自行车车轮固定轮轴技术领域
本发明总地涉及用于自行车的轮轴，更具体地涉及用于自行车的车轮固定轮轴，
该车轮固定轮轴包括单向离合器结构，以防止轮轴的松动。
背景技术
典型的自行车车轮由车轮固定轮轴固定至花鼓支撑件。典型地，车轮固定轮轴的
远端区段具有螺纹。带螺纹的远端区段与螺母或花鼓支撑件中的螺纹孔匹配，以将车轮固
定轮轴固定至自行车的车架或叉部。
发明内容
本发明为用于将车轮固定至自行车车身的车轮固定轮轴。车轮固定轮轴包括轴，
所述轴包括第一端部分和与第一端部分相反的第二端部分。第二端部分包括螺纹区段。轴
具有旋转中心轴线。车轮固定轮轴进一步包括单向离合器机构，所述单向离合器机构包括
适于接触自行车车身的锁定构件。单向离合器机构构造为允许轴相对于锁定构件沿第一方
向围绕旋转中心轴线的相对旋转，且限制轴相对于锁定构件沿与第一方向相反的第二方向
旋转。锁定构件构造为当锁定构件接触自行车车身时，限制轴相对于自行车车身沿第二方
向绕旋转中心轴线的相对旋转。
另一方面，单向离合器机构位于轴的第一端部分和第二端部分中的一个处。
另一方面，单向离合器机构具有至少一个齿元件，所述至少一个齿元件限制轴相
对于锁定构件沿第二方向的旋转。
另一方面，单向离合器机构包括构造为与轴一体地旋转的环形齿元件。
另一方面，单向离合器机构包括壳体元件，且锁定构件联接至壳体元件。
另一方面，单向离合器机构包括与轴一体地旋转的第一环形齿元件、独立于轴围
绕旋转中心轴线旋转的第二环形齿元件，和齿元件偏置构件，所述齿元件偏置构件使第一
环形齿元件和第二环形齿元件中的一个朝向第一环形齿元件和第二环形齿元件中的另一
个沿旋转中心轴线的轴向方向弹性地偏置。
另一方面，第一环形齿元件包括多个围绕旋转中心轴线设置的齿，每个齿包括从
彼此呈不同角度倾斜的第一倾斜表面和第二倾斜表面，和形成在第一倾斜表面和第二倾斜
表面之间的齿峰。
另一方面，第二环形齿元件包括多个围绕旋转中心轴线设置的齿，且第二环形齿
元件的齿成形为与第一环形齿元件的齿类似且构造为与第一环形齿元件的齿接合。
另一方面，齿元件偏置构件使第一环形齿元件朝向第二环形齿元件偏置，使得第
一环形齿元件在轴向方向上相对于第二环形齿元件可移动。
另一方面，单向离合器机构包括壳体元件。壳体元件由轴支撑，使得壳体元件围绕
旋转中心轴线可旋转，当所述壳体元件沿第一方向旋转时，壳体元件与轴一起旋转，且当壳
体元件沿第二方向旋转时，壳体元件独立于轴旋转。
另一方面，锁定构件枢转地联接至壳体元件，使得锁定构件能够手动地枢转至锁
定位置，在锁定位置中，自行车车身接触锁定构件并防止壳体元件沿第二方向旋转。
另一方面，轴包括形成在第一端部分和第二端部分中的一个的端表面中的内置插
口，且内置插口适于接收用于将轴的螺纹区段旋拧到自行车车身中的对应的螺纹开口中的
工具。
另一方面，车轮固定轮轴进一步包括垫圈。垫圈包括适于接触自行车车身的紧固
表面的不光滑表面，和接触轴的凸缘的光滑表面。当车轮固定轮轴固定至自行车车身时，垫
圈夹在凸缘和自行车车身的紧固表面之间。
另一方面，轴为包括中心贯通通道的中空体。
另一方面，车轮固定轮轴包括保持元件。单向离合器机构位于第一端部分上，且保
持元件布置在轴的第二端部分上。
另一方面，保持元件具有比螺纹区段的半径大的最大半径，且保持元件能够径向
地缩回至小于或等于螺纹区段的半径的半径，以允许轴从自行车车身移除。
另一方面，保持元件致动器元件沿径向向外的方向偏置，致动器元件由致动器偏
置元件沿轴线方向偏置。
另一方面，按钮从轴的第二端部分轴向延伸，且按钮联接至致动器元件，通过沿轴
向方向按压按钮，保持元件径向向内缩回。
从以下详细的说明书和附图中，本发明的其他有益效果和特点对于本领域的技术
人员是显而易见的。
附图说明
图1为包括至少一个车轮固定轮轴的自行车的右视图；
图2为车轮固定轮轴的主视图，部分为截面；
图3为车轮固定轮轴的分解的立体视图；
图4为图3的车轮固定轮轴的壳体元件的立体视图；
图5为环形齿元件和轴的第一端的立体视图；
图6为单向离合器的环形齿元件的图解部分俯视图；
图7为单向离合器机构和锁定构件的截面图；
图8为处于完全接合状态的单向离合器机构的截面图；
图9为处于滑动状态或倒转状态下的单向离合器机构的截面图；
图10为在组装期间，图2的车轮固定轮轴的主视图，部分为截面；
图11为图2的车轮固定轮轴处于固定状态下的主视图，部分为截面；以及
图12为图2的车轮固定轮轴处于准备分解的状态下的主视图，部分为截面。
具体实施例
图1示出了自行车10。自行车10包括自行车车身14、前车轮26和后车轮30。车轮26、
30中的每一个包括花鼓32。自行车车身14包括车架18和叉部22。叉部22枢转地接附至车架
18。自行车进一步包括至少一个车轮固定轮轴34，用于将车轮26、30固定至自行车车身14。
除了车轮固定轮轴34，自行车10为常规的且不会具体描述。
参考图2，自行车车身14包括第一花鼓支撑件38和第二花鼓支撑件42。在图2中图
示的实施例中，第一花鼓支撑件38包括无螺纹贯通孔46，第二花鼓支撑件42包括螺纹开口
50，该螺纹开口50与贯通孔42轴向地对准。例如，第一花鼓支撑件38和第二花鼓支撑件42可
以为叉部22的臂或车架18的支撑后车轮30的部分。图2示出了固定至自行车车身14的车轮
固定轮轴34。车轮固定轮轴34可用于将前车轮26和后车轮30其中的任一个固定至自行车车
身14。为了简洁，车轮26、30和花鼓32的由车轮固定轮轴34固定至自行车车身14的部分在图
2中省略。
车轮固定轮轴34包括轴54，轴54有时也被称作串轴(skewer shaft)。如图6和图9
至图11所示，在图示实施例中，轴54为包括中心贯通通道58的中空体。可替换地，轴54可为
实心。轴54包括第一端部分66和第二端部分70。第二端部分70与第一端部分66相反。第二端
部分70包括螺纹区段82。轴54具有旋转中心轴线86。
轴54包括形成在第一端部分66和第二端部分70中的一个的端表面中的内置插口
90。内置插口90适于接收用于将轴54的螺纹区段82旋紧到自行车车身14中的对应的螺纹开
口50中的工具(未示出)。插口90充当接合诸如艾伦内六角扳手(Allen key)或电动工具的
旋转工具的接合部分。例如，插口90可以为六边形孔。因此，在装配期间，轴54装配至自行车
车身14和花鼓32，使得轴54首先进入无螺纹贯通孔46。在穿过花鼓32后，螺纹区段82进入螺
纹开口50。然后，如图2所示，工具装配到插口90中，以旋转轴54，以使螺纹区段82拧紧至螺
纹开口50，以此将车轮26、30固定至自行车车身14。
车轮固定轮轴34进一步包括单向离合器机构94，单向离合器机构94包括适于接触
自行车车身14的锁定构件102。单向离合器机构94位于轴54的第一端部分66和第二端部分
70中的一个处。单向离合器机构94构造为允许轴54相对于锁定构件102在第一方向上围绕
旋转中心轴线86的相对旋转，并且构造为限制轴54相对于锁定构件102在与第一方向相反
的第二方向上的相对旋转。锁定构件102构造为当锁定构件102接触自行车车身14时，限制
轴54相对于自行车车身14在第二方向上围绕旋转中心轴线86的相对旋转。
因此，例如，如果螺纹区段82带有右旋螺纹，使得从第一端部分看去时，当轴54沿
顺时针旋转时被拧紧，则第一方向为顺时针，第二方向为逆时针，且允许轴54由单向离合器
机构94相对于锁定构件102在顺时针方向上旋转。然而，如果轴54相对于锁定构件102逆时
针旋转，则单向离合器机构94接合，以阻止轴54相对于锁定构件102的旋转，且锁定构件102
(如果锁定构件102已启用)接合自行车车身14，以限制轴54的逆时针旋转。因此，通过锁定
构件102和自行车车身14之间的接合防止了轴54松动。如果螺纹区段82带有左旋螺纹，那么
单向离合器机构94可被制造为以相反的方式起作用，以防止轴54的松动。
在图2中图示的实施例中，当锁定构件102接触第一花鼓支撑件38时，锁定构件102
防止轴54沿松动的方向旋转。车轮固定轮轴34可从图2中示出的取向翻转。即，可在第一花
鼓支撑件38中形成螺纹开口，可在第二花鼓支撑件42中形成无螺纹贯通孔46，且车轮固定
轮轴34可被紧固，使得当锁定构件102接触第二花鼓支撑件42时锁定构件102防止轴54松动
的旋转。
参考图2至图7，单向离合器机构94包括壳体元件110，锁定构件102联接至壳体元
件110。锁定构件102枢转地联接至壳体元件110，使得锁定构件102可手动地枢转至锁定位
置，在所述锁定位置中，自行车车身14接触锁定构件102并且防止壳体元件在第二方向上的
旋转。即，如图7所示，锁定构件102枢转地接附至壳体元件110。锁定构件102在图7和图11图
示的启动位置或锁定位置与图10和图12图示的未启动位置或未锁定位置之间枢转。当锁定
构件102处于未启动位置时，它避免与自行车车身14接触，不会产生作用。当锁定构件102处
于启动位置时，自行车车身14与锁定构件102和壳体元件110在轴54松动的方向上的旋转干
涉，这为车轮固定轮轴34提供抗松动作用。
如图3和图7至图9所示，帽件112可位于轴54的第一端部分66处，以防止壳体元件
110从轴54脱落。帽件112可由例如螺纹(未示出)或压装固定至轴54。帽件112不会与壳体元
件110的旋转干涉。
参考图2至图9，壳体元件110由轴54支撑，使得壳体元件110围绕旋转中心轴线86
可旋转。当壳体元件110沿第一方向旋转时，壳体元件110与轴54一起旋转，当壳体元件110
沿第二方向旋转时，壳体元件110独立于轴54旋转。也就是，如果壳体元件110沿第一方向旋
转，通过操控单向离合器机构94，壳体元件110和轴54一定一体地旋转，所述第一方向为螺
纹区段82拧紧的方向。另一方面，当壳体元件110相对于轴54沿第二方向旋转时，壳体元件
110可独立于轴54旋转，因为这种相对运动会引起单向离合器机构94滑落。这是与例如，当
轴54被拧紧并且壳体元件110固定时发生的运动相同的相对运动。
许多已知的单向离合器机构中的一些可用作单向离合器机构。在图示实施例中，
单向离合器机构94具有至少一个齿元件122，该齿元件122限制锁定构件102和轴54沿第二
方向的相对旋转。参考图4，单向离合器机构94包括构造为与轴54一体地旋转的环形齿元件
122。环形齿元件122具有六角贯通开口126，该六角贯通开口126与轴54上的相对应的六角
表面130相匹配。六角贯通开口126与六角表面130之间的接合引起环形齿元件122和轴54成
一体地旋转。但是，六角表面130不能防止环形齿元件122轴向移动。可选地，可以使用其他
已知的允许环形齿元件122相对于轴54的轴向移动但防止环形齿元件122相对于轴54的旋
转移动的结构，例如键和纵向槽，来代替如图3所示的非圆形开口和相对应的开口。
参考图3至图9，在图示实施例中，环形齿元件122为一对环形齿元件122、134中的
第一环形齿元件122。单向离合器机构94包括与轴54一体地旋转的第一环形齿元件122、独
立于轴54绕旋转中心轴线86旋转的第二环形齿元件134，以及齿元件偏置构件138，该齿元
件偏置构件138使第一环形齿元件122和第二环形齿元件134中的一个沿旋转中心轴线86的
轴向方向朝向第一环形齿元件122和第二环形齿元件134中的另一个弹性地偏置。
齿元件偏置构件138使第一环形齿元件122朝向第二环形齿元件134偏置，使得第
一环形齿元件122相对于第二环形齿元件134在轴向方向上可移动。在图示实施例中，如图3
和图6至图9所示，齿元件偏置构件138位于第一环形齿元件122和形成在轴54上的凸缘142
之间。因此，齿元件偏置构件138弹性地推进第一环形齿元件122轴向地朝向轴54的第一端
部分66，且朝向第二环形齿元件134。虽然在图示实施例中齿元件偏置构件138为指簧垫圈，
但其他的弹簧元件，例如弹性元件、波形弹簧垫圈或螺旋弹簧，都可用作替代的齿元件偏置
构件138。
如图4至6所示，第一环形齿元件122包括多个围绕旋转中心轴线86设置的齿146。
每一个齿146包括第一倾斜表面150和第二倾斜表面154，第一倾斜表面150和第二倾斜表面
154彼此成不同角度倾斜，齿峰158形成在第一倾斜表面150和第二倾斜表面154之间。类似
地，第二环形齿元件134包括多个围绕旋转中心轴线86设置的齿162，第二环形齿元件134的
齿162形状与第一环形齿元件122的齿146类似且构造为与第一环形齿元件122的齿146接
合。也就是说，第二环形齿元件134的每个齿162有第一倾斜表面166、第二倾斜表面170和齿
峰174。
图6是图解视图，图示了第一环形齿元件122的齿146中的位于第二环形齿元件134
的两个齿162之间的一个。图6示出第一环形齿元件122的第一倾斜表面150、第二倾斜表面
154和齿峰158，以及第二环形齿元件134的第一倾斜表面166、第二倾斜表面170和齿峰174。
当通过工具和插口90使轴54沿第一方向旋转时，发生第一环形齿元件122沿第一方向的旋
转，其由图6中的箭头178指示。在这种情况下，第二倾斜表面154、170彼此之间的接合引起
第一环形齿元件122抵抗由齿元件偏置构件138施加的力朝向轴54的第二端部分70轴向移
动。也就是说，第一环形齿元件122和第二环形齿元件134相对于彼此旋转，齿滑过彼此，单
向离合器机构94滑动。图9中图示了单向离合器机构94的滑动。也就是说，图9示出了第一环
形齿元件122从第二环形齿元件134轴向地移开，且齿峰158和174相接触。另一方面，图8示
出了单向离合器机构94与完全啮合的第一环形齿元件122和第二环形齿元件134的齿146、
162的完全接合。因此，如果轴54松动，则会发生第一环形齿元件122沿第二方向的旋转，第
一环形齿元件122沿第二方向的旋转会导致单向离合器机构94的接合。在这种状态下，不允
许第一环形齿元件122和第二环形齿元件134之间的相对旋转。不允许第一环形齿元件122
和第二环形齿元件134之间的相对旋转是因为第一倾斜表面150、166与旋转中心轴线86平
行或大体平行，这消除或大体消除使单向离合器机构94脱离的轴向力。在这些情况下，假设
锁定构件102启动，锁定构件102与自行车车身14的接合将会阻止轴54沿第二方向旋转。
在图示的实施例中，允许第一环形齿元件122轴向移动，第二环形齿元件134与壳
体元件110一体形成且被轴向固定。可选地，例如，部分相反，第二环形齿元件134可以是单
独的部分，其轴向可移动和轴向偏置，但被阻止相对于壳体元件110旋转，且第一环形齿元
件122可固定至轴54或例如与凸缘142一体形成。
如图3和图7至图9所示，车轮固定轮轴34进一步包括垫圈186。垫圈186包括适于接
触自行车车身14的紧固表面198(见图2)的不光滑表面194，和接触轴54的凸缘142的光滑表
面194。当车轮固定轮轴34紧固至自行车车身14时，垫圈186夹在凸缘142和自行车车身的紧
固表面198之间。因为光滑表面194接触凸缘142，所以在组装期间，垫圈186不会与轴54的旋
转干涉。例如，不光滑表面190可以为粗糙表面、滚花表面，包括规则或者不规则凸起的表
面，或包括规则或不规则凹槽的表面。
如图3和图10至图12所示，车轮固定轮轴34包括保持元件202。单向离合器机构94
位于第一端部分66上，且保持元件202布置在轴54的第二端部分70上。保持元件202的最大
半径比螺纹区段82的半径大，且保持元件202可以径向缩回至小于或等于螺纹区段82的半
径的半径，以允许轴54从自行车车身14移除。在图10至图12图示的实施例中，保持元件202
为第一保持元件202，其与第二保持元件210一起形成一对保持元件202和210。保持元件202
和210为保持机构214的部分，保持机构214防止车轮固定轮轴34从自行车车身14脱离，除非
保持机构214被操控为允许车轮固定轮轴34移除。虽然保持机构214在图2和图3中示出，但
是保持机构214为可选的且不是图2和图3中的车轮固定轮轴34的必须部分。
如图10至12所示，保持机构214进一步包括致动器元件218、致动器偏置元件222和
按钮226。保持元件202被致动器元件218沿径向向外的方向偏置，致动器元件218被致动器
偏置元件222轴向偏置。致动器元件218充当凸轮且保持元件202、210充当凸轮从动件，以响
应于致动器元件218的轴向移动引起保持元件202、210的径向移动。在图示的实施例中，致
动器偏置元件222为螺旋弹簧；但是，可以采用其他已知的各类弹簧用作相同的目的。
保持元件202、210具有倾斜的远端表面230，当车轮固定轮轴34的第二端部分70插
入花鼓32且花鼓32的内表面接触保持元件201、210时，倾斜的远端表面230引起保持元件
202、210缩回，如图10所示。如图11所示，在组装期间，当保持元件202、210从自行车车身14
的螺纹开口50的外端部退出时，保持元件202、210在致动器偏置元件222的力作用下径向延
伸，以将车轮固定轮轴34保持至自行车车身14。
按钮226从轴54的第二端部分70轴向延伸，且按钮226联接至致动器元件218。通过
在轴向上推动按钮226，保持元件202径向向内缩回。在移除车轮固定轮轴34期间，手动按压
按钮226，如图12中的箭头所指示的。按钮226轴向移动致动器元件218，使得致动器元件218
朝向轴54的第一端部分66(在图12中向左)轴向移动，这允许保持元件202、210缩回。另外，
按钮226向保持元件202、210施加径向向内的力，以引起保持元件202、210缩回。当保持元件
202、210缩回时，与安装操作相反，车轮固定轮轴34可从自行车车身14沿轴向方向移除。
尽管已经相对于具体的实施例详细描述了本发明，但是本领域技术人员在获得具
体的实施例的理解时，可以容易地设想对这些实施例的改变、变型和等同。因此，本发明的
范围应当由所附的权利要求书及其等同方式所限定。