本发明涉及一种允许将自行车车轮固定至自行车车架上的设备。
背景技术
多年以来，流行使用被称为“快速连接器”的设备以非常快速地安装或者拆卸自行车车轮。例如，文献ep810944记载了这样的设备。这些设备特别具有一根细杆(外径小于6mm)，其穿过花鼓(moyeu)的轴的内部并且其两个端部与止挡件联结。与车架或车叉的勾爪(patte)接触的元件为止挡件，车轮的固定通过减小将两个止挡件彼此分开的距离实现。一般来说，这些止挡件的其中之一通过杆上的螺丝/螺母连接实现，而另一个配备有凸轮机构和操作杆，其允许快速改变止挡件相对于杆的位置。这样的系统不总是允许确定使用者施加的锁紧力，并且超过了车轮或者自行车制造商推荐的阈值的锁紧力尤其可以对花鼓的轴产生过量的轴向压缩，所述过量的轴向压缩可以通过在花鼓的滚珠轴承上引起过大的轴向预应力导致花鼓滚珠轴承的安装变差，或者相反地，根据使用的轴承的安装类型，会产生过度的间隙。另外，这样的快速锁紧系统对车架或车叉的刚性没有任何机械贡献。
为了解决超过推荐的锁紧力阈值的问题，已经设想用如文献ep2070725中记载的扭矩限制器来完善固定设备。该设备还在锁紧模式和解锁模式之间包括摩擦差接口以限制解锁风险。然而，该接口只在下述情况下有少许意义:在解锁方向上，所述接口只在解锁方向上角度旋转若干度之后有效，这对过度减小锁紧力已经足够了。
我们已经看到所谓的轴杆(broche)系统，其与如上描述的设备的区别特别在于穿过花鼓两侧的杆的直径。这些设备首先主要用于体育活动专用的自行车，其中自行车的机械荷载非常大，例如山地自行车下坡时。文献us9308961记载了这样的设备。
这些设备包括轴杆(外径大于10mm)，其第一端部有螺纹，被设计用于拧入车架(或车叉)的勾爪，而另一个端部装配有用于驱动杆旋转的装置，例如内六角扳手(cléallen)的模腔(empreinte)。这些设备当然更结实，但是其缺点是速度缓慢并且在没有配备测力扳手的情况下不能确定锁紧力。然而，使用者不总是拥有这样的工具。
为了安全起见并且避免解锁车轮固定设备的风险，推荐解锁扭矩大于锁紧扭矩的70％。当所述设备使用如ep810944中记载的偏心轮操作时，很容易满足此条件。相反地，当将轴杆拧入车架或车叉时，这样做更加困难。事实上，考虑到螺纹的螺旋角度，工作中的螺纹表面和攻丝之间在解锁方向上的摩擦小于在锁紧方向上的摩擦。另外，螺纹之间的距离越大，该区别也就越大。然而，为了使对轴杆的旋拧操作更快，设计师可能不得不选择大的螺纹间距甚至是双螺纹，更甚者多螺纹。这就是为什么目前的拧入式轴杆的制造商提供补充的防解锁设备的原因，这不仅会加重轴杆而且还会使操作复杂化。
技术实现要素：
本发明的目的是提出一种车轮的固定设备，其能够克服现有技术的缺点。特别地，本发明的目的是提出一种锁紧轴杆，使用该锁紧轴杆不会对车轮花鼓的滚动轴承造成损坏。
目的还包括提供一种锁紧轴杆，其便于使用者使用并且同时出色地确保使用者的安全，例如通过防止任何解锁的风险。
最后，本发明的目的是设计一种轴杆，其重量减轻且体积变小，以尤其地改善配备有这样的轴杆的自行车的空气动力学性能。
本发明的目的通过提供一种用于将自行车车轮固定至自行车车架上的锁紧轴杆来达到，所述锁紧轴杆包括杆，所述杆沿着纵向轴线延伸并且具有两侧有两个端部的中心部件，所述两个端部中的第一端部包括螺纹部分，所述螺纹部分适于与设置在自行车车架的第一部分中的攻丝合作，至于第二端部，其具有轴向止挡装置以及驱动装置，所述轴向止挡装置被设计为与自行车车架的第二部分接触，所述驱动装置被设计为允许使用者交替地施加锁紧扭矩或解锁扭矩，并且其中在锁紧方向上工作的扭矩限制器被置于所述驱动装置和所述杆之间，并且所述轴杆另外包括制动设备，该制动设备适于增大为在解锁方向上启动驱动装置的旋转所需要的扭矩。
优选地，所述制动设备包括两个摩擦表面，所述两个摩擦表面在轴向止挡装置与车架的第二部分接触时彼此接触。
在本发明的一个实施方案中，所述扭矩限制器设备包括两个凸轮环，所述两个凸轮环并列放置并且彼此沿着纵向轴线平移可动并且沿着该轴线旋转可动，并且所述环中的每一个包括凸轮表面，该凸轮表面使得两个环的相对轴向位置在“靠近”位置和“分开”位置之间变化。
优选地，所述制动设备被置于所述驱动装置和所述杆之间。
在一个优选的实施方案中，所述制动设备包括一个圆柱形套筒，其第一轴向端部构成了所述轴向止挡装置并且其第二端部可以与驱动装置的联结表面接触。
所述的套筒的轴向长度使得当扭矩限制器的两个凸轮环处于“靠近”位置时，套筒的第二端部与驱动装置的联结表面接触，而当所述两个凸轮环处于“分开”位置时，套筒的第二端部不与所述表面接触。
优选地，所述扭矩限制器的断开值(valeurdedéclenchement)为3至20n.m，优选6至12n.m。
优选地，当使用者启动解锁阶段时，所述制动设备产生一个摩擦扭矩，该摩擦扭矩大于扭矩限制器的断开值的5％，优选10％。
附图说明
根据本说明书如下的结合附图的描述，本发明将被更好地理解，其中：
图1示出了根据本发明的轴杆的透视图。
图2示出了图1的轴杆的截面视图。
图3示出了图1的轴杆的分解透视图。
图4示出了处于自由状态的轴杆的详细视图。
图5示出了锁紧操作结束时轴杆的详细视图。
图6示出了解锁操作开始时轴杆的详细视图。
图7至10示出了说明两个凸轮环的相对位置的示意性局部视图。
具体实施方式
图1为透视图，轴杆1允许将车轮固定至自行车车架上，尤其是如果是后车轮，则固定至车架的后勾爪上；或者如果是前车轮，则固定在车叉的勾爪上。其由具有纵向轴线x的杆2构成，其第一端部3包括一个螺纹部分31，该螺纹部分31被设计用于与设置在车叉或车架的第一勾爪中的攻丝合作。
第二端部4尤其包括驱动装置41和轴向止挡装置，其中驱动装置41能够将扭矩传送至杆2，轴向止挡装置被设计用于抵靠车叉或车架的第二勾爪的外表面。
这些轴向止挡装置42由环形表面83构成，该环形表面83沿着垂直于纵向轴线的平面取向。需要注意的是，轴向止挡装置的平直度是由这些止挡装置抵靠的车架或车叉的外表面的平直度直接决定的。另外，还可以设想在轴向止挡装置和车叉或车架的勾爪的表面之间提供圆锥形凹槽。止挡装置42的环形表面被用滚花轮辊压以提高摩擦系数。
图2示出了当轴杆1位于车叉5中时，轴杆1的纵向截面视图。为了清楚起见，车轮及其花鼓未示出。当车轮就位时，花鼓的中心轴位于轴杆1周围，并且花鼓被横向地保持在两个车叉勾爪51、52之间。轴杆1的第二端部具有扭矩限制器装置7，其在驱动装置沿锁紧方向转动时工作。
图3示出了构成轴杆的第二端部的全部零件的分解透视图。首先，轴杆的杆2由与其完全联结的导套(canon)21延伸。杆2和导套21之间的连接可以通过粘合或任何其它联结装置实现。导套21的端部包括凸缘211，凸缘211在前表面上具有一个六边的外模腔。该外模腔被提供以接合的形式接收第一凸轮环71。因此，凸轮环71，导套21和杆旋转联结。
在此描述的实施方案中，驱动装置41包括一个盖子6，盖子6的外表面具有内模腔，该内模腔被提供用以接收内六角扳手，并且盖子6的内表面具有六边的外模腔。该外模腔接收与盖子6旋转联结的第二凸轮环72。该构造不是在本发明的框架中的唯一可能，并且还可以设想这些装置还包括允许在没有扳手的情况下锁紧轴杆的致动操作杆。
两个凸轮环71和72中的每一个具有中心开口，该中心开口的形状与围绕与其相互连接的外模腔的形状互补。另外，这两个凸轮环并列放置并且各自在彼此面对的前表面的每一个上包括一套凸轮77。该一对多个凸轮77径向取向并且规则地周向分布。凸轮77构成了一系列径向肋73，其从凸轮环的前表面突出。
盖子6的内端部包括攻丝柱身61，在该攻丝柱身61中插入有螺丝76，所述螺丝76借由第一支承垫圈73构成了扭矩限制器设备的弹簧75的止挡件。另一方面，弹簧75由置于导套21内部的第二支承垫圈74保持。弹簧75向杆/导套组件挤压盖子6，因此两个凸轮环71和72彼此抵靠。这两个凸轮环71和72优选地彼此相同并且彼此相对旋转，它们可通过烧结钢粉以获得准确的，经济的，具有高硬度以及出色的耐磨性(优选通过浸渍油脂进行自我润滑(autolubrifier))的零件而容易地获得。在一个简化的实施方案中，凸轮环被省略并且替换为一方面直接置于盖子6上，并且另一方面置于导套21上的凸轮77。
扭矩限制器设备65被置于驱动装置41和杆2之间。所述扭矩限制器设备允许盖子和杆/导套组件之间的驱动中断。该设备包括两个凸轮环71和72以及一个弹簧75。其通过两个环的凸轮之间的配合以及弹簧75施加的应力来运行。当使用者施加的锁紧扭矩较小时，两个环保持彼此靠近并且第二凸轮环72的表面和第一凸轮环71的表面接触。因此，盖子6以及与其联结的第二凸轮环72的旋转驱动了第一凸轮环71在锁紧方向上的旋转。由于第一凸轮环71与导套21和杆2联结，因此随后螺纹部分将旋拧在车叉的勾爪中。将凸轮环的该相对位置指定为“靠近”构型。
图7示意性地示出了当盖子6在锁紧方向上驱动时，两个凸轮环71和72如何合作。视图7以及8至10为局部示意图，其目的为阐明扭矩限制器和制动设备的运行。与两个凸轮环71和72中每一个相邻的两个系列肋73被展开示出。
在任何时候，弹簧75挤压盖子6和与第二凸轮环72接触的第一凸轮环71。在锁紧阶段开始时，例如图7所示的，每个凸轮环71和72的肋73的凸轮77的表面保持彼此接触。
接触的凸轮表面具有大致螺旋形状，当使用者穿过这些凸轮传递锁紧扭矩时，因此产生了轴向感应力，并且一旦该轴向感应力超过了弹簧75预应力阈值，两个凸轮因此将会滑动，其结果是环彼此分开。图8示出了凸轮的表面彼此相对滑动。当两个凸轮环之间的距离等于承载凸轮表面的肋的高度的时候，盖子和杆之间的旋转分离。换言之，用扳手驱动盖子不会再导致杆的旋转。因此，限制了锁紧力。该构型由图9所示出。
相反地，当使用者试图传递解锁扭矩时，如图10所示，彼此接触的是与凸轮表面相对的支承表面78。这些支承表面78非常陡，不允许轴向运动的可逆性，使得解锁转矩的传递不会引起任何轴向力。
上述扭矩限制器设备仅是其它允许限制扭矩的构造中的一个实例。
本发明的轴杆另外包括允许确保锁紧和解锁之间的摩擦差的制动设备。该设备主要包括套筒8，该套筒8一方面相对于盖子6，另一方面相对于导套/杆组件自由旋转。该运行将在下面说明。
图4示出了处于自由位置的轴杆的第二端部的纵向截面细节视图，也就是说当轴杆没有锁紧时，并且因此轴向止挡装置不与车叉的勾爪接触时。在该构型中，由使用者借助插入到模腔62中的内六角扳手施加的锁紧扭矩相对较小并且其通过第二凸轮环72，然后是第一凸轮环71，然后是导套21而直接传递到杆。
因此，由于杆2的螺纹端部和车叉51的第一勾爪的攻丝511之间存在的螺丝/螺母连接，施加的扭矩确保了轴杆的轴向行进。
该构型一直持续至设置在套筒8的第一轴向端部83上的轴向止挡装置与车叉52的第二勾爪接触。套筒的旋转在第一时间被制动以完全停止。值得注意的是轴向止挡装置包括用滚花轮滚压的表面，以提高套筒8和车叉52的第二勾爪之间的摩擦系数。
一旦轴向止挡装置接触，所述设备就进入所谓的确切的锁紧构型。实际上，就是在该锁紧构型中，通过使车叉的两个勾爪靠近，由使用者施加的扭矩至少部分地转化成车轮花鼓的锁紧力。
在该锁紧构型中，重要的是优化效率并且因此最小化施加的扭矩在摩擦中消耗的比例。为此，在凸缘211和套筒8之间安置滑动垫圈90，该滑动垫圈90例如由低摩擦系数的热塑性材料制成。
为了使锁紧效率最大化，通过使滑动垫圈90的平均直径最小化来减小滑动垫圈90的平均摩擦半径也是有利的，然而其支承表面必须保持足够以使由轴向锁紧力产生的压力不会导致该垫圈随时间过度蠕变。
当为使盖子6继续旋转所需要施加的扭矩大于预定值时，有效锁紧结束。该预定值为3至20n.m，优选地为6至12n.m。
鉴于扭矩限制器设备之故，如果使用者施加了过大的扭矩，彼此接触的凸轮表面将彼此滑动。因此，出现了凸轮环71和72的分开，当其达到最大值时，将盖子6的旋转脱离导套/杆组件。在凸轮相对于彼此相对滑动的作用下，环退出“靠近”构型以使自己处于“分开”构型。在该阶段期间，弹簧75通过对抗凸轮的位移而被压缩。
然而，如图5所示，从凸轮环71和72开始分开并且回到“分开”构型的时候开始，盖子的后表面63和套筒8的第二轴向端部82之间就不再接触。因此，在锁紧阶段的最后时候，由使用者施加的大部分扭矩都被传递至导套/杆组件上。这允许在锁紧结束时，即，锁紧所需的扭矩达到其最大值的时候，改善设备的效率。
图6示出了在锁紧构型中的轴杆，即，使用者使用自行车的整个阶段中所占据的直至使用者想要从车架拆下车轮的构型。
正是从该“锁紧”构型开始，并且一旦解锁开始，制动设备81就开始工作。如将在下文中看到的，该制动设备81旨在加大启动解锁阶段所需的扭矩。
制动设备81包括两个摩擦表面，一个是盖子6的后表面63，另一个是套筒8的第二端部82。
当使用者通过将内六角扳手插入模腔62中启动解锁阶段时，套筒8的用滚花轮滚压的表面相对于车叉的勾爪表面被锁紧。在使用者施加的扭矩可以通过两个环传递给杆之前，环必须处于其允许的相应的角度构型中。然而，考虑到将肋分开的角度偏差，用于逆时针(解锁方向)驱动的环的相对角度构型相对于允许顺时针(锁紧方向)驱动的相对角度构型偏移相同的角度偏差。结果，在使用者施加的扭矩被传递至杆2之前，盖子6必须旋转。在所描述的实施方式中，两个相邻肋之间的角度偏差是30°，因此在锁紧阶段开始时，由使用者传递的扭矩的大部分被盖子6的后表面63和套筒8的第二轴向端部82之间产生的摩擦消耗。
图10示出了盖子在解锁方向上的初始旋转之后，直至支承表面78彼此接触并且由使用者施加的解锁扭矩被传递至杆2时，两个环的相对的角位置。
合理地，套筒的第二轴向端部82的表面和盖子的后表面63被处理以最大化摩擦系数。对接触表面的材料和表面处理的选择允许保证用于启动解锁的扭矩大于为了最佳地固定车轮所需的锁紧扭矩的70％，优选地大于80％。
举例来说，在附图所描述的实施例中，扭矩限制器的断开扭矩被校准为8n.m，同时弹簧75的力的阈值被校准为500n(为此，凸轮被设计成具有32.5°的平均螺旋斜率)。当在解锁阶段期间，盖子6的后表面63因此必须承受该500n的轴向力，即，仅在解锁期间在该表面上产生的摩擦扭矩，其中所述表面的平均半径为10mm并且摩擦系数为0.2，可以根据下式计算：
c摩擦＝f.rmoy.fa＝1n.m
该附加的摩擦扭矩在此处为隶属的锁紧扭矩的12.5％，因此是解锁扭矩/锁紧扭矩之间的比率的大约12.5％，因此允许更容易达到安全标准要求的阈值70％，甚至是85％，这因此保证了更高的安全余量。
在本发明的框架内，优选的是制动设备被设计为使得附加的摩擦扭矩大于最大锁紧扭矩值(即扭矩限制器的断开扭矩)的5％，优选地大于10％。
有利地，本发明的制动设备不需要引入额外的零件，所述额外的零件可能会使轴杆端部加重或者体积增加。事实上，其有助于运行的不同构成元件，即套筒8、盖子6和两个凸轮环并不是其专用的。在这里，套筒8首先作为轴杆的端部4的外部主体。
另外，扭矩限制器设备的存在允许在机械设计轴杆的不同构成零件时优化零件的重量。对于只要杆不承受过大的扭转应力的情况下、厚度尽可能小的杆，尤其如此。
如图9所示，当扭矩限制器工作时，制动设备本身不再工作。事实上，当使用者施加的锁紧扭矩接近断开阈值时，制动设备是工作的，这立即表现为两个摩擦表面相对彼此分开，这事实上导致了制动设备的退役。
在不超出本发明的范围的情况下，还可以在后表面63和环8的端部之间增加具有相当小的角距离的滚花，以便在解锁过程中增加额外的摩擦扭矩。