CN103003140B - 连接到曲柄臂的卵形自行车齿盘的改良 - Google Patents

Abstract

本发明为应用于自行车的非圆形齿盘或卵形齿盘，其中该齿盘可连接于具有爪部的驱动曲柄臂，该爪部形成具有星状分布定位点的结构。该卵形齿盘(1)的长轴与该曲柄臂沿踩踏方向的夹角定义为该卵形齿盘的定向。该卵形齿盘可供该爪部固定的定位点数量为该爪部定位点数量的倍数，为该曲柄臂提供多种定位选项，其中该定位选项彼此间隔使卵形齿盘的各定向相差3°。为提供此微幅变化，本发明的建设性解决方案为在该卵形齿盘上设置连续且部分重叠的孔洞，所述孔洞具有不同深度的阶梯状沉头槽以协助支撑该齿盘的切向负载。

Description

连接到曲柄臂的卵形自行车齿盘的改良

本发明涉及自行车的非圆形齿盘，其中齿盘长轴与曲柄臂间的相对方位或位置为齿盘在使用时所产生的踩踏运动生物力学的基本参数。

现有技术

自行车骑士骑自行车时是在两侧踏板上施力。每一踏板装设到一曲柄臂上，两个曲柄臂由底架主轴连接，其中一个曲柄臂还与一个或多个齿盘相连接。所述齿盘为带齿的环状结构，可通过链条及后轮上之链轮对后轮施加牵引力。

大多数自行车均采用圆形齿盘，但许多自行车骑士为提高踩踏效能而自行改用卵形齿盘。卵形齿盘具有一定向参数，定义为齿盘长轴与两侧曲柄臂所在平面沿踩踏方向所形成的夹角。

非圆形齿盘的便利性已有许多文献与专利加以探讨，其中有的迄今已经超过百年。上述文献与专利中的非圆形齿盘间可能有极大差异，但都可归类为卵形。为实现最佳生物力学改良功效，已有技术大多提出特定的齿盘定向，但有时为能调整齿盘定向，在齿盘上开设多组可供曲柄臂以螺丝固定的孔洞，如此一来同一齿盘可为使用者提供不同的定向选项，此即专利FR1090949、DE8809795及EP1863699所述的技术，其中EP1863699由本申请发明人及申请人提出。

具有不同定向选项的卵形齿盘可用于具有不同几何形状或用途的自行车，但如果要微调特定自行车上的特定齿盘以达最佳生物力学效果，则不同定向选项间的角度增量必须十分微小，此即本发明所关注的重点。

EP1863699针对具有不同定向选项且使用传统齿盘螺丝的卵形齿盘提出三种定位方案：

a)沿着齿盘圆周，在多个定义不同定向的直径的相对两端交替设置独立孔洞，(此即该申请附图5所示方案)。据此，两个连续定向选项间的角度增量便为两个相邻孔洞所对应的角范围的一半，因为如果将圆周直径一端置于二相邻孔洞 之间，则该直径的另一端必有一孔洞，其可定义两个相邻孔洞所对应方位的中间方位。此解决方案仅在曲柄臂可供固定于齿盘定位点数量为奇数时可行。该申请附图5所示齿盘的定向角度增量为5.14°。

b)设置部分重叠的孔洞，尽可能缩小两个两个定向选项间的角度增量(此即该申请附图8所示方案)。在该方案中，由于齿盘上用以固定曲柄臂的定位点数量为偶数，定向角度增量增为8°

c)沿着齿盘圆周，在多个定义不同定向直径的相对两端交替设置部分重叠的孔洞，以使两个连续定向选项间的角度增量为两个部分重叠孔洞所对应角范围的一半(此即该申请附图9所示方案)。此方案为上述两个方案的综合体，但仅于曲柄臂可供固定于齿盘的定位点数量为奇数时才可行。在此方案中，定向角度增量为4°。

然而，从竞赛与市场实务经验得知，以约8°角度增量调整齿盘定向虽可适应不同自行车几何形状与运动方式(越野、下坡、BMX等)，但却无法针对生物力学提供调整；而当定向调整角度增量为5°左右时，自行车骑士便可调整椭圆形齿盘的定向以改善生物力学：调整至定向选择范围一端可用于冲刺，调整至另一端则适合登山。由于约5°的增量可衍生出极为不同的踩踏方式，此增量对大多数自行车骑士而言依旧太大而不实用。

使孔洞局部重叠虽可缩短孔洞间距，进而缩减定向增量并有助于生物力学调整，但孔洞之间仍需保有足够距离，使孔洞间的材料延伸长度足以确保切向连接。也就是说，孔洞间的切向连接应该可以支撑对应的螺丝，以免螺丝在承受负载时使材料破裂或变形，甚至出现螺丝滑移至相邻孔洞中的现象。

发明内容

申请人所属公司近来从事运动领域研究，研究结果已证实，定向微调能力对 于大多数自行车骑士适当使用卵形齿盘非常有助益。由于±6°的定向调整角度增量已可满足大多数极限自行车骑士的需求，最佳角度增量应在3°上下，此中间值可符合一般踩踏模式的需要。

然而，由于卵形齿盘所连接到的曲柄臂有不同规格标准，有时并无法实现上述最佳角度增量；在此情况下，最佳解决方案为最接近该最佳值的角度。

逻辑上说，对于具有偶数定位点的曲柄臂，仅需将具有奇数定位点的曲柄臂所用数值乘以二即可，但此第一选项并不利于生物力学调整。

在设计部分重叠孔洞间的最小角度增量时，也会影响曲柄臂用以固定于齿盘定位点所选用的直径，因为数值越大，则相对于两个连续孔洞中点的角度越小。

基于此本发明提出一种建设性解决方案，在卵形齿盘上设置连续、部分重叠且因此更为靠近的孔洞，以提供更趋近最佳值的角度增量。为此，本发明以沉头槽支撑齿盘与曲柄臂的标准定位组件，也就是螺栓头及对应的螺帽。此方案包含由部分重叠的沉头槽所构成的阶梯状结构，如此一来，即使缩小连续孔洞的间距，齿盘在承受负载时仍可维持切向连接能力。沉头槽的深度呈阶梯状，且沿踩踏方向逐洞递减。

附图简述

图1显示卵形齿盘，专供具有四个定位点的标准曲柄臂爪部使用。该齿盘具有三种定向选项，各定位点所对应的三个孔洞即以三孔为一组，同组的孔洞彼此部分重叠。

附图2为上述齿盘的局部放大立体图，图中可见具有阶梯状结构的沉头槽围绕于定位孔洞的外缘。

附图3显示另一卵形齿盘，专供具有五个定位点的标准曲柄臂爪部使用。此齿盘具有四种定向选项，各定位点所对应的孔洞为两两部分重叠，沿圆周的相对侧交 替设置于对应直径的相对两端。

附图4为上述齿盘的局部放大立体图，图中可见阶梯状的沉头槽围绕于定位孔洞的外缘。

附图5显示齿盘上部分重叠相邻孔洞配合夹片定位的状态。

附图6为上图中用以定位齿盘的夹片的分解图。

发明实施方式详述

本发明提出一种可连接到标准自行车曲柄臂的自行车用卵形齿盘，其中曲柄臂的一端具有对应于底架主轴的固定爪部。爪部的结构具有星状分布的孔洞或定位点以固定一个或多个自行车齿盘。

卵形齿盘设有孔洞，从而形成可由标准螺栓与螺帽连接到上述爪部的定位点，其中孔洞数量为爪部上定位点数量的倍数。如此一来，该齿盘可为爪部及与爪部相连接的曲柄臂提供不同定向的多种组装选项。

在此概念下，本发明旨在使齿盘孔洞所提供的各定向紧密间隔，并使其间距接近一较佳中间值，此外，对于相距最近替代定向则使其间的角度增量尽可能趋近3°。

为实现此目的，齿盘上对应于爪部同一孔洞的多个孔洞成组设置且彼此部分重叠。各孔洞与相邻孔洞间的距离应在不影响齿盘完整性前提下尽可能缩短。为此，相邻孔洞间之建议角度差为6°，此外还在孔洞(2、5)边缘设置阶梯状沉头槽(3、6)，其中各阶的深度增量为约0.4mm。

针对具有奇数定位点的曲柄臂爪部，齿盘(4)设有两组部分重叠的孔洞以对应曲柄臂爪部的各定位点。实际上，附图3的齿盘可提供四种定向，其中孔洞两两部分重叠以免影响盘体强度。在附图3与附图4所示齿盘中，部分重叠的孔洞(5)彼此相隔6°，且两组孔洞系以177°角度沿圆周方向彼此相对，因此可每隔3°变化一种齿盘定向，以达成本发明目的。

对于齿盘(1)，其专供具有偶数定位点的曲柄臂爪部使用，在此建议设置三种定向，故部分重叠的孔洞(2)以三孔为一组。在附图1与附图所示的齿盘中，部分重叠的孔洞彼此相隔6°。此为折衷方案，其中孔洞间距虽未小至足以提供生物力学最佳状态，但可确保齿盘结构完整性。

此外，本发明还可以其他公知的定位装置取代一般自行车所使用的标准螺栓螺帽组，使齿盘为具有偶数定位点的曲柄臂提供角度增量更小(可达约3°)的定向选项。例如，附图5所示齿盘由附图6的螺丝(7)固定于夹片(8、9)之间。此加强固定结构具有巩固侧向连接效果，使相邻孔洞间距得以缩短。

Claims (3)

1.一种改良的卵形自行车齿盘，连接到曲柄臂，该曲柄臂包括星状分布爪部定位点的爪部以连接到一个或多个卵形齿盘，卵形齿盘的长轴与曲柄臂沿踩踏方向的夹角定义为该卵形齿盘的定向，其中卵形齿盘具有多个可供爪部固定的齿盘定位点，其数量为爪部的爪部定位点数量的倍数，为曲柄臂提供多种定位选项，为卵形齿盘的方向提供多种可能性，其中，该齿盘上具有对应于爪部同一爪部定位点的各不同齿盘定位点彼此相邻且部分重叠的孔洞，各孔洞具有一沉头槽，其特征在：在部分重叠的相邻孔洞中，沉头槽的深度沿踩踏方向递减以形成阶梯状。

2.根据权利要求1的改良的卵形自行车齿盘，其特征在于齿盘上对应于爪部同一爪部定位点的部分重叠的相邻孔洞在其定位圆周上以6°分开。

3.根据权利要求1到2的任一权利要求的改良的卵形自行车齿盘，其特征在于连接到在爪部设有奇数个齿盘定位点的曲柄臂，齿盘上对应于爪部同一爪部定位点的不同齿盘定位点为交替设置于直径两端且具有相同角度增量的孔洞，在齿盘的相对侧形成两组相邻并且部分重叠的孔洞。