专利名称：塑料轮组和带有稳定凹槽的安装轴套的制作方法
技术领域：
本发明大体涉及轮组以及将其安装到轴上和从轴上拆下的方法，尤其涉及一种用在垃圾车、轮式冷却器、货车、轮式玩具、烤肉架等上的塑料轮组型式。
背景技术：
近年来，塑料轮在各种产品上的应用有显著的增加。这种塑料轮已经得到广泛应用的一个方面是在轮式废物(或垃圾)车(或箱)型式上，私有房主通常采用其处理他们的垃圾。通常这些车通过注塑、吹塑或者旋转模塑的塑料形成，且具有注塑或吹塑的模塑轮，这些轮通过轮毂部件安装在金属轴的端部。轮毂被锤击到轴的端部，以将轮保持在适当的位置。因为锤击的轮毂需要特殊的工具或者必须将其破坏才能将其从轴上拆下，所以更换或维修轮或车时，这种塑料轮的拆卸是很困难的。有时这种过程还会将轴损坏。因此，最近设计出了一种轮安装组件，其可搭锁到轴上，以将轮固定在轴上。
由于轴和轮的尺寸减小，例如，当这种轮组被用于轮式玩具、货车、冷却器等上时，用于轮安装轴套(wheel mounting sleeve)的用料量将降低，该轴套使轮稳定地联接到轴上。由于这种安装轴套通常采用弹性的横向可移置弹性指部(finger)将轮锁定或锁闩在轴上，因而轴套包括可移置指部的区域趋于有些不稳定，并且支撑沿着其轴向和横向负载的移动或振动的能力下降。这种稳定性随着轴套尺寸的减小而降低，并且咬合和保持到或锁闩在轴上的材料更少，抵抗在弹性横向可移置弹性的区域内的轴向移动和横向负载的材料也更少，该弹性指部通常靠近轴的外端。
现有技术中，搭锁式轮安装组件过于复杂、看起来也不吸引人且不能很好地适应经常遇到的冲击载荷和振动。它们也不易适用于较小的轴和较小的轮式产品上。而且，现有技术的搭锁联接的成本出乎意料的高，其故障率也同样的高。
在美国专利US486023，2978277，3907370，5215356，5222786，5277480，5603555，5716107，5902018和6099083以及公开的欧洲专利申请EP0180307中可以看到典型的现有轮安装组件。
Bermel的美国专利US486023披露了一种车轴螺母，其用于将轮固定到有些被包罩的轴结构(involved axle structure)上。在美国专利US6099083中示出了另一种保持轮的车轴螺母，其还被设计成和配合形成且刻有槽口的专用轴共同使用。
在Gaudry的美国专利US2978277中，采用两件式轮毂组件将轮固定在轴端。将两半轮毂强制在一起，以同时抓住轴头和轮的鸽尾形横截面。这种方法部分上基于两半轮毂的配对摩擦接合，但是在垃圾车、冷却器和玩具通常经历的冲击载荷和高振动下，元件间的摩擦固定通常不可靠。此外，也不希望使用多件轮毂和带有膨胀端的轴，且这样的轴端不能相对横向负载得到很好的支撑。
Bard的美国专利US3907370披露的轮安装组件采用安装轴套，该轴套被键入，以在专门形成的轴的有键端的上方滑动。轴套与轮凹槽内的辐条配合且被开口销和垫圈保持在适当的位置。环形帽盖置于开口销和垫圈上。这种方法需要轴键、多个零件、使用固定和释放开口销及帽盖工具和横向未支撑的轴端。
Parker等人的美国专利US5716107示出一种多件轮毂组件。在这种轮安装组件中，用保持件将轮组锁定在轴端处的凹槽或环形槽口内。轮毂盖被搭锁在轮内，然后轮被搭锁到轴上。这种刻有槽口的或开槽的轴在垃圾车中被广泛采用，但是，在这种情况下，这种组件又需要多件轮毂和专用工具，且为了将轮从轴上拆下，需要冗长的操作才能从轮的内侧释放出弹性保持环状指部。在美国专利US5215356中示出一种类似的搭锁轮毂组件。在美国专利US5716107和5215356中，轮固定装置不是延伸通过轮孔的轴套。
美国专利US5222786，5277480，5603555和5902018中示出四项采用轴套组件的专利，该轴套组件在轴上方以叠置关系(in telescoped relation)穿过轮而得以安装。美国专利US5222786和5603555中的装置具有轴套，该轴套上带有至少一个搭锁作用的、轴啮合凸肩和至少一个轮啮合凸肩，其中轴啮合凸肩将轴套可释放地保持在轴上，轮啮合凸肩将轮保持在轴套上。然而，如将看到的，在这些专利中，这两种轮安装轴套组件相对复杂，且为了将轮固定在轴上而采用多件轮毂。因此，轮和轴的尺寸减小，这些组件的使用变得更加困难。
在美国专利US5277480和5902018中，分离的保持件装置与轴套一起使用，但是轴的外端基本未被支撑，因为安全和/或美观的原因，必须采用轮毂盖。
最后，在欧洲专利公开EP0180307中，在轮的内向悬臂端上设置套爪，以抓住形成在轴内的槽口。在这个组件中没有采用穿过轮的轴套。
发明内容
因而，本发明的目的是提供一种轮组和轮安装轴套，该轴套的零件数量最少，并且可被用于将塑料轮尤其是相对较小的轮安装到直径相对较小的刻有槽口或开槽的金属轴上。
本发明的另一个目的是提供一种用于垃圾车、货车、冷却器或其他轮式产品的塑料轮组，该组件生产经济、易于安装到轴上，且持久、稳定、有能力承受在正常使用中产生的明显冲击载荷、测向移动和振动。
本发明的轮组和轮安装轴套具有其他目的和优越特征，在附图和下述的实现本发明的最佳方式中会将其详细列出，从而使其显然可知。
本发明的轮安装轴套包括轴套本体，该轴套本体形成有所需的尺寸，以穿过轮的中心轮轴承孔安装，且形成有所需尺寸的轴套孔，从而被叠置在轴上。轴套具有至少一个轴啮合凸肩和至少一个轮啮合凸肩，其中轴啮合凸肩将轴套可释放地保持在轴上，轮啮合凸肩将轮保持在轴套上。简要地说，本发明的安装轴套的改进由轴套本体组成，该轴套本体形成有一个横向延伸的端壁，该端壁具有形成在其内部的稳定或支撑凹槽或孔段，将该凹槽或孔段的尺寸形成为用以接收轴的远端并且能够在其端部抵抗横向负载和轴向移动而支撑轴。
还提出一种轮组，其包括轮、叠套在一起的安装轴套和轴。
图1是其上安装有根据本发明构造的轮组的垃圾车或容器的局部顶视图。
图2是本发明的轮组和轮安装轴套的放大侧剖视图。
图3是仅示出图2中轴套的缩小侧视图。
图4是沿着图3中4-4线的平面的端视图。
图5是沿着图3中5-5线的平面的端视图。
图6是与图5所示端部相对的图3中轴套端部的端视图。
图7是图3中轴套的底视图。
图8是除去轴套的、图2中轮和轮承孔的局部放大端视图。
图9是本发明的轮安装轴套和轴的备选实施例的侧剖视图，该轴套和轴特别适用于小轮组。
图10是图9中的轴套的底视图。
图11是图9中的轴套的顶视图。
图12是图10中示出的轴套的端视图。
图13是本发明的轮安装轴套的又一个备选实施例的侧剖视图。
图14是图12中的轴套的底视图。
图15是本发明的轮安装轴套的另一个备选实施例的侧剖视图。
图16是图15中的轴套的底视图。
图17是图15中的轴套沿着图15中17-17线的平面在的端剖视图。
具体实施例方式
本发明的轮安装轴套和轮组可用在若干轮式设备中。一个典型而不限于此的应用是，在图1中示出的一般形式的轮式垃圾车或容器中采用这种结构。因此，垃圾车21包括一对安装在垃圾车本体29下部的轴23上的轮22。可选择设置铰链盖24，使用手柄26可将垃圾车围绕轮倾斜或翻倒，这样，能够例如在装垃圾的位置和垃圾处理场拾取垃圾的位置之间推动垃圾车以便输送垃圾。
通过通常用附图标记27表示的轮安装轴套将轮22固定在轴23上。在所说明的垃圾车中，垃圾车的本体包括接收轮22的轮井(wheel well)或凹陷区域28，其起到保护轮并且部分作为美化结构的作用。然而，许多垃圾车不包括所说明的轮井。
尺寸较小的类似轮式产品一般包括货车、轮式食物或饮料冷却器、烤肉架、轮式玩具和小的垃圾容器。再者，使用轮安装轴套将用于这种设备上的轮固定到轴上，但是由于轮、轴和轴套非常小，因此随着用于将元件联接在一起的可用材料更少而出现了组件的稳定性和耐久性的问题。
本申请人的现有技术专利申请中提出了特别适用于大直径轴的轮安装轴套，上述申请的全部内容被本申请引用作为参考。本申请的轴套组件改进自本申请人的用于带有小直径轴的小直径轮式产品的现有技术设计，但是应该理解，本申请的设计也可以被有利地用于较大的垃圾车。图1-8的实施例示出本申请人的改进设计应用于垃圾车的适应性修改，而图9-17的实施例特别用于小轮式产品。
现在参照本发明的轴套和轮组的改进实施例，如图2-8所示，可以看到，轴套127包括设有环形肋201的内端137，该环形肋201座放于轮承孔139的内端139b的环形凹槽202中。肋201的直径大于小直径孔139b，将轴套向下压配合入孔139，直到环形肋201弹性地扣入凹槽202内。本申请人的现有技术申请的实施例中提出的轴套肋和孔径的同样的相对尺寸也适用于本申请中图2-8的实施例。
为了便于环形肋201向下进入直径更小的孔139b，轴套127的本体优选地在内端137处至少开槽一次。这可在图5中最佳地看出，其中设有两轴向延伸的狭槽151和152。狭槽151和152可以容纳轴套端137向内的弹性位移，该位移量基本等于环形肋201和内孔部分139b之间的干涉配合量。狭槽151和152在其间限定出指部147，该指部147向内弹性移动一定量，当其与更软的吹塑塑料轮122的自然弹性结合在一起时，其将容许轴套压配合入孔内，直到肋能够扣入凹槽202内且将轴套锁到轮上。为了便于将轴套如此地压配到轮内，优选在环形肋201上设置倒角203。
如在图2中最佳示出的，轮孔139径向呈阶梯状，具有向轮122的外侧167开放的大直径端部139a和向轮内侧166开放的小直径孔部139b。在本申请人的现有技术申请的实施例中也示出了轴套和轮的这种相同的径向向内阶梯。
用于垃圾车的轮通常是吹塑或注塑塑料轮，带有径向延伸的肋165，该肋165朝向孔139的中心轴170会聚。由于从外或直径较大的孔部139a到内部更小直径部分139b的向内呈阶梯状的孔139，本发明的轮组将在轮的内侧166和轴套的内侧137具有更高的强度。其原因在于肋165朝向孔的轴170径向会聚(图8)。随着将内孔部分139b做得更小，肋165在环形轴承环150处靠得更近，该环形轴承环150环绕孔139b。被插入轴套孔141的轴趋于在轮的内侧166上施加大于施加到外侧167上的力。与轮外侧167上的直径较大的环形轴承环160(图2和8)相比，随着轮接收轴套的孔的直径减小，肋165朝向轴承环150会聚，以便围绕轴套127支撑轴承环150并提供附加强度。
在轴套组件127中，轴套的端壁158形成有可选的工具通道191，其与弹性指部146的延伸部分183对齐。横向延伸跨过通道191的是易碎膜或可刺穿的表皮195。膜195从视觉上隐蔽轴123，从而减少了可能的破坏行为。而且，通道191优选是圆柱形的，具有足够小的侧向尺寸，以便阻止大多数刀片形状的螺丝起子进入通道。或者，可以使用尖头工具如划针(scratch all)或碎冰锥来刺穿膜或可刺穿的表皮195，并通过将锁定指部146向上翘起而将其移动。备选地，随着尖头工具被朝向弹性指部14上的凸耳155轴向驱动，尖头工具的端部将与轴123端部的倒角134啮合。随着尖头工具被进一步轴向推动，倒角134将迫使工具的端部向上紧靠在指部延伸部分183上，借此向外移动指部146，直到凸耳155离开轴内的横向凹口133。此时，能够将轮和轴套从轴上向外拉出，并且将轮除去。
现参考图8，可以看到，轮122形成有中心轮轴承孔139，该中心轮轴承孔139带有呈阶梯状的大直径孔部139a和较小的直径孔部139b。更小的径向延伸肋201可被用于将轴套锁定在轮上，如上所述。
构造图2-8所示的轮组，以使轴套和轮作为一个单元被键连接在一起。因此，轮轴承孔139和轴套127中的其中一个形成有径向凸出的键，而轮轴承孔139和轴套127中的另一个上形成有径向凸出的凹槽。如图8所示，一对向外凸出且轴向延伸的袋形凹槽179、181被设置在小直径轮轴承孔部分139b内。这两个凹槽在中心区域的两侧间隔开。优选通过一对向外延伸的肋177、178来形成键，该对肋被成形为所需尺寸，从而被滑动插入凹槽181和179内。这种结构将轴套锁住，以使其与轮一起旋转。
如在图2和3中所示，将弹性可移置的弹性指部146向下移动。随着在凸耳扣入轴的凹槽133之前将带有锥端134的轴推入轴套127内，为了容许凸耳或齿155能够横向移动，这种运动是需要的。然而，在轴的动载荷作用下，轴啮合指部的横向位移在轴/轴套组件中会造成一些横向和轴向的不稳定性。
为了使轴套内的轴稳定从而使其不会在动载荷作用下向下移动锁闩指部123，本发明的改进的轴套和轮组在轴套的横端壁158内设有稳定轴凹槽198，该凹槽被形成为所需的尺寸，以接收设置在轴123的远端或外端上的轴端199。因此，轴端199穿过轴的间隙或长度在轴套127内部横向支撑轴，该轴套127包括锁闩指部146。轴123的轴端199陷入凹槽或袋198内，轴不能向下移动指部146并且容许轮122开始在轴上动态地摇摆或振动。
在轴套127内部且与该轴套相对的稳定轴123需要是一种特别形成有轴端或延伸部分199的轴，但结果是，全部组件不易受到疲劳、应力破裂以及轴套从轴上的偶然释放或解开的影响。在较大的轴中，由于有足够的轴套材料来将轴123基本稳定在轴套的内部，因此并不绝对需要轴凹槽198和轴端199。然而，即使对较大的轴来说，设置稳定凹槽和轴端也进一步增强了它们的稳定性。
如图2-8所示，轴端199的直径小于轴剩余部分的直径，但是可以理解，凹槽198和轴端199的直径可以与轴123剩余部分的直径相同，为易于安装可在轴端199的端部加工倒角。如果轴端199的直径与轴123的直径相同，则该轴端可被限定为槽口133的远轴端的一部分并被接收在凹槽198内。
在图9-17中示出轴套组件，其特别适用于较小的轮式产品，如货车、冷却器和玩具。这些轴套的元件与图1-8中的上述元件相同，且用于各个实施例的相应附图标记分别增加100。
图9-12中的轴套227被设计用于轮225，该轮225具有呈阶梯状的轮轴承孔239a和239b，该轮轴承孔239b上设有环形阶梯状凹槽302，这与图2-8中的轮组类似。轴套227被从右向左压配合入孔239a、239b，直到环形轴套肋301扣入凹槽302内。狭槽251和252(图11)限定出弹性指部247，该指部能在小直径孔239b内向里移动，从而允许肋301沿着孔向里移动且扣入环形凹槽内，从而将轴套固定到轮222上。而第二弹性可移置指部246设有一个凸耳或齿255，可向外移动凸耳或齿255，从而允许在轴套孔241内部从左向右推动轴232，直到环形的轴槽口233与凸耳255接触，此时锥形表面291可向外推动指部246，然后，凸耳255向内扣入槽口233内，从而将轴套固定到轴上。由图10可以看出，弹性可移置指部246可由两狭槽214和216限定，因此，指部246可从轴套的大约中点处悬臂伸出，且轴向延伸接近至轴套的横端壁258，但不与其接触。
为了稳定轴套孔241内的轴，轴套组件227在端壁258内包括稳定轴接收凹槽或轴支撑孔段298。凹槽或孔段298用于接收轴223的轴端299。因此，在轴223的横向载荷作用下，轴223的远端可被凹槽或孔段298捕获，且被支撑阻止侧向移动。在壁厚较小的轴套227中(与大轴套127的壁厚相比)，在获得组件的整体强度和耐久性方面，重要的是使轴套端壁258内的轴223的端部稳定。
在优选的形式中，轴套227包括有锥形面290，该锥形面配对地接收轴223上的锥形表面291，该锥形表面291位于轴端299和较大直径或公称直径轴223之间。因此，可以看出，轴223在环形槽口233远端侧上的直径向内渐缩至较小的轴端的直径。如上所述，这不是绝对的要求，但是其降低了凹槽或袋298所需的尺寸以使轴稳定，而端壁258的强度仍得以保持。
最为优选地且为了使轴套孔241和轴套孔段321内的轴223的振动和摇摆最小化，轴和轴套均被成形为所需的尺寸，所以，轴可被滑动接收在轴套孔241内，轴端299可被滑动接收在凹槽或轴孔段298内。因此，轴被轴套横向支撑在侧向可移置的指部246的两侧上。
以与图9-12中的轴套227类似的方式构造图13和图14中的轴套327。然而，在轴套327中，弹性轴啮合指部346代替了轴套227内的弹性轴啮合指部246。指部346再次沿着轴套轴向延伸，并且包括凸耳355，但是指部从轴套端壁358悬臂伸出。轴套327被设计用来与刻有槽口的轴(与图9中的轴223相同)一起使用，轴端299被滑动接收在轴套327的端壁358的稳定凹槽398内。
图15-17中的改进轴套427示出了与稳定凹槽或孔段相结合的另一种形式的轴啮合指部。如此，轴套427包括指部446，该指部靠近端壁458沿周向悬臂伸出，如图16和图17中可更好地看出。指部446还包括凸耳455，其随着轴端299座放于稳定袋498内而扣入轴凹槽233中。
在改进的轴套427中，单个轴向延伸的肋477代替了一对肋，如图3和4中所示的肋177和178，采用这对肋来相对轮的转动键连接轴套。
也可以将本发明的安装轴键连接到轴上。这就促使轴、轴套和轮作为一个单元一起转动。
再者，轴套427被设计用于刻有槽口的轴，该轴具有一个轴端，如图9中的轴223，该轴端可被滑动接收在端壁458的稳定凹槽498内。凹槽498在侧向可移置的轴啮合指部446的面积内提供在轴的远端上支撑轴的侧向支撑表面。
本发明的前述特定实施例已经说明了本发明的目的。其没有把本发明穷举或限制为披露的精确形式，且根据上述教导可作出许多明显的优化和改变。为了最佳解释说明本发明的原理及其实际应用，选择并叙述了一些实施例，因此使得本领域技术人员最好地利用本发明和各种改进的实施例，这些改进实施例适于所考虑到的特殊使用。意图在于当根据如等价原则和部分替换的已接受法律准则进行阅读和解释时，本发明的保护范围由所附的权利要求限定。
权利要求
1.一种轮安装轴套，包括轴套本体，其具有内端和外端，其形成为并且其尺寸形成为用于穿过轮的轮轴承孔安装，所述轴套本体还具有尺寸形成为以叠置关系安装在轴上方的轴向延伸轴套孔；所述轴套本体在其上具有至少一个轴啮合凸肩和至少一个轮啮合凸肩，其中所述轴啮合凸肩用于将所述轴套保持在轴上，所述轮啮合凸肩用于将轮保持在所述轴套上；以及所述轴套本体包括横向延伸的端壁，所述轴套孔轴向延伸到所述端壁内，从而在所述端壁内提供轴支撑孔段，该轴支撑孔段用于通过所述轴套支撑轴上的横向负载。
2.如权利要求1所述的轮安装轴套，其特征在于，所述轴支撑孔段仅仅局部延伸入所述端壁，以提供延伸穿过轴端的封闭端。
3.如权利要求1所述的轮安装轴套，其特征在于，所述轴支撑孔段的直径小于所述轴套孔剩余部分的直径。
4.如权利要求3所述的轮安装轴套，其特征在于，所述轴套孔的所述剩余部分的一端会聚地渐缩至直径较小的所述轴支撑孔段。
5.如权利要求1所述的轮安装轴套，其特征在于，所述轴套孔与轴滑动啮合；所述轴啮合凸肩设置在弹性向外可移置指部上，所述指部接近所述端壁设置；和在所述端壁内的所述轴支撑孔段与轴的一端滑动啮合。
6.如权利要求5所述的轮安装轴套，其特征在于，所述弹性向外可移置指部悬臂伸出，从而沿着所述轴套本体轴向延伸至接近所述端壁的位置。
7.如权利要求6所述的轮安装轴套，其特征在于，所述弹性向外可移置指部从所述端壁悬臂伸出。
8.如权利要求6所述的轮安装轴套，其特征在于，所述弹性向外可移置指部从接近所述轴套本体的中间长度处悬臂伸出，且终止在没有到达所述端壁的位置处。
9.如权利要求5所述的轮安装轴套，其特征在于，所述弹性向外可移置指部从接近所述端壁的所述轴套本体处悬臂伸出。
10.一种轮组，包括轴，其具有周向延伸的槽口，该槽口接近所述轴的外端且在该外端之内；轮，其具有中心轮轴承孔，该孔从所述轮的内侧延伸穿到其外侧；轮安装轴套，其具有形成有轴套孔的轴套本体，该轴套孔的尺寸形成为可滑动地安装到所述轴上；所述轴套本体具有为所述轮轴承孔形成的外部直径且滑动插入到所述轮轴承孔内；在所述轴套本体上还形成有至少一个轴啮合凸肩和至少一个轮啮合凸肩，所述轴啮合凸肩用于将所述轴套保持在所述轴上，所述轮啮合凸肩用于将所述轮保持在所述轴套上；和所述轴套本体还包括一个横向延伸的端壁，所述端壁内的轴稳定凹槽与所述轴套孔对齐且接收所述轴的所述外端，所述轴稳定凹槽形的尺寸形成为支撑所述轴上的横向负载。
11.如权利要求10所述的轮组，其特征在于，所述轴在所述外端部处具有轴端，其直径小于所述轴在所述槽口的两侧的直径，所述轴端被滑动接收在所述端壁的所述轴稳定凹槽内。
12.如权利要求11所述的轮组，其特征在于，所述轴从靠近所述槽口的直径会聚地渐缩至所述轴端的较小直径。
13.如权利要求12所述的轮组，其特征在于，所述轴套本体会聚地渐缩，以与所述轴的会聚渐缩部分配合。
14.如权利要求10所述的轮组，其特征在于，所述轴套孔与轴滑动啮合；所述轴啮合凸肩设置在弹性向外可移置指部上，所述指部接近所述端壁设置；和在所述端壁内的所述轴稳定凹槽与所述轴的所述外端滑动啮合。
15.如权利要求14所述的轮组，其特征在于，所述弹性向外可移置指部悬臂伸出，以沿着所述轴套本体轴向延伸到接近所述端壁的位置。
16.如权利要求15所述的轮组，其特征在于，所述弹性向外可移置指部从所述端壁悬臂伸出。
17.如权利要求15所述的轮组，其特征在于，所述弹性向外可移置指部从接近所述轴套本体的中间长度处悬臂伸出，且终止在没有到达所述端壁的位置处。
18.如权利要求14所述的轮组，其特征在于，所述弹性向外可移置指部从接近所述端壁的所述轴套本体处悬臂伸出。
全文摘要
一种用于将轮(122，222)可释放地固定到轴(123，223)上的塑料轮(122，222)和轮安装轴套(127，227，327，427)。轮安装轴套(127，227，327，427)优选包括弹性的、可径向移置的、轴向延伸的、悬臂伸出的指部(146，246，346，446)，该指部包括轴啮合凸耳(155，255，355，455)，而利用环形肋(201，301)可在轴套上设置轮啮合凸肩。轴套凸肩将轴套(127，227，327，427)锁定到轴(123，223)上，且将轮(122，222)锁定到轴套上。轴套(127，227，327，427)包括置于端壁(158，258，358，458)上的轴稳定凹槽(198，298，398，498)，用于接收轴端(199，299)，该轴端抵抗侧向负载支撑轴(123，223)，且使其稳定，以降低摇摆、振荡和振动。
文档编号B60B23/00GK1638979SQ03805079
公开日2005年7月13日 申请日期2003年1月8日 优先权日2002年1月9日
发明者迈克尔·A·莫里斯 申请人:Geo塑料制品公司