CN100396554C - 用于自行车齿轮变速的齿轮传动装置 - Google Patents

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Abstract

用于自行车齿轮变速的齿轮传动装置，包括至少一个大直径齿轮(28)和至少一个小直径齿轮(30)，所述齿轮与可以选择性地从所述齿轮(28、30)中的一个转移到另一个的链条(16)协作以进行齿轮变速。所述大直径齿轮(28)包括至少一个用于向上变速的扇区(44、46)，该向上变速扇区包括多个变速辅助装置(52、54、56)以有助于向上变速；以及至少一个用于向下变速的扇区(40、42)，该向下变速扇区包括多个变速辅助装置(50)以有助于向下变速。

Description

用于自行车齿轮变速的齿轮传动装置
本发明涉及一种用于自行车齿轮变速的齿轮传动装置，具有权利要求1的前序部分所述的特征。研发本发明的目的是改进自行车变速齿轮的小直径齿轮和大直径齿轮及其反向之间的齿轮变速。在本说明书和附图中，“齿轮变速”表示自行车的传动链条从它和一个齿轮啮合的状态转换到链条和同一个齿轮传动装置中的另一个齿轮啮合的状态的操作。齿轮变速总是需要链条从大直径齿轮转换到小直径齿轮，反之亦然，其中这些齿轮可以相互毗邻或不相邻。在说明书和权利要求中“向上变速”用来表示从小直径齿轮到大直径齿轮的齿轮变速操作，而“向下变速”表示从大直径齿轮到小直径齿轮的齿轮变速操作。
本发明特别针对自行车齿轮变速的前齿轮传动装置，但是它不限于这种应用，因为它还可以应用在齿轮变速的后链轮组件。因此，在本申请的范围内，“齿轮”表示一种适于啮合自行车链条的通用有齿件，对于齿轮变速的前面部分而言该有齿件指有齿的滑轮，而对于齿轮变速的后面部分而言该有齿件指有齿的链轮。
尤其在竞赛用自行车领域，特别重要的是实现在所有的骑乘条件下平稳、没有猛然换速的向上和向下齿轮变速操作的齿轮变速。为了有利于齿轮变速的目的已经提出各种结构性发明，例如针对齿轮齿的形式，针对包括从齿轮平面轴向突出的的变速辅助装置，或者针对齿轮的相对位置。
尽管已经公知各种有助于变速的发明，但是仍然有必要改善变速条件以使得变速更加平稳和更加精确，尤其是在特殊状况下，诸如在应力下变速。
本发明的目的在于提供一种改进的齿轮传动装置，它满足上述要求。
根据本发明，该目的通过具有构成权利要求的主题的特征的齿轮传动装置得以实现。
下面将参照附图以非限制性的示例的方式详细说明本发明。附图中：
图1是自行车的示意性侧视图；
图2是本发明所述的齿轮传动装置的前视图；
图3和4是图2中箭头IV所示的齿轮的两个面的前视图；
图5和6示出本发明所述的向下变速时的齿轮传动装置；和
图7示出本发明所述的向上变速时的齿轮传动装置。
图1中，标号10表示一个竞赛用自行车，包括前齿轮传动装置12和后链轮装置14，它们通过链条16相互连接。自行车10包括前变速器18用于控制前齿轮传动装置12上的齿轮变速以及后变速器20用于控制后链轮装置14上的齿轮变速。前齿轮传动装置12包括右踏板曲柄22和左踏板曲柄24。
图1示出作为踏板曲柄22和24的转动角度的基准位置的位置，其中右踏板曲柄22垂直并且面向上，0°值是该位置的结果。
本发明起源于发明人的直觉，通过将齿轮的一些部分用于向下变速而同样的齿轮的另一些部分用于向上变速，这两种变速都得以改善。还基于其他的由实验证实了的直觉，竞赛期间一些角度位置特别适合于进行向下变速，即从大直径齿轮到小直径齿轮，而相反地，另外的角度位置更适合于进行向上变速，即从小直径齿轮到大直径齿轮。
因此，在本发明中齿轮传动装置中的至少一个齿轮具有用于(或专用于)一种类型的变速(向下或向上变速)。特别地，本发明提出在至少一个齿轮上实现至少一部分用于向下变速，而至少一部分用于向上变速。如下面所讲，向下变速部分设置有有助于向下变速的变速辅助装置，而向上变速部分设置有有助于向上变速的变速辅助装置。优选地，设置有两个和踏板曲柄轴线旁边的齿轮区域一致的向下变速扇区以及两个与用于向下变速的那些区域互补的齿轮区域旁边的向上变速扇区。
图2示出应用于前齿轮传动装置12的本发明的一个实施例，包括右踏板曲柄22，它配备有径向臂26，大直径齿轮28和小直径齿轮30固定于该径向臂。对于本领域技术人员来说，很明显本说明也适用于具有三个齿轮的前齿轮传动装置的情况。在这种情况下，当考虑由大直径齿轮和中间齿轮构成的齿轮对时将中间齿轮看作是小直径齿轮，而当考虑由小直径齿轮和中间齿轮构成的齿轮对时将中间齿轮看作是大直径齿轮。而且，本发明还可以应用于后链轮装置14。
参照图2，大直径齿轮28安装在踏板曲柄22上从而与其建立单一角度关系。这可以通过定位和整形齿轮28和踏板曲柄22之间的固定部分32从而确定齿轮28相对于踏板曲柄22的单一装配位置而得到。
踏板曲柄22具有纵轴34，它将用于连接于下支架心轴的孔36的中心连接于用于连接踏板的孔的中心38。
大直径齿轮28被分成互补的四个扇区：两个向下变速扇区40、42和两个向上变速扇区44、46。扇区40、42沿直径方向相对并且设置有变速辅助装置，该变速辅助装置有助于向下变速，即从小直径齿轮30到大直径齿轮28。扇区44、46也沿直径方向相对并且设置有变速辅助装置，该变速辅助装置有助于向上变速，即从大直径齿轮28到小直径齿轮30。
踏板曲柄22的纵轴34横跨这两个向下变速扇区40、42。这两个扇区40、42具有共同的中间轴，该中间轴相对于纵轴34沿和行进方向相反的方向成5°和15°之间的角度设置。这两个向上变速扇区44、46具有共同的中间轴，该中间轴相对于向下变速扇区40、42的中间轴成90°。这两个向下变速扇区40、42具有基本相同的角宽度，优选地在30°和70°之间，更优选地在35°和45°之间。这两个向上变速扇区44、46具有基本相同的角宽度，优选地在110°和150°之间，更优选地在135°和145°之间。如果将踏板曲柄22的纵轴34看作角位置的基准轴，并且假定所述纵轴34的值为0°，那么在如图所示的本发明的实施例中，向下变速扇区40从335°延伸到15°，向上变速扇区44从15°延伸到115°，向下变速扇区42从155°延伸到195°，以及向上变速扇区46从195°延伸到335°。当然，这些值仅仅在于说明，在本发明的其他实施例中可以改变。
可以看到用于向上变速的扇区的宽度比用于向下变速的扇区的宽度宽。优选地，用于向上变速的扇区的角度延伸量和用于向下变速的扇区的角度延伸量之间的比例在1.5和5之间，更优选地在2.5和4.5之间。
向上变速和向下变速辅助装置可以以本领域公知的方式制造。本发明的目的的最重要的因素在于向下变速辅助装置特别地实现为当链条受到将链条从齿轮移开的沿平行于齿轮的转轴的方向的推动时该变速辅助装置有助于将链条从大直径齿轮上脱开，而向上变速辅助装置作成为当链条受到将链条拉向齿轮的沿平行于齿轮的转轴的方向的推动时该变速辅助装置有助于将链条啮合于大直径齿轮。
图3和4中示出变速辅助装置的可能的实施例，分别示出大直径齿轮28的面对小直径齿轮30的表面，以及齿轮28的相对于面对小直径齿轮30的表面的表面。向下变速辅助装置可以由成型在齿轮28的一个或两个表面上和/或齿的一侧或两侧上的斜角50构成。优选地，包含在向下变速扇区40、42中的所有齿设置有所述斜角50。
再次参照图3和4，向上变速辅助装置包括：
安全切槽52，它形成在齿轮28的面向小直径齿轮的表面上的两个相邻齿之间的凹槽内，
凹腔58，它形成在齿轮28的面向小直径齿轮的表面上，在齿轮的内圆周边缘旁边，
销钉54，用于结合链条，从齿轮28的面向小直径齿轮30的表面突出并靠近所述凹腔，以及
斜角56，它形成在沿齿轮28的转动方向靠前于销钉54的两个齿的侧面上，形成在齿轮的相对于面对小直径齿轮30的表面的表面上。
向上变速辅助装置位于对应的扇区44、46内的最有利的角位置。
图5和6示出向下变速操作。开始时，链条如图5所示啮合于大直径齿轮28并且由变速器向着小直径齿轮30移动以使得齿轮如图6所示改变为小直径齿轮28。随后，由扇区40、42进行向下变速操作。实验证明当这种变速发生在踏板曲柄轴线旁边的齿轮角扇区时向下变速的条件是有利的。
图7示出向上变速时本发明的齿轮传动装置12，即从小直径齿轮到大直径齿轮28。将大直径齿轮28细分成向上和向下变速扇区使得向上变速由扇区44、46进行。实验证明当这种变速发生在齿轮的互补于用于向下变速的角扇区的角扇区时向上变速的条件是有利的。
当然，在不偏离本发明的原则的前提下，对于以上仅仅作为示例说明和图示的结构细节和实施方式可以进行宽泛的变化，而不会脱离由所附权利要求书所限定的本发明的范围。
例如，用于向下变速和向上变速的扇区的数量可以不是两个，例如三个或四个。

Claims (18)

1.用于自行车齿轮变速的齿轮传动装置，包括至少一个大直径齿轮(28)和至少一个小直径齿轮(30)，所述齿轮与可以从所述齿轮(28、30)中的一个转移到另一个的链条(16)协作以进行齿轮变速，其特征在于，所述大直径齿轮(28)包括两个用于向上变速的向上变速扇区(44、46)，所述向上变速扇区包括变速辅助装置(52、54、56、58)以有助于向上变速；以及两个用于向下变速的向下变速扇区(40、42)，所述向下变速扇区包括变速辅助装置(50)以有助于向下变速。
2.如权利要求1所述的齿轮传动装置，其特征在于，所述两个向下变速扇区(40、42)彼此在直径方向上相对。
3.如权利要求1所述的齿轮传动装置，其特征在于，所述两个向上变速扇区(44、46)彼此在直径方向上相对。
4.如权利要求1所述的齿轮传动装置，其特征在于，所述向下变速扇区(40、42)和所述向上变速扇区(44、46)互补。
5.如权利要求1所述的齿轮传动装置，其特征在于，所述至少一个用于向上变速的扇区(44、46)比所述至少一个用于向下变速的扇区(40、42)具有较大的角度延伸量。
6.如权利要求5所述的齿轮传动装置，其特征在于，所述至少一个用于向上变速的扇区(44、46)的角度延伸量和所述至少一个用于向下变速的扇区(40、42)的角度延伸量之间的比例在1.5和5之间。
7.如权利要求5所述的齿轮传动装置，其特征在于，所述至少一个用于向上变速的扇区(44、46)的角度延伸量和所述至少一个用于向下变速的扇区(40、42)的角度延伸量之间的比例在2.5和4.5之间。
8.如权利要求1所述的齿轮传动装置，其特征在于，所述向下变速扇区(40、42)具有基本相同的角度延伸量。
9.如权利要求1所述的齿轮传动装置，其特征在于，所述向上变速扇区(44、46)具有基本相同的角度延伸量。
10.如权利要求1所述的齿轮传动装置，其特征在于，每个所述向下变速扇区(40、42)具有30°和70°之间的角度延伸量。
11.如权利要求1所述的齿轮传动装置，其特征在于，每个所述向下变速扇区(40、42)具有35°和45°之间的角度延伸量。
12.如权利要求1所述的齿轮传动装置，其特征在于，每个所述向上变速扇区(44、46)具有110°和150°之间的角度延伸量。
13.如权利要求1所述的齿轮传动装置，其特征在于，每个所述向上变速扇区(44、46)具有135°和145°之间的角度延伸量。
14.如权利要求1所述的齿轮传动装置，其特征在于，当安装到齿轮传动装置上时，所述至少一个用于向下变速的扇区(40、42)位于所述大直径齿轮(28)的由踏板曲柄(22)的纵轴(34)横跨的区域内。
15.如权利要求1所述的齿轮传动装置，其特征在于，它包括具有纵轴(34)的踏板曲柄(22)，该纵轴(34)安装在相对于所述大直径齿轮(28)的单一位置上。
16.如权利要求15所述的齿轮传动装置，其特征在于，所述至少一个用于向下变速的扇区(40、42)具有中间轴，该中间轴相对于踏板曲柄(22)的纵轴(34)有角度地设置。
17.如权利要求16所述的齿轮传动装置，其特征在于，所述至少一个用于向下变速的扇区(40、42)的中间轴相对于踏板曲柄(22)的纵轴(34)成5°和15°之间的角度有角度地设置。
18.如权利要求17所述的齿轮传动装置，其特征在于，所述至少一个用于向上变速的扇区(44、46)具有中间轴，该中间轴相对于所述至少一个用于向下变速的扇区(40、42)的中间轴成90°地布置。
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