CN1056576C - 自行车曲柄组件 - Google Patents

Abstract

一种自行车曲柄组件，它包括整体链轮件(10)，件(10)具有适于与下支架中轴联接的轮毂部分(20)，轮毂(20)和中轴在该处绕轴线旋转；至少两个从轮毂部分(20)径向地延伸的辐条部分(24，26)；从轮毂部分径向延伸的曲柄联接臂部分(22)；至少两个与辐条部分及曲柄联接臂部分相联接的链轮齿圈部分(12，14，16)。曲柄件(18)仅在离轮毂部分(20)一定距离处与链轮件(10)的曲柄联接臂部分(22)相联接。

Description

自行车曲柄组件

本发明涉及一种自行车曲柄组件，它包含两或三个分离的链轮齿圈，可用螺母、螺钉把齿圈彼此间及和辐条臂联接起来，曲柄组件通常与曲柄臂成一体。这样一种结构至少有两个优点。第一，可用不同尺寸的链轮齿圈(不同的齿数和直径)在同一辐条/曲柄臂上进行组装，这减少了一些制造成本。第二，如果链轮齿圈损坏了或磨损了(后者是不大可能的)，这就无需更换整个组装件；损坏了的齿圈可通过拆卸曲柄组件而加以更换。而另一方面，组合件设计具有一定缺点：在装配和调整/矫正中需要较高的劳动成本。因此，组合式曲柄组件的总成本相对较高。

本发明的目的是在不牺牲能容易地获得不同尺寸链轮齿圈的优点的条件下提供较低成本的曲柄组件。一方面本发明消除了冗长的装配工序。另一方面是在无需任何需要的调整/矫正工序的情况下保证获得平整和正确的链轮齿圈。本发明的另一个目的是提供结实、刚性好，重量轻的曲柄组件，能高效地承受施加的载荷。

上述目的通过根据本发明的曲柄组件得到实现，该曲柄组件包括：适于和下支架中轴联接的轮毂，轮毂和中轴在该处绕轴线旋转；一组与轮毂联接并在大至相对于该轴线的径向上延伸的辐条，辐条彼此间成圆周分布；至少两个与辐条联接的不同直径的链轮齿圈；和轮毂及链轮齿圈结合的曲柄件。本发明的特征在于：轮毂，辐条，及链轮齿圈是整体链轮件的组成部分，其中的一个辐条部分还构成链轮件的曲柄联接臂部分，而且曲柄件只在离开轮毂部分处可拆卸地安装在链轮件的曲柄联接臂部分上。

链轮是整体地进行加工的，其中的两个或更多个(通常是三个)的链轮齿圈部分与轮毂形成一整体，从而完全消除了劳动密集程度高的装配和调整工序并保证获得正确和精密的链轮齿圈。把曲柄件联接在链轮件上是仅需的装配步骤，所需的时间或力气非常少。在距轮毂一定距离处把曲柄件安装在链轮的某部分上，这简化了把链轮/曲柄安装在下支架中轴上的设计安排并可采用较小较轻的链轮/曲柄。链轮的曲柄联接臂部分成为曲柄的零件，曲柄联接臂部分与曲柄件的搭接部分在把扭矩传递到链轮时起曲柄作用，而在支承链轮齿圈时起辐条作用。

在优选的实施例中，装有曲柄件的曲柄联接臂部分在相对轴线的径向上具有足够大的横向宽度，以使它能承受作用在曲柄件上的周向扭矩载荷。曲柄件上有可安装(容纳)在曲柄联接臂部分的凹座内的凸起部分，凹座和凸起部分具有相结合的周边壁，它们在曲柄件和链轮件之间在垂直于轴线的平面内传递扭矩载荷及其它载荷。

曲柄件最好是用螺钉和曲柄联接臂部分相联接，螺钉穿过曲柄联接臂部分上的孔并拧紧在曲柄件的凸起部分上的孔中，较有利的是，第一对螺钉沿横向间隔地分布在曲柄件的径向轴线的两侧边并在径向上接近凹座的内端部，而第二对螺钉沿横向间隔地分布在径向轴线的两侧边并在径向上接近凹座的外端部，以便能承受绕径向轴线的扭矩载荷。

与凸起部分一起延伸的曲柄件的部分，相对于垂直于曲柄组件旋转轴线的平面呈倾斜状。凹座有第一底面和第2底面，第一底面邻近第一对螺钉，而第二底面邻近第二对螺钉，而且第二底面在轴向上相对于第一底面是偏置的。曲柄件和链轮件组件之间的接合处的几何形状(结构)，为链轮齿圈部分的驱动平面和装有脚蹬的曲柄件的径向朝外部分之间提供了平缓的、结构上合适的轴向传动。

在举例的实施例中，链轮件具有三个链轮齿圈部分，包括一大直径的链轮齿圈部分，一中直径的链轮齿圈部分和一小直径的链轮齿圈部分。中直径链轮齿圈部分是第一圆周结构单元的零件，该单元进一步包括联接在辐条部分上的环形盘部分并具有与轮毂部分有间隔的内缘。小直径链轮齿圈部分含有在径向距盘部分一定距离的环形齿圈部分，并通过其内缘与盘部分的内缘基本重合的法兰部分联接在盘部分上。大直径的链轮齿圈部在径向上和辐条及曲柄联接臂部分的外端部相联接，而且是第二圆周结构单元的零件，该单元包括弧形加强肋，加强肋从大直径链轮齿圈部分径向地向内延伸并位于相邻的辐条部分之间和相邻的曲柄联接臂部分和辐条部分之间。

为了更好地理解本发明，现结合附图参考下列的例举实施例进行描述。

图1是本发明的曲柄组件的实施例的分解透视图，其观察点在径向上离开旋转轴线而在轴向上位于曲柄件一侧；

图2是装配情况下的实施例示图，其观察方向与图1的稍有不同；

图3是装配情况下的实施例示图，其观察方向在旋转轴线的径向一侧并且在曲柄件的相反面的一侧；

图4是实施例的(零件)分解正视图；而

图5是沿某一平面的截面图，该平面稍稍偏离曲柄组件的旋转轴线和曲柄件的轴线，而是沿着螺钉的中心线来取的。

附图所示的实施例包含一整体链轮件10和安装在链轮件上的一曲柄件18，件10具有复合齿圈部分12，14和16(图3和4)。链轮件10具有轮毂部分20，它适合于和下支架中轴(未图示)联接，使轮毂在该处例如借助方形锥孔部分(201)绕轴线旋转，前述具有不同直径和不同链轮齿数(链轮齿未图示)的三个链轮齿圈部分与轮毂部分相联接，而曲柄联接臂部分22，它也充作链轮件的第三辐条部分，和链轮件的外圆周联接及通常从轮毂部分径向地延伸到链轮件的外圆周并与链轮齿圈部分联接。曲柄件18只在轮毂部分以外的位置与链轮件的曲柄联接臂部分22联接；它没有延伸过或进入轮毂部分而且不直接和曲柄组件中轴联接。

除了轮毂部分20和曲柄联接臂部分22较苯重以满足蹬力从脚蹬传至下支架中轴时的强度及刚度要求之外，链轮件10是由较小的尺寸(同时厚度和宽度也小)零件组成的，因此减小了重量，但仍使它们在几何尺寸上和/或组合结构上是牢固的及刚性是好的。两个辐条24及26从轮毂部分20径向地向外延伸。事实上每个辐条部分在轴向是等厚的，而且径向上从内部到外部是带锥度的，以使它在周向上变得窄些。

最大的链轮齿圈部分12与辐条部分24、26及联接臂部分22的最外端在辐射状接缝241、261、22a处径向地联接。弧状腹板部分121从链轮齿圈部分12以及各相邻辐条部分24、26与曲柄联接臂部分22之间径向地向内延伸，留下饼状的开口122。从链轮齿圈部分12的表面轴向地凸起的圆周肋部分123保证了轴向的刚性。

中间的链轮齿圈部分14与径向宽度大至一致的环形盘部分141结合。圆周方向延伸的肋部分142轴向地凸出并保证轴向的刚性。盘部分141的内缘143是环形的，并且和轮毂部分20围成一环状孔，辐条部分24及26与曲柄联接臂部分22在径向上穿过该孔。

最小的链轮齿圈部分16从环状法兰部分161凸起，其径向内缘表面和盘部分141的内缘143重合。法兰部分161使齿圈部分16具有轴向刚性，法兰部分161还使链轮部分16与辐条部分24和26及曲柄联接臂部分22联接，并使各辐条部分和曲柄联接臂部分在圆周上互相联接。用于传递绕轴线的扭矩和赋予辐条部分、曲柄联接臂部分以强度及刚度的圆周联结件还有盘部分141及弧部分121。

链轮件10的曲柄联接臂部分22在它的径向轴线上具有一横向宽度，该宽度大至相当于轮毂部分20的直径，该曲柄联接臂部分22具有平的表面221，该表面垂直于轴线并与轮毂部分20的端部齐平。凹座222具有台阶形底壁，底壁的内部分222a、外部分222b分别在臂部分22的两侧与盘部分141、弧部分121共同延伸(见图5)，凹座222用于容纳从曲柄件的联接部分182上凸起的凸起部分181。凹座222的周壁构成结合面，该结合面与凸起部分的周壁形成紧密配合，以使曲柄件与链轮件在径向和周向的所有方向上牢固地结合；在垂直于曲柄组件轴线的平面内的所有载荷都通过凹座和凸起部分的周边壁在曲柄件18和链轮件10之间进行传递。

朝向链轮件和包围凸起部分181的联接部分182的表面是平的，并与曲柄联接臂部分22的表面121相结合。用螺钉30把曲柄件安装在链轮件上，该螺钉30穿过链轮件上的孔223，并旋紧在曲柄件18的联接部分182上的螺孔183内。要注意有两对螺钉，在径向上靠内的一对和径向上靠外的一对，并且各孔以曲柄件18的径向轴线为基准间距较大地分布在该径向轴线的两侧。

链轮件的典柄联接臂部分22和曲柄件18的联接部分182之间的联接系统具有较高的强度和刚度。曲柄件18的凸出部分181和链轮件的凹座222之间的键式结合承受载荷分力，该载荷分力作用在垂直于轴线的平面内的所有方向上，特别是给链轮件施加绕旋转轴线的转矩的蹬踏力的分力。螺钉30不需承受剪切力。链轮和曲柄的配合面221及182沿曲柄件18横向较宽地分布，及螺钉30非常有效地承受绕曲柄轴线的蹬踏力的扭转载荷，各螺钉在相对于曲柄轴线的大力矩臂处起作用，这些都使螺钉承受的拉伸应力减小。虽然在轮毂和曲柄的外端部之间在轴向上是偏置的，但沿曲柄长度方向(垂直于图5的纸面方向)上的尺寸大体上是均匀的，使得沿脚蹬至底支架中轴路径上的载荷分布能满足高强度和刚度要求而不用增加(零件)重量。

链轮和曲柄两者都用硬的金属坯料制成，最好用铝6061T651。现代化的计算机数控(CNC)机床的应用，使得零件能够以极高精度和实际上无人工成本地快速制造出来。曲柄组件的CAD-CAM设计和制造的应用，实际上也使得曲柄组件可以瞬时改变链轮齿圈的直径以及瞬时改变链轮齿的齿数及齿形。相似地，通过局部修改软件，也可制造出有两个或者有三个链轮齿圈的链轮以及不同长度的曲柄。链轮和曲柄的装配又快又容易。

Claims (19)

1.一种自行车曲柄组件，它包括整体链轮件，该链轮件具有一个适于和下支架中轴联接的轮毂部分，轮毂部分和中轴在该处绕轴线旋转；至少两根与轮毂部分联接并在大致相对于该轴线的径向上延伸的辐条部分，这些辐条部分彼此间沿圆周分布；一根与轮毂部分联接并大致相对于所述轴线的径向延伸的曲柄联接臂部分，它与辐条部分彼此间沿圆周分布；与辐条部分和曲柄联接臂部分联接的至少两个不同直径链轮齿圈部分；以及一个沿轴向叠压在链轮件的曲柄联接臂部分上并且偏离开轮毂部分的曲柄件，该曲柄件在所述位置具有一个联接部分，曲柄联接臂部分和联接部分中的一个具有一个凹座，而另一个具有一个容纳在该凹座中的凸起部分，该凹座和凸起部分具有互相结合的周壁，以承受在曲柄件和链轮件之间传递的周向扭矩载荷，并且曲柄件通过螺纹紧固件可拆卸地安装在曲柄联接臂部分上。

2.根据权利要求1所述的自行车曲柄组件，其特征在于：曲柄联接臂部分在相对于轴线的径向上具有一定横向宽度，该宽度足以使曲柄联接臂部分能承受周向扭矩载荷。

3.根据权利要求1所述的自行车曲柄组件，其特征在于：所述的凹座在链轮件的曲柄联接部分上，而所述的凸起在曲柄件的联接部分上。

4.根据权利要求1所述的自行车曲柄组件，其特征在于：所述的螺纹紧固件是穿过凹座的底上的孔并进入凸起上的螺纹孔中的螺钉。

5.根据权利要求3所述的自行车曲柄组件，其特征在于：所述的螺纹紧固件是穿过凹座的基底上的孔并且进入凸起上的螺纹孔中的螺钉。

6.根据权利要求4所述的自行车曲柄组件，其特征在于：第一对螺钉沿横向间隔地分布在曲柄件的联接部分的径向轴线的两侧，并且在径向上靠近凹座的内端；第二对螺钉沿横向间隔地分布在所述的径向轴线的两侧并且在径向上靠近凹座的外端，以承受绕所述的径向轴线的扭矩载荷。

7.根据权利要求3所述的自行车曲柄组件，其特征在于：曲柄件的联接部分与所述的凸起大致地在径向和周向上一起延伸，并且相对于轴线在径向上呈倾斜状态。

8.根据权利要求1所述的自行车曲柄组件，其特征在于：曲柄联接部分在相对于轴线的径向上有一横向的宽度，该宽度足以使曲柄联接部分承受周向扭矩载荷；凹座在曲柄联接部分中，凸起在曲柄件的联接部分上；并且螺纹紧固件是穿过曲柄联接部分上的孔并进入曲柄件的凸起部分上的螺纹孔中的螺钉；第一对螺钉沿横间隔地分布在曲柄件径向轴线的两侧并且沿径向靠近凹座的内端，第二对螺钉沿横向间隔地分布在所述的径向轴线的两侧并且沿径向靠近凹座的外端，以承受绕所述的径向轴线的扭矩载荷；并且凹座包括邻近第一对螺钉的第一底面和邻近第二对螺钉的第二底面，其中第二底面在轴向上相对于第一底面是偏置的。

9.根据权利要求1所述的自行车曲柄组件，其特征在于：链轮件具有三个链轮齿圆部分，它们是大直径链轮齿圈部分，中直径链轮齿圈部分及小直径链轮齿圆部分；其中中直径链轮齿圈部分是第一圆周结构单元的零件，并进一步包括一个联接辐条部分和联接曲柄联部分的环形盘部分，该环形盘部分有一个与轮毂部分有间隔的内缘。

10.根据权利要求8所述的自行车曲柄组件，其特征在于：小直径链轮齿圈部分包括一个在径向上距盘部分一定距离的环形齿圈部分，并通过靠近盘部分的内缘的法兰部分联接在盘部分上。

11.根据权利要求1所述的自行车曲柄组件，其特征在于：大直径链轮齿圈部分在径向上和辐条部分及曲柄联接部分的外端相联接，并且是第二圆周结构单元的零件；该单元包括弧形加强肋；肋从大直径链轮齿圆部分径向地向内延伸并位于相邻的幅条部分之间和曲柄联接部分与相邻的幅条部分之间；并且联接到相应的幅条部分和曲柄联接部分。

12.一个自行车曲柄组件，它包括一个整体链轮件，该链轮件具有一个轮毂部分，适用于和下支架中轴相联接，轮毂部分和中轴在该处绕某一轴线旋转；至少两个联接到轮毂部分并且相对于轴线大致沿径向延伸的幅条部分，这些幅条部分沿圆周分布；一个联接到轮毂部分上并且相对轴线大致沿径向延伸的曲柄联接臂部分，该曲柄联接臂部分与幅条部分沿圆周分布；以及至少两个联接到幅条部分和联接到曲柄联接臂部分的不同直径的链轮齿圈部分；一个沿轴向叠压在链轮件的曲柄联接臂部分上并且偏离开轮毂部分的曲柄件，该曲柄件在所述位置具有一个联接部分；曲柄部分通过螺纹紧固件可拆卸地安装在曲柄联接臂部分，它包括横向间隔地分布在曲柄件的径向轴线两侧并且沿径向靠近所述联接部分的内端的第一对紧固件，和沿横向间隔地分布在所述的径向轴线两侧并且沿径向靠近联接部分的外端的第二对紧固件，以承受绕所述轴线的扭矩载荷。

13.根据权利要求12所述的自行车曲柄组件，其特征在于：在曲柄联接臂部分有一凹座，在联接部分有一个凸起容纳在该凹座中，凹座和凸起有互相结合的周壁以承受在曲柄件和链轮件之间传递的扭矩载荷。

14.根据权利要求2所述的自行车曲柄组件，其特征在于：曲柄联接臂部分有一相对于轴线沿径向的横向宽度，该宽度使曲柄联接臂部分足以承受圆周扭矩载荷。

15.根据权利要求12所述的自行车曲柄组件，其特征在于：螺纹紧固件是穿过凹座的底上的孔并进入凸起的螺纹孔中的螺钉。

16.根据权利要求12或13所述的自行车曲柄组件，其特征在于：曲柄件的联接部分大体上与凸起沿径向和周向共同延伸，并且相对于轴线在径向上呈倾斜状态。

17.根据权利要求12所述的自行车曲柄组件，其特征在于：链轮件具有三个链轮齿圈部分，它们是大直径链轮齿圈部分，中直径链轮齿圈部分，和小直径链轮齿圈部分；其中中直径齿圈部分是第一个圆周结构单元的零件，它进一步包括联接到幅条部分和联接到曲柄联接部分并且具有一个离开轮毂部分的内缘的一个环形盘。

18.根据权利要求8所述的自行车曲柄组件，其特征在于：小直径链轮齿圈部分包括一个沿径向离开所述的盘部分并且通过靠近盘部分的内缘的一个法兰部分联接到盘部分的一个环形齿圈部分。

19.根据权利要求1所述的自行车曲柄组件，其特征在于：大直径链轮齿圈部分沿径向联接到幅条部分和曲柄联接部分的外端，并且是第二圆周结构单元的零件，该单元包括一个弧形加强肋，肋从大直径链轮齿圈部分径向地向内延伸并位于相邻的幅条部分之间和位于曲柄联接部分与相邻的幅条部分之间，并且联接到相应的幅条部分和曲柄联接部分。

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