TWI486228B - 軸承安裝裝置及含有該裝置的自行車輪轂 - Google Patents

Description

軸承安裝裝置及含有該裝置的自行車輪轂

本發明涉及滾動軸承之安裝，也就是關於斜向或徑向接觸點的滾動軸承之安裝。更具體地說，本發明涉及自行車輪轂中的滾動軸承安裝。

在自行車領域內，使用滾動軸承是人們所廣泛瞭解的。通常，一個滾動軸承包含：一個可根據軸而進行調整的內襯套(套圈)；一個外襯套，可定位在一個指定用於圍繞軸轉動的部件凹槽中；以及，一些轉動零件，這些零件可以是各種滾珠或滾子。安裝滾動軸承需要各種不同的加工操作工序，以便製備出一些可容納軸承襯套的表面。這些不同的加工操作時間較長而且費用也多。另一方面，為了達到精密的滾動軸承安裝，必須調整軸承內部間隙。調整軸承間隙的傳統方法，就是利用可調節間隙的調整螺母。

為了能利用可調整間隙的螺母，必須在軸上設置螺紋面。對軸進行螺紋加工也是一種精密加工操作，製備的時間長，而且費用也高。採用調整螺母來調節軸承的間隙，存在很多不足之處。首先，必須製作調整用螺母，它是一種加工比較複雜的部件。此外，利用螺母調節軸承間隙的操作，是一種較複雜的操作工序，需要很強的能力，從非專業使用者方面來說，能夠把螺母擰得很緊，但這就會在軸承內造成很大的摩擦力，也就是，壓力很大，會造成軸承不可逆轉的損壞。從另一方面來說，使用調整螺母也不是一種令人滿意的解決方法，在該螺母可能鬆動的情況下，必須重新進行間隙的調節。

本發明的目的是提供一種軸承安裝裝置，可以使軸承間隙的調節更簡便。

本發明的另一個目的是提供這樣一種裝置，它能夠安裝滾動軸承，其中，軸承間隙的調節可自動進行。

本發明的又一個目的是提供一種自行車輪轂，其包含滾動軸承的間隙調節器，該調節器可確保間隙的自動調整，無需使用者的干預。

本發明的又一個目的是降低自行車輪轂的製備成本。

本發明的這些目的是通過提供這樣一種裝置而實現的，該裝置包含一個內軸和一個相對於該軸而利用至少一個滾動軸承圍繞著「A」軸線旋轉式安裝的外殼體，該滾動軸承包含一個安裝在所述內軸上的內襯套、和一個安裝在所述外殼體凹槽中的外襯套；此種裝置包括一個間隙自動補償器，其含有一個帶有錐形面的墊圈、及一個與此第一墊圈之錐形面相接觸安放的彈性元件，而所述彈性卡簧可產生徑向恢復作用力，其係利用錐形面轉變成軸向作用力，用於確保所述滾動軸承安裝的間隙補償。

在本發明的一種變型中，第一墊圈安裝在軸上，並且，彈性元件產生向心恢復力。

在本發明的另一個變型中，第一墊圈安裝在外殼體之鏜孔中，而彈性元件產生離心恢復力。

最好是，間隙自動補償器含有第二墊圈，並且，彈性元件安置在第一墊圈與第二墊圈之間。

在本發明的裝置中，處於軸向力狀態下的彈性元件所產生的徑向作用力的轉換，是不可逆的，或幾乎是不可逆的。

最好是，錐形面與垂直於「A」軸線的面間所形成的角小於12°。

本發明的目的也可通過提供一種自行車輪轂而實現，該輪轂所含有的軸承安裝裝置裝有間隙自動補償器，還可利用含有該輪轂的自行車輪來實現。

圖1以剖面圖的形式示出了現有技術的一個自行車輪轂。該輪轂包含一個外殼體2和一個內軸3。外殼體2利用兩個軸承4，旋轉地安裝在內軸3上。外殼體2包括兩個用於固定輪輻的輪輻板。在每個輪輻板處都安排一個凹槽，指定用來容納軸承4的外襯套。內軸3是按整塊材料加工的，例如，是以一個鋁棒加工成的，以便能夠製出軸承止推擋塊凸肩及軸承之支承面、和容納調整性螺母的螺紋。整塊加工及大量的機械加工和修復操作，使得此內軸製備比較複雜，且製造費用也高。另外，目前的發展趨勢傾向於增加內軸直徑。內軸直徑通常約為10mm，現在，15mm或以上直徑的內軸也並不少見。當然，人們很容易理解到，整塊加工成的內軸將會隨著其直徑的增加而更加昂貴。

調整間隙的螺母也是一個製作複雜的部件，因為它是機械加工成的。另一方面，調節間隙的操作是一種精細的操作，因為間隙應該是非常準確計算的。很大的間隙可產生軸與外殼體之間的相對移動，而很小的間隙到時候又有損壞軸承的危險。

圖2描述了本發明一個自行車輪24。該車輪是由輪輞25和輪轂1構成的，而輻條26則在輪輞與輪轂之間拉緊。

圖3描述了本發明第一種實施方式的輪轂剖面圖。輪轂包含軸線A的內軸3、和圍繞著內軸3而旋轉式安裝的外殼體2。外殼體2是由三個零部件組裝成的：左側輪輻板盤6、圓柱滾筒7、和右側輪輻盤5。在各個輪輻盤中，左側盤6和右側盤5都是用鋁材料經過壓延和機械加工製成的。至於圓柱滾筒7，可以利用與輪輻盤相同的材料製成，但是也能夠用含碳的複合材料製成。由三個零部件構成的外殼體2的製備，當然不是本發明的限制性特徵。人們也可以考慮製備如現有技術那樣的由單一部分構成的外殼體。

兩個側盤6和5緊緊黏靠在圓柱滾筒7上。它們都鑽成齒形孔，用於固定輻條。當然，那並不是本發明的限制性特徵，而且，可把輪輻側盤固定在圓柱滾筒上的各種等效方法都可以考慮。在說明書中並沒有詳述輻條在輪輻側盤上固定的情況。

在左側盤6和右側盤5中，設置了凹槽8和9，用於容納軸承4之外襯(環)套16。最好是，外襯(環)套都利用輕壓合座的方式安裝在凹槽中。

右側盤5利用開槽的圓柱筒殼10而向右延伸，可用於固定制動片。該制動片的內徑比右凹槽9的直徑小。因此形成了一個凸肩，外襯(環)套16就挨靠該凸肩。為了使外襯(環)套保持原位狀態，挨靠著襯(環)套16，放置了一個也稱為內卡環的離心恢復力彈性限位元器13。

放置在左凹槽9中的外襯(環)套16保持成挨靠著第二個內卡環13。

至於內襯套15，它們都是利用可以軸向移動的鬆配合方式安裝在內軸3上的。安裝在輪轂右段部分中的內襯套15保持成挨靠著稱為外卡環14的向心恢復力彈性限位元器。

安置在輪轂左部中的內襯套15也保持成挨靠著外卡環14，所不同的就在於，間隙自動補償器插入在外卡環14與內襯套15之間。

在實施中，把內軸3安裝到外殼體中，是按照以下方式進行的：第一個軸承從左側插入到右凹槽8中而挨靠著凸肩。然後，安放第一個內卡環13，緊挨該第一個軸承之外襯套。此時，第二個內卡環13處於左凹槽9中所設置的凹口內。內卡環13起了第二個軸承之軸向限位塊的作用，第二個軸承也從左側插到左側盤內。在其右端安放了第一個外卡環的內軸3，隨後在輪轂內滑動，直到該第一個外卡環以限位塊的形式挨靠著右軸承之內襯套。最後，使間隙自動補償器之元件在內軸3之左端上滑動。

圖4以分解圖的方式描述了局部組裝的本發明輪轂，特別是，還可以在此看到間隙自動補償器之各種元件的配置。它們的構成有：呈錐形墊圈的第一墊圈18、呈扁平形墊圈的第二墊圈17、和彈性元件20。

扁平形墊圈17在內軸上滑動，一直到以限位塊方式挨靠著左側軸承內襯(環)套。含有至少一個錐形面19的錐形墊圈18也在內軸上滑動，使得錐形面19引向左側軸承內襯(環)套。在所描述的實施例中，墊圈是用鋼製成的。彈性元件20插入在扁平墊圈17與錐形墊圈18之間。

在本發明的第一種實施方式中，彈性元件呈現一個卡簧30的形狀，其在圖10中以俯視圖的形式表示出來。它是用折疊的金屬絲製成的，靜態時成為一個卡簧，其中包含了實質上是圓形的部分，並形成一個C形，其靜態直徑要比間隙自動補償器正常工作時所可能保持的最小直徑還小。因此，徑向彈性恢復力將表現在向心方向，並且傾向於更靠近C形的彎頭。在此所述的實施例中，卡簧的直徑約為20mm。

正如在圖10上可看到的，卡簧包含基本上呈弓形的背部31、和兩個實質上是直線形的支桿(臂)32。卡簧總體的形狀是與墊圈有三個接觸點。其中稱為弓背觸點33的一個就處於弓背部分31內，卡簧30的中間軸線「M」上。另外兩個觸點稱為前觸點34，其都在支臂(桿)32處彼此相對於中間軸線「M」各別對稱的位置上。前面的觸點34可以根據卡簧的隔開情況而在支臂(桿)上變化位置。然而，對於背部觸點33來說，它們總是處於法向軸線「N」以外，法向軸線就是通過軸線「A」而垂直於軸線「M」的軸線。因而，卡簧30不管其隔開情況如何，總是保持在定中心於「A」軸線的穩定位置。

卡簧30用金屬絲製成，而該金屬絲的直徑為0.7mm與1mm之間，最好約為0.8mm。可以選用其他材料製成的卡簧，例如，塑膠製成的卡簧。另外，卡簧的剖面可以是任何外形輪廓。

第二個外卡環14放置在安排於內軸3表面上的凹口中，以便使兩個墊圈18，19及卡簧緊挨著軸承之內襯(環)套。

在本發明的第一個實施方式中，使間隙自動補償器安裝在軸上，是按照以下順序進行的：首先，把兩個墊圈穿在軸上，並且把第二個外卡環14安放在用於容納它的凹口中。之後，將卡簧30插入到兩個墊圈之間。為此，卡簧應該分開，一直到其直徑大於錐形墊圈18的外徑。重要指出的是：卡簧30應該按照一定尺寸加工，以致於，當安裝時被分開，以便能夠從上面通過錐形墊圈18，其產生的變形仍處於彈性範圍之內，且不超出彈性範圍。

左側罩套12穿插在軸左端。該罩套可防止塵土滲透到軸承中。左側罩套12包括一個圓柱形法蘭環箍29，其係從罩套向輪轂內突出，並且，其直徑大於錐形墊圈外徑及所用的彈性元件20可達到的最大直徑。圓柱形法蘭環箍29的作用，是偶然在輪轂受到很大的軸向作用力時，特別是軸向作用力大於正常使用的自行車輪轂所受作用力的情況下，使彈性元件原位保持在兩個墊圈之間。

右側罩套11也藉施力而穿插在內軸之右端。罩套11、12可用塑膠製成。

圖5、6和7概括地示出本發明第一種實施方式的間隙自動補償器的功能狀況。這幾個附圖示意的範圍是，比如凸緣側板外形輪廓的某些細節都不是相同的。

在圖5中，卡簧30處於最大開放狀態。所處的情況是要補償的間隙很小。例如，當安裝輪轂開始使用它時，就可以配置間隙自動補償器。在這種狀態下，卡簧可達到其在正常工作時能夠呈現的最大直徑。此直徑約為25mm。卡簧產生的向心恢復力那時最大。卡簧所施加的徑向恢復力，可利用錐形墊圈18之錐形面19轉變成軸向作用力，使得扁平形墊圈17緊緊貼靠著內襯套15。為了避免損壞軸承，重要的是，最大軸向作用力不超過20daN(十牛頓)。對於間隙補償來說，最好選擇按照一定尺寸加工此等元件，以便使得間隙自動補償器所產生的最大軸向作用力小於1daN。為此，考慮到錐形面的斜率、及間隙觸點的摩擦係數，也就是彈性元件20與兩個墊圈的接觸摩擦係數，就能夠確定彈性元件20最大能夠提供什麼樣的徑向恢復作用力。

在此所描述的實施例中，錐形面的斜面與垂直於軸線A的面之間形成12°角，並且，卡簧如同墊圈一樣都是用金屬材料製成的。因而，能夠以此推斷出彈性元件所應施加的徑向彈性恢復作用力是如何。在這種情況下，該彈性元件是一個卡簧，它是按照一定尺寸加工的，以致於夾緊力-用於使C形件之兩個支臂(桿)分開所需要的作用力，不超過0.25daN。

有利的是，在本發明間隙自動補償器中，處於軸向作用力狀態下的彈性元件20所施加的徑向作用力之轉變，具有不可逆性的或準不可逆性(guasi-irreversibility)。換句話說，不希望的是，例如，在內軸與外殼體之間施加了軸向作用力時，而它又要利用自動補償器的偏斜影響轉換成徑向作用力，這又傾向於分開卡簧30。然而，還可能滿足於一種準不可逆性，也就是說，滿足於僅僅小於一定值的軸向作用力不被轉變成分開卡簧的作用。在此所述的自行車輪轂實施例中，當車輪安裝到自行車上時，軸向作用力能夠達到幾十daN。因而就可這樣安排，只要軸向作用力小於幾百daN，就能使間隙自動補償器成為不可逆的。考慮到實施例中所使用的材料，主要是鋼，可得到利用錐形面的所希望的準不可逆性，此錐形面相對於與垂直於軸線A的平面之間形成12°角。

在圖6中，軸承的間隙較小，而且，它可以利用小於25mm直徑的卡簧緊縮作用而自動補償。

在圖7中，軸承也有間隙，其總是利用卡簧20的緊縮作用自動補償。還有，在這種配置的情況下，卡簧直徑維持大於其靜止狀態所具有的直徑，使其繼續施加徑向作用力。因此，扁平形墊圈繼續利用足夠的最小軸向作用力貼靠內襯套。可估計，最小軸向作用力不應小於0.05daN。為此，必須是，當卡簧處在其最小伸展位置時，恢復作用力至少大於0.01daN。

圖6和7的描述，同時還考慮到了它們示出圖5所述的不同時刻的輪轂，並且示出了軸承間隙隨時間的變化情況。也可以考慮：圖6、圖7分別描述與圖5不同的內容，其中的製備部分則是相同的。實際上，在成批生產過程中，所有相同標註的部件嚴格來說都不是相同的尺寸。因此，在同一批生產中，能夠製得的輪轂，有一些其間隙自動補償器處於圖5所示的位置，而另一些其間隙自動補償器則分別處於圖6、圖7所示的位置。

有利的是，本發明的間隙自動補償器，可以利用一種由金屬絲製成的卡簧，確保軸承間隙在0.5mm範圍內的自動補償，而金屬絲的直徑為0.7mm與1mm之間，最好等於0.8mm。

當然，一些數值都是作為說明例而給出的，它們與這裏作為實施例所描述的自行車輪轂尺寸有關。特別是，直徑的一些數值都要考慮與內軸3的外徑相配合。在此所述的實施例中，直徑等於20mm。另一方面，為了簡化起見，在所進行的敍述中，只談到了卡簧的直徑，而該卡簧嚴格地說並不是圓形。必須理解，卡簧的直徑係對應於一個虛擬圓的直徑，此虛擬圓是通過卡簧與墊圈相接觸的那些點形成的圓。

圖8局部描述了本發明第二個實施方式，其中，間隙自動補償器是由單一的墊圈18和一個卡簧20所構成。墊圈18有一個錐形面19與卡簧相互起作用，以便使卡簧的向心徑向恢復作用力轉變成軸向作用力。卡簧20直接接觸軸承內襯(環)套。另外，軸承內襯套包含一個延伸了內襯套的唇邊29，用於確保不管其膨脹度如何都與卡簧接觸。

在一個未示出的替換實施方式中，錐形面直接製作在卡簧上，這就不必要使用墊圈了。

圖9局部描述了本發明的第三種實施方式，其中，間隙自動補償器不再緊挨著軸承的內襯(環)套15，而是挨靠著軸承的外襯(環)套16。自動對正定位器在此情況下是由第一墊圈18構成的，而此墊圈具有可插入到凹槽9中的錐形面19，該凹槽則容納了軸承的外襯(環)套16。扁平狀的第二墊圈17也插入到凹槽9中。

在兩個墊圈17和18之間安放彈性卡簧20。彈性卡簧20是用合攏的金屬絲製成，靜態時該金屬絲可界定出一個C形卡簧，其靜態直徑大於在間隙自動補償器正常工作時它所能達到的直徑。因此，徑向彈性恢復作用力將沿著離心方向施加，並且傾向於使此一C形件的兩個支臂(桿)分開。

圖11示出了本發明一種實施變型例的卡簧。如同圖10所示的卡簧那樣，卡簧30可利用金屬絲製成，而且也可同時使用其他材料並按照不同方法製成。卡簧包含背部31，其基本上構成一個弓形，還有兩個實質上是直線形的支臂(桿)32。卡簧總體的形狀是這樣的，即，它與彼等墊圈有三個接觸點。該卡簧的特徵在於，背部31含有彈性互補部分35。此部分是由處於卡簧30平面內的一個金屬絲環圈所構成。

圖12還示出了卡簧30的一種實施變型例，其與圖11所示的相同，所不同之處在於，彈性互補部分是由一個金屬絲環圈所構成，而此環圈延伸在垂直於卡簧面的平面內，也就是說，延伸在垂直於含有卡簧與各墊圈接觸點組成面的平面內。

圖13示出卡簧30的另一個實施變型例。該卡簧是由呈圓圈安排的螺旋彈簧所構成。

圖14示出了卡簧30的又一個實施變型例，該卡簧的特徵在於，變形幅度比圖10所示的卡簧變形大很多，與此同時，還保持了減小體積的外廓尺寸。實際上，在該變型例中，不必設置彈性互補部分。

一些實施方式以及變型在此都是作為實施例而加以描述，並且，本發明力求達到保護各種等效的實施方式。

1．．．輪轂

2．．．(外)殼體

3．．．(內)軸

4．．．(滾動)軸承

5．．．(右側)輪輻盤；(輪輻)側盤

6．．．(左側)輪輻(板)盤；(輪輻)側盤

7．．．圓柱滾筒

8．．．(右)凹槽

9．．．(左)凹槽

10．．．圓柱筒殼

11．．．(右側)罩套

12．．．(左側)罩套

13．．．內卡環；(離心)彈性限位元件

14．．．外卡環；(向心)彈性限位元件

15．．．(內)襯套

16．．．(外)襯套

17．．．(第二)墊圈

18．．．(第一)墊圈

19．．．錐形面

20．．．彈性元件；卡簧

24．．．車輪

25．．．輪輞

26．．．輻條

29．．．法蘭環箍；唇邊

30‧‧‧卡簧

31‧‧‧(卡簧)背部；弓背部分

32‧‧‧(卡簧)支桿(臂)

33‧‧‧(弓背)觸點

34‧‧‧(前)觸點

35‧‧‧彈性互補部分

A‧‧‧軸線

M‧‧‧(中間)軸線

N‧‧‧(法向)軸線

圖1是現有技術自行車輪轂的剖面圖。

圖2是本發明自行車輪的外形圖。

圖3是本發明自行車輪轂的剖面圖。

圖4是圖3的分解圖。

圖5、6和7是本發明輪轂的說明圖。

圖8是表示本發明第二實施方式的說明圖。

圖9是表示本發明第三實施方式的說明圖。

圖10是本發明第一實施方式的卡簧的正視圖。

圖11是本發明一個實施變型的卡簧的立體圖。

圖12是本發明另一個實施變型的卡簧的立體圖。

圖13是本發明又一個實施變型的卡簧的立體圖。

圖14是本發明又一個實施變型的卡簧的立體圖。

3‧‧‧(內)軸

5‧‧‧(右側)輪輻盤；(輪輻)側盤

6‧‧‧(左側)輪輻(板)盤；(輪輻)側盤

7‧‧‧圓柱滾筒

10‧‧‧圓柱筒殼

12‧‧‧(左側)罩套

14‧‧‧外卡環；(向心)彈性限位元件

17‧‧‧(第二)墊圈

18‧‧‧(第一)墊圈

19‧‧‧錐形面

20‧‧‧彈性元件；卡簧

29‧‧‧法蘭環箍；唇邊

A‧‧‧軸線

Claims (9)

1. 一種軸承安裝裝置，包括：一個內軸(3)和一個外殼體(2)，所述外殼體係利用至少一個滾動軸承(4)而相對於所述軸(3)可旋轉地圍繞著軸線「A」安裝；所述滾動軸承(4)含有一個安裝在內軸(3)上的內襯套(15)、和一個安裝在外殼體(2)之凹槽中的外襯套(16)；其特徵在於：此裝置包括一個間隙自動補償器，其含有一個帶有錐形面(19)的第一墊圈、和一個安放成與所述第一墊圈之錐形面(19)相接觸的彈性元件(20)，而所述彈性元件(20)可產生徑向恢復作用力，並能利用錐形面(19)轉變成軸向作用力，以便確保對所述滾動軸承(4)安裝的間隙補償。
2. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中，第一墊圈安裝在軸(3)上，並且，彈性元件產生向心恢復作用力。
3. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中，第一墊圈安裝在外殼體(2)之鏜孔中，並且，彈性元件可產生離心恢復作用力。
4. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中，它包含第二墊圈，並且，彈性元件安置在第一墊圈與第二墊圈之間。
5. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中，錐形面(19)與垂直於軸線「A」的平面間所形成的角小於12°。
6. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中，彈性元件之夾緊作用力為10g與250g之間(0.1N與2.5N之間)。
7. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中，彈性元件是一個卡簧(30)，其包含一個實質上是圓形的部分。
8. 一種含有申請專利範圍第1至7項中任一項之裝置的自行車輪轂。
9. 一種含有申請專利範圍第8項之輪轂的自行車輪。