CN110062732A

CN110062732A - 用于自行车变速器的齿轮

Info

Publication number: CN110062732A
Application number: CN201780053907.6A
Authority: CN
Inventors: T.施普勒特; S.舒伯特; M.罗赫利切尔
Original assignee: Mobile Bicycle Co Ltd
Current assignee: Mobile Bicycle Co Ltd
Priority date: 2016-07-01
Filing date: 2017-06-30
Publication date: 2019-07-26
Anticipated expiration: 2037-06-30
Also published as: KR20190089840A; US10689064B2; CA3029557A1; US20190225300A1; CN110062732B; JP2019524528A; WO2018002361A1; AU2017291265A1; EP3478562A1

Abstract

描述了一种用于自行车变速器（20）的齿轮（10），其具有带有在其上形成的齿（12a、12b）的外轮廓（11），其中，通过最大节径（Φ_max）与最小节径（Φ_min）限定外轮廓（11），外轮廓（11）没有任何对称轴线且仅仅形成为相对于其对称中心（M）点对称。本发明因此基于开发一种改善自行车变速器（20）的脚踏感觉的齿轮（10）的问题。外轮廓（11）在每个点处表现出其曲率的改变，由此解决该问题。

Description

用于自行车变速器的齿轮

本发明涉及带有在权利要求1的概述中列出的特征的齿轮。

齿轮通常用于通过动力传输装置将由骑车人在踏板曲轴上施加的扭矩传递至后轮。动力传输装置配合在齿轮上，且能够链或尤其是齿带。

DE 20 2004 006 544 U1描述了一种卵圆形，优选地椭圆形齿轮，其预期通过增加效率水平减少骑车人的疲劳。齿轮的形状应当适于通过腿的肌肉动力生成的前推运动。然而，已经证实如下缺点：已知的齿轮仅有限地改善效率水平，并且还具有非圆形脚踏感觉，因为在踏板曲柄的一次旋转期间，脚经受不同的加速度。

DE 10 2013 000 689 A1和WO 2015/030576还公开了一种非圆形齿轮，其带有沿圆周方向的多个分段和在每一个分段内的恒定曲率半径，从而导致具有相同曲率的外轮廓。仅在相邻分段之间的转换点处，第一分段的恒定曲率半径改变成第二分段的另一曲率半径，使得外轮廓的曲率仅在这些转换点处改变。一旦这些转换点中的一个接合在齿轮上运行的链上的牵拉分段中，骑车人就会感觉到在踏板速度中的清楚改变，这被感知为令人不愉快和讨厌的。

从尝试过效率水平改进的其他变速器也已知非圆形脚踏感觉的效果。DE 10 2010033 211 B4描述了该类型的变速器，其中，行星齿轮在固定的恒星齿轮上运行，且曲柄臂与行星齿轮一起旋转，其中，曲柄臂可旋转地安装在踏板曲柄上。恒星齿轮、行星齿轮和曲柄臂都被容纳在同一曲柄箱中，且踏板曲柄被也容纳在曲柄箱中的导轨中的导辊支撑在共用的曲柄箱中。导辊自由地自旋，且在导轨中带有横向游隙，因此由于自由自旋的导辊，沿齿轮的圆周方向的非圆形脚踏感觉甚至更强。

本发明的目的是开发一种齿轮，其改善自行车变速器的脚踏感觉。

利用来自专利技术方案1的特征实现目的。在外轮廓的所有相邻点之间的曲率改变导致在脚踏时踏板速度中的减小的改变。

外轮廓理解为延伸通过相邻齿的相应节径的连接线。外轮廓对应于配合到齿轮上的动力传输装置（诸如链或齿带）的路径。

因为根据本发明不能使用圆形齿轮，所以使用节径的概念来代替节圆直径。节径对应于在两个相邻齿轮之间的相应节圆直径。

优选地，齿轮具有四个相同尺寸的分段，其中，最大节径和最小节径延伸通过第一和第三分段，且第一和第三分段围绕对称中心点对称地对准。分段通过水平的x轴和竖直的y轴创建，x轴平行于地面延伸，y轴以直角切过其，其中，两个轴线相交处的点位于对称中心处。

根据一个尤其有利的实施例，在第二和第四分段中存在额外的节径，其长度在最大和最小节径之间。

目的是为了具有在第一和第三分段的最大节径和最小节径之间的50-70°的角度α，更优选地55-65°的角度α，以及尤其优选地58-62°的角度α。如果齿轮被安装在自行车变速器中，则最大节径对应于一系列最高预期踏板速度。角度α的对应选择减少了在围绕x轴的踏板位置的区域中的踏板速度，由此使它们更靠近恒定的踏板速度。

相邻的齿能够具有不同的节径。这使节径针对每个齿改变，且没有两个相邻的齿具有相同节径。优选地使用在最大和最小节径之间的样条插值确定齿的相应节径。

最期望地，最大节径对最小节径的比率>1.30。比率越大，在一次旋转期间，踏板速度越接近恒定。当然，无量纲值对自行车施加结构限制。

本发明还适用于自行车变速器，该自行车变速器具有：

-中心轴，其相对于固定的框架元件被支撑，使得其围绕中心轴承轴线旋转，

-第一恒星齿轮，其关于中心轴同心定位，且刚性连接至框架元件，以及，

-至少一个第一传动组件，其相对于框架元件旋转，其中，传动组件

-包括载板，其第一区段刚性连接至中心轴，且行星齿轮被支撑在其第二区段上，以便其围绕其行星齿轮轴承轴线旋转，其中，行星齿轮接合第一恒星齿轮，且曲柄臂刚性接合行星齿轮，以及，

-踏板曲柄，曲柄臂支撑在其上以便其回转，且其通过摆动臂保持抵靠载板，其中，摆动臂附接至载板和踏板曲柄以便其回转，以及，

其中，齿轮在中心轴上处于固定位置中。

在（多个）踏板曲柄的自由端上，如将预期地，附接踏板，通过其，骑车人借助于肌肉动力将扭矩赋予相应的踏板曲柄。齿轮配置成使得，在齿轮的一次旋转期间，最大踏板速度和最小踏板速度尽可能接近。在最大踏板速度和最小踏板速度之间的优选比率<2.00。有利地，在齿轮的一次旋转期间，踏板曲柄在齿轮上的位置改变。

优选地，最小节径沿旋转方向从在中心轴承轴线和行星齿轮轴承轴线之间延伸的连接线偏离角度β。角度β在y轴上的一个范围内，即，减少的踏板速度的范围，且导致在该范围中的踏板速度增加，由此使其更接近恒定踏板速度。

角度β能够在1°和15°之间，优选地3°和7°之间，且尤其优选地4°和6°之间。

在自行车变速器中，认为尤其有利的是存在第二恒星齿轮，该第二恒星齿轮与相对于框架元件旋转的第二传动组件接合，其中，第二传动组件从第一传动组件偏离180°，且包括载板，其第一区段附接至中心轴以便其不能旋转，且行星齿轮可旋转地附接至其第二区段，行星齿轮接合第二恒星齿轮，且曲柄臂刚性接合行星齿轮以及踏板曲柄，曲柄臂支撑在踏板曲柄上以便其回转，且其通过摆动臂保持抵靠载板，其中，摆动臂被支撑以便其在载板和踏板曲柄上回转。自行车变速器因此具有两个传动组件，两者都作用于同一中心轴。这带来了骑车人能够利用两条腿脚踏的优点。

为了更好的理解，在下文中基于三个附图更详细地解释本发明。附图示出：

图1：根据本发明的齿轮的侧视图；

图2：安装在自行车变速器中的齿轮的局部剖开侧视图；以及，

图3：穿过根据图2的自行车变速器的纵向截面。

图1示出带有卵圆形外轮廓11的齿轮10的侧视图。外轮廓11完全包围齿轮10的圆周，且是诸如链或齿带的动力传输装置（此处未示出）的路径。围绕外轮廓11整周存在齿12a、12b，其允许安装的齿轮10与动力传输装置接合。出于例示目的，在图1中的外轮廓11在所有点处都朝内等距移位，但是其曲率模式对应于通过相邻的齿12a、12b的单个节径Φ的模式。

齿轮10具有围绕其圆周等距间隔开的四个紧固件开口25，借助于其，齿轮10能够利用载板31附接至在自行车变速器20中的传动组件30（参见图2）。

自行车变速器20包括中心轴21，其同轴附接在固定的恒星齿轮24内侧，使得其围绕中心轴承轴线23旋转。中心轴21由此延伸通过固定的框架元件22，借助于其，自行车变速器20能够稳固地附接至自行车框架40。

传动组件围绕恒星齿轮24旋转，且包括载板31和可旋转地附接至第一区段31a的行星齿轮32。行星齿轮32与恒星齿轮24永久接合，且与载板31一起围绕其周边旋转。曲柄臂34附接至行星齿轮32；其与行星齿轮32一起刚性旋转，且利用回转接头紧固至朝上延伸的踏板曲柄35（参见图3）。踏板曲柄35还通过沿着其自由端的方向的摆动臂36连接至载板31，其中，摆动臂36利用回转接头接合载板31的第二区段31b和踏板曲柄35两者。

在被框架元件22覆盖的背部上，存在另一恒星齿轮24，其也连接至关联的传动组件30，且允许骑车人脚踏在两侧上。在图2中能够看到的背部传动组件的唯一部分是朝下延伸的踏板曲柄35。如在图3中所示，两个传动组件30配置相同，且置放成关于彼此成180°。

如在图1中能够看到地，齿轮10分成四个分段13a、13b、13c和13d，每一个围绕对称中心M跨越90°角。分段13a、13b、13c和13d通过x轴和竖直的y轴分开，所述x轴水平地延伸通过以地面或路面为方向的图像平面，所述y轴垂直于其延伸。x轴和y轴的对准通过在图2和图3中示出的中心轴21的位置表示，其中，对称中心M和中心轴21的中心轴承轴线23对准。当齿轮10运动到与中心轴21同步接合时，齿轮10与分段13a、13b、13c和13d一起旋转。

第一分段13a示出为处于图1中的图像平面的右上处。逆时针在其后的是第二分段13b、第三分段13c和第四分段13d。因为外轮廓11的点对称配置，所以分段13a、13b、13c和13d布置成彼此点对称。

第一分段13a和第三分段13b配置成分别带有最大节径Φ_max和最小节径Φ_min。最大节径Φ_max和最小节径Φ_min因此不关于彼此成直角，因为那样他们将处于椭圆中，相反，其以小于90°的角α相交。在图1中示出的本发明的示例中，角度α=61.25°。尤其与圆形齿轮相比较，这导致围绕x轴的更低的最大踏板速度v_max。然而，在图2中指示的最大踏板速度v_max仍然高达最小踏板速度v_min的差不多两倍。

除了减少最大踏板速度v_max，目的还为了增加围绕y轴的最小踏板速度v_min，最小节径Φ_min沿齿轮10的旋转方向14偏离连接线37角度β。在根据图2的踏板曲轴35的所示竖直位置中，中心轴承轴线23和行星齿轮轴承轴线33正好在彼此的顶部且与y轴对准。连接线37精确地延伸通过中心轴承轴线23和行星齿轮轴承轴线33，且用作用于将在那里创建的角度β的参考尺寸。

在第二分段13b和第四分段13d的区域中的外轮廓11在相邻的齿12a和12b之间具有改变的节径，其中长度在第一分段13a和第三分段13c的最大节径Φ_max和最小节径Φ_min之间。

在图3中示出的纵向截面识别相对于框架元件22固定的第一和第二恒星齿轮24，其都位于框架元件22的外侧上。两个恒星齿轮24都通过中空柱体26稳固地附接以形成一体的整体组件单元。完整的一体组件理解为具有除非将其破坏否则不能分离的连接。

中心轴21在中空柱体26内侧同心延伸，且被支撑以便其能够借助于中心轴轴承27连续旋转至恒星齿轮24。由于中心轴轴承27距中心轴21的外侧轴向尽可能远地置放且在恒星齿轮24内侧同轴，所以有效的向外牵拉扭矩能够被尤其充分地施加至中心轴21。

载板31刚性安装在中心轴21的每个轴向端区段上，且当自行车变速器在操作时，载板31与中心轴21一起沿圆形旋转。在载板31的居中定位的第一区段31a中，形成载板31和中心轴21之间的连接。沿着载板31的径向方向，存在外侧第二区段31b，在其中，行星齿轮32保持相对于载板31可旋转。

在行星齿轮32的行星齿轮轴32a相对于框架元件32的外端上，曲柄臂34刚性附接或形成为完整的一体部件。曲柄臂34相对于行星齿轮轴32a沿径向方向延伸，且与踏板曲柄35可旋转地接合。

动力通过自行车变速器20的在相应的传动组件30上的两个踏板曲轴35被提供给自行车变速器20，踏板曲轴35关于中心轴21轴向地定位在自行车变速器的外侧上。图3（类似于图2）示出在延伸位置中彼此关联的踏板曲轴35和传动组件30，在其中，曲柄臂34从行星齿轮32的行星齿轮轴32a径向朝内朝中心轴21延伸。这将踏板曲柄35的自由端放在其最远的朝外位置中。为了在最恒定的踏板速度是可能的情况下实现最均匀的脚踏感觉，在该延伸位置中，齿轮10有效地接合其动力传输装置（未示出），其中，最小节径Φ_min偏离角度β，且由此增加在该区域中的现有的最小踏板速度v_min。

在图3中的纵向剖面还清楚地示出，曲柄臂34还能运动至旋转180°的位置，由此将踏板曲柄35的自由端置放在驱动位置中。在该驱动位置（此处未示出）中，齿轮12a、12b在角度α内有效地接合动力传输装置，这减少了在该区域中现有的最大踏板速度v_max。

例如如在图3中所示，在每个踏板曲柄35的自由端上，附接踏板38，其能够借助于踏板轴承39相对于关联的踏板曲柄35旋转。踏板轴承39具有相对于踏板曲柄35固定的轴承轴线。

附图标记

10齿轮

11外轮廓

12a、b齿

13a齿轮的第一分段

13b齿轮的第二分段

13c齿轮的第三分段

13d齿轮的第四分段

14齿轮旋转方向

20自行车变速器

21中心轴

22固定的框架元件

23中心轴承轴线

24恒星齿轮

25紧固件开口

26中空柱体

27中心轴承轴

30传动组件

31载板

31a载板的第一区段

31b载板的第二区段

32行星齿轮

32a行星齿轮轴

33行星齿轮轴承轴线

34曲柄臂

35踏板曲柄

36摆动臂

37行星齿轮轴承轴线-中心轴承轴线连接线

38踏板

39踏板轴承

40自行车框架

α在Φ_max和Φ_min之间的角

β在连接线和Φ_min之间的角

Φ节径

Φ_max最大节径

Φ_min最小节径

M对称中心

v_max最大踏板速度

v_min最小踏板速度

x横轴

y竖轴

Claims

1.一种用于自行车变速器（20）的齿轮（10），其具有带有齿（12a、12b）的外轮廓（11），其中，所述外轮廓（11）跨越最大节径（Φ_max）和最小节径（Φ_min），没有对称轴线，且关于其对称中心（M）仅仅点对称地形成，

其特征在于，

所述外轮廓（11）的曲率在每个点处改变。

2.根据权利要求1所述的齿轮（10），其特征在于，所述齿轮（10）具有相同尺寸的四个分段（13a、13b、13c、13d），其中，所述最大节径（Φ_max）和所述最小节径（Φ_min）延伸通过第一和第三分段（13a、13c），且所述第一和第三分段（13a、13c）围绕所述对称中心（M）点对称地对准。

3.根据权利要求2所述的齿轮（10），其特征在于，所述第二和第四分段（13b、13d）具有专有的节径（Φ），其长度在所述最大节径（Φ_max）和所述最小节径（Φ_min）之间。

4.根据权利要求2或3所述的齿轮（10），其特征在于，在所述第一和第三分段（13a、13c）的所述最大节径（Φ_max）和所述最小节径（Φ_min）之间存在50-70°的角度α，其更优选地是55-65°，且尤其优选地是58-62°。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的齿轮（10），其特征在于，所述相邻的齿（12a、12b）各自具有不同的节径（Φ）。

6.根据权利要求1至5中的一项所述的齿轮（10），其特征在于，最大节径（Φ_max）和最小节径（Φ_min）的比率>1.30。

7.一种自行车变速器（20）与根据权利要求1至6中任一项所述的齿轮（10）的组合，其特征在于，所述自行车变速器（20）

-具有中心轴（21），其被相对于固定的框架元件（22）支撑，使得其围绕中心轴承轴线（23）旋转，

-第一恒星齿轮（24），其关于所述中心轴（21）同心定位且刚性连接至所述框架元件（22），以及，

-至少一个第一传动组件（30），其相对于所述框架元件（22）旋转，其中，所述传动组件（30）

-包括载板（31），其第一区段（31a）刚性连接至所述中心轴（21），且行星齿轮（32）被支撑在其第二区段（31b）上，使得其围绕其行星齿轮轴承轴线（33）旋转，其中，所述行星齿轮（32）接合所述第一恒星齿轮（24），且曲柄臂（34）刚性接合所述行星齿轮（32），以及，

-踏板曲柄（35），所述曲柄臂（34）支撑在其上以便其回转，且其通过摆动臂（36）保持抵靠所述载板（31），其中，所述摆动臂（36）附接至所述载板（31）和所述踏板曲柄（35）以便其回转，

以及其中，所述齿轮（10）在所述中心轴（21）上处于固定位置中。

8.根据权利要求7所述的组合，其特征在于，所述最小节径（Φ_min）沿旋转方向（14）从在所述中心轴承轴线（23）和所述行星齿轮轴承轴线（33）之间延伸的连接线（37）偏离角度（β）。

9.根据权利要求8所述的组合，其特征在于，所述角度（β）在1°和15°之间，优选地在3°和7°之间，并且尤其优选地在4°和6°之间。

10.根据权利要求7-9中任一项所述的组合，其特征在于，在所述齿轮（10）的一次旋转期间，所述踏板曲柄（35）在所述齿轮（10）上的位置改变。

11.根据权利要求7-10中任一项所述的组合，其特征在于，存在与相对于所述框架元件（22）旋转的第二传动系统（30）交互的第二恒星齿轮（24），其中，所述第二传动组件（30）从所述第一传动组件（30）偏离180°，并且，

-包括载板（31），其第一区段（31a）刚性连接至所述中心轴（21），且行星齿轮（32）被支撑在其第二区段（31b）上以便其旋转，所述行星齿轮（32）接合所述第二恒星齿轮（24），且曲柄臂（34）刚性接合所述行星齿轮（32），以及，

-踏板曲柄（25），所述曲柄臂（34）支撑在其上以便其回转，且其通过摆动臂（36）保持抵靠所述载板（31），其中，所述摆动臂（36）附接至所述载板（31）和所述踏板曲柄（35）以便其回转。