CN102806977A - 组合链轮机构以及具有这种组合链轮机构的后轮轴组件 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种具有齿数不同的多个链轮(421-4210)的、用于安装在自行车后轮轴(12)上的组合链轮机构(40),包括:主体(44),在该主体上设有所述多个链轮(421-4210)的至少一部分;传递力矩地与该主体(44)连接的或可与之连接的支撑环(46)。在此还规定,主体(44)和支撑环(46)在其径向内侧区域内分别形成有径向靠内的用于可转动支承在自行车后轮轴(12)上的支承部分,该支撑环(46)具有至少一个除该支承部分外附加形成的用于将力矩从组合链轮机构(44)传递至轮毂体(18)的接合结构(92)。
Description
技术领域
本发明涉及具有多个齿数不同的链轮的、用于安装在自行车后轮轴上的组合链轮机构,其包括其上设有多个链轮的至少一部分的主体和传递力矩地与该主体连接的或可与之连接的支撑环。本发明还涉及具有这种组合链轮机构的自行车后轮轴组件。
背景技术
在现有技术中公开了各异的、将自行车变速器的组合链轮机构安装在后轮轴上的系统。在一个广泛流传的系统中,传动轴套通过轴承机构可转动地支承在自行车后轮轴上。传动轴套通过空程离合器与毂套可传递力矩地接合并允许在一个转向(驱动方向)上传递力矩,而在另一个方向上与毂套转动分离开,以提供空程。通常,这样的传动轴套在其外周面具有楔槽齿或类似凹凸结构,以便可传递力矩地将多个链轮或由多个独立链轮组成的组件安装于其上。例如在现有技术文献DE19915436A1中示出这样的解决方案。还在文献JP59-165293、GB2177628A或EP0277576A2中示出类似的解决方案。
虽然该系统已广为流传,但逐渐遇到其限制并有明显的缺点。因此,就是在高度发展的自行车行业中,像暂时应用在专业自行车运动和休闲运动中那样,链轮数量一直在增加。在此,有时采用相对大的层级结构,但尤其也采用相对窄的层级结构,用于例如在平缓地域或者在以恒定步频分组骑行时实现最佳的传动比。在这两种情况下,即当传动比变化小的窄层级结构时,或者当要提供大的传动比变化时,人们越来越需要很小的链轮,即齿数不超过10的链轮。但这样的小链轮可能无法再安装于常规类型的传动轴套上,结果,需要辅助结构,该辅助结构大多需要附加构件,因而结构复杂且难以安装。
另外,伴随经典的传动轴套解决方案而来的是关于传力路线的另一个基本问题。即要考虑的是,分别被驱动链条绕行的链轮在驱动过程中遇到大的横向力,该横向力沿着链条作用。横向力必须通过传动轴套的轴承由后轮轴承受。换句话说,在已知的解决方案中,横向力传递至传动轴套并从那里经轴承机构传递至后轮轴。但同时,力矩也必须传递至传动轴套。这意味着由链条力决定的横向力和驱动力矩必须通过同一个“交接点”在链轮或者说链轮组和传动轴套之间传递。该交接点通常是在传动轴套的外周面上构成的楔槽齿。事实表明这是不利的,因为由于所出现的横向力而出现个别链轮的夹紧,这可能不利地影响到力矩传递。
在现有技术中已知的是,虽然其流传广泛,但具有单独构成的且其上安装有若干链轮或链轮组的传动轴套的常规解决方案是有缺点的。因此缘故,人们在找寻替代方式。
因此,例如文献DE202008005971示出一种装置,其中,链轮组与一个管件一体构成。管件本身用于支承在后轮轴上并具有功能部分,在该功能部分上,力矩通过自由轮机构传递至毂套。此解决方案虽然能就有链轮组支承方面的优点,但它带来以下主要问题,传力路线从最大链轮经整个链轮组到达最小链轮并从这里经管子到达空程离合器。这意味着整个链轮组、尤其还有小链轮必须相对粗厚地构成,以便能长久耐受该传力路线。在该链轮组内的支承管也必须相应坚硬地构成。这造成该解决方案必须相对粗厚且因而较重地构成。
文献DE102009006101A1也尝试绕过制有外齿的独立传动轴套的传统解决方案。在此解决方案中又设置了具有相对许多链轮的主链轮组,它必须相应粗厚地构成以便传递力。此外,可以将一个副链轮组旋拧到主链轮组上。但又表明尤其从受力大的大直径链轮开始的整个传力路线延伸经过齿轮组的相对长的部分,结果,整个链轮组也必须在较小链轮的区域内相应粗厚地构成,这导致已经如上所述的装置总重大的问题。另外,在此解决方案中看不到实际上已考虑了安装很小的链轮的问题。具有相当小的链轮且被旋拧到主链轮组上的副链轮组是如此构成的,它在径向上形成在主链轮组的管段之外。就是说,出现了与在常见的传动轴套中相似的情况。
最后,文献FR896001示出一种制成的由许多零件组成的链轮机构。但该机构原则上又遵循以下构想,尤其是小链轮设置在一种传动轴套上,这在其齿数较少时的尺寸设定方面存在困难。
发明内容
本发明的任务是提供上述类型的组合链轮机构和借此构成的后轮轴组件,它们考虑了以上提出的问题并且解决了在常见系统中已知的传力路线方面的问题。
该任务将通过上述类型的组合链轮机构来完成,在此规定,该主体和该支撑环在其径向内侧区域中分别形成有一个径向靠内的支承部分用于可转动支承在自行车后轮轴上,该支撑环具有至少一个除支承部分外附加构成的接合结构,用于将力矩从组合链轮机构传递至后轮的轮毂体。
根据本发明,主体直接(即没有中间设置传动轴套)支承在自行车后轮轴上。为此,可以使用各种不同的轴承机构,例如滚动轴承或也可以是滑动轴承,只要后者足够高品质地构成。这样就可实现在主体上形成与现有技术相比小许多的链轮,其有相应更少的齿,在现有技术中,沿径向在链轮组内或者说沿径向在若干链轮内还设有传动轴套用于接纳各自的链轮。就此而言,本发明已考虑了对具有较少齿的小链轮的需求。
但是,本发明此外有以下的其它优点,传力路线得以优化。被传递至各自与驱动链条配合的链轮的横向力可以直接且分给两个支承部分,由主体和支撑环传递至后轮轴。横向力传递和对应的传力路线与从主体或者支撑环至轮毂体的力矩传递无关。换句话说,用于横向力传递的交接点在空间上与用于力矩传递的交接点分开地构成,这带来显著的优点。因而,独立的链轮因为链条所施加的横向力而发生的变形对于力矩传递是不显著的。尤其可以阻止由横向力决定的夹紧出现在至空程离合器的交接点或者直接出现在空程离合器中。即,在组合链轮机构和轮毂体之间的用于力矩传递的交接点可以专门只针对力矩传递来优化,并且在此优化过程中不必考虑出现相应的横向力。换句话说,与该支承部分分开地构成的接合结构可以针对从组合链轮机构至后轮轮毂体的力矩传递来优化。这也在减轻重量方面有优点。
可以根据本发明的一个改进方案规定,接合结构在径向上设置在该支承部分外。因此,可以将接合结构设置在这样的区域内,该区域比根据现有技术的传动轴套的径向相对进一步靠内的区域更适用于力矩传递。此时要考虑的是,因为杠杆臂短,所以如果该接合结构越靠近转动轴线,所出现的力越大。本发明可以利用这种规律性,该接合结构设置在一个沿径向位于支承部分外的区域内,即比现有技术更靠外,用于将所出现的力的大小和与之相关的表面压力、磨损和不希望有的变形保持得较小。
本发明的一个改进方案规定,该支撑环作为接合结构具有至少一个缺口,该缺口构造用于至少部分接纳力矩传递体以便传递力矩。或者可行的是,支撑环作为接合结构具有至少一个凸起,该凸起构造用于与力矩传递体的相应的缺口配合以便力矩传递。此时可以使支撑环和力矩传递体以形状配合方式相互接合。支撑环和力矩传递体可以在轴向或径向上相互插合。
本发明还可以规定,该力矩传递体具有自由轮机构,力矩传递体可以通过自由轮机构与轮毂体以选择方向(richtungsselektiv)传递力矩的方式连接。在此还适用的是,力矩传递体专门针对力矩传递被优化。与此相关,不需要对所出现的、对于根据现有技术的传动轴套来说是必需的横向力加以考虑,尤其不需要在设置自由轮机构的区域内加以考虑。术语“选择方向”是指沿驱动方向的转动造成力矩传递,而在相反方向上容许空转。
本发明的一个改进方案规定,支承部分构造用于接纳轴承、尤其是滚动轴承。不过也可能的是,该支承部分构造用于接纳其上可安置轴承的轴承圈。换句话说,支承部分不一定直接接纳轴承如滚动轴承。这可通过中间设置一个像轴承圈这样的零件来实现,该零件配合安装在支承部分中。
还可以规定,该轴承圈为了将主体固定在后轮轴上而可插入后轮轴。轴承圈例如可以用作将主体固定在后轮轴上的紧固件。
与此相关,还可以设置一个连接管,它从支撑环延伸向主体。连接管可以承受拉力,尤其是以轴承圈可通过螺纹结构与连接环的配合螺纹结构螺纹连接的方式。在此结构中,连接管可以作为拉动件,用于轴向紧固该装置。它在一端与支撑环连接或者一体形成在支撑环上,并且在另一端例如用于通过螺纹结构和配合螺纹结构来安装轴承圈,所述螺纹结构和配合螺纹结构可根据需要相互螺纹拧紧,或者拧得不太紧。
还可以与此相关地规定,轴承圈具有配合接合结构,其可与接合结构接合以便力矩传递。这意味着,轴承圈可专门以力矩传递体形式构成,其承受来自支撑环的力矩并将力矩传递给空程离合器。
根据本发明,还可以呈锥体形地构成该主体,并且该主体在其外周面上具有所述多个链轮的一部分。此外可以规定,该主体一体构成或者由多个固定连接的零件组成。与此相关地也可行的是,支撑环与主体压装、螺纹连接或粘接。由此得到一个可完成安装的组件,该组件根据受力情况来设计。大直径的支撑环因而可以相对稳固地构成。受力不大、且具有直径较小的链轮的主体部分可以设计为具有相应低的强度和因而也较轻。与此相关地可以规定,在支撑环上设置多个链轮中的至少一个链轮。作为替代或补充,可以将支撑环构成用于安装至少一个另外的链轮。如上所述,靠近支撑环的链轮被设定具有较大的直径。
本发明还涉及自行车的后轮轴组件,其包括构造用于固定在自行车车架上的后轮轴、可转动支承在后轮轴上的轮毂体、与驱动链条配合的根据前述权利要求之一所述的组合链轮机构和选择方向地将力矩从组合链轮机构传递至轮毂体以便驱动轮毂体的力矩传递装置,其中该组合链轮机构可转动地支承在后轮轴上,并且至力矩传递装置的力矩传递被构造成与转动支承在空间上分隔开。
附图说明
以下将结合附图来举例描述本发明,其中:
图1是包含本发明组合链轮机构的本发明后轮轴组件的第一实施变型方案的沿轴线的截面图;
图2以透视图表示根据图2的视图;
图3以零件图表示根据图1的组合链轮机构;
图4以零件图表示根据图2的组合链轮机构;
图5是本发明第二实施方式的透视图;
图6以截面透视图表示本发明第二实施方式的组合链轮机构;
图7以截面图表示根据图6的组合链轮机构。
具体实施方式
在图1和图2中以截面图示出本发明的自行车后轮轴组并总体用10表示。它具有沿着纵轴线A延伸的后轮轴体12。后轮轴体12可按照未示出的方式安装在自行车车架上。轮毂体18通过两个滚动轴承14和16可转动地支承在后轮轴体12上。轮毂体18具有两个凸缘部分20和22,许多辐条可安置在凸缘部分上用于传递力矩地与未示出的轮辋连接。
轴承14、16容纳在各自的轴承容座24、26中并且以其径向靠外的轴承圈抵靠轮毂体18的径向内突的凸缘28、30以便定位。在图1中的左侧,带有密封件34的密封螺母32被旋拧到轴体12上。密封螺母32具有凸起36,该凸起将滚动轴承14的径向靠内的轴承圈定位于轴体12上。另一个轴承16通过在其径向靠内侧的轴承圈上的径向凸起38来定位。
靠近右侧轮毂凸缘22安装有组合链轮机构40。在所示的实施例中,该组合链轮机构具有十个链轮,它们从右向左增大尺寸地分布。这些链轮用标记421-4210表示。链轮机构40具有主体44,该主体具有多个单独的链轮421-429。主体44与支撑环46固定连接,在支撑环的径向外周面上形成许多齿用于形成直径最大的链轮4210。主体44具有阶梯状的锥体结构,如从根据图1的截面图中清楚看到的那样。
在图1中的其右端,主体44在加强的环形部分47(图2)内具有容纳缺口48。具有缺口48的环形部分47作为用于容纳轴承圈50的支承部分。轴承圈50如图2所示具有沿周向规则间隔形成的多个缺口51,可安装工具插入所述缺口。轴承圈50以基本上无间隙的配合容装在容纳缺口48里,从而主体44以其在图1中的右端支承在轴承圈50上。轴承圈50相对于主体44的轴向位置通过一体形成于主体44上的径向内突的凸缘52来定。换句话说,轴承圈50在轴向上不会相对于主体44移位越过凸缘52。
轴承圈50还是具有径向内突的凸缘54,其基本上垂直于径向朝内的周面56延伸。凸缘54和周面56构成用于另一滚动轴承58的容纳区域,主体44的在图1中的右端利用该另一滚动轴承并在中间设置轴承圈50的情况下支承在轴体12上。为此设有支撑螺母60,它可被拧入或压入轴体12中,并且在其径向靠外侧的周面上有轴承面62,轴承58无间隙地支承在该轴承面上。支撑螺母60也具有径向外突的凸缘64,它防止轴承58的轴向滑移。在轴承58的另一轴向端,它支承在轴体12的端面66上。
在图1-图4中还能看到,轴承圈50具有轴向凸缘70。它在其外周面上设有外螺纹结构72。外螺纹结构72与连接管76的内螺纹74螺纹连接。连接管76通过无间隙配合被插入作为支承部分且具有开口80的、支撑环46的径向靠内区域中。此时引人注意的是,支撑环46具有阶梯孔82,该阶梯孔用于容纳在连接管76的图1和图2的左端上的直径增大的凸缘部分84。在连接管76的在图1和图2中的左端上的内周面上,设有直径略微增大的容纳部分86,另一个滚动轴承90以无间隙配合安装在该容纳部分中。通过滚动轴承90,支撑环46在中间设置连接管部分(位于图2左侧)的情况下支承在轴体12上。
在图1-图4中还能看到,支撑环46在其径向靠内的区域内、但与支承面80间隔开地具有多个在周向上以规则间隔分布的圆形开口92。这些开口用于容纳设置在力矩传递部96上的销状凸起94。销状凸起94以形状配合且基本无间隙的方式容纳在这些缺口92中。力矩传递部96随后又用作与空程离合器的交接点,该空程离合器位于在轮毂体18的直径较大的辐条凸缘22内的径向靠内的缺口的区域100中。人们还在这些图中看到安装在力矩传递部96上的密封圈102,该密封圈在力矩传递部中安装于周向槽104中。密封圈102在锥形延伸的密封面106上密封地滑动,该密封面以凹口形式形成在轮毂体18上。
要补充的是,在此实施变型方案中,为了减轻重量而在支撑环46里设有多个开口108和109。
在安装本发明的装置时,首先通过已知方式用轴承14和16将轮毂体18从左侧安装到轴体12上并用螺母32紧固。随后,从右侧将由支撑环46、主体40、插入的连接管76以及轴承90构成的组件连同力矩传递部94和未具体示出的空程离合器一起装入在区域100内。随后,将轴承圈50以其外螺纹72旋拧入连接管76的内螺纹结构74中并充分拧紧。这样一来,轴承58被定位。最后,将支撑件60安装在轮毂体12内。
本发明有以下优点,支撑环46及其直径大且承受高机械载荷的链轮4210能够相对稳固地构成。换句话说,支撑环46能作为其上出现由杠杆臂引起最大力矩的零部件相应稳定地构成。主体44的余下的链轮421-429可以相应地强度低且因而在重量减轻方面有利地构成。支撑环46按照本身已知的方式通过突出的销98与主体通过压装、粘接或其它方式连接。
因借助驱动链条的力传递而出现在这些单独的链轮421-4210上的横向力可以通过两个轴承58和90直接由组合链轮机构40传递给轴体12。换句话说,组合链轮机构40可以说通过具有两个滚动轴承58、90的独立的轴承机构支承在轴体12上。从组合链轮机构40至轮毂体18的力矩传递和进而力矩传递所需要的传力路线与该轴承机构无关地实现。为此,设有多个缺口92,并且设有力矩传递体96的插入所述缺口中的销94。在此实施变型方案中,力矩传递体96可以只针对力矩传递来优化。力矩传递的实现在空间上与出现在组合链轮机构40上的横向力无关。
图5至图7示出本发明的第二实施方式。在说明本发明的该实施方式时,对于相同的或作用相同的零部件采用与在说明根据图1至图4的第一实施方式时相同的附图标记。
本发明的这个实施方式没有连接管也行。人们尤其在图5中发现,主体44还是与链轮421-429基本上一体地形成并且按照已知方式与支撑体46和在其外周面上形成的链轮4210连接。图6示出销98为此如何插入相应的缺口110并且与之牢固地压装配合。主体44在其图中右侧的端头上又具有容纳部分48。但是与根据图1至图4的实施方式不同,没有容纳附加的轴承圈,而是直接容纳右滚动轴承58。这样就可以实现组合链轮机构40的小链轮421、422...429比在图1-图4的实施方式中且尤其比根据现有技术的实施方案更小地构成并具有更少的齿。
在所示的实施方式中,最小链轮421只有9个齿。轴承58在轴体12上的安置与根据图1-图4的实施方式相似。支承销栓60又用于将轴承58保持就位在轴体12上。还可以看到定位套112。它基本上无间隙地安装在轴体12的外周面上并限定了轴承58和第二滚动轴承90之间的轴向间距。另一个定位套114设置在用于支承轮毂体18的滚动轴承16和第二滚动轴承90之间。在此实施变型方案中,轴承16支承在轴体12的凸肩114处。轴承14本身支承在轴体的另一凸肩116处。
如果观察力矩传递,则会发现在这个实施变型方案中也在支撑环46上设有多个开口108、109用于减轻重量。径向靠内的开口109与第一实施方案相比被进一步径向朝内拉并且径向内侧部分用于容纳力矩传递体96的销94。但在此实施变型方案中,力矩传递体96除其作为用于在区域100处的未具体描述的空程离合器的交接点的功能外,还形成有作为轴承圈的一部分。为此,力矩传递体96沿径向在销94内具有轴向凸起120,其外周面122用于基本上无间隙地以相应配合容纳并支承支撑环46的内周面。轴承90基本上无间隙地配合容纳在力矩传递体96的内部。在力矩传递体96上还设有轴向凸缘124,该轴向凸缘用于在图5中的轴向上朝右定位该轴承90。
即,根据图5和图7的第二实施方式与第一实施方式的区别在于,连接管76被省掉并且小链轮区域内实现支承而无需中间设置轴承圈,从而可以使用更小的链轮。而在支撑环区域内设有一个附加的轴承圈120,它用于将支承力从支撑环传递至轴承90。
不过,又得到上述的优点,即,在选择链轮直径时更加自由,传力路线得到明显改善,并且横向力和力矩传递所需要的力的空间分开。这也适用于第二实施变型方案,因为在此力矩传递部96形成有不同的功能部分,即,一方面是用于将力矩传递至空程离合器的销40,另一个是沿径向设置在其内部但空间分开形成的轴向凸缘120用于传递横向力(轴承力)。
本发明的所有实施方式的主要优点在于,通过力矩传递部94,仅将力矩传递至空程离合器,而横向力已通过独立的轴承机构58和90与之无关地被引开。因此,尤其在链条斜置时出现的且对关联的组成部件施加很高载荷的横向力可以被排除在力矩传递之外。
还要注意的是,根据图1至图7的两个实施例的不同原理也能彼此互换。因此,根据图5的实施例所述的力矩传递体96也可以相似地应用在根据图1的实施变型方案中。同样可行的是,在节省了轴承圈50的情况下,将用于容纳轴承58的根据图5的轴承机构布置在根据图1的实施方式中。这样,可以获得与各自结构相关的优点。
Claims (19)
1.一种组合链轮机构(40),其具有齿数各异的多个链轮(421-4210),并且用于安装在自行车后轮轴(12)上,其包括:
主体(44),在该主体上设有所述多个链轮(421-4210)中的至少一部分;
支撑环(46),其按照传递力矩的方式与该主体(44)连接或能够与之连接;
其特征是,
该主体(44)和该支撑环(46)在其径向内侧区域内分别形成有径向靠内的、可转动地支承在该自行车后轮轴(12)上的支承部分,并且该支撑环(46)具有至少一个除该支承部分外附加形成的、用于将力矩从该组合链轮机构(44)传递至轮毂体(18)的接合结构(92)。
2.根据权利要求1所述的组合链轮机构(40),其特征是,该接合结构(92)沿径向设置在该支承部分外。
3.根据权利要求1或2所述的组合链轮机构(40),其特征是,该支撑环(46)具有至少一个缺口作为该接合结构(92),该缺口设计用于至少部分接纳力矩传递体(94)以便传递力矩。
4.根据权利要求1或2所述的组合链轮机构(40),其特征是,该支撑环具有至少一个凸起作为该接合结构,该凸起设计用于与在该力矩传递体上的相应缺口配合以便传递力矩。
5.根据权利要求3或4所述的组合链轮机构(40),其特征是,该支撑环(46)和该力矩传递体以形状配合方式相互接合。
6.根据权利要求3至5之一所述的组合链轮机构(40),其特征是,该力矩传递体(96)具有空程离合器或与空程离合器接合,通过该空程离合器,该力矩传递体能够与该轮毂体(18)以选择方向地传递力矩的方式连接。
7.根据前述权利要求之一所述的组合链轮机构(40),其特征是,该支承部分构造用于容纳轴承(58,90)、尤其是滚动轴承。
8.根据权利要求1至6之一所述的组合链轮机构(40),其特征是,该支承部分构造用于接纳轴承圈(50,120),在该轴承圈上能够安装轴承(58,90)。
9.根据权利要求8所述的组合链轮机构(40),其特征是,该轴承圈(50)能够插入该后轮轴(12)中,以便将该主体(44)固定在该后轮轴(12)上。
10.根据权利要求8或9所述的组合链轮机构(40),其特征是,该组合链轮机构具有连接管(76),该连接管从该支撑环(46)延伸至该主体(44)。
11.根据权利要求10所述的组合链轮机构(40),其特征是,该连接管(76)承受拉力。
12.根据权利要求10或11所述的组合链轮机构(40),其特征是,该轴承圈(50)能够通过螺纹结构(70)与该连接管(76)的配合螺纹结构(74)螺纹连接。
13.根据权利要求8至12之一所述的组合链轮机构(40),其特征是,该轴承圈(120)具有配合接合结构(94),所述配合接合结构能够与该接合结构(92)相接合以便传递力矩。
14.根据前述权利要求之一所述的组合链轮机构(40),其特征是,该主体(44)呈锥体构造并且在其外周面上具有所述多个链轮中的一部分(421-429)。
15.根据前述权利要求之一所述的组合链轮机构(40),其特征是,该主体(44)是一体构成的,或者是由多个相互连接的构件组成的。
16.根据前述权利要求之一所述的组合链轮机构(40),其特征是,该支撑环(46)与该主体(44)压装、螺纹连接或者粘接。
17.根据前述权利要求之一所述的组合链轮机构(40),其特征是,在该支撑环(46)上设有所述多个链轮中的至少一个链轮(4210)。
18.根据前述权利要求之一所述的组合链轮机构(40),其特征是,该支撑环(46)构造用于安装至少一个另外的链轮。
19.一种自行车的后轮轴组件(10),该后轮轴组件具有:
后轮轴(12),其构造用于固定在自行车车架上,
轮毂体(18),其可转动地支承在该后轮轴(12)上,
与驱动链条配合的根据前述权利要求之一所述的组合链轮机构(40),
力矩传递装置(96),其用于选择方向地将力矩从该组合链轮机构(44)传递至该轮毂体(18),以便驱动该轮毂体(18),
其中,该组合链轮机构(40)可转动地支承在该后轮轴(12)上,并且至该力矩传递装置(96)的力矩传递被设计成与转动支承件(58,90)在空间上分开。
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