TWM488406U - 腳踏車輪轂 - Google Patents

Description

腳踏車輪轂

一種包括楔塊式離合器組態之慣性滑行腳踏車輪轂。

慣性滑行腳踏車輪轂已普遍為人們所知。舉例而言，於1940年6月24日頒予之Frank W.Schwinn之US 2,211,548涉及一種慣性滑行腳踏車輪轂組態。慣性滑行腳踏車輪轂經組態以使得踏板之旋轉能夠驅動車輪之旋轉同時亦使得車輪能夠獨立於踏板之旋轉而旋轉。此功能性使得腳踏車之踏板能夠在車輪隨著腳踏車滑行而旋轉時保持靜止。慣性滑行腳踏車輪轂亦通常稱作腳刹花鼓(coaster hub)。

本創作提供一種提供經改良之驅動線效率及腳踏車至騎乘者扭矩回饋之腳踏車輪轂。驅動線效率歸因於由一新穎軸承與楔塊組態、一輕型設計及自盒式驅動器至輪轂主體之直接扭矩傳送而產生之較低滾動阻力。腳踏車至騎乘者回饋已因扭矩傳送平滑、可預測且直接而得以改良。

A-A‧‧‧縱向旋轉軸

D₁‧‧‧距離

D₂‧‧‧距離

3-3‧‧‧線

4-4‧‧‧線

10‧‧‧輪轂

12‧‧‧輪轂主體

14‧‧‧車軸

16‧‧‧盒式驅動器

18‧‧‧第一端

22‧‧‧第一端部分

24‧‧‧第二端部分

26‧‧‧第二端

28‧‧‧凸肩

30‧‧‧卡環槽

32‧‧‧卡環

34‧‧‧軸承組

36‧‧‧間隔件

44‧‧‧第一o形環

48‧‧‧驅動端

50‧‧‧間隔件

52‧‧‧軸承組

54‧‧‧軸承組

56‧‧‧內部腔

58‧‧‧第一徑向延伸凸緣

60‧‧‧第二徑向延伸凸緣

62‧‧‧間隔開通孔

64‧‧‧盤式制動器安裝凸緣

66‧‧‧第一圓柱形表面

68‧‧‧第二圓柱形表面

70‧‧‧內部腔

72‧‧‧從動端

74‧‧‧軸向延伸槽

78‧‧‧端面

80‧‧‧第一圓柱形表面

82‧‧‧軸承組

84‧‧‧第二圓柱形表面

86‧‧‧楔塊套

88‧‧‧楔塊籠

90‧‧‧楔塊

92‧‧‧張力帶

94‧‧‧第三圓柱形表面

96‧‧‧凸肩

98‧‧‧軸承組

100‧‧‧第一圓柱形表面

102‧‧‧第二圓柱形表面

圖1係根據本創作之原理之一輪轂之一等角視圖；圖2係圖1之輪轂之一縱向剖面圖；圖3係沿圖2中線3-3截取之輪轂之一剖面圖；圖4係沿圖2之線4-4截取之輪轂之一剖面圖； 圖5係圖1之輪轂之一分解總成圖；圖6係圖1之輪轂之一替代實施例之一等角視圖；圖7係圖6之輪轂之一縱向剖面圖；圖8係圖6之輪轂之一分解總成圖；及圖9係圖5之一部分之一放大圖。

參閱圖1，展示根據本創作之一輪轂之一第一實施例。在所繪示實施例中，輪轂10包括一輪轂主體12、一車軸14及盒式驅動器16。在所繪示實施例中，輪轂10經組態以靠慣性滑行。換言之，一盒式驅動器16在車輪由盒式驅動器16驅動時與輪轂主體12一起旋轉且盒式驅動器16在車輪滑行(旋轉但不受驅動)時相對於輪轂主體12旋轉。

參閱圖2至圖5及圖9，更詳細地闡述輪轂10之組態。在所繪示實施例中，輪轂10經組態以與利用由一鏈條驅動之一外部匣盒之多速腳踏車(例如，公路腳踏車、山地腳踏車)一起使用。在所繪示實施例中，車軸14同軸配置於輪轂主體12內。特定而言，車軸14延伸穿過輪轂主體12。車軸14包括定位於輪轂主體12之第一端部分22內之一第一端18及包括自輪轂主體12之第二端26向外延伸之一部分之一第二端部分24。

在所繪示實施例中，該車軸之第一端18包括一凸肩28。輪轂主體12包括沿一徑向方向與凸肩28對準以使得一卡環32及凸肩28協作限制一軸承組34沿一方向朝向輪轂主體12之第二端26之軸向移動之一卡環槽30。軸承組34嚙合車軸之一外表面及輪轂主體12之內部腔56之一內部表面。在所繪示實施例中，一間隔件36覆蓋車軸之第一端18。在所繪示實施例中，一第一o形環44密封間隔件36與車軸之間的介面，且一第二o形環46密封軸承組34與車軸之間的介面。

在所繪示實施例中，車軸14之第二端部分24同軸配置於輪轂主 體12及盒式驅動器16之驅動端48兩者內。在所繪示實施例中，車軸14之第二端部分24之一部分延伸至盒式驅動器之從動端中且連接至一間隔件50。在所繪示實施例中，車軸14之第二端部分24經由軸承組52與盒式驅動器16介接。緊固至車軸14之間隔件50經由軸承組54與盒式驅動器16介接。

在所繪示實施例中，輪轂主體12包括一單件式構造。輪轂主體12係由一單塊鋁(例如，鋁7075TC51)加工而成。輪轂主體12界定一縱向旋轉軸A-A。輪轂主體12包括接納車軸14以及盒式驅動器16之驅動端48之一內部腔56。輪轂主體12包括位於輪轂主體12之第一端部分22處之一第一徑向延伸凸緣58及位於該輪轂主體之第二端處之一第二徑向延伸凸緣60。第一及第二徑向延伸凸緣58、60中之每一者包括經組態以緊固輪輻之複數個間隔開通孔62。毗鄰第一徑向延伸凸緣58的係經組態以支撐一盤式制動器系統之一圓盤之一盤式制動器安裝凸緣64。輪轂主體12之外部圓柱形主體自第二徑向延伸凸緣60朝向第一徑向延伸凸緣58逐漸變細。換言之，毗鄰第二徑向延伸凸緣60之輪轂主體12之外部直徑大於毗鄰第一徑向延伸凸緣58之輪轂主體12之外部直徑。

在所繪示實施例中，輪轂主體12之壁厚度與不與盒式驅動器16重疊之部分相比在與盒式驅動器16之驅動端48徑向重疊之部分中更大。在所繪示實施例中，該輪轂主體之第二端26之內部腔56界定兩個內部圓柱形表面。一第一圓柱形表面66界定為與縱向旋轉軸A-A相隔一距離D1，且一第二圓柱形表面68界定為與縱向旋轉軸A-A相隔一距離D2。在所繪示實施例中，D2大於D1且第一圓柱形表面66與第二圓柱形表面68相比更靠近於輪轂主體12之第一端部分22。在所繪示實施例中，該輪轂主體係以藉此不自一主軸移除該輪轂主體直至在第一及第二圓柱形表面66、68打孔為止之一製程加工而成。

在所繪示實施例中，盒式驅動器16包括自一驅動端48延伸至一從動端72之一內部腔70。該腔接納延伸至盒式驅動器16之驅動端48中之車軸14。盒式驅動器16界定與輪轂主體12之旋轉軸A-A同軸且重合之一縱向旋轉軸。在所繪示實施例中，從動端72包括具有經組態以嚙合由鏈輪及間隔件構成之匣盒之複數個軸向延伸槽74之一圓柱形主體。

在所繪示實施例中，盒式驅動器16之驅動端48包括定位於與輪轂主體12之第一及第二圓柱形表面66、68相對之輪轂主體12內之複數個同軸圓柱形表面。在所繪示實施例中，一環形扣環槽76位於與盒式驅動器16之驅動端48之一端面78相對之輪轂主體12之內部腔56之第一圓柱形表面66中。一第一圓柱形表面80自該盒式驅動器之端面78朝向盒式驅動器16之從動端72延伸。驅動端48之第一圓柱形表面80與第一圓柱形表面66一起界定接納介接於盒式驅動器16之驅動端48與輪轂主體12之間的軸承組82之一第一環形腔。

在所繪示實施例中，具有大於第一圓柱形表面80之一直徑之一第二圓柱形表面84自第一圓柱形表面80朝向盒式驅動器16之從動端72延伸。驅動端48之第二圓柱形表面84與第二圓柱形表面68一起界定接納一楔塊離合器總成之一環形腔。在所繪示實施例中，第二圓柱形表面84之表面光潔度小於或等於2.5微米之Rz且具有60之一HRC硬度。在所繪示實施例中，第二圓柱形表面84具有大於22mm(例如，29mm)之一直徑。在所繪示實施例中，第二圓柱形表面係由一5210軸承座圈式鋼構造而成。在所繪示實施例中，盒式驅動器16之驅動端48經精密研磨且隨後經硬化，藉此使得其能夠充當楔塊之一力量支承表面。

在所繪示實施例中，該楔塊離合器總成包括一楔塊套86、一楔塊籠88、楔塊90及一張力帶92。在所繪示實施例中，該楔塊套之內部 表面之表面光潔度小於或等於2.5微米之Rz且該楔塊套之內部表面具有60之一HRC硬度。在所繪示實施例中，楔塊套86具有小於40mm(例如，37mm)之一直徑。該楔塊套具有大於楔塊籠88之高度尺寸之一高度尺寸。楔塊套86包括一扣環槽，其接納限制楔塊籠88沿該軸向方向朝向盒式驅動器之從動端72之軸向移動的扣環。楔塊籠88沿該方向朝向盒式驅動器16之驅動端48之第一圓柱形表面80之軸向移動受與軸承組82之接觸限制。在所繪示實施例中，該楔塊套係由壓配合/干涉配合至輪轂主體12之第二圓柱形表面68中之一5210軸承座圈式鋼構造而成。在所繪示實施例中，楔塊套86沿該軸向方向與第二徑向延伸凸緣60重疊。楔塊套86之構造及輪轂主體12協作提供該輪轂之可靠及持久操作需要之結構硬度，儘管楔塊90產生強徑向力。用於所繪示實施例中之楔塊及楔塊籠當前可自GMN Paul Müller Industrie GmbH & Co.KG購得。

在所繪示實施例中，一第三圓柱形表面94自第二圓柱形表面84朝向盒式驅動器16之從動端72同軸地延伸。第三圓柱形表面94具有大於第二圓柱形表面84之直徑之一直徑。一凸肩96提供於第三圓柱形表面94與盒式驅動器16之從動端72之間的盒式驅動器16上。盒式驅動器16之驅動端48之第三圓柱形表面94與第二圓柱形表面68一起界定接納介接於盒式驅動器16之驅動端48與輪轂主體12之間的軸承組98之一第一環形腔。凸肩96限制軸承組98沿該方向朝向盒式驅動器16之從動端72之軸向移動。楔塊套86之一端面限制軸承組98在該軸向方向上朝向盒式驅動器16之驅動端48之第一圓柱形表面80之軸向移動。在所繪示實施例中，第三圓柱形表面94包括經組態以接納密封第三圓柱形表面94與軸承組98之間的介面之一o形環之一環形o形環槽。

在所繪示實施例中，該盒式驅動器之驅動端48之內部腔包括由大於該車軸之直徑之一第一直徑界定之一第一圓柱形表面100及由大 於第一直徑之一第二直徑界定之一第二圓柱形表面102，第二圓柱形表面與第一圓柱形表面相比更靠近於盒式驅動器之從動端。該組態導致盒式驅動器之進一步重量節省及強度且促進其精密製造。

在所繪示實施例中，該組態導致一高效能輪轂，因為其具有耐受頻繁使用之強度及耐久性同時亦係輕型及平滑操作的。輪轂主體12係由輕型、相對較軟的鋁材料構造而成且其經設計以使得其製造具有高精度，因為上文所提及之第一及第二圓柱形表面66、68可在不將輪轂主體12與在加工期間固持該部件之夾盤分開的情況下加工。堅硬及堅固的楔塊套86壓至較軟的鋁中。該壓製製程形成楔塊套86與第二圓柱形表面68之間的一緊密干涉配合。此介面使得輪轂主體12能夠共同工作以抵抗由楔塊所產生之徑向力。楔塊套86提供與楔塊介接之硬化表面且亦為輪轂提供額外結構強度。所繪示實施例之輪轂不需要重建且可在包括冷到-50華氏度之環境之極端環境下操作。

在所繪示實施例中，該楔塊籠與盒式驅動器16一起移動。該楔塊籠上之張力構件(例如，彈簧)使個別楔塊偏壓抵靠在盒式驅動器16之第二圓柱形表面84上從而導致該楔塊籠基本上張力安裝至盒式驅動器16。該等楔塊之內部端接觸該盒式驅動器之第二圓柱形表面84且徑向向外偏壓抵靠在一彈簧上並徑向延伸略微超出該楔塊籠之周邊邊緣。此組態導致滑行期間之楔塊與楔塊套86之間的小及輕的接觸，而此又導致一非常低的摩擦組態，因為該離合器組態在滑行期間脫齧。施加於輪轂主體12與盒式驅動器16之間的非驅動力經由夾持該楔塊離合器總成之軸承組82、98傳送。

在所繪示實施例中，一以超過沿輪轂主體12之驅動方向之旋轉速度之一旋轉速度沿驅動方向旋轉從動端72，該等楔塊就嚙合楔塊套86且鎖定抵靠在楔塊套86上並自盒式驅動器16至輪轂主體12傳送扭矩。在所繪示實施例中，該楔塊離合器總成傳送扭矩以向前驅動輪 轂。然而，該楔塊離合器總成不被依靠，因為一軸承組支撐盒式驅動器16與輪轂主體12之間的相對旋轉。此組態導致在從動端受到驅動時立即嚙合之一離合器組態。舉例而言，在所繪示組態中，從動端在其完全嚙合並自盒式驅動器16至輪轂主體12傳送扭矩之前無法相對於輪轂主體沿驅動方向旋轉多於一小的量，藉此致使主體與盒式驅動器16一起旋轉。沿驅動方向之相對旋轉量(通常稱作遊隙或溢出)可小於5度(例如，小於2度，小於1度或一度的十分之一)。

參閱圖6至圖8，展示根據本創作之輪轂之一替代實施例。在所繪示實施例中，該輪轂經組態以用於例如一bmw腳踏車之一單速腳踏車。熟習此項技術者將認識到，此實施例包括諸多上述相同特徵，因此本文中將不單獨詳細闡述此實施例。

上述說明書、實例及資料提供對本創作之組成之製造及使用之一完整敍述。由於本創作之諸多實施例可在不背離本創作之精神及範疇的情況下實施，因而本創作屬於下文所附之申請專利範圍。

12‧‧‧輪轂主體

14‧‧‧車軸

16‧‧‧盒式驅動器

18‧‧‧第一端

22‧‧‧第一端部分

24‧‧‧第二端部分

26‧‧‧第二端

28‧‧‧凸肩

32‧‧‧卡環

34‧‧‧軸承組

36‧‧‧間隔件

44‧‧‧第一O形環

50‧‧‧間隔件

52‧‧‧軸承組

64‧‧‧盤式制動器安裝凸緣

72‧‧‧從動端

74‧‧‧軸向延伸槽

78‧‧‧端面

80‧‧‧第一圓柱形表面

82‧‧‧軸承組

84‧‧‧第二圓柱形表面

86‧‧‧楔塊套

88‧‧‧楔塊籠

90‧‧‧楔塊

94‧‧‧第三圓柱形表面

98‧‧‧軸承組

Claims (18)

1. 一種腳踏車輪轂，其包含：一單件式輪轂主體，其界定縱向旋轉軸，該輪轂主體包括自該輪轂主體之一第一端延伸至該輪轂主體之一相對第二端之一內部腔，該輪轂主體包括位於該輪轂主體之該第一端處之一第一徑向延伸輪輻支撐凸緣及位於該輪轂主體之該第二端處之一第二徑向延伸輪輻支撐凸緣；一車軸，其包括一第一端部分及一第二端部分，該車軸以一同軸配置延伸穿過該輪轂主體之該內部腔；一第一軸承組，其位於該車軸之該第一端部分處，該第一軸承組經組態以介接於該車軸與該輪轂主體之間以促進該車軸與該輪轂主體之間的相對旋轉；一盒式驅動器，其包括與該輪轂主體之該縱向旋轉軸同軸地配置之一縱向旋轉軸，該盒式驅動器包括自一驅動端延伸至一相對從動端之一內部腔，其中該驅動端包括：一環形開口，其定位於該第一徑向延伸輪輻支撐凸緣與該第二徑向延伸輪輻支撐凸緣之間的該輪轂主體內，該車軸之該第二端部分延伸穿過該環形開口；一第一外部圓柱形表面，其位於距該盒式驅動器之該縱向旋轉軸之一第一直徑處；一第二外部圓柱形表面，其位於距該盒式驅動器之該縱向旋轉軸之一第二直徑處，該第二直徑大於該第一直徑，該第二外部圓柱形表面與該第一外部圓柱形表面相比更靠近於該盒式驅動器之該從動端，其中該第二外部圓柱形表面係硬於該輪轂主體之該內部腔之表面且具有一表面光潔度小於或等 於2.5微米之Rz；及一第三外部圓柱形表面，其位於距該盒式驅動器之該縱向旋轉軸之一第三直徑處，該第三直徑大於該第二直徑，該第三外部圓柱形表面與該第二外部圓柱形表面相比更靠近於該從動端；一第二軸承組，其位於該車軸之該第二端部分處，該第二軸承組經組態以介接於該車軸與該盒式驅動器之該內部腔之間以促進該車軸與該盒式驅動器之間的相對旋轉；一第三軸承組，其位於該盒式驅動器之該從動端之該第一外部圓柱形表面與該輪轂主體之該內部腔之間以促進該盒式驅動器與該輪轂主體之間的相對旋轉；一第四軸承組，其位於該盒式驅動器之該從動端之該第三外部圓柱形表面與該輪轂主體之該內部腔之間，該第四軸承組經組態以促進該盒式驅動器與該輪轂主體之間的相對旋轉；一楔塊套，其與該盒式驅動器之該從動端之該第二外部圓柱形表面之一部分徑向對準壓至該輪轂主體中，其中該楔塊套具有硬於該輪轂主體之該內部腔之表面之一圓柱形內部表面；及一環形楔塊籠，其具有被張力偏壓直接抵靠在該盒式驅動器之該從動端之該第二外部圓柱形表面上且與該楔塊套徑向對準之複數個楔塊。
2. 如請求項1之輪轂，其中該盒式驅動器之該內部腔從動端包括由大於該車軸之該直徑之一第一直徑界定之一第一圓柱形表面及由大於該第一直徑之一第二直徑界定之一第二圓柱形表面，該第二圓柱形表面與該第一圓柱形表面相比更靠近於該盒式驅動 器之該從動端。
3. 如請求項1之輪轂，其中該輪轂主體之該內部腔包括具有一第一直徑之一第一圓柱形表面及具有一第二直徑之一第二圓柱形表面，其中該第一直徑小於該第二直徑，且該第一圓柱形表面與該第三軸承組介接，且該第二圓柱形表面與該第四軸承組介接。
4. 如請求項1之輪轂，其中該楔塊套具有經組態以接納用於保持該楔塊籠之一扣環之一面向內環形槽。
5. 如請求項1之輪轂，其中該第四軸承組由該盒式驅動器上之一環形凸肩及該楔塊套之一環形緣軸向限制。
6. 如請求項1之輪轂，其中該楔塊籠、該等楔塊及該楔塊套經配置及組態以使得該輪轂相對於該盒式驅動器與該輪轂主體之間的驅動旋轉在小於1度範圍內完全嚙合。
7. 如請求項1之輪轂，其中該楔塊籠經組態以與該盒式驅動器一起旋轉且可相對於該輪轂主體旋轉。
8. 如請求項1之輪轂，其中楔塊離合器與該第二外部圓柱形表面嚙合以使得其相對於該輪轂主體與該盒式驅動器一起旋轉。
9. 如請求項1之輪轂，其中該等楔塊之內部端接觸該盒式驅動器之該第二外部圓柱形表面且徑向向外偏壓抵靠在一彈簧上並徑向延伸超出該楔塊籠之周邊邊緣。
10. 如請求項1之輪轂，其中該楔塊套沿徑向方向與該第二徑向延伸輪輻支撐凸緣重疊。
11. 如請求項1之輪轂，其中平均而言，輪轂壁之厚度在徑向毗鄰該盒式驅動器之該從動端之區域中比在不徑向毗鄰該盒式驅動器之該從動端之區域中大。
12. 一種腳踏車輪轂，其包含： 一輪轂主體，其包括自該輪轂主體之一第一端延伸至該輪轂主體之一第二端之一環形內部腔；一盒式驅動器，其包括一驅動端及一從動端，該驅動端接納於該輪轂主體之該第二端內且包括與該輪轂主體之該環形內部腔同軸配置之一第一楔塊介接圓柱形表面；一圓柱形楔塊套，其壓配合至該輪轂主體之該環形內部腔中，該楔塊套界定一第二楔塊介接圓柱形表面；及複數個楔塊，其位於該圓柱形楔塊套與該楔塊介接圓柱形表面之間，該等楔塊係與該第一楔塊介接圓柱形表面及該第二楔塊介接圓柱形表面兩者接觸且相對可滑動，該等楔塊正向偏壓抵靠在該楔塊介接圓柱形表面上以使得該等楔塊在該輪轂處於一慣性滑行狀態中時相對於該圓柱形楔塊套滑動時與該盒式驅動器一起旋轉。
13. 如請求項12之輪轂，其中該楔塊介接圓柱形表面及該楔塊套之表面具有60或更大之一洛氏硬度且其中該輪轂主體之洛氏硬度小於60。
14. 如請求項12之輪轂，其中該盒式驅動器之該從動端及該輪轂主體之該環形內部腔協作界定該複數個楔塊之一第一側上之一第一環形腔及該複數個楔塊之一第二相對側上之一第二環形腔，其中該等環形腔經組態以接納介接於該輪轂主體與該盒式驅動器之間並促進其之間的相對旋轉之軸承組。
15. 如請求項14之輪轂，其中該複數個楔塊之兩側上之該等軸承組定位於介接於該輪轂主體與一中心車軸之間的一軸承組與介接於該盒式驅動器與該中心車軸之間的另一軸承組之間。
16. 如請求項15之輪轂，其中該第一楔塊介接圓柱形表面與該楔塊 套之間的空間在操作期間維持恆定且該楔塊之嚙合延遲保持小於1度，甚至當經由該盒式驅動器施加之扭矩負載及經由該車軸施加於該輪轂上之負載變化時。
17. 如請求項15之輪轂，其中該盒式驅動器包括一內部腔，該內部腔包括由三個不同直徑界定之三個同軸圓柱形表面。
18. 如請求項12之輪轂，其中該第一楔塊介接圓柱形表面係該盒式驅動器之該驅動端之至少三個同軸圓柱形表面中之一者且其中該楔塊介接圓柱形表面介於另外兩個同軸圓柱形表面之間。