САМОСТОПОРЯЩИЙСЯ НИППЕЛЬ ДЛЯ СПИЦЫ КОЛЕСА И СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ
SELF-LOCKING NIPPLE FOR WHEEL SPOKE AND METHOD AND DEVICE FOR MANUFACTURE THEREOF

Изобретение относится к самостопорящемуся ниппелю для спицы колеса.
Настоящее изобретение также относится к способу и устройству для изготовления самостопорящегося ниппеля.
Описание прототипа
Из BE-A-1013147 известен самостопорящийся ниппель, который содержит тело с осевым отверстием с внутренней резьбой для приема конца спицы колеса с наружной резьбой. Тело ниппеля локально деформировано или сжато так, чтобы в осевом отверстии появилась более узкая часть, которая выполняет функцию самостопорения и благодаря которой при эксплуатации конец спицы колеса зажимается в радиальном направлении телом ниппеля.
Ниппелю, известному из BE-A-1013147, придана функциональность самостопорения за счет размещения ниппеля между двумя комплементарными деталями зажима, один из которых имеет V-образный выступ, который затем вдавливается во внешнюю стенку тела так, чтобы возникла пластическая деформация, которая сужает осевое отверстие с внутренней резьбой.
Было обнаружено, что функция самостопорения ниппеля по BE-A-1013147 недостаточно точна. В частности, было обнаружено, что сила зажима может меняться в широких пределах от одного ниппеля к другому.
Сущность изобретения
Целью настоящего изобретения является создание самостопорящегося ниппеля с более точной функцией самостопорения.
Эта цель достигается, согласно настоящему изобретению, с помощью самостопорящегося ниппеля, имеющего технические характеристики, приведенные в первом независимом пункте формулы изобретения.
Другой целью настоящего изобретения является создание способа изготовления самостопорящихся ниппелей, с помощью которого функцию самостопорения можно задать более точно.
Эта цель достигается, согласно настоящему изобретению, этапами, описанными во втором независимом пункте формулы.
Другой целью настоящего изобретения является создание устройства для изготовления самостопорящихся ниппелей, с помощью которого функцию самостопорения можно задать более точно.
Эта цель достигается с помощью устройства, имеющего технические характеристики, перечисленные в третьем независимом пункте формулы.
Согласно настоящему изобретению функция самостопорения создается путем осесимметричного деформирования тела ниппеля и на заранее определенном осевом расстоянии так, чтобы во внутренней резьбе ниппеля возникла суженная часть, которая является осесимметричной относительно продольной оси ниппеля, и проходила только по одному-двум виткам внутренней резьбы, которая предпочтительно является однозаходной резьбой.
Анализ прототипа показал, что точность функции самостопорения ухудшается в результате действия двух факторов: асимметрии и высоты. В ниппеле по BE-A-1013147 суженная часть создается путем деформации одной стороны ниппеля и на высоте трех витков внутренней резьбы. Это приводит к большим изменениям в силе зажима, поскольку в зависимости от того, где приложена деформация на окружности ниппеля, суженная часть может начинаться в начале витка резьбы, в его середине или в другом месте витка так, что суженная часть может эффективно перекрывать только два витка или до трех полных витков. Величина деформации, в зависимости от приложенной силы для деформирования тела ниппеля, также может меняться, что способствует изменчивости силы зажима.
Согласно настоящему изобретению такую изменчивость можно сильно уменьшить, с одной стороны, путем приложения осесимметричной деформации так, чтобы место деформации на окружности не имело или почти не имело значения, а с другой стороны, за счет ограничения высоты деформации, что очевидно уменьшает влияние изменчивости силы, прилагаемой для деформации ниппеля.
В вариантах настоящего изобретения суженная часть может проходить на одном витке внутренней резьбы. Было обнаружено, что суженная часть, проходящая по множеству витков, особенно по более чем двум виткам, может создавать эффект фрезерования, т.е. срезать материал ввинчиваемой спицы (материал ниппеля обычно тверже материала спицы), что плохо влияет на функцию самостопорения.
В вариантах настоящего изобретения суженная часть может находиться на углублениях, выполненных на наружной поверхности тела в осесимметричных положениях (т.е. в двух положениях, разнесенных на 180°, в трех положениях, разнесенных на 120°, в четырех положениях, разнесенных на 90°, и т.д.), и проходить на заранее определенную длину в осевом направлении ниппеля и/или на заранее определенную глубину в радиальном направлении ниппеля. Предпочтительно имеется два таких углубления, хотя возможно и другое их количество. Предпочтительно углубления имеют коническую форму, хотя допустимы и другие формы, например полусферическая.
В вариантах настоящего изобретения суженная часть может быть сконфигурирована для приложения момента сопротивления, равного 8-14 сантиньютон-метров, предпочтительно 10-12 сантиньютон-метров к концу ввинченной спицы. В настоящем описании термин "резистивный момент" означает величину момента, который нужно преодолеть при ввинчивании конца спицы в ниппель в суженной части. Пока приложенный момент не превысит этот момент сопротивления, не происходит никакого движения. Было обнаружено, что если применять принципы настоящего изобретения, можно достичь диапазона точности 2 сантиньютон-метра момента сопротивления, например получить момент сопротивления 10-12 сантиньютон-метров.
Как указано выше, внутренняя резьба предпочтительно является однозаходной резьбой, поскольку она наиболее распространена в ниппелях и на спицах. Однако в рамках настоящего изобретения резьба может быть многозаходной, т.е. иметь множество спиральных витков, параллельных друг другу, и в этом случае термин "виток" в настоящем описании следует толковать как расстояние в осевом направлении резьбы: от одной вершины/впадины резьбы до следующей вершины/впадины.
Краткое описание чертежей
Далее следует более подробное описание изобретения со ссылками на приложенные чертежи, на которых:
фиг. 1 - вид сбоку варианта самостопорящегося ниппеля по настоящему изобретению;
фиг. 2 - сечение по линии А-А на фиг. 1 с фрагментом в увеличенном масштабе;
фиг. 3 - фрагмент деформации ниппеля по фиг. 1 и 2;
фиг. 4 - устройство для деформации ниппеля для спицы для придания ему функции самостопорения по предпочтительному варианту настоящего изобретения.
Подробное описание предпочтительных вариантов
Далее следует описание предпочтительных вариантов настоящего изобретения со ссылками на приложенные чертежи, но настоящее изобретение не ограничивается этими вариантами. Приложенные чертежи являются схематическими и не ограничивающими. На чертежах размеры некоторых элементов могут быть преувеличены, и чертежи могут быть не в масштабе для лучшей иллюстрации изобретения. Размеры и относительные размеры не обязательно соответствуют реальным размерам при реализации изобретения.
Кроме того, термины "первый", "второй", "третий" и т.п. в описании и формуле изобретения применяются для того, чтобы отличать друг от друга одинаковые элементы, и не обязательно применяются для описания последовательного или хронологического порядка. Эти термины являются взаимозаменяемыми в соответствующих обстоятельствах, и варианты изобретения могут работать в других последовательностях, чем описанные или показанные в описании.
Кроме того, термины "верх", "низ", "над", "под" и т.п. в описании и в формуле изобретения применяются только в описательных целях и не обязательно описывают относительные положения. Эти термины являются взаимозаменяемыми в соответствующих обстоятельствах, и варианты изобретения смогут работать в других ориентациях, чем описанные или показанные в описании.
Кроме того, различные варианты, хотя и названные "предпочтительными", следует считать иллюстративными вариантами реализации изобретения, а не ограничивающими объем изобретения.
Термин "содержащий", используемый в формуле изобретения, не следует считать ограничивающим до элементов или этапов, перечисленных после него; этот термин не исключает наличия других элементов или этапов. Этот термин следует толковать как указывающий на наличие указанных признаков, целых, этапов или компонентов, перечисленных в тексте, но не исключает наличия дополнительного одного или более другого признака, целого, этапа или компонента или их групп. Таким образом, объем выражения "устройство, содержащее А и В" не следует ограничивать устройствами, состоящими только из компонентов А и В, но в настоящем изобретении единственными пронумерованными компонентами устройства являются А и В, и, кроме того, признак следует толковать как содержащий эквиваленты этих компонентов.
Предпочтительный вариант самостопорящегося ниппеля по настоящему изобретению показан на фиг. 1-3. Как показано на фиг. 1, ниппель содержит тело 1, которое имеет, сверху вниз, верхнюю квадратную часть 2, головку 3, цилиндрическую часть 4 и нижнюю квадратную часть 5. Ниппель 1 по фиг. 1-3 изготовлен из латуни, но возможно применение и других материалов, известных специалистам, например алюминия или алюминиевого сплава.
"Квадратные" части 2 и 5 имеют в сечении квадратную форму с соответствующими сторонами 12, 22, 51, 52, которые предназначены для зацепления с инструментом/станком для вращения ниппеля на конце спицы (не показана). Как показано на чертеже, квадратные части 2 и 5 могут иметь одинаковые размер/форму в сечении, но они могут быть и разными. Вместо по существу квадратной формы эти части 2 и 5 могут иметь другую многоугольную форму сечения - треугольную, пятиугольную, шестиугольную и т.д.
Головка 3 тела 1 предназначена для посадки в ответное отверстие или проем в части колеса (не показано), в частности в ободе или ступице колеса. Для этого головка 3 имеет увеличенный диаметр и коническую нижнюю часть 31. Нижняя часть 31 также может иметь скругленную, например сферическую, форму, чтобы ниппель мог ориентироваться в направлении конца спицы, но это не существенно. Этот принцип известен из US 5769584, который включен в настоящее описание путем ссылки и поэтому не требует дальнейшего описания.
Цилиндрическая часть 4 тела 1 имеет диаметр, который меньше диаметра головки 3 и при эксплуатации находится в отверстии или проеме в части колеса. На этой цилиндрической части 4 в осесимметричных положениях расположены углубления 41, 42 (см. фиг. 2), в данном случае два конических углубления, разнесенные на 180°. Эти углубления 41, 42 более подробно будут описаны ниже.
Как показано на фиг. 2, тело 1 ниппеля имеет центральное отверстие, имеющее участок 11 внутренней резьбы и входной участок 12. Резьба 11 проходит по большей части высоты тела 1 ниппеля и предназначена для приема и удержания конца спицы (не показана). Входной участок 12, расположенный в нижней части тела 1 и проходящий по большей части нижней квадратной части 5 тела, не имеет резьбы и имеет увеличенный диаметр, немного превышающий диаметр конца спицы, предназначенной для установки в ниппель. Таким образом, конец спицы можно сначала просто вставить в этот входной участок 12, а операция ввинчивания начинается, только когда конец спицы уже удерживается в правильном направлении в этом входном участке 12. Это может в значительной степени облегчить процесс навинчивания ниппеля на конец спицы.
Как показано на выноске на фиг. 2, конические углубления 41, 42 имеют диаметр D и угол α вершины. Угол α вершины предпочтительно равен 90°, хотя это не существенно и можно использовать и больший, и меньший угол вершины. Диаметр D согласно настоящему изобретению предпочтительно равен от шага резьбы до приблизительно удвоенного шага внутренней резьбы 11 тела. В показанном варианте шаг внутренней резьбы равен 0,454 мм (стандартный шаг для спиц велосипедных шин), а диаметр равен 0,788 мм, но, разумеется, можно выбрать и другие величины. Вместо конической формы для углублений 41, 42 можно выбрать другую форму, например полусферическую форму. В показанном варианте углубления 41, 42 находятся на расстоянии х, равном приблизительно удвоенному шагу резьбы, от вершины цилиндрической части 4, т.е. от точки, в которой заканчивается нижняя сторона 31 головки 3.
Эти углубления 41, 42 возникают в результате этапа деформации, который применяется к цилиндрической части 4 тела 1 ниппеля зажимным устройством, вариант которого показан на фиг. 4. На этом этапе деформации выступы вжимаются в цилиндрическую часть в осесимметричных положениях для формирования углублений 41, 42 и, что более важно, для локального деформирования внутренней резьбы 11 так, чтобы сформировать суженную часть 43 для реализации требуемой функции самостопорения ниппеля. Это подробно показано на фиг. 3. Суженная часть 43 - поскольку она образована в результате осесимметричной деформации - является осесимметричной относительно продольной оси ниппеля и распространяется на один или два витка внутренней резьбы 11, т.е. максимальное расстояние равно Y, как показано на фиг. 3, которое равно удвоенному шагу внутренней резьбы. Следует отметить, что высота суженной части 43 не полностью соответствует диаметру D углублений 41, 42 (в реальности эта высота несколько меньше диаметра D), что объясняется тем, что благодаря текучести материала деформация на внутренней стороне ниппеля не повторяет деформацию на внешней стороне.
Было обнаружено, что в результате наличия такой суженной части 43 заранее определенного размера и с осесимметричным расположением изменчивость операции самостопорения ниппеля можно существенно уменьшить. Благодаря осесимметричной деформации не имеет или почти не имеет значения, где на окружности цилиндрической части 4 тела 1 применена деформация. Благодаря ограничению высоты деформации до максимум Y очевидно, что влияние изменчивости силы, приложенной для деформации ниппеля, можно уменьшить. В частности, в показанном варианте суженная часть 43 прилагает момент сопротивления 10-12 сантиньютон-метров к концу ввинченной спицы, поэтому изменчивость уменьшается до 2 сантиньютон-метров момента сопротивления, что в прототипе достигнуто не было.
Зажимное устройство, показанное на фиг. 4, содержит две зажимающие половины 61, 62, в которых совместно имеется центральное отверстие 63 для приема цилиндрической части 4 ниппеля. Диаметр этого центрального отверстия 63 соответствует диаметру цилиндрической части 4 тела 1 ниппеля. Имеется зажимающий механизм (не показан) для сведения половин зажима по направлению друг к другу и прижимания этих половин друг к другу. После зажимания выступы 64, 65 вводят во внешнюю поверхность цилиндрической части 4 тела 1 ниппеля, тем самым формируя углубления 41, 42 на внешней поверхности ниппеля и суженную часть 43 внутри ниппеля. Эти выступы 64, 65 являются концами двух установочных винтов 66, 67, с помощью которых можно задавать величину деформации. Это осуществляется вращением установочных винтов 66, 67 для изменения расстояния, на которое они выступают в центральное отверстие 63 зажимного устройства. В показанном варианте концы 64, 65 имеют форму конуса, но в зависимости от желаемой деформации можно использовать и другие формы. Вместо применения концов установочных винтов в качестве выступов можно применять и другие выступающие элементы и другие установочные механизмы для задания величины выступа. Если требуется создать деформацию более чем в двух осесимметричных положениях, можно использовать подобное зажимное устройство c соответствующим количеством зажимных элементов, каждый из которых имеет один установочный винт, например три зажимных элемента, каждый из которых охватывает 120° окружности ниппеля, четыре зажимных элемента, каждый из которых охватывает 90° окружности ниппеля, и т.д.