CN112517887A - 用于形成自行车前链轮组件的方法 - Google Patents

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Abstract

本文公开了一种用于形成自行车前链轮组件的方法，该方法包括：设置由第一材料构成的外部组件；以及围绕该外部组件的内部部分形成复合中心，该复合中心由第二材料构成，该复合中心至少部分地设置在该外部组件内，以及在不使用外部紧固装置的情况下将该复合中心与该外部组件以不可拆卸的方式联接。

Description

用于形成自行车前链轮组件的方法
本申请是申请日为2017年4月11日、申请号为201710232829.8、发明名称为“自行车前链轮”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明的各实施方式总体上涉及用于链条传动车辆的前链轮组件。
背景技术
传统的自行车前链轮结构通常由诸如铝之类的金属制成。此外，目前采用减料处理来制造自行车前链轮结构。例如，对金属进行机加工、进行冲压、进行压制等。
传统的自行车前链轮也是相对扁平的结构。换言之，目前的前链轮类似于板或盘，例如二维结构，这导致前链轮具有低的横向刚度。在诸如在后部具有大量齿轮的山地自行车的自行车中，可能会有大量的交叉链接。例如，链条的角度随着所选择的后齿轮的不同而变化。当链条移动至后部的外围齿轮时，前链轮上的横向拉力的分量可能会增加，这可能会对传统的前链轮造成不利影响，从而导致传动效率的损失和潜在的机械问题。
附图说明
通过附图中的示例的方式而非限制的方式说明了本发明的各方面，在附图中：
图1是根据实施方式的曲柄组件的分解图。
图2是根据实施方式的自行车前链轮组件的图。
图3是根据实施方式的自行车前链轮组件的立体图。
图4A、4B和4C为根据实施方式的曲柄传动环的不同视图。
图5A、5B和5C为根据实施方式的自行车复合前链轮组件的不同视图。
图6A、6B、6C、6D、6E和6F为根据实施方式的外部组件的不同视图。
图7是根据实施方式的用于制造自行车前链轮组件的方法的流程图。
图8是根据实施方式的用于制造包括曲柄传动环的自行车前链轮组件的方法的流程图。
除非特别说明，否则，在本说明书中所提及的附图不应当被理解为按比例绘制。
具体实施方式
以下结合附图阐述的详细描述旨在作为本发明的各种实施方式的描述，而并非旨在表示本发明将被实施的唯一实施方式。在本公开中描述的每个实施方式仅作为本发明的示例或说明而提供，并且不应被解释为比其他实施方式优选或有利。在一些情况下，为了避免不必要地模糊本公开的方面，因而没有详细描述公知的方法、过程和对象。
在本文中所描述的前链轮组件的一个实施方式中，通过复合曲柄臂实现了整体上更美观的效果。另外，各实施方式形成了比全铝前链轮更轻的前链轮组件。此外，自行车前链轮组件能够实现以上效果的同时仍然满足或超过用于前链轮的常规强度和刚度标准。此外，所公开的前链轮组件可以以比在许多常规的前链轮中发现的成本更低的成本来构建。减少的成本包括与传统制造过程相比的由减少材料浪费的过程所提供的材料节省。
图1是根据实施方式的曲柄组件10的分解图。在一个实施方式中，曲柄组件10示出为与自行车车架和底部支架部分11结合，其中，曲柄组件10被安装至底部支架部分11。曲柄组件10包括左手非传动曲柄组件34，该左手非传动曲柄组件34包括左手曲柄臂15b和主轴12。曲柄组件10还包括右手传动侧曲柄组件36，该右手传动侧曲柄组件36包括右手传动侧曲柄臂15a和前链轮组件100。在一个实施方式中，主轴12包括主轴接口13。
在组装期间，右手传动侧曲柄臂15a具有将与前链轮组件100联接的组件接口17。前链轮组件接口17将与前链轮组件100的开口109(如图2所示)联接以将前链轮组件100与右手传动侧曲柄臂15a固定地联接，从而形成右手传动侧曲柄组件36。在一个实施方式中，在前链轮组件100与右手传动侧曲柄臂15a联接之后，锁环用于将前链轮组件100固定地联接到右手传动侧曲柄臂15a上。
主轴12插入穿过自行车车架部分11，主轴接口13与右手传动侧曲柄组件36上的接口联接。在一个实施方式中，曲柄组件10包括附加零部件，比如踏板、踏板垫圈、预加载器、灰尘盖、主轴间隔件、轴承、六角螺母、预载调节器等。为清楚起见，未示出这些零部件。
现在参照图2，示出了根据实施方式的前链轮组件100的图。前链轮组件100包括外部组件102，该外部组件102具有围绕外周的多个齿104。在一个实施方式中，外部组件102具有32个齿。尽管在一个实施方式中示出了32个齿，但是该技术非常适合于使用各种其他数量的齿104，比如28个齿、30个齿、34个齿等。在一个实施方式中，外部组件102由第一材料构成。在一个实施方式中，第一材料是金属组分，例如铝、钛、钢等。
前链轮组件100还包括中心组件106。在一个实施方式中，中心组件106由与外部组件102不同的材料构成。在一个实施方式中，中心组件106通过碳纤维增强尼龙的注塑成型而形成。在另一实施方式中，中心组件106通过压缩模制形成。在又一实施方式中，中心组件106通过复合层叠形成。在一个实施方式中，用于中心组件106的材料是由碳纤维增强的尼龙。在其他实施方式中，用于注塑成型的中心组件106的材料是切碎的碳纤维。在又一实施方式中，中心组件106可以是塑料、聚合物、其他长纤维增强塑料等。
在一个实施方式中，中心组件106形成有可选的曲柄臂配装区域112。通常，曲柄臂配装区域112是形成在中心组件106中的凹入部，右手传动侧曲柄臂15a将配装在该凹入部内。
在中心组件106的中心具有开口109。提供开口109用于将前链轮组件100通过前链轮组件接口17与右手传动侧曲柄臂15a联接。开口109还允许主轴12插入并穿过开口109，以使得主轴接口13可以与右手传动侧曲柄组件36联接。
在一个实施方式中，形成外部组件102的第一材料被选择为具有高于形成中心组件106的第二材料的弹性模量的弹性模量。在一个实施方式中，第一材料是铝、钛、钢或另一金属，并且第二材料是复合材料，诸如例如碳纤维增强塑料材料、塑料、聚合物、玻璃纤维等。
在一个实施方式中，前链轮组件100包括可选的曲柄传动环108。在一个实施方式中，曲柄传动环108联接至中心组件106，使得曲柄传动环108大致围绕环绕开口109的外部组件102的中心设置。
在一个实施方式中，曲柄传动环108用于在高压情况期间传递负载，并且防止可能在中心组件106的复合材料中沿着花键接口发生的渗碳硬化以及围绕开口109的损坏。在一个实施方式中，曲柄传动环108由与外部组件102相同的材料制成。在另一实施方式中，曲柄传动环108由诸如钛、钢或其他金属或复合材料之类的不同材料制成。在一个实施方式中，曲柄传动环108是陶瓷的。例如，可以使用陶瓷共模来在注塑成型过程中模制陶瓷曲柄传动环108。
现在参照图3，示出了根据实施方式的前链轮组件100的立体图。在图3中，在外部组件102的形成期间形成突出部110，并且所述突出部110从外部组件102向内凸出。
如图3所示，在一个实施方式中，中心组件106利用外部组件102的突出部110联接至外部组件102，使得中心组件106围绕外部组件102的突出部110形成。在一个实施方式中，突出部110是渐缩的，使得突出部110在外部组件102的基部处较窄并且在距外部组件102最远点处较宽。因此，中心组件106将围绕外部组件102的突出部110锁定并抵抗外部组件102从中心组件106被拉出。
在一个实施方式中，一个或多个突出部110将包括可选的孔187。通常，可选的孔187是穿过突出部110的至少一个开口，突出部110在模制过程期间被用以在外部组件102和中心组件106之间的接触中提供额外的保障。通过在形成前链轮组件100期间使中心组件106围绕突出部110和通孔187转动，最终的前链轮组件将具有额外的接触区域和相互锁定相位，以进一步保持中心组件106恰当地定向并且与外部组件102固定地且不可拆卸地联接。此外，由于中心组件106围绕外部组件102形成，因此部件将是不可拆卸地联接的，而不需要外部紧固装置——例如但不限于：螺钉、螺栓、夹子、铆钉等。
尽管示出了用于中心组件106的四个突出部110和四个辐条，但是使用四个辐条和突出部是工业设计概念。应当理解，中心组件106可以具有任何数量的辐条，并且外部组件102可以具有任何数量的突出部110。例如，在另一个实施方式中，复合中心组件106与外部组件102的内周上的多个突出部110中的两个或更多个突出部以不可拆卸的方式联接。此外，中心组件106的辐条的数量与外部组件102的突出部110的数量可能不总是相同的。例如，外部组件102可以具有6个突出部110，而中心组件将仅具有四个辐条，因此仅使用四个突出部110。
在一个实施方式中，由于注塑成型工艺，中心组件106的辐条将与外部组件102的突出部110重叠，而不是彼此连接。通过不使中心组件106围绕外部组件102的整个内圆周(例如，圆形周边)，在注塑成型过程中可以避免结合线。
然而，在另一个实施方式中，中心组件106可以通过复合层叠或类似方式制造，这将允许中心组件106围绕外部组件102具有连续的周边，而不用担心结合线的形成。
现在参照图4A、4B和4C，示出了根据一个实施方式的曲柄传动环108的三个不同视图。图4A是正视图400，图4B是侧视图425，图4C是斜视图450。
曲柄传动环108的内径包括与前链轮组件接口17的形状相对应的几何形状。曲柄传动环108的外径具有由部分孔415包围的块状特征件401的阵列，其中，部分孔415是略微偏心的，以在块状特征件401上产生渐缩形状，该渐缩形状的作用类似于用于将曲柄传动环108锁定到复合中心组件106中的收缩配合。
在一个实施方式中，曲柄传动环108由铝(或其它金属)制成。在制造过程中，中心组件106围绕曲柄传动环108的渐缩状的块状特征件401(以及类似地，外部组件102的突出部110的渐缩状的块状特征件)模制。当碳纤维和铝于一温度下一起模制时，铝(或制成曲柄传动环108的其它金属)的热膨胀与碳纤维(或制成中心组件106的其它材料)的热膨胀之间存在差异。由于铝(或其它金属)具有较高的热膨胀，因此在冷却过程中，铝比碳纤维收缩地更多。因此，由部分孔415围绕的块状特征件401将比碳纤维中心组件收缩得更多，这将使铝曲柄传动环108与碳纤维中心组件106进一步固定地且不可拆卸地联接，而不需要外部紧固装置。外部紧固装置的实例包括但不限于：螺钉、螺栓、夹子、铆钉等。
现在参照图5A、5B和5C，示出了根据一个实施方式的前链轮组件100的三个不同视图。图5A是正视图500，图5B是侧视图525，图5C是截面图550。作为正视图500的图5A类似于图2的视图，并且用于示出图5B的截面和开口109的可能直径。
作为侧视图525的图5B示出可用于前链轮组件100的不同形貌512。在一个实施方式中，前链轮组件100的形貌512不是扁平的，而是具有不同的厚度。在一个实施方式中，与压制或扁平化的前链轮组件设计相比，不同的厚度增大了前链轮组件100的横向刚度。
在诸如在后部具有大量齿轮的山地自行车的自行车中，可能存在大量的交叉链接。也就是说，当链条移动到后部的外部齿轮时，复合前链轮组件100上的横向拉力的分量可能增加。在一个实施方式中，由于复合前链轮组件100的变化的形貌512而引起的横向刚度的增加将提供抵抗前链轮组件100上的横向拉力的附加支撑，前链轮组件100上的横向拉力由于所选择的不同齿轮所导致的链条的角度而产生。
作为截面图550的图5C提供了关于前链轮组件100的不同部件的在前链轮组件100的不同部件形成为不可拆卸的联接的前链轮组件100的情况下的视图。
现在参照图6A、6B、6C、6D、6E和6F，示出了根据实施方式的外部组件102的不同视图。这些视图包括作为正视图600的图6A、作为正视图605的图6B、作为侧视图625的图6C、作为截面图650的图6D和图6E以及作为细节图675的图6F。
在一个实施方式中，作为正视图600的图6A示出了多个突出部110在从外部组件102的内周朝向其中心变宽时的渐缩相位。也就是说，作为正视图600的图6A图示了突出部110的渐缩形状，该渐缩形状包括在与外部组件102的内周连接的第一部分(例如，突出部110的基部)处的较窄长度以及在离外部组件102的内周距离最远的第二部分(例如，突出部110的尖端)处的较宽长度。
作为正视图605的图6B图示了在外部组件102内的多个减重孔612。作为侧视图625的图6C图示了外部组件102的一个实施方式的平面度和厚度。作为截面图650的图6D和图6E还图示了关于外部组件102的可用于减轻重量、结构刚度等的多种设计差异。作为细节图675的图6F图示了关于外部组件102的齿104的包括高度、宽度、链阱(chain well)等的可能的几何形状的一个实施方式。
现在参照图7，示出了根据一个实施方式的用于制造前链轮组件100的方法的流程图700。
现在参照图7的702和图6，一个实施方式设置有由第一材料构成的外部组件102。在一个实施方式中，第一材料是铝。然而，在另一个实施方式中，第一材料可以是另一种金属，例如钛、钢、镍等。
现在参照图7的710以及图2和图3，一个实施方式形成围绕外部组件102的内部部分的复合中心组件106。在一个实施方式中，中心组件106通过碳纤维增强尼龙的注塑成型而成形。在另一个实施方式中，中心组件106通过压缩模制而成形。在又一个实施方式中，中心组件106通过复合层叠形成。
现在参照图7的712以及图2和图3，在一个实施方式中，复合中心由第二材料组成。在一个实施方式中，用于中心组件106的材料是用尼龙增强的短切碳纤维。在其它实施方式中，用于注塑成型的中心组件106的材料是短切碳纤维。在另一个实施方式中，中心组件106可以是塑料、聚合物等。尽管参照了许多具体测量，但是在一个实施方式中，短切碳纤维的长度可以比7mm更长或更短。
现在参照图7的714以及图2和图3，在一个实施方式中，复合中心组件106至少部分地设置在外部组件102内。
现在参考图7的716以及图2和图3，在一个实施方式中，在不使用外部紧固装置的情况下将复合中心与外部组件以不可拆卸的方式联接。例如，如本文所述，中心组件106可以通过复合层叠或类似方式制造，这将使得中心组件106能够围绕外部组件102以不可拆卸的方式联接并且具有连续的周边，而不用担心结合线的形成。在另一个实施方式中，中心组件106包括在内周上的多个突出部110，并且中心组件106利用外部组件102的突出部110以可拆卸的方式联接到外部组件102，使得例如通过注塑成型、压力成型等而使中心组件106围绕外部组件102的突出部110形成。在一个实施方式中，突出部110是渐缩的，使得突出部110在外部组件102的基部处较窄并且在距离外部组件102最远的位置处较宽。因此，中心组件106将围绕外部组件102的突出部110锁定并防止外部组件102被拉出中心组件106。
现在参照图8，示出了根据实施方式的用于制造包括曲柄传动环108的前链轮组件100的方法的流程图800。使用流程图800中的除了在先前在流程图700中所描述的那些之外的部分，以使得附加部件曲柄传动环108在前链轮组件100的形成期间也以不可拆卸的方式联接到复合前链轮组件100中。
现在参考图8的802以及图1和图4，一个实施方式设置有可选的曲柄传动环108。在一个实施方式中，曲柄传动环108的内径包括与前链轮组件接口17的形状相对应的几何形状。曲柄传动环108的外径具有由部分孔415包围的块状特征件401的阵列，这些部分孔415是略微偏心的。
如本文所述，曲柄传动环108用于在高压情况期间传递负载，并且防止可能在中心组件106的复合材料中沿着花键接口发生的渗碳硬化并且防止围绕开口109的损坏。在一个实施方式中，曲柄传动环108由与外部组件102相同的材料制成。在另一个实施方式中，曲柄传动环108由诸如钛、钢或其它金属或复合材料的不同材料制成。在一个实施方式中，曲柄传动环108是陶瓷的。例如，可以使用陶瓷共模来在形成复合前链轮组件100的注塑成型过程中模制陶瓷曲柄传动环108。
现在参照图8的810以及图2和图3，一个实施方式将曲柄传动环108定位在外部组件102的周边内，使得曲柄传动环108围绕外部组件102的大致中心设置。
现在参照图8的812以及图2和图3，一个实施方式形成围绕外部组件102的内部部分和曲柄传动环108的外部部分的复合中心组件106。在一个实施方式中，中心组件106由碳纤维增强尼龙的注塑成型而形成。在另一个实施方式中，中心组件106通过压缩成型而形成。在另一个实施方式中，中心组件106通过复合层叠形成。
现在参照图8的814以及图2和图3，在一个实施方式中，复合中心组件106至少部分地围绕曲柄传动环108的外周设置。
现在参照图8的816以及图2和图3，在一个实施方式中，在不使用外部紧固装置的情况下将复合中心与曲柄传动环以不可拆卸的方式联接。如本文所述，在一个实施方式中，曲柄传动环108的外径具有被部分孔415围绕的块状特征件401的阵列，部分孔415略微偏心，以在块状特征件401上形成类似于用于将曲柄传动环108锁定到复合中心组件106中的收缩配合的渐缩形状。
因此，本文所述的前链轮组件100的实施方式通过碳曲柄臂实现整体上更加美观的效果。另外，该实施方式产生比全铝前链轮更轻的前链轮组件100。例如，在一个实施方式中，前链轮组件的目标重量为60克。此外，前链轮组件100能够在满足或超过用于前链轮的常规强度和刚度标准的同时实现上述效果。例如，JIS D 9415-1993第4(5)部分；EN 14766：2005：E，第4.13.7.X部分；和ISO 4210-8：2014，第4.4.1部分规定的疲劳寿命要求。此外，前链轮组件100可以以比在许多传统的前链轮中发现的成本更低的成本来构建。
上述实施方式的描述并不旨在是穷尽性的或将实施方式限制为所描述的精确形式。相反，已经提出了本说明书实施方式中的示例实施方式，以使本领域技术人员能够制作和使用所述主题的实施方式。此外，已经以各种组合描述了各种实施方式。然而，可以组合任何两个或多个实施方式。虽然已经以针对结构特征和/或方法步骤特有的语言描述了一些实施方式，但是应当理解，所附权利要求中限定的主题不一定限于上述的特定特征或步骤。相反，上述的具体特征和步骤通过说明和作为实施权利要求及其等同物的示例的形式被公开。

Claims (9)

1.一种用于形成自行车前链轮组件的方法，所述方法包括：
设置由第一材料构成的外部组件；以及
围绕所述外部组件的内部部分形成复合中心，
所述复合中心由第二材料构成，
所述复合中心至少部分地设置在所述外部组件内，以及
在不使用外部紧固装置的情况下将所述复合中心与所述外部组件以不可拆卸的方式联接。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述外部组件由铝制成，并且所述复合中心由碳纤维制成。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括：
设置内周边上具有多个突出部的所述外部组件；以及
围绕所述多个突出部形成所述复合中心，
所述复合中心与所述外部组件的所述内周边上的所述多个突出部中的两个或更多个突出部以不可拆卸的方式联接。
4.根据权利要求1所述的方法，还包括：
将所述第二材料注塑成型为围绕所述外部组件的所述内部部分形成所述复合中心。
5.根据权利要求1所述的方法，还包括：
将所述第二材料压缩成型为围绕所述外部组件的所述内部部分形成所述复合中心。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括：
将所述第二材料机械组装成围绕所述外部组件的所述内部部分形成所述复合中心。
7.根据权利要求1所述的方法，还包括：
设置曲柄传动环；
将所述曲柄传动环定向在所述外部组件的周边内，使得所述曲柄传动环围绕所述外部组件的大致中心设置；以及
围绕所述外部组件的所述内部部分和所述曲柄传动环的外部部分形成所述复合中心，
所述复合中心至少部分地围绕所述曲柄传动环的外部周边设置，以及
在不使用外部紧固装置的情况下将所述复合中心与所述曲柄传动环以不可拆卸的方式联接。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述曲柄传动环由铝制成。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述曲柄传动环由陶瓷制成。
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