及

弹性可变形的滚动轴承构件，设于轴承座圈中，以于滑行时支承位于该驱动体的接触面及被驱动体的接触面之间的至少一间隙；

其中当施加一足够大的驱动力于该驱动体时，该轴承构件产生足够的收缩以封闭该至少一间隙；

其中超过该足够大的驱动力产生的驱动力负载通过该驱动体的至少一接触面传输至该被驱动体的至少一驱动面；以及

其中当该驱动力负载移除时，该轴承构件弹性回复，以作为滚动轴承构件。

19.根据权利要求18所述的自行车滑行机构，其另包含一力矩传输系统，其允许当该驱动体的至少一接触面及该被驱动体的至少一接触面间有接触时所发生的轴向不对准。

20.根据权利要求18所述的自行车滑行机构，其另包含一位于该驱动体及被驱动体间的中介构件，以传输至少一些驱动力负载。

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