CN106457892B - 用于自行车的后轮轴及自行车架和后轮 - Google Patents

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Abstract

用于自行车的后轮轴及自行车架和后轮。一种用于自行车的后轮轴1，包括中空的轮轴3以及穿插于该轮轴的轴杆5，并且所述后轮轴包括转矩支撑装置，用以在自行车架的车叉勾爪101、103上支撑施加于轮轴上的转矩。所述转矩支撑装置由轴杆5外侧的第一部分7A和轮轴3内侧的一部分7B构成，这些部分共同形成第一形锁连接部7；并且所述转矩支撑装置还由轴杆5外侧的第二部分9A构成，其与沿旋转方向相对于一个所述车叉勾爪101被固定的插入件105中所设置的另一通孔106的围壁9B一起形成第二形锁连接部9。轴杆5外侧的第一部分7A和第二部分9A沿轴杆的旋转方向相对于彼此固定。

Description

用于自行车的后轮轴及自行车架和后轮
技术领域
本发明涉及一种用于自行车的后轮轴，所述后轮轴包括中空的轮轴以及插入该轮轴的轴杆(axle shaft)，该后轮轴设有转矩支撑装置以便在自行车架的车叉勾爪(dropout)上支撑施加于轮轴上的转矩。
背景技术
从EP-A-0 890 505已知一种包括后轮轴的后轮。根据这种已知的后轮，链轮架(sprocket carrier)和连接到链轮架的轮毂通过轴承安装在后轮轴上。装设有这种已知的后轮的自行车的后轮能够被以快速方式更换，因为仅需要将轴杆从中空的轮轴移除。后轮轴与自行车架之间的连接部形成上述转矩支撑装置。根据这种已知的后轮轴，转矩支撑是借助后轮轴与车架的车叉勾爪之间基于摩擦的摩擦锁定连接部来实现。当在链轮架与这种已知的后轮中的轮毂之间施加驱动作用时，要在自行车架上支撑大的转矩。后轮轴与自行车架之间的上述摩擦锁定连接部将不能满足这种目的。
发明内容
本发明的目的是提供一种在起始段落中限定的那种类型的后轮轴，其中当在自行车中使用该后轮轴时，能够在自行车架上支撑(与使用已知的后轮轴的情况相比)更大的转矩，后轮轴必须在能相对于轮轴旋转的链轮与通过轴承安装在后轮上的轮毂之间提供驱动，且不用花费较长的时间为装设有该类型的后轮轴的自行车更换后轮。为此目的，根据本发明的后轮轴的特征在于，转矩支撑装置由轴杆外侧的第一部分和轮轴的内侧的一部分构成，这些部分共同形成第一形锁连接部(form locked connection，形状锁定连接部)；并且转矩支撑装置还由轴杆的外侧的第二部分构成，该第二部分与自行车架的车叉勾爪中的通孔的围壁、或者与沿旋转方向相对于车叉勾爪被固定的插入件中所具有的另一通孔的围壁一起形成第二形锁连接部，其中轴杆的外侧的第一部分和第二部分沿轴杆的旋转方向相对于彼此固定。当将根据本发明的后轮轴应用到自行车时，在后轮轴与自行车架之间可获得一形锁连接部，通过该形锁连接部能够支撑(与使用已知的后轮的情况相比)更大的转矩。当更换装设有根据本发明的后轮轴的自行车的后轮时，仍然仅需将轴杆从中空的轮轴移除，其后能够将后轮从自行车的后叉部直接拆下，从而能够以与设有已知后轮的自行车同样迅速的方式实现车轮更换。
根据本发明的后轮轴的实施例，其特征在于，轴杆包括销以及能绕销自由旋转的衬套，这些形锁连接部的第一部分和第二部分由衬套构成。这种构造的优点在于，销能够旋转以被固定到自行车架(例如借助螺纹连接或卡扣连接)，但在安装轴杆时，衬套在旋转方向上能够相对于轮轴保持静止。
根据本发明的后轮轴的另一实施例，其特征在于，第一形锁连接和第二形锁连接由花键构成，在第一形锁连接部中，所述轮轴的内侧的部分设有第一数量的第一花键，所述第一花键设置为优选地均匀分布在周缘上，而轴杆的外侧的第一部分设有第二数量的第二花键，所述第二花键设置为优选地均匀分布在周缘上，且每个第二花键均位于两个相邻的第一花键之间，其中第一数量是第二数量的倍数；而在第二形锁连接部中，所述围壁设有第三数量的第三花键，所述第三花键设置为优选地均匀分布在周缘上且与第一花键相同，其中第二数量等于第三数量或是第三数量的倍数；以及轴杆的外侧的第二部分设有至少一个(单个)第四花键，其比第三花键更宽和更短并且沿切线方向填充两个相邻的第三花键之间的间隙。
这种构造使得在插入轴杆时，能够使中空的轮轴不需要相对于自行车架中的通孔对齐或者相对于插入件中的另一通孔对齐。首先将轴杆以所述第一部分插入到自行车架中的通孔或者插入件中的另一通孔内，并且在此位置可自由旋转一有限角度。随后，将轴杆相对于第一花键对齐并以第一部分插入中空的轮轴，直到第四花键接触第三花键。随后，旋转轴杆，直到第三花键和第四花键对齐并且轴杆可被进一步插入和张紧。
根据本发明的后轮轴的另一实施例的特征在于，第四花键在面向第二花键的端部处被倒边，使得当衬套沿轴向移动时使衬套旋转，因为倒边接触第一花键并且第三和第四花键相对于彼此呈现恰当的状态，以使衬套能被进一步插入。
优选地，第二形锁连接部包括：第四数量的第四花键，其设置为优选地均匀分布在周缘上，其中该第四数量等于第三数量。
另外，根据本发明的后轮轴的另一实施例的特征在于，所述轴杆在一侧上设有连接装置、更具体而言是螺纹，而在另一侧上设有张紧机构，该张紧机构用于使轮轴夹紧在自行车架的车叉勾爪之间。这种构造的优点在于，可用一只手以限定的预张力将轴杆装设到自行车架。
本发明同样涉及一种用于自行车的后轮，该后轮包括根据本发明的后轮轴以及设有驱动器本体及转矩装置的传动装置，所述传动装置包括至少一个驱动装置，驱动器本体经由此驱动装置连接到转矩装置，所述后轮还包括轮毂，该轮毂通过轴承安装在轮轴上并且包括另一转矩装置，所述另一转矩装置与所述转矩装置一起形成第三形锁连接部。所述转矩装置优选地由设有外花键的衬套构成，而所述另一转矩装置优选地由轮毂内壁的设有内花键的部分构成。形状锁定转矩装置的优点在于，它们能够在有限空间中传递很高的转矩。
优选地，驱动装置包括：行星齿轮组，包含三个旋转构件，其中第一旋转构件连接到驱动器本体，第二旋转构件连接到转矩装置，而第三旋转构件连接到轮轴。
而且，本发明涉及一种自行车架，其包括后叉部，所述后叉部具有用于与根据本发明的后轮轴配合操作的两个车叉勾爪，这两个车叉勾爪分别设有通孔，轴杆可插入所述通孔，所述自行车架包括支撑元件，该支撑元件设有能供该轴杆插入的另一通孔，其中该另一(通)孔的围壁与轴杆外侧的第二部分一起形成第二形锁连接部，可通过可释放或不可释放的连接到车架的一个所述车叉勾爪，使所述支撑元件相对另一孔的轴线的旋转被锁定。对于这种操作来说，当后轮被更换时支撑元件能够继续被固定连接到后叉部。
根据本发明的自行车架的实施例的特征在于，支撑元件由插入件构成，所述插入件设于一个所述车叉勾爪的通孔中并且以形锁的方式被连接到车叉勾爪。该插入件能够被不可见地隐藏在车叉勾爪中。
根据本发明的自行车架的另一实施例的特征在于，支撑元件设有转矩支撑臂，该转矩支撑臂抵靠车叉勾爪。该支撑元件可用于多种不同车架的后叉部。
本发明还涉及一种包括根据本发明的自行车架和后轮的自行车。
附图说明
以下将参照附图中所示的根据本发明的自行车的后轮轴以及安装到后轮轴的轮毂和传动装置的实施例的示例来进一步详细描述本发明，在附图中：
图1示出设于自行车的自行车架的车叉勾爪之间的后踵部(rear heel，后驱动部)的一部分；
图2示出安装在车叉勾爪中的后轮的后轮轴；
图3示出设于车叉勾爪之间的后轮轴的单独的轮轴的剖视图；
图4示出取出了轮轴的自行车架的车叉勾爪；
图5示出后轮轴的单独的轴杆；
图6示出具有插入件的图4所示的车叉勾爪；
图7示出包括转矩支撑臂的插入件连同轮轴和轴杆的活动衬套；
图8示出轴杆的衬套的细节图；以及
图9示出轴杆的衬套的优选实施例。
具体实施方式
图1示出根据本发明的后轮21的一部分的剖视图，该后轮设于自行车的自行车架的车叉勾爪101与103之间。后轮21包括后轮轴1以及设于其上的传动装置23和轮毂201，轮毂201的一端部通过轴承209而以轴承方式安装到轮轴，其另一端部联接到传动装置23。
后轮轴1包括中空的轮轴3，轮轴3的一端设有内花键以便构成与自行车架的后叉部的一个车叉勾爪101的形锁连接部。通过该形锁连接部，该轮轴能够支撑转矩，该转矩是传动装置的驱动器本体25与轮毂201之间的驱动装置的反作用转矩。轮毂201具有两个轮辐凸缘(spoke frange)203和205，后轮的轮辐(未示出)被固定到这些轮毂凸缘。其上装设链轮的链轮架(未示出)可被安装在传动装置23的驱动器本体25上。
传动装置23包括位于驱动器本体25与轮毂201之间的两个可切换的驱动装置，从而在曲柄轴上仅具有一单个链轮就足够了，由此可省略自行车的前变速器(frontderailleur)。借助形锁连接部208，传动装置23由联接到轮毂201的花键构成。这些花键包括设于轮毂中的内花键207以及位于该传动装置的输出转矩衬套28上的外花键27。传动装置23与中空的轮轴3(该传动装置安装于其上)一起形成一个单元，该单元作为整体而言可被部分地插入到轮毂201，并可与轮毂(以及后轮的其余部分，轮毂形成其一部分)一起被插置在自行车架的后叉部的车叉勾爪101与车叉勾爪103之间并且可从此处被移除。
传动装置23的两个可切换的驱动装置由具有三个旋转构件的行星齿轮组29构成，其中第一旋转构件由连接到驱动器本体25的内齿圈31构成，第二旋转构件由行星齿轮支撑部33构成，数个行星齿轮通过轴承安装在行星齿轮支撑部33上。借助第一联接部，行星齿轮支撑部33可被联接到装有内齿圈31的驱动器本体25并且可从驱动器本体25脱离。第三旋转构件由联接到轮轴3的太阳轮35构成。借助第二联接部，太阳轮可被联接到中空轮轴3并且可从中空轮轴3脱离。行星齿轮支撑部33被连接到由设有外花键27的转矩衬套28构成的转矩装置。
图2为了清楚的目的而示出了固定在自行车的后叉部的车叉勾爪101与车叉勾爪103之间的后轮轴1的剖视图，图3示出了位于这些车叉勾爪之间的后轮轴的单独的轮轴。后轮轴1包括中空的轮轴3和插设在其中的轴杆5。后轮轴设有转矩支撑装置，用以在自行车架上支撑施加于轮轴上的转矩。
这些转矩支撑装置由轴杆5外侧的第一部分7A和轮轴3内侧的部分7B构成，这些部分共同形成第一形锁连接部7；并且这些转矩支撑装置还由轴杆5外侧的第二部分9A构成，该第二部分与沿旋转方向相对于左手车叉勾爪101固定的插入件105中所设有的通孔106的围壁9B共同形成第二形锁连接部9。轴杆5包括销11和能绕销11自由旋转的衬套13，其中形锁连接部7、9的第一和第二部分7A、9A由衬套13形成。
销11与能绕销11自由旋转的衬套13一起形成轴杆5，见图5。销11包括实心部分和中空部分，两者借助螺纹接头连接在一起。该轴杆设有用于使轮轴3夹置在车叉勾爪101和103之间的快速释放机构。该快速释放机构由杠杆19构成，杠杆19偏心地连接到轴17(该轴安装到销11的端部)。
销11的自由端设有外螺纹15，其被旋入右手侧车叉勾爪103并位于插入件107中，插入件107设置在孔111中并设有内螺纹115。销11在设有内螺纹15的端部处设有两个第一电接触部23，这两个第一电接触部优选在销的前端中相对于彼此径向定位。右手侧车叉勾爪103设有两个第二电接触部117，见图4，这两个第二电接触部117被连接到插入件107并且可在轴杆5的销11的自由端与上述两个第一电接触部23接触(在已安装了第一电接触部时)。销11还设有两个第三电接触部，这两个第三电接触部优选地沿轴向并排部置并且从销的外侧可及。第三电接触部在该销中直接连接到第一电接触部。轮轴3容纳两个第四电接触部，在已安装了轴杆时这两个第四电接触部可与两个第三电接触部接触。其优点在于，当轴杆被安装时，还可在插入件107与轮轴3之间产生电接触。这种电接触可用于操作例如安装在轮轴上的电致动器。这种电接触设于轮轴内，从而避免了水和灰尘(的影响)。
图6以例证方式示出了车叉勾爪101和车叉勾爪103的立体图。车叉勾爪101中的通孔109容纳插入件105，该插入件105设有上述具有内花键的另一通孔106。这个插入件105具有转矩支撑臂113，该转矩支撑臂沿旋转方向121抵靠车叉勾爪101，从而使该臂被防旋转锁定且因此能够支撑转矩。容纳在车叉勾爪103的通孔111中的插入件107设有具有内螺纹的通孔115。
图7示出插入件105的立体图，该插入件105包括与轮轴3和轴杆的衬套13一起的转矩支撑臂113。轮轴3内侧上的部分7B设有花键，插入件105中的通孔106的围壁9B也设有花键。衬套13设有外花键，其与内花键一起形成两个形锁连接部。图8单独地示出了衬套13。上述部分7A和9A形成了衬套的大体整个长度上延伸的多个花键部分。为了将衬套13插入到插入件105和中空的轮轴3，轮轴相对于插入件应处于如下位置：在该位置中，插入件中的轮轴的花键成一直线。
下文中描述了这样一种构造，在该构造中对于轮轴而言无需沿切线方向相对于插入件被定位以便使衬套仍然插入其中。图9示出这种构造的衬套13’。在这种构造中，第一形锁连接部7的轮轴内侧的部分7B设有数个第一花键T1，这些第一花键均匀分布在周缘上；而轴杆5外侧的第一部分7A设有第二数量的第二花键T2，这些第二花键也均匀分布在周缘上，且每个第二花键均处于两个相邻第一花键T1之间。在这种情况下，第一数量是第二数量的倍数(多倍)；在附图所示的构造中，这个倍数等于2。
而且，在第二形锁连接部9的这种构造中，所述围壁9B设有第三数量的第三花键T3，这些第三花键也均匀分布在周缘上且与第一花键T1相同。这里，第二数量等于第三数量或者是第三数量的倍数(多倍)。在这个示例中，第二数量等于第三数量，这不同于图7中所示的情况。这种构造中的围壁9B具有所示花键数量的一半。轴杆5外侧的第二部分9A设有：至少一个(单个)第四花键T4，其比第三花键T3更宽和更短并且沿切线方向填充两个相邻的第三花键之间的间隙。
这个构造使得在插入衬套13’时，能够使中空的轮轴3不需要沿切线方向相对于插入件105中的通孔106对齐。首先将衬套13’以其所述第一部分7A插入到插入件内的通孔106中并且在此位置可自由旋转一有限角度。随后，将衬套13’相对于第一花键T1对齐并以第一部分7A插入中空的轮轴3，直到第四花键T4接触第三花键T3。接着，旋转衬套13’，直到第三花键和第四花键对齐且衬套可被进一步插入。通过将第四花键倒边，在将轴杆旋入的同时还可实现第三花键和第四花键的对齐，衬套13’随即沿轴向移动，并且一部分倒边部接触第一花键并随着进一步轴向运动而旋转，并且这样做同时还使中空轮轴旋转，直到第三花键与第一花键成一直线并且衬套能够被进一步插入。
衬套13’的第二部分还可以设有均匀分布在周缘上的第四数量的第四花键，而非单个第四花键T4，。在此情况下，第四数量等于第三数量。
虽然在上文中已经参考附图说明了本发明，但应指出的是，本发明不以任何方式或手段局限于附图所示的实施例。本发明还扩展至由权利要求所限定范围内的、附图中所示实施例之外的任何实施例。例如，除转矩支撑臂之外，在左手车叉勾爪的通孔中也可以具有插入件，该插入件以形锁方式位于通孔的围壁与车叉勾爪之间。

Claims (13)

1.一种用于自行车的后轮轴(1)，包括中空的轮轴(3)以及插置于所述中空轮轴的轴杆(5)，所述后轮轴设有转矩支撑装置，所述转矩支撑装置用于在自行车架的车叉勾爪上支撑施加于所述轮轴上的转矩，其特征在于，所述转矩支撑装置由所述轴杆(5)的外侧的第一部分(7A)和所述轮轴(3)的内侧的一部分(7B)构成，所述部分共同形成第一形锁连接部(7)；并且所述转矩支撑装置还由所述轴杆(5)的外侧的第二部分(9A)构成，所述第二部分与所述自行车架的车叉勾爪中的通孔(109)的围壁(9B)、或者与沿旋转方向相对于所述车叉勾爪被固定的插入件(105)中所具有的另一通孔(106)的围壁一起形成第二形锁连接部(9)，其中所述轴杆(5)的外侧的第一部分(7A)和第二部分(9A)沿所述轴杆的旋转方向相对于彼此固定。
2.根据权利要求1所述的后轮轴(1)，其特征在于，所述轴杆(5)包括销(11)以及能绕所述销自由旋转的衬套(13)，其中所述第一形锁连接部(7)的第一部分(7A)和所述第二形锁连接部(9)的第二部分(9A)由所述衬套(13)构成。
3.根据权利要求1或2所述的后轮轴(1)，其特征在于，所述第一形锁连接部(7)和第二形锁连接部(9)由花键构成，在所述第一形锁连接部(7)中，所述轮轴(3)的内侧的所述部分(7B)设有第一数量的第一花键(T1)，所述第一花键分布在周缘上，而所述轴杆(5)的外侧的第一部分(7A)或所述轴杆的衬套(13’)设有第二数量的第二花键(T2)，所述第二花键也分布在周缘上且每个第二花键均位于两个相邻的第一花键(T1)之间，其中所述第一数量等于所述第二数量或者是所述第二数量的多倍；而在所述第二形锁连接部(9)中，所述围壁(9B)设有第三数量的第三花键(T3)，所述第三花键也设置为分布在周缘上，其中所述第二数量是第三数量的多倍；以及所述轴杆(5)的外侧的第二部分(9A)设有至少一个第四花键(T4)，所述第四花键比所述第三花键(T3)更宽和更短，且所述第四花键沿切线方向填充两个相邻的第三花键之间的间隙。
4.根据权利要求3所述的后轮轴(1)，其特征在于，所述第四花键在其面向所述第二花键的端部处被倒边。
5.根据权利要求3所述的后轮轴(1)，其特征在于，所述第二形锁连接部(9)包括：第四数量的第四花键(T4)，其分布在周缘上，其中所述第四数量等于所述第三数量。
6.根据权利要求3所述的后轮轴(1)，其特征在于，在所述轴杆(5)的一侧上设有连接装置(15)，而在所述轴杆的另一侧上设有张紧机构(17，19)，所述张紧机构用于使所述轮轴(3)夹紧在所述自行车架的车叉勾爪之间。
7.根据权利要求6所述的后轮轴(1)，其特征在于，所述连接装置(15)为螺纹。
8.一种用于自行车的后轮(21)，包括：根据前述权利要求中的任一项所述的后轮轴(1)；以及传动装置(23)，所述传动装置包括驱动器本体(25)和转矩装置(27)，所述传动装置包括至少一个驱动装置(29)，所述驱动器本体(25)经由所述驱动装置连接到所述转矩装置(27)，所述后轮还包括轮毂(201)，所述轮毂通过轴承安装在所述轮轴(3)上并且包括另一转矩装置(207)，所述另一转矩装置与所述转矩装置(27)一起形成第三形锁连接部(208)。
9.根据权利要求8所述的后轮(21)，其特征在于，所述驱动装置包括：行星齿轮组，包含三个旋转构件，其中第一旋转构件(31)连接到所述驱动器本体(25)，第二旋转构件(33)连接到所述转矩装置(27)，而第三旋转构件(35)连接到所述轮轴(3)。
10.一种自行车架，包括具有两个车叉勾爪的后叉部，用于与根据前述权利要求1至6中的任一项所述的后轮轴(1)配合操作，所述车叉勾爪分别设有通孔(109、111)，所述轴杆(5)能够插入所述通孔，所述自行车架包括支撑元件(105)，所述支撑元件设有另一通孔(106)，所述轴杆(5)能够插入所述另一通孔，其中所述另一通孔的围壁(9B)与所述轴杆(5)的外侧的第二部分(9A)一起形成第二形锁连接部(9)，通过能释放或不能释放地连接到所述车架的一个车叉勾爪，所述支撑元件(105)相对所述另一通孔的轴线的旋转运动被锁定。
11.根据权利要求10所述的自行车架，其特征在于，所述支撑元件(105)由插入件构成，所述插入件设于一个所述车叉勾爪的通孔(109)中并且以形锁的方式被连接到所述车叉勾爪。
12.根据权利要求10所述的自行车架，其特征在于，所述支撑元件(105)设有转矩支撑臂(113)，所述转矩支撑臂抵靠所述车叉勾爪。
13.一种自行车，包括根据权利要求10或11或12所述的自行车架和根据权利要求8或9所述的后轮。
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