专利名称：脚踏车轮轴的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种脚踏车轮轴，尤其涉及一种特别适合在粗糙环境下使用的脚踏车轮轴。
车轮轴必须能够承受静态及动态的负荷以使车能够轻易及平稳的转动。
主要用于崎岖道路行驶的车轮轮轴，由于尘土、砂粒及其它外在杂物进入其滑动构件而易于严重磨损。基于此原因，前轮轮轴与具有外环、内环及滚动元件的密封轴承相结合是众所周知的。
公知的轮轴中，因为轮轴是直接插入轴承的内环，当在户外更换该轮轴时，尘土、砂粒及其它外在杂物会夹在轮轴与轴承内环之间。该外来杂物的存在导致轴承内环及轮轴的磨损，而破坏了轮轴所需精确校准。因此，轮轴的刚性损失且减短了的使用寿命。
日本特许公开专利案2-155803揭露一种机车后轮装置，该装置在轮轴的外缘提供一中心垫圈，用以避免轮轴元件错误定位。由于该轮轴是以轴承经由该中心垫片的方式支撑着，因此该机车后轮装置的轴承的内环不会被轮轴损坏。但是此种设计使外在杂物容易从外界直接进入轴承。若该设计是使用在粗糙的环境时，如登山越野脚踏车，外在杂物将会进入轴承。
本发明提出一种脚踏车轮轴。最佳实施例所提供的轮轴可以帮助避免轴承内环的磨损，以及避免尘土、砂粒及外在杂物进入轴承。在本发明的一实施例中，一种脚踏车轮轴，其包括一轮轴、一位于轮轴外缘的垫圈、一轮轴壳及一轴承。该轴承位于垫圈与轮轴壳之间，用以在轮轴上转动地支撑轮轴壳。前述轴承包括一内环、一外环及多个位于内环及外环之间的滚动元件。经由一垫圈支撑轴承而不以轮轴直接支撑轴承时，可降低轴承内环的磨损。
为避免尘土、砂粒及外在杂物进入轴承，在轴承外侧、该垫圈与轴承壳之间置入一密封。
本发明的另一实施例中，内环与外环至少有一个可以沿着轮轴的轴向做调整，以当作轴承调整的依据。例如，该内环可具有一螺纹面以与该垫圈的螺纹面旋合，如此内环则可以在垫圈上调整或自垫圈移开。
以下结合附图对本发明的实施例进行详细的说明，其中
图1为依据本发明的脚踏车轮轴总成的俯视剖面图。
图2为图1的脚踏车轮轴总成的前视剖面图。
图3为图1中轮轴支撑托架的侧视图。
图4为图1中的密封装置的详细剖面图。
图5为另一个可选择的实施例中如图1的密封装置的详细剖面图；及图6为依据本发明的另一个可选择的实施例中的脚踏车轮轴总成的剖面图。
如图1至3所示的轮轴1，其呈中空的圆柱状，一前端元件2在轮轴1一端的表面，该前端元件2的外缘有一个与轮轴支撑托架10接触的侧表面3。侧表面3可阻挡来自轮轴支撑托架10的推力。前端元件2的中心有一沿着轮轴1的中心线方向延伸的扳手孔4。在本实施例中，扳手孔4的截面是六角形，其目的是要让六角扳手插入以转动轮轴1。
轮轴1的两端适当的置入轮辆支撑托架10及10’，轮轴支撑托架10是用以连接及固定前叉11的下端，因此，可称为耦合以将轮轴1固定于脚踏车骨架。如图3所示，轮轴支撑托架10包含一轮轴紧固件12及一叉紧固件13。轮轴紧固件12上有一狭缝14，该狭缝使轮轴紧固件12成为一分离带状。轮轴紧固件12的内孔具母螺纹16，但是另一个轮轴支撑托架10’则不具有母螺纹16。
轮轴紧固件12的自由端17有一螺栓插入孔18，且在狭缝14以内有一螺纹孔19，该螺纹孔与螺栓插入孔18同中心。当固定螺栓20旋入螺纹孔19时，轮轴紧固件12会发生形变，因此自由端17使狭缝14的间距变小而将轮轴1稳固地固定在轮轴紧固件12上。
前叉紧固件13有一前叉紧固孔21，用以让前叉11的下端插入。前叉紧固孔21的目的是用以让前叉11的下端插入及固定。其固定的方式是经由使用一粘性物质后再以推压进入的方式而达成。吸振器(未显示于图)在前叉11的上端。因此吸振器并非本发明的要点，在此将不予详细的描述。另一个轮轴支撑托架10’对称于轮轴支撑托架10，且除了母螺纹外，其构造与轮轴支撑托架10相同。因此省略对于轮轴支撑托架10’的说明。
用以避免外在杂物进入轴承30的密封，其形式将在下文中参考图4加以说明。前述轴承在轮轴1上转动地支撑着轮轴壳60。另外，由于轮轴1的形状是对称的，在此仅就其中的一个轴承加以说明。如图4所示，轮轴1的外缘有一圆筒形垫圈25。该圆筒形垫圈的外缘有一法兰26，用以护持住轴承30的内环31。轴承30的内环31压抵着圆筒形垫圈的外缘27，外缘27是在法兰26的外侧。圆筒形垫圈25的两端各有一个截面呈半圆弧形的O形环槽。
圆筒形垫圈25任一端的外缘29皆有一止动衬套37。止动衬套37的一端面38与内环31的侧表面相接触。止动衬套37的内缘39处有一凹槽40。在组合时，先将O形环36置入凹槽40，然后将止动衬套37的内缘39沿着垫圈25的外缘19推入，直到O形环36固定在O形环槽为止。
止动衬套37一端的外缘有一法兰41。法兰41与轮轴壳60之间有一窄小间隙62，因此，空气通道缩小而形成一迷路。止动衬套37在靠近其端面38的外缘有一凹状密封槽42。油密封43的方形部46以留有些许间隙的方式插入凹状密封槽42。该方形部46与凹状密封槽42形成另一个迷路密封。
环64紧固地插入轮轴外壳60的内缘63，且油密封43的第一舌片元件44的外缘与环64的内缘紧固的接触。环64并非是必须的且其是一个用以调整尺寸的元件。因此，允许第一舌片元件44的外缘直接与轮轴壳60的内部孔63接触。当脚踏车行进时轮轴壳60即开始转动，油密封43的第一舌片元件44与环64的内缘相接触，油密封43亦因此随着转动。
油密封43的第二舌片元件45轻微的接触于止动衬套37的外缘47。因此，止动衬套37的外缘47易被接触于止动衬套37的外缘47的第二舌片元件45磨损。本实例中，仅止动衬套37是由相当硬的钛合金制成，其他元件则是由铝合金所制成。
轴承30的外环33紧固的压进入轴承壳60的内孔65。滚动元件钢珠32是置于内环31与外环33之间，且钢珠32是在轴承道的表面上滚动。钢珠32以等间距的方式且经由一定位元件34置入定位。定位元件34的两端面被轴承套35套着以使外在杂物无法进入。轴承30的设计及功能是公知的。
轴承壳60的两端均有法兰66，且钢丝孔67以等角的方式沿着法兰66的外缘分布。脚踏车钢丝的一端是插入及固定于钢丝孔67。一环形帽50被紧密的插入轴承壳60的内表面，用以填补轴承壳60与止动衬套37之间的空间，因此可避免外在杂物进入轴承30。
环形帽50的外缘有一凹槽51，用以置入O形环52，且轴承壳60的外缘62上有一V形槽68。在O形环52已经围绕的置于环形帽50之后，当环形帽50沿着轮轴壳60的内缘61插入时，O形环52即变形并咬合进入V形槽68．，因此，环形帽50便紧固于轴承壳60上。当环形帽50在紧固的位置时，环形帽50的内缘53与止动衬套37的外缘会形成一间隙54。间隙54非常窄，因此外在杂物进入的可能性非常小。
以下是将前述的前轮轴从前叉11拆下的步骤。首先，松掉固定螺栓20。将扳手插入1的扳手孔4并转动，可使轮轴1上的公螺纹5从轮轴支撑托架10上的母螺纹16脱离。轮轴1即自圆筒形垫圈25移出。车轮与车轮轴可视为一整体单元，而由于轮轴壳60、圆筒形垫圈25、轴承30、止动衬套37及环形帽50可视为一整体单元，因此车轮亦可以自轮轴支撑托架10及10’移开。
为了将前轮轴与轮轴支撑托架10及10’接合，可反顺序施行前述步骤。若将扳手插入轮轴1的扳手孔4并转动，此时轮轴1上的公螺纹5将旋入轮轴支撑托架10上的母螺纹16。轮轴1的前端元件2的侧表面3即向轮轴紧固件12推挤，而轮轴紧固件12则推挤止动衬套37。当发生推挤时，止动衬套37即抵抗着圆筒形垫圈25的法兰26而推挤轴承30的内环31。同样的，另一端的轴承支撑托架10’则在反方向将止动衬套37、轴承30的内环31、圆筒形垫圈25的法兰26一起推挤，因此前轮轴便可固定于前轮支撑托架10即10’。
如前文中所提，环形帽50的内缘表面53与止动衬套37之间的间隙54非常小，因此外在杂物进入的几率很小。万一有外在杂物进入时，该杂物会受到阻碍而无法进入轮轴壳60与内孔61之间的狭窄间隙62。当脚踏车行进时轮轴壳60即开始转动，油密封43的第一舌片元件44便与环64的内缘接触，因此油密封43亦随之转动。由于油密封43转动时所产生的离心力的作用，第一舌片元件44会沿着径向向外扩张，这更进一步增进了该舌片元件与环64内缘之间的密封效果。第二舌片元件45因离心力的作用而沿着径向向外扩张，此现象使其与止动衬套37的外缘47分离或接触面减小而些许地降低了密封的效果。但是油密封43的方形截面46置入凹槽42，由于迷路而增加了密封效果，此效果有效地避免外在杂物的进入。
图5为另一个可选择的实例中如图1的密封装置的详细剖面图。本实施例中，轴承30的内环31是围绕的置于止动衬套70的内缘71上。止动衬套70与轮轴1的外缘之间有一O形环72。由本实施例可看出，尽管未将轴承30的内环31置于圆筒形垫圈25上，亦可达成本发明的优点。
图6为依据本发明的另一个可选择的实施例中的脚踏车轮轴100的剖面图。轮轴100可以是脚踏车的前轮轴。轮轴100包括一轮轴104、一位于轮轴104外缘的垫圈108及一具有连接钢丝法兰116及120的轮轴壳112。前述法兰分别具有公知的钢丝孔124及128。轮轴104借着轴承132及136转动地支撑着轮轴壳112。
轮轴104包括一大直径部140，一中等直径部142及一小直径部146。大直径部140包括一用以接受六角扳手的六角形孔148。中等直径部142插入由支撑托架156的开孔152及垫圈108的大直径部162的开孔158。轮轴104的中等直径部142的接合面157与垫圈108的大直径部162的接合面159是分离的，以利于调整各组件。轮轴104的小直径部146可滑动地置入垫圈108的主体166，且轮轴104的小直径部一端的表面170具有螺纹，以旋入轮轴螺帽178的小直径部174。轮轴螺帽178的小直径部174可密合的插入支撑托架181的开孔180，且与垫圈108的端面分离，以利于调整各组件。轮轴螺帽178亦包含一大直径部182，该大直径部具有一用以接受六角扳手(未显示于图)的六角形孔186。支撑托架156及181分别具有开孔190及194，用以将支撑托架156及181与后叉(未显示于图)的末端接合。
轴承总成132包含一内环200、一外环204及多个转子208。该转子如滚珠轴承般置于内环200与外环204之间。内环200的功能如同一轴承圆锥且包括一螺纹内表面212，用以与垫圈108的螺纹外表面216相接合，因此可以沿着轮轴104的X轴方向调整内环200。内环200的外表面有一扳手面202，以易于调整或移除内环200。同样地，基于相同的目的，垫圈108的大直径部162亦有一扳手面141。外环204的功能如同一轴承盖，且其是适当的置入轮轴壳112内的开孔220。轮轴壳与内环之间有一保护盖，用以防止水、尘土等污染轴承总承132。一加强保护盖226围绕着内环200以防止污染。一具有扳手面229的止动螺帽228旋进垫圈108的螺纹外表面216，以确保内环200不经意的松动。本实施例中，止动螺帽与内环之间有一垫片227，但是垫片227可依使用的轮轴壳而予以省略。
轴承总承136包含一内环250、一外环254及多个转子256。该转子如滚珠轴承般且置于内环250与外环254之间。本实施例中，内环250与垫圈108是一体的，且其功能如同一轴承圆锥。外环254的功能如同一轴承盖，且其具有螺纹内表面264以与内部支撑元件272的外螺纹表面268相旋合。内部支撑元件亦包括一齿条外表面276，用以与112的齿条内表面280相啮合。
一链轮支撑元件284以公知的方式支撑多个驱动链轮(未显示于图)，该链轮支撑元件经由多个如同滚珠轴承的转子284及286而转动地支撑于元件272及外环254之上。在链轮支撑元件284与内部支撑元件272之间有一单向传递机构290，用以将转动力沿着单一方向从驱动链轮传递到内部支撑元件272(及轮轴壳112)。单向传递机构包含多个卡子294，该等卡子围绕的枢接于内部支撑元件272的外表面，用以与链轮支撑元件284内表面上的多个棘齿298相啮合。卡子弹簧(未显示于图)以众所周知的方式将多个卡子朝多个棘齿298偏向以与其啮合。链轮支撑元件284与垫圈108之间有一密封环300，用以使轴承总成136及其他构件可防水及防尘。
将右侧轴承总成136以放置于垫圈108与轮轴壳112之间取代置于垫圈108与内部支撑元件272之间时，轴承总成132与138两者间分开的距离可大于现有技术的轮轴。此情形可使驱动力更均匀的分布。另外，内环200的可调整性允许轴承总成132及138因磨损而进行定期的润滑及调整。
虽然以上是本发明不同实施例的说明，但是在不偏离本发明的精神及范围下可做更进一步的修改。例如，实施例中所述的轮轴1是利用螺纹而紧固于轮轴支撑托架10上，但使用的紧固方法并不限于前类构造，亦可使用一般所知的机构，如螺帽及快速释放机构。
因此，本发明的范围不应仅限于文中所揭示的特定结构。取而代之的是本发明的范围由以下的权利要求限定。当然，尽管权利要求使用了标示符号以便于参照图示，本发明并不以图示标号的结构为限制。
权利要求
1.一种脚踏车轮轴，其特征在于，包含一轮轴(1,104)；一垫圈(25,70,108)，位于轮轴(1,104)外缘；一轮轴壳(60,112)；及一轴承(30,132,136)，其位于垫圈(25,70,108)与轮轴壳(60,112)之间，用以在轮轴(1,104)上转动地支撑轮轴壳(60,112)，前述轴承(30,132,136)包括一内环(31,200,250)；一外环(33,204,254)；及多个滚动元件(32,208,256)，其位于内环(31,200,250)及外环(33,204,254)之间。
2.如权利要求1所述的轮轴，其特征在于，内环(200)与外环(204)至少有一个是可以沿着轮轴的轴向调整的。
3.如权利要求2所述的轮轴，其特征在于，内环(200)具有螺纹表面(212)，用以与垫圈(108)的螺纹表面相旋合。
4.如权利要求3所述的轮轴，其特征在于，更进一步的包含一止动螺帽(228)，其位于内环(200)侧边且旋合于垫圈(108)的螺纹表面(216)。
5.如权利要求1或2所述的轮轴，其特征在于，内环(250)与垫圈(108)形成一单一构件。
6.如权利要求1至5中任一项所述的轮轴，其特征在于，所述轮轴可适用于脚踏车后轮。
7.如前述权利要求中任意一项所述的轮轴，其特征在于，一链轮支撑元件(284)用以支撑至少一个链轮。
8.如权利要求7所述的轮轴，其特征在于，其更进一步包含一内部支撑元件(272)，其与轮轴壳(112)相接合；且其中该链轮支撑元件(284)是绕着该内部支撑元件(272)转动地支撑着；且其中该外环(254)是与该内部支撑元件(272)相结合的。
9.如权利要求8所述的轮轴，其特征在于，该外环(254)接合于该内部支撑元件(272)的一端。
10.如前述权利要求中任意一项所述的轮轴，其特征在于，其更进一步包含一轮轴螺帽(178)，该轮轴螺帽置于垫圈(108)的侧面且以螺纹旋合于轮轴(104)的表面(170)。
11.一种脚踏车轮轴，其特征在于，包含-轮轴(104)；-垫圈(108)，位于轮轴(1,104)外缘；-轮轴壳(112)；及-第一轴承(132)，其位于垫圈(108)与轮轴壳(112)之间，用以在轮轴(104)上转动地支撑轮轴壳(112)，前述第一轴承(132)包括-第一内环(200)；-第一外环(204)；及多个第一滚动元件(208)，其位于第一内环(200)及第二外环(204)之间；其中第一内环(200)与第二外环(204)至少有一个是可沿着轮轴(104)的轴向调整的；及-第二轴承(136)，其位于垫圈(108)与轮轴壳(112)之间，用以在轮轴(104)上转动地支撑轮轴壳(112)，前述第二轴承(13)包括-第二内环(250)；-第二外环(204)；及多个第二滚动元件(256)，其位于第二内环(250)及第二外环(254)之间。
12.如权利要求11所述的轮轴，其特征在于，第一内环(200)可沿着轮轴的轴向调整。
13.如权利要求12所述的轮轴，其特征在于，其更进一步的包含-内部支撑元件(272)，其与轮轴壳(112)相接合；且-链轮支撑元件(284)是绕着该内部支撑元件(272)转动地支撑着；其中该第二外环(254)是与该内部支撑元件(272)相接合的。
14.如权利要求11至13中任意一项所述的轮轴，其特征在于，该第一内环(200)具有螺纹表面(212)可与垫圈(108)的螺纹表面相旋合。
15.如权利要求14所述的轮轴，其特征在于，其更进一步的包含一轮轴螺帽(178)，该轮轴螺帽位于垫圈(108)侧面且旋合于轮轴(104)的螺纹表面(170)。
16.如权利要求15所述的轮轴，其特征在于，更进一步的包含一止动螺帽(228)，该止动螺帽位于内环(200)侧面且旋合于垫圈(108)的螺纹表面(216)。
17.如权利要求16所述的轮轴，其特征在于，内环(250)与垫圈(108)形成一单一构件。
18.如前述权利要求中任意一项所述的轮轴，其特征在于，该内环(200)适当地置于垫圈(108)的外缘(216)，且外环(204)适当地置于轮轴壳(112)的内缘(220)。
19.如前述权利要求任意一项所述的轮轴，其特征在于，更进一步包含一密封(224)，该密封是位在垫圈(108)与轮轴壳(112)之间，或是位于垫圈(108)与链轮支撑元件(184)之间的轴承(132,136)的外侧。
20.如前述权利要求中任意一项所述的轮轴，其特征在于，该垫圈(108)包括一密封槽且提供一密封(300)，该密封包括一个可以与前述密封槽相配合的截面。
全文摘要
一种脚踏车轮轴,其包括:一轮轴,一位于轮轴外缘的垫圈、一轮轴壳、及一轴承。该轴承位于前述的垫圈及轮轴壳之间,用以在轮轴上转动地支撑轮轴壳。前述轴承包括一内环、一外环、及多个位于该内环与外环之间的滚动元件。为避免尘土、砂粒及外在杂物进入前述轴承,在该轴承外侧、垫圈与轴承壳之间置入一密封。一内部支撑元件位于轮轴壳与轴承之间,以便提供一链轮支撑元件。
文档编号B60B27/02GK1216273SQ97116390
公开日1999年5月12日 申请日期1997年8月20日 优先权日1997年6月23日
发明者田部耕嗣 申请人:株式会社岛野