CN104760655B

CN104760655B - 自行车曲柄总成

Info

Publication number: CN104760655B
Application number: CN201410151460.4A
Authority: CN
Inventors: 江村笃裕; 渡会悦义
Original assignee: Shimano Inc
Current assignee: Shimano Inc
Priority date: 2014-01-07
Filing date: 2014-04-16
Publication date: 2017-05-10
Anticipated expiration: 2034-04-16
Also published as: CN104760655A; US9150277B2; TW201527169A; DE102014019528B4; DE102014019528A1; TWI614180B; US20150191214A1

Abstract

一种自行车曲柄总成，包括曲柄臂和至少一个链轮。链轮包括成组的规则齿和成组的第一和第二齿。第一齿具有第一链条接合齿宽，以接合自行车链条的外链节。第二齿具有第二链条接合齿宽，以接合自行车链条的内链节。第一链条接合齿宽大于第二链条接合齿宽。规则齿具有第三链条接合齿宽，第三链条接合齿宽小于第一链条接合齿宽。规则齿沿相对于曲柄臂的上死点区域和下死点区域中的至少一个区域设置。第一齿和第二齿至少沿相对于曲柄臂的上死点区域和下死点区域之间布置。

Description

自行车曲柄总成

技术领域

本发明主要涉及一种包括一个或更多个自行车链轮的自行车曲柄总成。

背景技术

大多数自行车具有驱动装置或驱动机构，驱动装置或驱动机构使用链条将踩踏力从骑行者传递给后车轮。自行车驱动机构通常具有一个或更多个设置在自行车曲柄总成上的前链轮和一个或更多个设置在自行车后轮毂上的后链轮。链条绕前后链轮卷绕。因此，通过骑行者操作而使自行车曲柄总成产生的旋转运动通过与前后链轮接合的链条传递给后车轮。自行车链条具有多个内链节和多个外链节，它们通过多个销相互交替连接。通常，每个内链节包括一对平行的内链节板，该对内链节板通过由圆筒形辊子包围的销连接。每个外链节包括一对平行的外链节板，该对外链节板通过相邻的内链节的销连接。以这种方式，内链节和外链节被交替连接。因此，当链轮的所有齿的厚度相同时，外链节板与链轮齿之间的间隙将大于内链节板与链轮齿之间的间隙。考虑到这种情况，目前建议采用这样一些链轮，即，在这类链轮中，与外链节接合的齿的轴向宽度大于与内链节接合的齿的轴向宽度(如，参照美国专利No.4,174,642)。

发明内容

本发明主要涉及自行车曲柄总成的各种特征，该曲柄总成主要包括曲柄臂和至少一个链轮。在一个方面，自行车曲柄总成设置有链轮，该链轮的齿相对于链轮的旋转中心轴线方向的轴向宽度不同，从而可防止链条容易地从链轮齿上松脱下来。

考虑到现有技术状况，根据本专利申请说明书的第一方面，提供了一种自行车曲柄总成，该自行车曲柄总成主要包括曲柄臂和至少一个链轮。该至少一个链轮具有旋转中心轴线和多个齿，所述多个齿绕该至少一个链轮的外周形成。所述多个齿包括成组的规则齿和成组的第一和第二齿。第一齿具有第一链条接合齿宽，从而可接合自行车链条的外链节。第二齿具有第二链条接合齿宽，从而可接合自行车链条的内链节。第一链条接合齿宽大于第二链条接合齿宽。所述规则齿具有第三链条接合齿宽，该第三链条接合齿宽小于第一链条接合齿宽。所述规则齿沿相对于曲柄臂的上死点区域和下死点区域中的至少一个区域布置。第一齿和第二齿至少沿相对于曲柄臂的上死点区域和下死点区域之间布置。

在这种自行车曲柄总成中，链条安装到链轮上，使轴向宽度更大的第一齿接合外链节，使轴向宽度比第一齿的轴向宽度小的第二齿接合内链节。

根据本发明的第二方面，根据第一方面的自行车曲柄总成被构造成：曲柄臂具有链轮附装部、踏板附装部和纵向中心线，纵向中心线在链轮附装部和踏板附装部之间延伸。

根据本发明的第三方面，根据第二方面的自行车曲柄总成被构造成：包括规则齿的上死点区域和下死点区域在所有方向上与曲柄臂的纵向中心线之间的角度等于或小于45度。

根据本发明的第四方面，根据第二方面的自行车曲柄总成被构造成：所述至少一个链轮附装到曲柄臂的链轮附装部上。

根据本发明的第五方面，根据第一方面的自行车曲柄总成被构造成：第一齿和第二齿交替设置在圆周方向上。这种情况下，能更有效地防止链条容易地从链轮齿上松脱下来。

根据本发明的第六方面，根据第一方面的自行车曲柄总成被构造成：规则齿沿上死点区域和下死点区域二者设置。

根据本发明的第七方面，根据第一方面的自行车曲柄总成被构造成：在径向上从齿根半径至齿顶测量，规则齿比所述第一齿和第二齿要高。

根据本发明的第八方面，根据第一方面的自行车曲柄总成被构造成：所述多个齿的总数量是偶数。这种情况下，可使第一齿可靠地与外链节接合，可使第二齿可靠地接合内链节。

根据本发明的第九方面，根据第一方面的自行车曲柄总成被构造成：第一齿的第一链条接合齿宽为2.5mm至5.4mm。这种情况下，可使第一齿与外链节接合，而不是与内链节接合。

根据本发明的第十方面，根据第九方面的自行车曲柄总成被构造成：第二齿的第二链条接合齿宽为1.5mm至2.3mm。这种情况下，可使第二齿可靠地与内链节接合。

根据本发明的第十一方面，根据第一方面的自行车曲柄总成被构造成：第二齿的第二链条接合齿宽为1.5mm至2.3mm。这种情况下，可使第二齿可靠地与内链节接合。

根据本发明的第十二方面，根据第一方面的自行车曲柄总成被构造成：该至少一个链轮仅包括一个链轮，该一个链轮附装到曲柄臂上。

下面将结合附图详细描述本发明，这些内容公开了自行车曲柄总成的选定实施例。通过下面的详细描述内容，本领域的普通技术人员可明显看出所公开的自行车曲柄总成的其他目的、特征、方面和优点。

附图说明

现在请参照附图，这些附图构成原始公开内容的一部分，附图如下：

图1是根据第一实施例被构造的自行车曲柄总成的外侧立面图，该曲柄总成具有第一链轮和第二链轮；

图2是图1中所示的自行车曲柄总成的第一链轮和第二链轮的内侧局部透视图，图中示出自行车链条与第一(更大的)链轮的齿接合；

图3是类似于图2的内侧局部透视图，示出了图1中所示的自行车曲柄总成的第一链轮和第二链轮，但是没有示出自行车链条；

图4是图1至3中所示的自行车曲柄总成的第一链轮的外侧透视图；

图5是图4中所示的第一链轮的局部边视图，示出了第一链轮的一个规则齿、一个第一齿和一个第二齿；

图6是图1至3中所示的自行车曲柄总成的第二链轮的外侧透视图；

图7是图6中所示的第二链轮的局部边视图，示出了第二链轮的一个规则齿、一个第一齿和一个第二齿；

图8是根据第二实施例被构造的自行车曲柄总成的外侧立面图，该自行车曲柄总成具有第一链轮和第二链轮；

图9是图8中所示的自行车曲柄总成的第一链轮的外侧透视图；

图10是图9中所示的第一链轮的一部分的外侧立面图；

图11是图6和7中所示的自行车曲柄总成的第二链轮的外侧透视图；

图12是图10中所示的第二链轮的一部分的外侧立面图；以及

图13是根据第三实施例被构造的自行车曲柄总成的外侧立面图，该自行车曲柄总成具有曲柄臂，仅一个链轮附装到该曲柄臂上。

具体实施方式

现在将参照附图解释选定的实施例。自行车领域的普通技术人员从本专利申请说明书中可明显看出，下面对实施例的描述仅是示例性的，并没有限制本发明的目的，本发明由所附的权利要求书及其等同形式界定。

首先参照图1，示出了根据第一实施例的自行车曲柄总成10。在第一实施例中，自行车曲柄总成10包括曲柄臂12、第一链轮14和第二链轮16。更广义而言，自行车曲柄总成10主要包括曲柄臂和至少一个链轮。第一链轮14和第二链轮16是根据第一实施例的自行车链轮。第二链轮16的齿数比第一链轮14的齿数少。第一链轮14和第二链轮16是与自行车链条20接合的前链轮。

如图2所示，自行车链条20具有多个内链节22和多个外链节24，它们通过多个销26相互交替连接。通常，每个内链节22包括一对平行的内链节板22a。每个外链节24包括一对平行的外链节板24a。优选地，每个销26上可旋转地设置有辊子26a。因此，自行车链条20是传统的自行车链条。

曲柄臂12整体不可旋转地固定到曲轴28的一端上。通常，第二曲柄臂(未示出)不可旋转地附装到曲轴28的另一端上。曲轴28界定第一链轮14和第二链轮16的旋转中心轴线X。该至少一个链轮(如，第一链轮14和第二链轮16)具有旋转中心轴线X。曲柄臂12具有链轮附装部30和臂部32，臂部32设置有踏板附装部32a。曲柄臂12具有在链轮附装部30和踏板附装部32a之间延伸的纵向中心线L。该至少一个链轮(如，第一链轮14和第二链轮16)附装到曲柄臂12的链轮附装部30上。

链轮附装部30可以与臂部32成一体或与臂部32相独立。链轮附装部30具有多个(如，4个)链轮附装臂34，它们在圆周方向上保持一定间距布置。链轮附装臂34之间的周向间距可以相等，也可以不相等。在第一实施例中，链轮附装臂34以等间距布置。每个链轮附装臂34具有用于附装第一链轮14的第一附装部34a。第一附装部34a形成在链轮附装臂34的末端处。每个链轮附装臂34具有用于附装第二链轮16的第二附装部34b。第二附装部34b的形成位置在径向上比第一附装部34a更靠近内侧一些。第一附装部34a和第二附装部34b包括通孔或盲孔，通孔或盲孔为螺纹孔或非螺纹孔。在第一实施例中，第一附装部34a被构造有非螺纹通孔，第二附装部34b被构造有螺纹盲孔。第一链轮14通过第一固定螺栓36固定到第一附装部34a上。第二链轮16通过第二固定螺栓(未示出)固定到第二附装部34b上。

臂部32与链轮附装部30一体形成或与链轮附装部30相独立形成。在第一实施例中，臂部32与链轮附装部30一体构造。踏板附装部32a界定螺孔，踏板(未示出)末端可安装在该螺孔中。臂部32还包括固定孔32b，曲轴28固定到该固定孔32b中。

如图3至5所示，第一链轮14包括第一链轮主体40和多个齿42。因此，从广义上说，至少一个链轮(如，第一链轮14)具有多个绕该至少一个链轮的外周形成的齿42。第一链轮主体40和齿42由金属制成，优选被一体制成为单一的整体构件。第一链轮主体40具有多个(例如，4个)第一固定部40a，其用于固定到链轮附装臂34的第一附装部34a上。在第一实施例中，第一固定部40a包括通孔40b。第一链轮14通过第一固定螺栓36和螺母构件(未示出)固定到链轮附装臂34上，螺母构件通过第一固定螺栓36以传统方式被拧紧。

在此，在第一实施例中，例如，第一链轮14具有多个(36个)齿。因此，所述多个齿42的齿总数对于第一链轮14是偶数。所述多个齿42包括成组的规则齿50和成组的第一和第二链轮齿51和52。在第一实施例中，具有两组规则齿50，所有规则齿50被构造成配合到内链节22中以处于链条驱动位置(即，完全坐入位置)。因此，在此使用的术语“规则齿”表示具有预定轴向宽度的齿或多个齿，其能可操作地接合自行车链条的内链节和外链节以驱动链条，从而，在正常使用期间使链条合适地坐落在链轮上。因此，在此“规则齿”不需要是平直对称的齿。“规则齿”可以是非对称齿、扭转齿、具有换挡特性的换挡齿以及类似齿。另外，规则齿可包括至少一个换挡齿，用于将自行车链条从一个链轮转移到另一个链轮上。另外，文中针对齿而使用的术语“组”表示至少三个连续的齿。因此，成组的规则齿需要具有至少三个连续的规则齿。另外，如图4所示，成组的第一和第二齿包括至少两个第一齿和至少一个第二齿，它们连续布置；或包括至少两个第二齿和至少一个第一齿，它们连续布置。第一齿51和第二齿52中的至少一些齿在圆周方向上交替布置，即，它们彼此相邻，如图4所示。

规则齿50在径向上的高度和在轴向上的轴向宽度与第二齿52相同。规则齿50沿相对于曲柄臂12的上死点区域TDC和下死点区域BDC中的至少一个区域布置。优选地，规则齿50沿相对于曲柄臂12的上死点区域TDC和下死点区域BDC二者布置。文中使用的术语“上死点区域”和“下死点区域”表示在所有方向上与曲柄臂12的纵向中心线L所成的角度不超过45度的区域。在第一实施例中，例如，具有规则齿50的上死点区域TDC和下死点区域BDC在所有方向上与曲柄臂12的纵向中心线L所成的角度等于或小于45度。在此，在第一实施例中，例如，上死点区域TDC和下死点区域BDC均具有规则齿50，在上死点区域TDC和下死点区域BDC附近，规则齿50大致成90度角度布置。另外，在第一实施例中，例如，示出规则齿50是平直的对称齿。在第一实施例中，由于总共有36个齿，因此，9个规则齿设置在上死点区域TDC中，9个规则齿设置在下死点区域BDC中。

第一齿51和第二齿52在圆周方向上交替地设置在第一区域R1和第二区域R2内。如图1所示，第一区域R1和第二区域R2设置在包括规则齿50的上死点区域TDC和下死点区域BDC之间。因此，第一齿51和第二齿52至少沿相对于曲柄臂12的上死点区域TDC和下死点区域BDC之间设置。

如图5所示，第一齿51均具有第一链条接合齿宽W1，从而可接合链条20的外链节24。第二齿52均具有第二链条接合齿宽W2，从而可接合链条20的内链节22。第一链条接合齿宽W1大于第二链条接合齿宽W2。规则齿50均具有第三链条接合齿宽W3，第三链条接合齿宽W3小于第一链条接合齿宽W1。第一齿51的第一链条接合齿宽W1优选为2.5mm至5.4mm，更优选为3.0mm至4.5mm。当第一齿51的第一链条接合齿宽W1在上述范围内时，第一齿51可容易地接合外链节板24a，而不会接合内链节板22a。第二齿52的第二链条接合齿宽W2优选为1.5mm至2.3mm。当第二齿52的第二链条接合齿宽W2位于上述范围内时，第二齿52具有所需的刚性，易与内链节板22a接合。从径向外侧所示，第一齿51优选被形成为“+”(加号)形状，如图5所示。从径向外侧所示，第二齿52优选被形成为“-”(减号)形状。第一齿51和第二齿52逐渐变尖以朝径向外侧轴向宽度逐渐减小。从而，第一齿51和第二齿52更容易与外链节板24a和内链节板22a接合。在第一实施例中，第一齿51在径向上的高度与第二齿52相同。

现在将参照图1至3、6和7描述第二链轮16。大体上来说，第二链轮16的结构与第一链轮14相同，除了第二链轮16比第一链轮14小、第二链轮16的齿数比第一链轮14少以外。由于第一链轮14与第二链轮16相似，因此在此将简要描述第二链轮16。

第二链轮16包括第二链轮主体60和多个齿62。第二链轮主体60和齿62由金属制成，优选被一体制成为单一的整体构件。第二链轮主体60具有多个(4个)第二固定部60a，用于固定到链轮附装臂34的第二附装部34b(参看图1)上。第二固定部60a由通孔构造而成。通过可被拧紧到第二附装部34b的盲孔中的第二固定螺栓(未示出)，将第二链轮16固定到链轮附装臂34上。

在此，在第一实施例中，例如，第二链轮16具有多个(24个)齿62。因此，所述多个齿62的总齿数对于第二链轮16是偶数。齿62包括成组的规则齿70和成组的第一和第二链轮齿71和72。在第一实施例中，设置有两组规则齿70，所有规则齿70被构造成配合到内链节22中以处于链条驱动位置(即，完全坐入位置)。第二链轮16的规则齿70、第一链轮齿71和第二链轮齿72的结构和轴向宽度分别与第一链轮齿14的上述规则齿50、第一链轮齿51和第二链轮齿52相同。第二链轮主体60具有多个(例如4个)第二固定部60a，用于固定到链轮附装臂34的第二附装部34b上。在第一实施例中，第二固定部60a包括通孔60b。

现在参照图8至12，示出了根据第二实施例的自行车曲柄总成110。在第二实施例中，自行车曲柄总成110包括曲柄臂112、第一链轮114和第二链轮116。在此，曲柄臂112与上述曲柄臂12相同。对于第一链轮114和第二链轮116而言，下面将仅描述第一链轮114和第二链轮116与第一链轮14和第二链轮16的不同之处。

如图8所示，曲柄臂112整体不可旋转地固定到曲柄轴128的一端上。曲柄臂112具有链轮附装部130和臂部132，臂部132设置有踏板附装部132a。曲柄臂112具有在链轮附装部130和踏板附装部132a之间延伸的纵向中心线L。第一链轮114和第二链轮116通过四个链轮附装臂134固定附装到曲柄臂112的链轮附装部130上。每个链轮附装臂134具有用于附装第一链轮114的第一附装部134a和用于附装第二链轮116的第二附装部134b，上述附装方式与第一实施例相同。

如图9和10所示，第一链轮114包括第一链轮主体140和多个齿142，所述多个齿142包括成组的规则齿150和成组的第一链轮齿151和第二链轮齿152。第一链轮齿151和第二链轮齿152与上述第一链轮齿51和第二链轮齿52相同。所述规则齿150与规则齿50的不同在于：在径向上从齿根半径至齿顶测量，规则齿150比第一齿151和第二齿152高出H。高出量H优选为0.5mm至2.5mm。

如图11和12所示，第二链轮116包括第二链轮主体160和多个齿162，所述多个齿162包括成组的规则齿170和成组的第一链轮齿171和第二链轮齿172。第一链轮齿171和第二链轮齿172与上述第一链轮齿71和第二链轮齿72相同。规则齿170与规则齿70的不同之处在于：在径向上从齿根半径至齿顶测量，规则齿170比第一齿171和第二齿172高出H′。高出量H′优选为0.5mm至2.5mm。

现在参照图13，示出了根据第三实施例的自行车曲柄总成210。在此，自行车曲柄总成210具有曲柄臂212，仅一个链轮214附装到曲柄臂212上。对于自行车曲柄总成210而言，例如，在地形崎岖路段上骑行时，自行车链条20不易从链轮214上松脱下来。

在此，曲柄臂212与上述曲柄臂12相同，除了曲柄臂212上未设置第二附装部、仅链轮214可附装到曲柄臂212上以外。链轮214与第一链轮14或第一链轮114相同。在图13中，示出链轮214与第一链轮114相同。因此，链轮214包括链轮主体240和多个齿242，所述多个齿242包括两组规则齿250和两组第一链轮齿251和第二链轮齿252。曲柄臂212具有从链轮214的旋转中心线X(与前述实施例类似)延伸的纵向中心线L。由于曲柄臂212和链轮214与前面实施例中所述的相应部件相似，因此，在此不将更详细讨论和/或阐释曲柄臂212和链轮214。

尽管已经选择了选定实施例来阐释本发明，但是，本领域的普通技术人员从本专利申请说明书中可明显看出，在不脱离限定在所附权利要求书中的本发明的范围的情况下，可进行各种改变和改进。例如，可根据需要和/或要求，改变各部件的尺寸、形状、位置或定位，只要这种改变基本上不会影响其预定功能即可。

另外，在第一和第二实施例的自行车曲柄总成中，所有链轮均配置有轴向宽度不同的第一齿和第二齿，但是本发明并不局限于此。换句话说，第二链轮16或116的所有齿可配置为规则齿。另外，尽管自行车曲柄总成10和110仅具有两个链轮，但是，从本专利申请说明书中可明显看出，自行车曲柄总成10和110可包括三个链轮。

在第一至第三实施例中，从径向外侧所示，第一齿被形成为“+”形状，但是，本发明并不局限于此。这些齿也可被形成为其他形状，如，菱形、梯形、三角形和六边形。

在第一至第三实施例中，设置有四个链轮附装臂，但是链轮附装臂的数量并不局限于四个。

在第一至第三实施例中，链轮主体和多个齿被一体形成，但是本发明并不局限于此。链轮主体和所述多个齿可分开形成。所述多个齿例如可由金属制成，链轮主体可由合成树脂(如，碳纤维增强树脂)或与制成齿的金属不同的金属(如，铝等轻金属)制成，以减轻重量。

文中使用的下列方向术语“左”和“右”中，“右”表示从自行车后部所示的右侧参考方位，“左”表示从自行车后部所示的左侧参考方位。另外，应该理解为，尽管术语“第一”和“第二”在此用来描述各种不同部件，但是这些部件不应受这些术语的限制。这些术语仅用来将一个部件与另一个部件区分开。因而，例如，在不违背本发明提供的相关技术知识的情况下，上述第一部件可称之为第二部件，反之亦然。文中使用的术语“附装”或“被附装”包括下述结构：将一个元件直接附装到另一元件上而将所述一个元件直接固定到所述另一元件上；将一个元件固定到中间元件上，然后将中间元件固定到另一元件上，从而将该一个元件非直接地固定到所述另一元件上；以及，一个元件与另一元件成一体，即，一个元件实质上是另一元件的部件。这种定义也适用于具有类似含义的术语，例如“被结合”、“被连结”、“被安装”、“被连附”、“被粘结”、“被固定”及其派生词。最后，文中使用的程度术语如“基本上”、“大致”和“大约”表示改变的元素在最终结果没有明显改变的情况下的偏差程度。

因而，前面对本发明的实施例的描述仅是阐释性的，并没有限制本发明的目的，本发明由所附的权利要求书及其等同形式界定。

Claims

1.自行车曲柄总成，其包括：

曲柄臂；以及

至少一个链轮，该至少一个链轮具有旋转中心轴线和多个齿，所述多个齿绕该至少一个链轮的外周形成；

所述多个齿包括成组的规则齿和成组的第一齿和第二齿，第一齿具有第一链条接合齿宽，以接合自行车链条的外链节；第二齿具有第二链条接合齿宽，以接合自行车链条的内链节；第一链条接合齿宽大于第二链条接合齿宽，规则齿具有第三链条接合齿宽，第三链条接合齿宽小于第一链条接合齿宽；

所述规则齿沿相对于曲柄臂的上死点区域和下死点区域中的至少一个区域连续设置，第一齿和第二齿沿相对于曲柄臂的所述上死点区域和下死点区域之间的区域布置。

2.根据权利要求1的曲柄总成，其中，

曲柄臂具有链轮附装部、踏板附装部和纵向中心线，该纵向中心线在链轮附装部和踏板附装部之间延伸。

3.根据权利要求2的曲柄总成，其中，

包括有规则齿的上死点区域和下死点区域在所有方向上与曲柄臂的纵向中心线之间的角度等于或小于45度。

4.根据权利要求2的曲柄总成，其中，

所述至少一个链轮附装到曲柄臂的链轮附装部上。

5.根据权利要求1的曲柄总成，其中，

第一齿和第二齿在圆周方向上交替布置。

6.根据权利要求1的曲柄总成，其中，

规则齿沿上死点区域和下死点区域二者布置。

7.根据权利要求1的曲柄总成，其中，

在径向上从齿根半径至齿顶测量，所述规则齿比所述第一齿和第二齿要高。

8.根据权利要求1的曲柄总成，其中，

所述多个齿的总数量是偶数。

9.根据权利要求1的曲柄总成，其中，

第一齿的第一链条接合齿宽为2.5mm至5.4mm。

10.根据权利要求9的曲柄总成，其中，

第二齿的第二链条接合齿宽为1.5mm至2.3mm。

11.根据权利要求1的曲柄总成，其中，

第二齿的第二链条接合齿宽为1.5mm至2.3mm。

12.根据权利要求1的曲柄总成，其中，

该至少一个链轮仅包括一个链轮，该一个链轮附装到曲柄臂上。