专利名称：自动调芯型自行车转轴的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种自动调芯型自行车转轴，其是一种运用在自行车上的转轴设计，藉该设计可在组装时能够让转轴与轴孔间自动调整至最佳的相对位置，而能够运用在自行车花毂、天心轴及踏板等具有转轴的位置处，藉以提升自行车的品级。
为便于说明，于本说明书中以自行车前后花毂的转轴结构为例作说明，特别是指一般(传统)自行车花毂转轴构造(使用机械轴承者除外)；传统构造的花毂轴，其转动主要靠两端的珠碗、钢珠、及压珠件三者形成，而整个花毂轴体的转动好坏与否，是依各零件及花毂头、转轴等的精度与组装的技术有极大关系。请配合参看图9及
图10所示传统型花毂与转轴的构造图。
基本上传统的花毂轴体包括花毂头70、转轴80与钢珠90，在花毂头70中设有一贯穿的轴孔(未予标号)，于该轴孔的两端分别设置有一体成型或分别制造完成后相结合成一体的珠碗72，转轴80两端设置成螺纹端82，而可在转轴80相对于花毂头70珠碗72的位置配合固定螺帽84组装设置有压珠件86，并将适当数量的钢珠90夹设于珠碗72与压珠件86之间，藉以提供转轴80适切的支承，并可让转轴80与花毂头70间作顺畅的旋转动作。
一般传统造型的花毂头依制造商及等级的不同，概略可由其碗部形状的不同而作区别，于
图11、
图12、
图13、
图14中分别显示出四种不同的前、后花毂头70的珠碗72部份形状与结构(其中a为后花毂头、b为前花毂头)，该等花毂头70的珠碗72在形状与结构上虽有差异，但其所能够提供的基本功能却是完全相同的。
为了解前述传统型花毂轴体的缺点，以下乃针对其结构性的问题作进一步说明
传统型花毂轴体及各零件在其制造时与组装时，在两端的珠碗72、钢珠90、压珠件86等皆很难达到对准转轴80中心线99的理想精密度，故整个花毂轴体在转动上归纳有以下三点缺点一.转动不均匀及不顺滑。
二.转动接触面(珠碗内面、压珠面与钢珠的转动轨圈)磨损不均。
三.组装时紧度不易控制而达到均一标准(需靠经验丰富的师傅组装)。
将前述转动不良的缺点进行分析归纳后可知，造成该等转动缺点的原因包括一.各零件加工精度低，及经热处理时产生的变形。
二.各零件组装后的偏差(尤其多件式花毂头70与珠碗72之间偏差特大)。
三.钢珠滚动处的零件，含珠碗72及压珠件86无经过精磨加工，很难达到转动顺滑的品级及寿命。
在前述第一、三项原因所造成的缺点，可在个别零件制程上要求作到某种精度的零件水准，在不同成本下生产出不同高低的品级，但在第二项原因所造成偏差缺点时，基于整体架构设计上的需求，各零件组装后产生的偏位则难以避免。
由
图15两端珠碗72组装后不同偏位的示意图观之，其中
图15a中所示是花毂轴体两端的珠碗72中心线99偏位，
图15b中所示是花毂轴体两端的珠碗72中心线99相交叉，
图15c中所示是花毂轴体两端的珠碗72中心线99偏位且相交叉(即
图15a及
图15b中所示的综合状况)，所有偏差情形都可归类
图15中所示的a、b、c三类的不同偏位情形。
以
图15的a、b、c归类的三种偏位的情形来看，则在花毂头70与转轴80等零件组装成一整个花毂轴体(如图9一体成型花毂头或
图10多件式花毂头)时，因两端的珠碗72偏位不在整个花毂轴体的同一中心线99上理想的位置条件，故必定组装成转动不均不顺滑，及组装时紧度控制困难等问题产生，此即是前述花毂轴体的转动不良缺点。
本创作人有鉴于现有的此类自行车转轴在结构设计上所面临的问题，乃针对其原因进行深入的研究，并致力加以改进，经不断的研究与尝试后终于开发出了能够解决传统自行车转轴在结构上所造成的问题。
本实用新型的主要目的在于提供一种自动调芯型自行车转轴，其主要是于穿设转轴的轴孔两端分别设置有半球面型珠碗，以该半球面型珠碗与转轴两端的压珠件相配合来夹持压制钢珠，藉该半球面型珠碗的设置，可在转轴组装定位后由钢珠本身的受力在半球面型珠碗中定位于最恰当的位置，亦即藉该半球面型珠碗的设置，可以提供转轴自动调整中心线的功能，让转轴能够自动调整至最佳的支承位置。
本实用新型的技术方案在于提供一种自动调芯型自行车转轴，其特征在于，在穿设转轴的轴孔两端分别设置有半球面型珠碗，以该半球面型珠碗与转轴两端的压珠件相配合来夹持组装钢珠，藉此，可在转轴组装定位后由钢珠本身的受力在半球面型珠碗中定位于最恰当的位置，而可藉以提供转轴自动调整中心线，并达最佳的支承位置。
在上述的自动调芯型自行车转轴中，穿设转轴的轴孔可设置于花毂头中，并于该轴孔两端设置有半球面型珠碗，在花毂头中穿设组装有一转轴，该转轴的两端分别设置成螺纹端，并分别配合固定螺帽组装有一压珠件，并于该压珠件与珠碗间夹设组装有钢珠；穿设转轴的轴孔也可设置于自行车天心轴处，并于该轴孔两端设置有半球面型珠碗，在天心轴处穿设组装有一转轴，该转轴的两端分别设置有一压珠件，并于该压珠件与珠碗间夹设组装有钢珠；而且，穿设转轴的轴孔还可设置于踏板中，并于该轴孔两端设置有半球面型珠碗，在踏板中穿设组装有一转轴，该转轴的两端分别设置有一压珠件，并于该压珠件与珠碗间夹设组装有钢珠。
本实用新型与已有技术相比优点和积极效果非常明显。由以上的技术方案可知，传统的自行车转轴均是以盘状的珠碗与相对造型的压珠件来夹持组装钢珠，亦即其组装完成后钢珠的排列平面完全取决于珠碗与压珠件的相对角度，只要是珠碗与压珠件间的相对角度或位置有任何偏位，其钢珠即无法提供完美的轴承效果，以本实用新型的设计则可由半球面型珠碗12提供一份自动调芯的补偿效果，而让钢珠排列的平面自动调整至与转轴20中心线40垂直的平面上，而能够提供转轴20最理想的支承效果。
以本实用新型的结构配置，其不单能够运用到前述说明中所述的花毂轴体实施例中，亦能够以相同的技术手段及知识运用至图7的自行车天心轴及图8的自行车踏板等具有转轴的位置处，而能够获得转动均匀，顺滑无声的转轴功能并提高商品品级。
以下结合附图进一步说明本实用新型的具体结构特征及目的。
附图简要说明
图1是本实用新型运用在自行车一体成型花毂头中的较佳实施例部份剖视示意图。
图2是本实用新型运用在自行车多件式花毂头中的较佳实施例部份剖视示意图。
图3是本实用新型以冲压制成的半球面型珠碗与压珠件相配合的分解示意图。
图4是本实用新型花毂头两端珠碗组装无偏差时钢珠正确位置图与压珠件的钢珠位置图。
图5是本实用新型花毂头一侧的半球面型珠碗放大示意图。
图6是本实用新型半球面型珠碗组装后自动调芯的状态示意图。
图7是本实用新型运用在自行车天心轴处的较佳实施例剖视示意图。
图8是本实用新型运用在自行车踏板处的较佳实施例剖视示意图。
图9是传统一体成型花毂头的组合剖视结构示意图。
图10是传统多件式花毂头的组合剖视结构示意图。
图11～
图14是各种不同型式的传统式花毂轴体珠碗结构剖视图。
图15是传统花毂轴体两端珠碗产生不同型式偏位的状态示意图。
请配合参看本实用新型
图1、图2所示，其是将本实用新型的自动调芯型自行车转轴搭配组装在自行车花毂头10中的较佳实施例示意图，其中可以见到本实用新型的整体结构配置与传统的自行车花毂轴体雷同，其是于花毂头10中设有一贯穿的轴孔(未予标号)，并于该轴孔两端设置有珠碗12，在花毂头10中穿设组装有一转轴20，该转轴20的两端分别设置成螺纹端22，并分别配合固定螺帽24组装有一压珠件26，并于该压珠件26与珠碗12间夹设组装有钢珠30，惟由图中可以见到本实用新型的珠碗是一半球面型的珠碗12，其不同于传统的圆盘状珠碗，此即是本实用新型的设计重点所在。
配合图3的本实用新型以冲压制成的半球面型珠碗12与压珠件26相配合的分解示意图观之，其中可以见到在该压珠件26上所设置供钢珠30的环状压珠面(未标号)与传统的压珠件相同，是呈一环状面，但本实用新型的珠碗12则呈一半球面型，此即使得压珠件26将钢珠30夹设组装定位时，其压珠件26与珠碗12间的相对位置可依钢珠30受力的方向及角度自行作调整，并可在呈半球面型的珠碗12中移动至最理想的位置，在该位置可以让钢珠30排列的平面自动对正至与转轴20中心线40相垂直的平面上，而能够提供转轴20最佳的支承效果，并让钢珠30拥有最均匀最滑顺的运转状况。
以下乃就半球面型的珠碗12与钢珠30接触点的理论作说明图4的左图表示花毂头两端半球面型珠碗12与钢珠30接触点的正常正确状态，右图表示压珠件26与钢珠30接触点的位置，即以接触点θ所形成的等边三角形必呈现相同的尺寸大小。即Δoab＝Δo′a′b′＝Δo″a″b″(压珠件)但假设各球面半径γ相同，与接触角θ亦相同。
γ＝γ′＝γ″θ＝θ′＝θ″兹先说明钢珠接触角θ与花毂头荷重受力关系。配合图5的花毂头一侧的半球面型珠碗12放大示意图观之，假设一个花毂头垂直荷重有2W时，加于单侧钢珠30的受力即为W，如示意图所示，γ为球面半径，θ即为钢珠30与球面的接触角。其接触角θ值一般在20～30°内较为适当，如接触角θ超过30°时钢珠30的压力及压珠件26的受力将会增大甚多，而减短钢珠30及压珠件26的寿命，故较不适用。钢珠30与压珠件26的受压力可由下列公式得知；Wγ＝W/CosθWs＝Wxtanθ此处Wr＝钢珠的压力＝压珠件的受力
Ws＝花毂头轴向的压力以本实用新型的结构配置，当花毂头与转轴发生
图15b所发生的偏差缺点时，半球面型珠碗12可自动调整钢珠30接触点，而得出“新的轴中心线40”并可得到如前述图4的正确位置状态，即自动调芯后变成转动均匀顺滑的状态。
本实用新型的自动调整方式可配合图6来说明如在
图15a、b、c中所显示不同的偏差情形，以本实用新型的半球面型珠碗12作取代，即可得到图6a、b、c的左侧图式所示的情形，因两端有偏位情形之故，半球面型珠碗12的位置与方向，皆不在图4中所示正常的正确位置。但此时可由两端半球面型珠碗30)的球心点O-O′点自动形成新中心线40，同时亦由珠碗12球心点对新形成的O-O′新中心线40自行调整钢珠30的接触点x-y或x′-y′点。由于珠碗12内面呈半球面，当然可维持下列关系Δoxy＝ΔoabΔo′x′y′＝Δo′a′b′此时仍假设球面半径γ＝γ′钢珠接触角θ＝θ′故钢珠接触点x-y点或x′-y′点之处，无论其珠碗12有任何情形的偏差(接触点θ设定在20～30°最佳范围内时，有新中心线40可自行调芯的角度α可达5～10°)，均能补救其误差，而且可得到下列三点结论一.自动形成o-o′新中心线40。
二.并维持其Δoxy及Δo′x′y′新形成的相同等且三角形位置。
三.x-y及x′-y′点处的钢珠30接触点为等距，并与新o-o′中心线40成垂直90°角位置。
由此三点结论而达到本实用新型具有自动调芯的功能。
以上是钢珠30与珠碗12半球面接触点的理论说明，此时仍假设以转轴20与压珠件26组装锁紧后成为一体，且与图6a、b、c中的Δoxy及Δo′x′y′三角形等形，且符合理论的准确度。但实际上转轴20与压珠件26是以螺合方式固定结合。当组装结合至定位后在压珠件26与转轴20的中心线，与压珠件26自身的中心，一定有些细微偏差产生。实际上这些细微偏差与珠碗12已有的偏差，在半球面上形成与半球形中心点O或O′点相吻合，此即可自行调整出很顺畅的适配转动(自动调芯功能)，这就是本实用新型的改良优点的理论与实际应用。
由于本实用新型的珠碗12设计可以得到自动调芯的作用，而克服传统自行车转轴偏位的缺点，并获致转动均匀的转轴，故而能够在本实用新型的结构基础之下对转轴两端的珠碗12、压珠件26及钢珠30等零件的尺寸，精密度作到研磨面以上的加工精密表面，即可得到相同于轴承ABEC1级以上的转动顺滑的轴承功能，同时可提升自行车整体的品级。
权利要求1.一种自动调芯型自行车转轴，其特征在于，在穿设转轴的轴孔两端分别设置有半球面型珠碗，以该半球面型珠碗与转轴两端的压珠件相配合来夹持组装钢珠。
2.根据权利要求1所述的自动调芯型自行车转轴，其特征在于其中穿设转轴的轴孔是设置于花毂头中，并于该轴孔两端设置有半球面型珠碗，在花毂头中穿设组装有一转轴，该转轴的两端分别设置成螺纹端，并分别配合固定螺帽组装有一压珠件，并于该压珠件与珠碗间夹设组装有钢珠。
3.根据权利要求1所述的自动调芯型自行车转轴，其特征在于其中穿设转轴的轴孔是设置于自行车天心轴处，并于该轴孔两端设置有半球面型珠碗，在天心轴处穿设组装有一转轴，该转轴的两端分别设置有一压珠件，并于该压珠件与珠碗间夹设组装有钢珠。
4.根据权利要求1所述的自动调芯型自行车转轴，其特征在于其中穿设转轴的轴孔是设置于踏板中，并于该轴孔两端设置有半球面型珠碗，在踏板中穿设组装有一转轴，该转轴的两端分别设置有一压珠件，并于该压珠件与珠碗间夹设组装有钢珠。
专利摘要本实用新型涉及一种自动调芯型自行车转轴,其主要是于穿设转轴的轴孔两端分别设置有半球面型珠碗,其可与转轴两端的压珠件相配合来夹持压制钢珠,藉该半球面型珠碗的设置,可在转轴组装定位后由钢珠本身的受力在半球面型珠碗中定位于最恰当的位置,而可藉以提供转轴自动调整中心线,并达最佳的支承位置。
文档编号F16C3/02GK2390047SQ9924375
公开日2000年8月2日 申请日期1999年8月24日 优先权日1999年8月24日
发明者庄文龙 申请人:庄文龙