CN108583771B - 一种一体式飞轮 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种一体式飞轮，包括第一齿圈、第二齿圈、第三齿圈、第一桥接部以及多级桥接部；第一桥接部包括第一辐板以及第一筒体，第一辐板与第一齿圈搭接，第一辐板与第一筒体搭接，第一筒体与第三齿圈搭接；多级桥接部由不少于两个第二桥接部顺序搭接构成；第二桥接部包括彼此搭接的第二辐板以及第二筒体，第一齿圈搭接第二辐板上，第三齿圈搭接第二筒体上；相邻的两级第二桥接部中，第二桥接部的第二辐板与下一级第二桥接部的第二筒体搭接形成第一搭接点；第二齿圈沿径向搭接在第一筒体以及第一搭接点上。本发明的一种一体式飞轮，具有质量小、工艺性好且生产效率高的优点。

Description

一种一体式飞轮

技术领域

本发明涉及一种自行车变速部件，尤其涉及一种一体式飞轮。

背景技术

随着社会的进步，现今各种交通工具对于轻量化、高强度的要求越来越高。目前自行车通常是通过材料轻量化与结构轻量化来进行减重，并且轻量化是以强度与刚度有足够的保障为前提，特别是对于运动型自行车来说，其对变速链轮的强度与刚度有更高的要求。而变速链轮为自行车中最重要的零部件之一，其基本的性能需求是在质量一定的情况下，强度与刚度越高越好。

变速链轮为多层齿圈结构，通常有两种典型结构形式，一种是以SHIMANO公司为代表的冲压齿圈通过铆接叠装在一起形成变速链轮，另一种是以SRAM公司为代表采用锥形空心体做支撑结构的一体式飞轮。前一种产品往往刚度与强度较小，承载能力较弱，并且质量较重，但加工工艺性相对较好；后一种为锥形空心体结构，且通常多数齿圈是由一块材料加工而成，因而具有较高的强度与刚度，但该种设计中，每层齿圈必对应有一个与回转轴线同轴的圆筒，这种结构在相临两层齿圈的齿数相差较小时工艺性很差，不利于加工出减重孔与正负齿，同时质量也较大，此外，如申请号为200910004713.4的专利所示，因产品减重需要，在齿的对应部位将筒体与辐板一起开出了大量的减重槽，形成了所谓的桥接部，该桥接部实际已为一种杆状的悬臂梁，而为了加工出该出结构，加工时刀具需进深较多的距离，且由于该处空间小，刀具进退的空间受到限制，容易影响了加工效率以及加工质量。

发明内容

本发明旨在解决上述所提及的技术问题，提供一种质量小、工艺性好且生产效率高的一体式飞轮。

本发明是通过以下的技术方案实现的：

一种一体式飞轮，包括第一齿圈、至少一个第二齿圈、第三齿圈、第一桥接部以及多级桥接部；第一桥接部包括第一辐板以及第一筒体，第一辐板的一侧与第一齿圈搭接，第一辐板的另一侧与第一筒体的其中一侧搭接，第一筒体的另一侧与第三齿圈搭接；多级桥接部由不少于两个第二桥接部顺序搭接构成；第二桥接部包括彼此搭接的第二辐板以及第二筒体，第一齿圈搭接在多级桥接部一端的第二桥接部的第二辐板上，第三齿圈搭接在多级桥接部另一端的第二桥接部的第二筒体上；在任意两个相邻的第二桥接部中，第二桥接部的第二辐板与下一级第二桥接部的第二筒体搭接形成第一搭接点；第二齿圈沿径向搭接在第一筒体以及第一搭接点上。

优选的，第一齿圈、第二齿圈以及第三齿圈直径依次减小，并通过第一桥接部和/或第二桥接部搭接构成多级阶梯状的锥塔形构件。

优选的，第二齿圈与第一筒体的固定点为第二搭接点，当第二齿圈为两个或以上时，第二齿圈之间的直径关系应当符合锥塔形构件，多个第二搭接点均布在第一筒体上，同一个第二齿圈所搭接第二搭接点与第一搭接点两者水平高度相同。

优选的，第二齿圈与第一筒体的固定点为第二搭接点，当第二齿圈为一个时，第二搭接点位于第一筒体中心区域，第二搭接点与第一搭接点水平高度相同。

优选的，第二桥接部的数量Z与第二齿圈的数量M关系为Z＝M+1，Z、M均为整数。

优选的，相邻第一桥接部之间具有倒L形的缺口，缺口从与第一齿圈所搭接的第一辐板所处的平面开始，沿第一筒体的方向朝下延伸经过第二齿圈至第三齿圈的根部。

优选的，第二齿圈与第一筒体的固定点为第二搭接点，以多个第一筒体处于同一水平面上的第二搭接点依次连接形成限定区域，第二齿圈位于相邻的第二搭接点之间的部分背离限定区域形成减重槽。

优选的，多级桥接部沿周向均匀的分布在第一齿圈上。

优选的，第一辐板与第二齿圈之间设置有加强板。

优选的，加强板与第一辐板宽度相同，加强板沿径向由第一筒体朝外侧延伸。

有益效果是：

与现有技术相比，本发明的一种一体式飞轮通过在第一桥接部的筒体上设置至少一层第二齿圈，节省了一部分原本需要通过多级桥接部辐板与筒体搭接的支撑部，使得结构简化并且可以减轻质量；尤其在相临齿圈的齿数相差较少的工件进行加工时，在多级桥接部之间间隔了部分第一桥接部，第一桥接部的筒体这一结构有效的增加了辐板之间的宽度，辐板之间的距离随着筒体的高度增加而增加，从而有效的增大了第一桥接部和多级桥接部范围内加工刀具可腾挪的空间，进而可以在关键的部位更加灵活的选择加工的刀具直径最终使得工艺性更佳，加工质量更好，加工效率高。

附图说明

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明，其中：

图1为本发明的一体式飞轮其中一段三维示意图；

图2为本发明的一体式飞轮的第一桥接部的横截面结构示意图；

图3为本发明的一体式飞轮的多级桥接部的横截面结构示意图。

具体实施方式

为了便于理解，本实施方式中的部件多级桥接部5a包括多个第二桥接部5，第二桥接部5之间的形态、结构以及尺寸相同或相似，在重复构件相应拓展时应具有代表性。

一种一体式飞轮，包括多个大小不同的、用于接纳链条且将由该链条传来的周向力传至自行车后轮轮毂的齿圈以及用于固定相邻齿圈的多个环形的支撑部，每一级支撑部包括处于同一平面上的由辐板和筒体组成的多个桥接部，该链条可以通过变速机构从一个齿圈换至另一个齿圈。如图1、图2和图3所示，包括第一齿圈1、至少一个第二齿圈2、第三齿圈3、第一桥接部4以及多级桥接部5a；第一桥接部4包括第一辐板41以及第一筒体42，第一辐板41的一侧与第一齿圈1搭接，第一辐板41的另一侧与第一筒体42的其中一侧搭接，第一筒体42的另一侧与第三齿圈3搭接；多级桥接部5a由不少于两个第二桥接部5顺序搭接构成；第二桥接部5包括彼此搭接的第二辐板51以及第二筒体52，第一齿圈1搭接在多级桥接部5a一端的第二桥接部5的第二辐板51上，第三齿圈3搭接在多级桥接部5a另一端的第二桥接部5的第二筒体52上；在任意两个相邻的两级第二桥接部5中，第二桥接部5的第二辐板51与下一级第二桥接部5的第二筒体52搭接形成第一搭接点53；第二齿圈2沿径向搭接在第一筒体42以及第一搭接点53上。

考虑到飞轮整体的形态、尺寸以及重量因素，在第一筒体42上增加的第二齿圈2数量以一到四层为佳，数量太多会影响支撑强度与加工工艺性；第二齿圈2与第一筒体42的固定点为第二搭接点20。

传统的飞轮如申请号为200910004713.4的飞轮结构，在各级齿圈之间采用多个周向上的桥接部(对应本设计方案中的第二桥接部5)进行桥接从而形成一个完整的整体，该桥接部是在未采用本设计方案时每一层齿圈所必须的支撑与固定结构。通过本设计方案采用第一桥接部4代替周向上的部分多级桥接部5a，将至少一层第二齿圈2与第一齿圈1合并的设计到第一桥接部4上，如图2和图3所示，使得在横截面结构上由原本结构的一层齿圈对应一层桥接部变为现在的两层或多层齿圈共用一层桥接部，省去了原本对应于第二齿圈2的桥接部，起到了简化结构的作用。第一筒体42由于需要搭接多层齿圈，齿圈之间的距离是不变的，因此需要加高，但第一筒体42同时可以加粗从而保持刚度，加粗后第一筒体42的质量有所增加，但相对于原本结构中第一齿圈1对应一个第二桥接部5、第二齿圈2对应一个第二桥接部5、第三齿圈3对应一个第二桥接部5的形式，省略一个第二桥接部5后飞轮总的质量是降低的；并且，第一筒体42加粗可以使得周向上的刚度以及抗扭能力上升。在第一筒体42高度提高后，使得相邻的第一齿圈1和第三齿圈3之间的距离大大增加，在加工制作齿圈尤其在相临齿圈的齿数相差较少加工时，加工刀具可腾挪的空间增大，可根据需要选择更为合适的刀具以及更加适宜的进刀退刀距离，并最终使得第一齿圈1和第三齿圈3之间的区域加工工艺性显著优化，且质量更佳，加工效率更高。

需要注意的是，本实施方式中并没有将全部的多级桥接部5a采用第一桥接部4代替，也即第二齿圈2会同时搭接多级桥接部5a的第一搭接点53和第一桥接部4。通过部分代替，并合理规划多级桥接部5a与第一桥接部4的间隔位置，以多级桥接部5a沿周向均匀的分布在第一齿圈1上为佳，处于第一桥接部4附近的多级桥接部5a在加工时也可以享受第一桥接部4带来的刀具腾挪空间增大，提高工艺性的同时可以降低刀具磨损，而多点支撑的第一齿圈1、第二齿圈2和第二齿圈3的刚度以及抗扭能力也会得到提高。

在本实施方式中，如图1和图2所示，在第一辐板41与第二齿圈2之间设置有加强板43，当第二齿圈2有多个时，加强板43连接第一辐板41与最靠近第一辐板41的第二齿圈2，通过加强板43强化第一辐板41与第二齿圈2之间的连接，使得飞轮整体的刚度和抗扭能力得到提高。加强板43可以通过焊接、粘接或铆压的形式与第一辐板41和第二齿圈2固定，但是最好是将加强板43、第一齿圈1、第二齿圈2、第三齿圈3、第一桥接部4以及多级桥接部5a一体加工而成，这样设计的好处在于，既可以保证产品的刚度，一体加工的加强板43还可以改善飞轮加工的工艺性。如图2所示，一体加工时，飞轮的胚料在各级齿圈之间都是粘连的，通常加工方式是采用铣刀从飞轮外侧沿径向向中心铣掉部分材料从而空出各级齿圈之间的间隙，但是只要不干涉相邻齿圈与链条的配合，那些部位铣掉只能起到减轻重量的作用，同时由于铣入距离过深，刀具磨损较为严重，还会减弱产品的刚度以及抗扭能力，加强板43的存在使得铣刀从A剪头方向铣入的距离大大缩短，节省了加工时间，改善了产品刚度，减少了加工刀具的磨损，使得产品工艺性大大提高。

较佳的实施方式，加强板43可与第一辐板41宽度相同，方便加工刀具加工第一辐板41时顺带把加强板43一起加工出，提高加工效率。如图2所示，在一体加工的前提下，加强板43沿径向由第一筒体42朝外侧延伸，加强板43的三条边缘分别搭接第一筒体42、第一辐板41以及第二齿圈2的齿圈面22，从而保证三者的连接强度。

较佳的实施方式，如图1、图2所示，第一齿圈1、第二齿圈2以及第三齿圈3直径依次减小，方便实现在各齿圈的链条调节功能，并通过第一桥接部4和/或第二桥接部5搭接构成多级阶梯状的锥塔形构件。推荐是采用将各齿圈、桥接部采用一块整体材料加工而成，这样使得不同的部件间的连接更为紧固，通过链条传来的周向力通过第一齿圈1形成扭力作用到第三搭接点11，进而传递到第一辐板41上，第一辐板41再将力矩作用到第一筒体42上，第一筒体42将力矩传递至第四搭接点31再过渡到下一级桥接部上以此类推并最终作用到最小直径的齿圈支撑部(图中未标出)上，最小直径的齿圈支撑部是与自行车上的转轴轮毂连接的，使得即便支撑部未设置轮毂，也可以使得飞轮实现整体扭力的传递并与轮毂相连，同理，在传递力矩的过程中除了第一桥接部4之外，第二桥接部5也会以辐板+筒体的形式传递相应的力矩直至最小直径的齿圈支撑部。

较佳的实施方式，第二齿圈2与第一筒体42的固定点为第二搭接点20，当第二齿圈2为两个或以上时，第二齿圈2之间的直径关系应当符合锥塔形构件，多个第二搭接点20均布在第一筒体42上，每一个第二齿圈2所搭接的第二搭接点20与第一搭接点53水平高度相同，保持水平，从而保证每一个第二齿圈2通过第二搭接点20与第一搭接点53固定，使得多个第二齿圈2、第二齿圈2与第一齿圈1、以及第二齿圈2与第三齿圈3之间的距离适宜，满足使用过程中变速的需要并且方便加工。

较佳的实施方式，如图2所示，当第二齿圈2为一个时，第二搭接点20位于第一筒体42中心区域，第二搭接点20与第一搭接点53水平高度相同，保持水平，从而保证第二齿圈2与第一齿圈1以及第三齿圈3之间的距离适宜，满足使用过程中变速的需要并且方便加工。

较佳的实施方式，第二桥接部5的数量Z与第二齿圈2的数量M关系为Z＝M+1，Z、M均为整数，保证第一搭接点53的数量与第二齿圈2的数量一致，确保搭接。

较佳的实施方式，如图1所示，相邻第一桥接部4之间具有倒L形的缺口8，缺口8从与第一齿圈1所搭接的第一辐板41所处的平面开始，沿第一筒体42的方向朝下延伸经过第二齿圈2至第三齿圈3的根部，缺口8有利于排出飞轮工作时的泥泞，并且缺口8的设置有利于减少飞轮总的质量。

较佳的实施方式，如图1所示，第二齿圈2与第一筒体42的固定点为第二搭接点20，以多个第一筒体42处于同一水平面上的第二搭接点20依次连接形成一个圆形的限定区域，第二齿圈2位于相邻的第二搭接点20之间的部分背离限定区域向外形成减重槽21，以进一步减重。

减重槽21优选的形状是圆弧形或者半方形两侧带圆弧过度，由于第一筒体42的高度是增加的，可根据需要从所述锥塔形构件内部往外在第二齿圈2上加工出若干个减重槽21从而降低飞轮质量，并且减重槽21加工时应避免靠近第二搭接点20以免影响第二搭接点20与第二齿圈2的连接关系进而避免影响第二齿圈2以及相结合的第一筒体42结构的刚度和抗扭能力。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而并非对其进行限制，凡未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明技术方案的范围内。

Claims (8)

1.一种一体式飞轮，其特征在于：包括第一齿圈（1）、至少一个第二齿圈（2）、第三齿圈（3）、第一桥接部（4）以及多级桥接部（5a）；

所述第一桥接部（4）包括第一辐板（41）以及第一筒体（42），所述第一辐板（41）的一侧与所述第一齿圈（1）搭接，所述第一辐板（41）的另一侧与所述第一筒体（42）的其中一侧搭接，所述第一筒体（42）的另一侧与所述第三齿圈（3）搭接，相邻所述第一桥接部（4）之间具有倒L形的缺口（8）；

所述多级桥接部（5a）由不少于两个第二桥接部（5）顺序搭接构成；所述第二桥接部（5）包括彼此搭接的第二辐板（51）以及第二筒体（52），所述第一齿圈（1）搭接在所述多级桥接部（5a）一端的第二桥接部（5）的第二辐板（51）上，所述第三齿圈（3）搭接在所述多级桥接部（5a）另一端的第二桥接部（5）的第二筒体（52）上；

在任意两个相邻的所述第二桥接部（5）中，所述第二桥接部（5）的第二辐板（51）与下一级所述第二桥接部（5）的第二筒体（52）搭接形成第一搭接点（53）；

所述第二齿圈（2）沿径向搭接在所述第一筒体（42）以及所述第一搭接点（53）上，所述第一齿圈（1）、所述第二齿圈（2）以及所述第三齿圈（3）直径依次减小，并通过所述第一桥接部（4）和/或所述第二桥接部（5）搭接构成多级阶梯状的锥塔形构件；

所述第一辐板（41）与所述第二齿圈（2）之间设置有加强板（43）；

所述第二齿圈（2）与所述第一筒体（42）的固定点为第二搭接点（20）。

2.根据权利要求1所述的一体式飞轮，其特征在于：当所述第二齿圈（2）为两个或两个以上时，所述第二齿圈（2）之间的直径关系应当符合所述锥塔形构件，多个所述第二搭接点（20）均布在所述第一筒体（42）上，同一个所述第二齿圈（2）所搭接的所述第二搭接点（20）与所述第一搭接点（53）水平高度相同。

3.根据权利要求1所述的一体式飞轮，其特征在于：当所述第二齿圈（2）为一个时，所述第二搭接点（20）位于所述第一筒体（42）中心区域，所述第二搭接点（20）与所述第一搭接点（53）水平高度相同。

4.根据权利要求1至3任一项所述的一体式飞轮，其特征在于：所述第二桥接部（5）的数量Z与所述第二齿圈（2）的数量M关系为Z=M+1，Z、M均为整数。

5.根据权利要求1至3任一项所述的一体式飞轮，其特征在于：所述缺口（8）从与所述第一齿圈（1）所搭接的第一辐板（41）所处的平面开始，沿所述第一筒体（42）的方向朝下延伸经过所述第二齿圈（2）至所述第三齿圈（3）的根部。

6.根据权利要求1至3任一项所述的一体式飞轮，其特征在于：以多个第一筒体（42）处于同一水平面上的所述第二搭接点（20）依次连接形成限定区域，所述第二齿圈（2）位于相邻的所述第二搭接点（20）之间的部分背离所述限定区域形成减重槽（21）。

7.根据权利要求1至3任一项所述的一体式飞轮，其特征在于：所述多级桥接部（5a）沿周向均匀的分布在所述第一齿圈（1）上。

8.根据权利要求1所述的一体式飞轮，其特征在于：所述加强板（43）与所述第一辐板（41）宽度相同，所述加强板（43）沿径向由所述第一筒体（42）朝外侧延伸。