CN112703149A - 用于布置在自行车的转向头管内的悬架系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自行车行业领域，并且尤其是涉及一种自行车的单杆型的前悬架系统，前悬架系统为单杆式的，进而适于布置在转向头管内部，并且由于其紧凑性特别构想为装备公路“竞赛”自行车，但并非专门用于此类自行车。

Description

用于布置在自行车的转向头管内的悬架系统

技术领域

本发明涉及自行车行业领域，并且尤其是涉及一种自行车的前悬架系统，该前悬架系统为单杆式的，因此适于布置在转向头管内，并且由于其紧凑性特别构想为装备公路“竞赛”自行车，但并非专门用于此类自行车。

背景技术

在公路自行车中，例如且特别是所谓的“竞赛”自行车(该类别不仅包括为真正竞赛设计的自行车，而且还包括被构想成在运动/业余或简单的旅游环境下以相对较快的速度支持中距离或远距离骑行的自行车)，强烈地感觉到减小自行车的重量和体积的需求，因为这些因素尤其会影响这类自行车的客观和感知性能。

考虑到这种设计约束，仍然呼吁该领域的制造商面对自行车舒适使用的问题，并在这方面为自行车提供悬架系统(即，弹簧-阻尼器单元)。在其他类型的自行车中，尤其是山地自行车，上述约束不太严格，这是因为重新布线的速度和性能类型平均而言使得空气动力学和轻量化因素不太重要，而且在任何情况下悬架系统的充分可靠性和最大效率都胜过任何其他需求。

另一方面，在公路竞赛自行车中也越来越要求框架具有一定的阻尼能力，即必须在远非真正光滑的柏油路面上骑行。此外，使用者越来越喜欢使用这种类型的自行车在砾石路或者甚至简易越野赛道上冒险的可能性，因为这种自行车具有特殊的多功能性；这种考虑导致所谓的“砾石”自行车最近流行起来。这些自行车，以及构想用于自行车旅行的车辆，或者耐力自行车，特别适于给业余爱好者(甚至老人)享受长距离骑行的可能性，在它们的使用中发现舒适性是一个关键品质，必须确保该品质，而不会显著地或者在任何情况下在不可接受的程度上影响车辆的速度性能和更普遍地影响效率。

因此，在这种情况下，最重要的是提出解决方案，以确保可观的阻尼功能，而不会使自行车变重或损害其空气动力学轮廓。基于这些考虑，已经做出了一些努力，一种解决方案是设想了一种容纳在且实际上隐藏在自行车框架的转向头管内部的单杆悬架。遵循这种设计概念的公开内容在专利US5320374中有所描述。其中公开的悬架提供了一种内部转向管，该内部转向管从叉处升起，该内部转向管具有多边形截面，在其各个面上布置有线性滚柱轴承，从而允许在该内部转向管和相应的内部带小平面的外管段之间的沿轴向方向的伸缩运动，进而在其外表面上，在自行车框架的转向头管中旋转。

在内部和外部转向管之间的平坦部分上带有滚针轴承，这种布置允许两根管在轴向方向上在它们之间自由地滑动，而没有任何明显的静摩擦，但同时必须将扭转转向力从外管传递到内管。因此，滚针轴承在允许两根管自由滑动的同时，还要支撑径向载荷并维持两根管之间相对于旋转力的对准关系，同时允许两根管自由地滑动。因此，可以利用轴向运动的这种自由度来将弹簧/减震器组件与系统相关联。然而，该方案在许多方面不能被认为是令人满意的，其中一个方面会提到精度缺陷、未充分减小的摩擦、维护问题。

另一种已知的方案是由文献DE2009002050U1公开的方案，根据此方案，在提供悬架手段的布置中，通过棱柱形联接件执行的转向传动功能，以及通过相对于棱柱形联接件向上间隔开的单个轴向轴承提供的可滑动联接件在运动学上是不关联的并且沿转向轴线间隔开。然而，该布置仍然是不足的，因为它没有实现悬架的主要部件之间所需的动态平滑度，并且就结构强度而言是不可靠的。

因此，更广泛地讲，考虑到与设计背景相关的上述说明，强烈需要在概念上不同的方案，以允许实现悬架/减震器系统在转向头管内部完全且令人满意的应用。

发明内容

通过根据本发明的用于布置在自行车的转向头管内的悬架系统来满足这种需要，该系统具有第一个权利要求所限定的基本特征。进一步的有利特征由从属权利要求限定。

附图说明

从以下参照附图对作为非限制性示例给出的实施例的描述，根据本发明的用于布置在自行车的转向头管内的悬架系统的特征和优点将变得显而易见，其中：

图1是其中安装有根据本发明的悬架系统的转向头管的纵截面图(即，在包含装置的纵向轴线的平面上截取)，图1a示出了中间区域的放大图；

图2是图1的组件的截面图，横向截取，更确切地说根据由图1a中箭头II-II指示的平面截取，其中省略了部分；

图3是尤其包括前几幅图中的悬架系统的引导件的核心区域的轴测爆炸图；以及

图4a和图4b是悬架系统的内杆和自行车的叉之间的连接区域的轴测图，分别处于安装爆炸布置和安装布置。

具体实施方式

参考上述附图，根据本发明的主要方面，基本上设想固定至叉(将在后面讨论“固定”)的内部转向管(或杆)相对于框架头管的滑动(该滑动通过适当的弹簧和减震器部件达到阻尼悬架的作用)，以及向着转向驱动的杆(且进一步向着施加至外护套的转向扭矩)的传递是两个功能组各自的任务，这两个功能组沿着转向轴线在物理上彼此不同(即，连续的)，并且在运动学上不关联。

根据该方面，包括外护套和内杆的悬架系统(外护套和内杆一起被认为代表插入在框架的头管中的转向柱段)经由棱柱形联接件相对于旋转而言是成一体的，以便将转向驱动从把手传递到叉，该棱柱形联接件例如限定在锁定至杆的引导套筒和锁定至护套的至少一个径向块之间；相反，部件之间的轴向滑动联接件由相对于引导套筒轴向连续的第一和第二线性轴承手段提供。

目前，尤其参考图1和图1a，可以注意以下主要部件：

-转向头管1，转向头管1根据中心轴线X延伸，中心轴线X表示转向轴线并且同时表示悬架系统的纵向轴线；头管是自行车框架的一部分，自行车框架未示出且根据任何已知的几何形状构造，在任何情况下它都是本发明范围之外的接口元件；

-悬架系统，悬架系统包括：管状护套2和杆3，进而杆3也呈管状，将后者同轴地布置在前者内部，并且将前者(即，护套)同轴地布置在头管1内，所有这些都是通过共享共同的中心轴线X来实现；此外，活动部件4可操作地设置在杆和护套之间，适于执行弹性抵抗和阻尼上述两个部分之间的相对轴向运动的功能；这些活动部件4在任何情况下都将在后面简要描述，它们不构成本发明的一部分，这意味着它们可以根据本领域公知和使用的特征进行构造，并且从下面描述将更加清晰，它们在理解本发明及其实现方面没有任何重要作用。

更详细地讲，护套2通过类似于已知转向系统中通常使用的类型的滚柱轴承91、92可旋转地联接(并且轴向地锁定)至头管1。护套2的顶端2a再次用传统技术与自行车的把手连接(未示出)，并且适于将围绕轴线X的转向扭矩施加至护套。从构造的角度来看，护套2在此有利地被制造成通过螺纹彼此连接的三个轴向连续的部分。

如上所述，杆3安装至护套2，以便确保相对于护套2的轴向滑动—尽管相对于旋转而言杆3固定至护套2—以将转向扭矩传递至与杆的下端3b连接的叉5上，优选的布置将在下面详细讨论。该下端相对于护套在外部，并且杆从护套的下端2b突出一段，该段在使用中将根据施加在悬架系统上的偏移而可变化。

棱柱形联接件通过引导套筒实现，引导套筒整体上用6表示，并且特别是在图2中示出。引导套筒有利地提供了大体圆柱形的套筒本体61，其具有外侧表面61a。至少两个纵向发展的第一平行脊62从侧表面61a径向地突出，在周向方向上相互间隔开以限定凹槽63。出于平衡压力的显著原因，至少一个另外的脊或另外一对平行脊62’至少在相对于第一脊62的直径相对的位置处被复制。

至少凹槽63充当用于至少一个可调节块21的滑动通道，可调节块21从护套的内侧表面2c径向地向内突出。该块21通过连接手段与套筒连接，连接手段允许调节块本身在凹槽63内部的径向穿透。例如并且优选地，可以设置至少一个调节固定螺钉22，可以从护套的外部对其施加拧动旋转，块的径向运动响应于这种旋转。在装配或维护期间，该调节可以用于优化滑动摩擦和转向精度，还可以恢复由于磨损而产生的一些游隙。再次有利地，如图3所示，彼此相互匹配的凹槽的截面和块的截面都可以具有在某种程度上以楔形方式会聚的侧面。

仍然在优选的解决方案中，尤其是从图2可以很好地理解，第一脊62的径向端部小平面62a(同样地，另外可能的脊62’的径向端面)充当用于脊23(和23’)的相应的径向端部小平面的径向止挡和参照，脊23(和23’)以相应的且镜像的方式和位置从护套2的内侧表面2c突出。脊23还限定至少一个凹槽24，块21容纳在该凹槽24内。在此处示出的示例中，在套筒和护套之间有两对面向彼此的脊，两对脊中的其中一对用于滑动块21的可操作的布置。

如图3所示，在台阶3d和阻挡环形螺母7之间，在杆本身的上端区域3a处，套筒6被轴向地锁定至杆3的外侧表面3c。台阶3d还根据至少一个轴向齿3e发展，该轴向齿3e通过与套筒6的相应的轴向切口61a接合来防止套筒围绕轴线X旋转。

杆3和护套2之间的线性/轴向滑动联接件是由第一和第二线性轴承手段81、82提供的(图1)，第一和第二线性轴承手段布置在不同高度，并且特别是在护套2的下端2b处且邻近套筒6的上方的一定距离处。有利地，提供了具有滑动摩擦的下轴承81以及上循环滚珠轴承82。

从根据本发明的前述内容已经显而易见的是，从可操作的角度来看，通过块和引导套筒之间的接合提供了防止相互旋转的可靠的块，从而允许将施加到护套的转向扭矩转移到杆，同时允许在这些部件之间的由两个线性轴承支撑的往复线性运动，其具有显著的平滑度和精度，第二个优点尤其是由于轴承的间距，其有效地约束了杆，从而防止了明显的弯曲变形。事实上，提及的两个功能在运动学上不关联，这不仅是由于沿X轴线不同的且分离的部件，而且尤其是通过相对于棱柱形联接手段轴向地连续的第一和第二线性轴承手段，该事实然后允许获得特别平衡的力场，同时增强性能(确保最大的滑动平滑度)和保证极高的结构强度，这是对叉的基本要求，叉必须符合规定，意指克服许多静应力和疲劳试验。

该系统的耐久性也得到了增强，就安装和维护的简便性而言也获得了显著的改进，除了其他方面，考虑到的是，可以容易地将套筒与杆分开，并且实际上可以拆卸整个悬架，以替换磨损或损坏的部件。

为了完整性起见，再简要地回到活动部件4，如在示例中并且总是具体参考图1，其中，杆处于最大的外部偏移位置，这些活动部件可以包括：设置在杆内部的液压阻尼组41，液压阻尼组41采用由粘性流体(油)占据的腔室411，在该腔室411内，通过穿过设置在活塞本身上的受控通道的流体转移的作用，固定至护套的活塞412的相对运动被允许(但被阻尼)；布置在护套内未被杆占据的上部中的主弹簧42，该主弹簧通过杆本身的偏移行程而受力，弹簧通过移除安装在弹簧上方的部件，弹簧是可接近的，以改变其静态预紧力或者用另一个不同刚度的弹簧代替它；用于排除或校准阻尼组41的组43，该组43又在相同的组41和护套的上部之间在杆-护套组件内部延伸，并且包括由电缆432提供动力的小型齿轮马达431，用于连接至控制单元控制件(通常在自行车把手上)并且能够通过旋转杆433在活塞通道上施加选择性的关闭动作，直到杆/护套偏移被阻挡(如果期望的话)，并且实际上使悬架的功能失效。所有这些部件，或者其它等效的或甚至具有不同性能的部件，都可以在已知技术教导的基础上采用和调整，这种调整绝不受到本发明特定方面带来的任何特定问题影响。这些已知教导显然包括用于各种液压密封件的结构布置，不仅关于阻尼系统的流体，还由于润滑要求而施加。

与前面描述中讨论的本发明的主要方面具有协同作用的实施例涉及杆3的下端3b与叉5的连接。尤其参考图4a和图4b，杆在下端3b处根据圆盘形法兰31成形，法兰31包括正交于轴线X延伸的底部平面31a。多个喇叭形座32形成在法兰中，优选地沿闭合路径(例如，以轴线X为中心的圆形路径)以等距间隔的方式布置成冠状。座例如为并且优选为六个，并且适于接收平行于轴线布置的各个固定螺钉93的头部。螺钉例如并且优选具有M5的尺寸。

螺钉93适于在叉5的顶部处，更准确地说是在提供与法兰31的底部平面31a的抵靠的平面52上，接合在螺纹孔51中，螺纹孔51以与法兰的座的分布相对应的适当分布形成。因此孔51在顶部平面52处开口并且为盲孔。根据常用的技术，叉可以由通常的材料(例如，钢，铝或碳纤维)制成。如果叉由碳纤维制成，则螺纹孔51优选地由铝插件53制成，铝插件53在零件层压工作过程中嵌入基体中。

在叉的顶部平面上设置至少一个居中空腔54，优选为在相对于孔51的分布的中心位置处的单个大圆孔，用于接合至少一个相应的居中轴33(图4a)，该轴22由杆3形成，作为从法兰31的底面31a的轴向突出部，上述接合在法兰以其底面31a停止抵靠在平面52上时建立。有利地，杆体、法兰和轴以一体件实现；在任何情况下，这些部件，尤其是杆和法兰都以锁定关系固定在一起。

轴33除了具有居中任务之外，还在内部容纳上述一些活动部件，尤其是液压腔室411的下部，以便尽可能地利用和优化可用空间。

总之，将理解的是，如何根据本发明提供一种解决方案，其确保在具有紧凑且功能性强的布置的转向头管内部的完全集成，同样实现高水平的精度，降低摩擦，易于安装和维护。

到目前为止，已经参考本发明的优选实施例描述了本发明。必须理解的是，可以存在其他实施例，这些实施例属于权利要求的保护范围所限定的同一发明构思。

Claims (20)

1.一种用于自行车的悬架系统，其适于布置在所述自行车的框架的转向头管(1)内，所述头管在中心限定转向轴线(X)，所述系统包括：护套(2)，其适于连接至自行车把手并且适于与所述轴线(X)同轴地枢转地接合在所述头管内；杆(3)，其接合在所述护套内部并且至少以下端部(3a)从护套向外突出，下端部(3a)包括用于将杆固定至自行车叉(5)的杆固定手段；所述杆(3)和所述护套(2)之间的联接手段，其包括滑动联接手段和棱柱形联接手段，滑动联接手段适于允许所述杆相对于所述护套沿所述轴线(X)滑动，棱柱形联接手段适于允许将围绕所述轴线(X)的转向扭矩从所述护套(2)传递到所述杆(3)；以及活动部件(4)，其可操作地布置在所述杆和所述护套之间，活动部件(4)适于执行对杆相对于护套的轴向运动进行弹性抵抗和阻尼的功能，其中，所述滑动联接手段和所述棱柱形联接手段在运动学上不关联并且沿所述轴线(X)在物理上彼此不同，其中，所述滑动联接手段包括第一和第二线性轴承手段(81、82)，第一和第二线性轴承手段(81、82)相对于所述棱柱形联接手段是轴向地连续的。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述棱柱形联接手段包括引导套筒(6)和至少一个滑动径向块(21)，引导套筒(6)围绕杆(3)的外侧表面(3c)锁定至所述杆(3)，至少一个滑动径向块(21)锁定至所述护套(2)，所述轴向联接手段包括在相对于所述引导套筒(6)的轴向连续位置处的轴承手段。

3.根据权利要求12所述的系统，其中，所述引导套筒(6)包括基本上圆柱形的管状体(61)，至少两个纵向发展的第一平行脊(62)从管状体(61)的外侧表面(61a)突出，所述脊被间隔开以限定凹槽(63)，所述凹槽充当用于所述至少一个滑动块(21)的滑动轨道，所述至少一个滑动块(21)从所述护套(2)的内侧表面(2c)突出。

4.根据权利要求3所述的系统，其中，至少一个另外的脊或另外一对平行脊(62’)至少在相对于所述第一脊(62)的位置直径相对的位置处形成在所述套筒(6)上。

5.根据权利要求3或4所述的系统，其中，至少所述第一边缘(62)的径向端部小平面(62a)适于径向地停止并且参考护套边缘(23)的各个径向端部小平面，护套边缘(23)以相应的且镜像的方式并且在相应的位置处从护套(2)的所述内侧面(2c)突出，护套脊(23)也限定至少一个护套凹槽(24)，通过所述护套凹槽(24)固定所述至少一个滑动块(21)。

6.根据权利要求3至5中任一项所述的系统，其中，所述至少一个滑动块(21)通过连接手段与所述护套(2)连接，所述连接手段适于允许调节块在所述凹槽(63)内部的径向穿透。

7.根据权利要求6所述的系统，其中，连接所述至少一个滑动块(21)和所述护套(2)的所述连接手段包括至少一个调节固定螺钉(22)，至少一个调节固定螺钉(22)适于从护套的外部拧紧或拧松，拧紧/拧松旋转驱动块的径向位移。

8.根据权利要求3至7中任一项所述的系统，其中，所述套筒的所述凹槽(63)的横向截面和相应的至少一个滑动块(21)的横向截面示出以楔形方式会聚的相互匹配的侧面。

9.根据权利要求2至8中任一项所述的系统，其中，在台阶(3d)和阻挡环形螺母(7)之间，在杆的上端区域(3a)处，所述套筒(6)被轴向地阻挡在杆(3)的所述外侧表面(3c)上，所述台阶(3d)根据至少一个轴向齿(3e)发展，至少一个轴向齿(3e)通过与套筒(6)的相应的轴向切口(61a)接合来防止套筒(6)围绕所述轴线(X)转动。

10.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述第一和第二线性轴承手段(8)分别对应于所述护套(2)的下端(2b)布置，并且在邻近所述棱柱形联接手段(6)的向上移位的高度处。

11.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，所述第一和第二线性轴承手段分别包括下滑动轴承(81)和上循环滚珠轴承(82)。

12.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中，用于将杆固定至叉的所述杆固定手段包括：法兰(31)，其在所述下端部(3a)处与杆固定，并且设置有与所述轴线(X)正交的底部平面(31a)，底部平面(31a)适于抵靠在设置在所述叉(5)上的叉顶部平面(52)上；多个座(32)，所述座沿着以所述轴线(X)为中心的闭合路径分布在所述法兰上，适于接收待拧紧在各个螺纹盲孔(51)中的各个固定螺钉(93)的头部，螺纹盲孔(51)在所述叉顶部平面(52)处开口；以及至少一个居中轴(33)，其从所述杆底部平面(31a)轴向地突出，并且适于当所述杆底面(31a)停止抵靠所述叉顶面(52)时插入相应的居中空腔(54)中，空腔(54)形成在所述叉顶部平面(52)中。

13.根据权利要求12所述的系统，其中，所述法兰(31)的所述座(32)沿着基本上圆形的路径等距地间隔开。

14.根据权利要求13所述的系统，其中，所述座的数目为六个。

15.根据权利要求8至10中任一项所述的系统，其中，所述座(32)与各个螺钉(93)的头部一样都是沉头的。

16.根据权利要求12至15中任一项所述的系统，其中，所述法兰(31)为圆盘形。

17.根据权利要求13至16中任一项所述的系统，其中，所述至少一个居中轴(33)为布置在所述基本上圆形的路径的中心处的单个轴，并且适于接合在居中地形成于所述叉顶部平面中的空腔中。

18.根据权利要求13至17中任一项所述的系统，其中，所述居中轴为中空的并且容纳所述活动部件(4)的一部分。

19.根据权利要求13至18中任一项所述的系统，其中，所述法兰(31)和所述居中轴(33)与所述杆(3)的本体以单个件获得。

20.一种自行车，其包括根据权利要求12-19中任一项所述的系统，以及叉，所述叉包括用于将叉固定至所述杆的下端部(3a)的固定手段，其中，所述叉固定手段包括叉顶部平面(52)、多个螺纹孔(51)以及至少一个居中空腔(54)，叉顶部平面(52)适于充当用于所述杆底面(31a)的接触抵靠部，多个螺纹孔(51)形成在所述叉平面(52)中且适于接收各个固定螺钉(93)，并且至少一个居中空腔(54)形成在所述叉平面(52)中且适于与所述居中轴(33)接合。

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