用于保持车轮的夹紧模块的制作方法

本发明涉及一种根据权利要求1前序部分所述的夹紧模块。

背景技术：

1、乐高公司提供这样的夹紧模块，名称为“技术，方向盘轮毂3销孔圆(technic，steering wheel hub 3pin holes round)”、部件编号35189。

技术实现思路

1、本发明的目的在于改进已知的夹紧模块。

2、所述目的通过独立权利要求的特征实现。优选改进方案是从属权利要求的技术方案。

3、本发明基于一种用于将车轮保持在夹紧模块模型中的夹紧模块，所述夹紧模块包括：可绕旋转轴旋转的轮毂法兰，所述轮毂法兰具有沿旋转轴方向观察的前侧和与所述前侧相对置的后侧，其中，在所述前侧上与旋转轴径向间隔开距离地保持有至少两个在周向方向上围绕旋转轴作用的形锁合元件，用于将围绕旋转轴作用的扭矩传递到车轮上，在所述后侧上与旋转轴同轴地保持在轮毂法兰上的轮毂销，用于将轮毂法兰支承在车轮悬架上。根据本发明的夹紧模块的特征在于，设有与形锁合元件无关的支承元件，用于轴向保持保持机构，所述保持机构被设置用于锁止在车轮与轮毂法兰之间的轴向运动。

4、所提供的夹紧模块基于如下考虑：传统的夹紧模块提供围绕旋转轴作用的形锁合元件，以将扭矩传递至车轮，这同时也确保了车轮相对于轮毂法兰的轴向固定。然而，这种双重功能对形锁合元件的尺寸精度和插入精度提出了很高的要求。即使是很小的公差偏差也可能导致超定义的位置引导，由此在组装模型时引起机械张力或导致部件在连接时倾斜。实际上，这可能意味着只能用更大的力才能将车轮安装到轮毂上，或者在最坏的情况下根本无法正确安装。

5、在此，所提供的夹紧模块基于如下考虑：从结构上分离扭矩传递功能和轴向固定功能。虽然围绕旋转轴作用的形锁合元件继续起到在车轮和轮毂法兰之间进行扭矩正向传递的作用，但是轴向保持功能由独立于形锁合元件作用的单独轴承元件提供。该轴承元件设计用于容纳一个保持机构(优选轴向固定销)，该保持机构可确保车轮不会沿旋转轴线移动。

6、以这种方式，用于扭矩传递的形锁合元件就不再需要同时确保无间隙轴向锁定。这使得形锁合元件能够以更大的公差制造，这不仅减少了制造工作量，而且还有利于组装。插入多个同时作用的形锁合元件时，倾斜或张紧的风险会降低。夹紧模块模型可以用较小的力来组装，不易受到制造公差的影响，并且总体上具有更为稳健和可重复的组装特性。此外，明确的功能分离能实现各个部件更容易拆卸，以及在构建复杂夹紧模块模型时的改善的模块化。

7、在夹紧模块的进一步改进方案中，轴承元件被设计为螺栓接纳部，用于从前侧到后侧接纳以固定螺栓形式的保持机构。通过这种方式，可以从面向用户的一侧插入保持机构，从而形成特别易于组装且易于接近的连接。与其他紧固机构(例如螺钉或卡入式连接)相比，使用固定螺栓作为保持机构具有多种结构和功能优势。

8、一方面，固定螺栓通常不需要任何旋转运动即可插入，这在狭窄空间或难以接近的安装位置特别有利。这简化了手动操作并减少了组装过程中所需的精力和协调。此外，可以根据设计轻松地插入和移除固定螺栓，只需纯线性运动即可，从而无需工具即可实现可拆卸和可重复使用的连接。

9、另一个优点是，固定螺栓可以采用各种设计形式，例如作为插入式销钉、通过横向方向突起或榫槽配合实现具有形锁合锁定的元件、卡口式作用元件或弹簧弹性保持的锁定装置。这种设计自由度允许保持力的程度、拆卸能力和部件之间的间隙适应相应的应用，而不会影响整个系统的几何或功能一致性。

10、因此，使用固定螺栓作为单独的轴向锁定装置可以实现结构简单、公差不敏感且用户友好的解决方案，用于将车轮轴向固定到轮毂法兰上，而不管螺栓所基于的具体作用模式，例如插入式、夹紧式、卡入式或旋转锁定。

11、在所提供的夹紧模块的附加的改进方案中，螺栓接纳部在面向后侧的一端具有保持肩部，固定螺栓的轴向作用锁定元件可放置在该保持肩部上。这样，就可以实现固定螺栓和螺栓接纳部之间的纯形锁合的轴向固定，而无需弹性预紧力或摩擦保持力。

12、使用形锁合锁定装置的特殊优点在于，无论材料刚度、夹紧力或制造公差如何，连接都可靠起作用。与摩擦或弹簧加载的锁定装置相比，这些装置在长时间负载、材料疲劳或重复组装下可能会失去保持力，而形锁合锁定装置则能保持长期稳定且无间隙，只要几何配合表面定义地设计。

13、此外，这种保持肩部可以明确地引导力的方向：作用在轴向的拉伸负载(例如在游戏过程中拉动或侧向扭转车轮时)被肩部的锁定元件机械吸收，而不是通过销的抗剪强度或夹紧摩擦来保持。因此，部件应力分布在可预测的接触表面上，而不是集中在特定点上，这有利于连接的耐用性和安全性。

14、另一个优点是结构清晰：锁定功能明确地分配给几何表面(保持肩)，这使得组装、拆卸以及必要时在卡入或插入运动过程中的自动锁定更容易实现。这种定义的接触面还能实现精确限制轴向间隙并促进无间隙组件的发展。

15、在所提供的夹紧模块的进一步改进方案中，所述锁定元件被构造为能轴向放置到保持肩部上的卡口凸起部，其中，螺栓接纳部设有用于引导所述卡口凸起部的卡口槽。以此方式，可以创建径向和轴向的形锁合连接，而不需要任何弹性或弹性可变形的元件。

16、省去了弹簧钩或卡扣连接可增加连接的结构刚度，特别是在径向方向上，并允许固定螺栓在螺栓接纳部内进行精确、明确的定位。锁定不是通过材料变形来实现的，而是完全通过引导和安放固定的几何形状来实现的，即卡口凸起部沿着卡口槽及其与轴向保持表面的接触。

17、这使得连接不受老化、材料疲劳或温度变化的影响，所述老化、材料疲劳或温度变化可能会导致弹性元件的功能丧失。此外，卡口连接可实现快速、免工具组装，同时确保高功能可靠性和重复性。锁定的旋转运动可以通过机械方式引导、限制和控制，这对于模块化或自动化组件特别有利。

18、此外，卡口槽的设计可以明确定义接合程度和锁定方向，这有助于防止组装错误并提供直观的用户指导。由于凸起部和肩部的几何形状，轴向间隙也可进行精确调整，从而形成无间隙且有弹性的连接，所述连接可长期承受高负载。

19、在所提供的夹紧模块的另一个改进方案中，螺栓接纳部局部地被构造为管状，所述管状在保持肩部的区域中具有径向窗口。以这种方式，在插入和旋转固定螺栓的过程中，能够实现锁定元件、特别是卡口凸起部的可视性，这有助于并支持夹紧模块模型的构建。

20、径向窗口用作为一种视觉控制装置，使用者可以通过它立即看到固定装置是否定位正确并完全锁定。当螺栓接纳部深入集成到组件中或保持肩位于不完全可见的区域时，这尤其有利。通过观察窗可以检查卡口凸起部是否完全就位在固定肩部上以及是否处于卡口槽的端部位置。

21、此外，所述窗还可用作组装辅助工具：在插入固定螺栓时，锁定几何形状或配件标记的可见性指示旋转运动何时完成以及形锁合锁定何时正确接合。这降低了组装不完整风险，提高了用户友好性并改善了组装过程的可重复性。

22、根据设计，径向窗口还可用于监视运动的模型的功能，例如检查固定螺栓在负载下是否松动或是否处于预定位置。通过视觉检查和机械引导的结合，实现了功能性和实用性的组装改进。

23、在所提供的夹紧模块的又一改进方案中，轴承元件与旋转轴同轴布置。以这种方式，保持机构不仅可以用来将车轮相对于轮毂凸缘轴向固定，还可以保证车轮与轮毂之间的径向定心。

24、轴承元件的同轴布置使固定螺栓能够在中央轴孔中引导，从而在组装过程中自动将车轮与旋转轴对齐。该措施有助于避免组装状态下的不平衡或错位，促进旋转部件的平稳运行，这既有利于真实的模型功能，也有利于相邻连接元件的使用寿命。

25、此外，轴承元件在中心的位置沿轴线产生了对称的力分布，这使得轴向和径向载荷路径能够更好地分离和定义。这增加了动态载荷下组件的结构完整性，并简化了轴承和连接元件的结构设计。

26、特别是在具有旋转部件的应用中、例如车辆模型中的旋转轮，锁定元件的同轴位置可改善同轴度特性并实现与预期旋转轴或轴的结构清晰的耦合。通过一个共同的同轴元件同时定心和固定可减少安装空间和单个零件的数量，从而实现紧凑、功能集成的设计。

27、根据本发明的另一方面，提供一种夹紧模块，用于锁止在车轮与已阐述的夹紧模块的轮毂法兰之间的轴向运动，该轮毂法兰能围绕旋转轴旋转，所述夹紧模块包括：能平行于旋转轴定向的轴，所述轴具有第一端部和与第一端部相对置的第二端部；构造在第一端部上的轴向作用的第一形锁合元件，用于锁止车轮相对于轴的轴向运动；和构造在第二端部上的轴向作用的且径向刚性的第二形锁合元件，用于锁止所述轴相对于轮毂法兰的轴向运动。

28、所提供的夹紧模块基于这样的考虑：在传统系统(例如乐高技术构造套件)中，弹簧锁定连接、夹紧作用件或弹性耦合元件主要用于固定旋转部件。尽管这些解决方案易于处理，但它们基于摩擦接合或弹性预紧力，因此不提供定义的锁定几何形状。此类连接的保持力可能会降低，特别是在频繁组装和拆卸、受热影响或模型较大的情况下。此外，这些解决方案缺乏对部件在径向方向上的明确引导和固定，这可能导致不良的间隙、跳动或扭曲。

29、在此，所提供的夹紧模块建议：通过在中心轴两侧形成的两件式形锁合元件来提供车轮相对于轮毂法兰的轴向锁定。前端的第一形锁合元件直接作用于车轮，并防止其朝向轮毂法兰的轴向运动。另一方面，后端的第二形锁合元件的设计方式是，它可以与轮毂法兰的相应设计的对应结构、例如卡口槽或端侧接纳部接合。该第二形锁合元件构造为径向刚性的，这意味着它无需弹性挠曲即可形锁合锁定，并且设计为无需依赖弹簧或材料张力即可持续且可靠地承受轴向力。

30、以这种方式形成了一个双面、完全机械定义的锁定单元，其中，车轮和轮毂法兰都固定以防止彼此相对轴向运动。使用径向刚性、可旋转锁定的形锁合元件(例如，通过卡口锁定原理实现)代表了夹紧模块机械领域的一种新颖的元件，其提供了更高的重复性、耐用性和无间隙性，特别是与现有技术中已知的锁定或夹紧连接相比。同时，该设计只需插入和扭转即可实现直观、快速的组装，无需克服弹力。因此，夹紧模块在夹紧模块模型构造中开辟了一类新的坚固的、机械上明确定义的连接。

31、在所提供的夹紧模块的进一步改进方案中，轴被设计为空心轴，其中保持有沿圆周方向作用的形锁合元件。通过这种方式，形锁合元件可以用于多种功能：一方面，它们在锁定过程中用作转动辅助装置、例如在卡口连接的情况下，另一方面，它们用作径向突出结构，可以以力锁合或形锁合的方式与其他夹紧模块的相应接纳部配合作用。

32、由于空心轴被构造有环绕的形锁合元件、例如以接片、凸起部或肋条的形式，用户可以在组装过程中牢固地抓住保持机构并以有针对性的方式扭转它。这使得操作更容易，特别是对于小型或部分遮盖的组件，并降低了插入不当的风险。同时，由于其外部几何形状，保持机构可以无缝集成到现有的夹紧模块系统中：径向突起可以设计为：其与其他模块的标准化接纳孔、夹紧衬套或夹子接合，从而创建额外的机械连接。

33、这种多功能性允许将固定元件进一步集成到构造结构中，例如作为组合固定销和连接元件，从而有助于提高模块化和结构灵活性。此外，外围元件的特殊设计可以实现定义的安装旋转角度，这不仅可以用作为机械限制，还可以发出触觉终端位置信号，从而进一步提高可用性。

34、在所提供的夹紧模块的特别的改进方案中，朝向第二端部观察，所述轴具有在轴向作用的第一形锁合元件下方的止动肩。以这种方式，在两个构造元件之间(特别是在轴上引导的车轮与位于另一端的轮毂法兰之间)就创建了一个空间上明确定义的分离点。

35、止动肩形成一个轴向定位表面，在装配过程中，车轮靠在该定位表面上，从而作为车轮在轴上的最终安装位置的参考止动件。同时，它在机械和功能上将车轮与轴的下部分开，该轴用于在轮毂法兰区域锁定。通过这种分级设计，车轮在组装过程中能够被精确地引导至肩部，而不会与第二端的锁定几何形状发生冲突。

36、此结构化措施可实现两级装配引导：首先，将车轮轴向推到轴上，直到其靠在止动肩上，其中，第一形锁合元件阻止其向前运动。然后，所述轴的后区段、特别是轴向作用的第二形锁合元件可以独立于此地插入轮毂法兰中的相应接纳部中并锁定在那里。

37、通过所述轴的两端的功能性解耦，车轮和轮毂能够彼此独立地连接和定位，这有利于组装、减少公差问题并最小化部件应力，尤其是在重复拆卸过程中。此外，肩部可以为车轮的轴向位置创建明确的尺度，从而有助于整体组件的平稳运行和精确配合。

38、根据本发明的另一方面，提供一种夹紧模块模型，包括车辆底盘，在所述车辆底盘上保持有车轮轴承，其中，所提供的夹紧模块保持在车轮轴承上，并且在夹紧模块上保持有车轮，并且借助于另外的所提供的夹紧模块轴向固定。