CN1454818A - 用于自行车的链传动的齿轮 - Google Patents

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CN1454818A CN03128491.4A CN03128491A CN1454818A CN 1454818 A CN1454818 A CN 1454818A CN 03128491 A CN03128491 A CN 03128491A CN 1454818 A CN1454818 A CN 1454818A
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Abstract

一种用于自行车的链传动的齿轮(10)，该齿轮将与在成一体旋转的一组齿轮中的另外较小直径齿轮(3)进行连接。该齿轮包括多个齿(13)，这些齿根据齿轮(10)的旋转方向(R)而一个接一个地布置在齿轮(10)上，并由空间(14)分开，其中，各齿(13)有一定厚度、宽度和高度，并有前缘侧(31)、后缘侧(32)、前侧面(33)和后侧面(34)，其特征在于它包括至少一个：在所述多个齿(13)的至少一个首先脱开的齿(13ps)上有前斜面(50)，该前斜面在前侧面(33)和前缘侧(31)之间延伸；在所述多个齿(13)的至少一个最后啮合的齿(13ua)上有后斜面(60)，该后斜面在后侧面(34)和后缘侧(32)之间延伸。

Description

用于自行车的链传动的齿轮
技术领域
本发明涉及一种用于自行车的链传动的齿轮，该齿轮的意思是既可以为前变速器组(也称为变速齿轮传动机构)的冠齿轮，也可以是后变速器组(也简称为变速器)的链轮。下文中，术语“变速器”(没有进一步说明)既可以指后变速器，也可以指前变速器。
背景技术
众所周知，每个自行车变速器(不管在前部或在后部)包括不同直径的一组多个齿轮，这些齿轮可旋转地彼此安装在一起，链条根据要实现的传动比而可选择地与该组中的一个齿轮啮合。该组中的各个齿轮包括多个齿，这些齿在齿轮上一个接着一个，彼此具有恒定的间距或节距并由空间分开；同一组的各个齿轮上的节距都相同，并与链条的节距相对应。
应当知道，在自行车上，传动总是沿相同方向进行，即链条总是沿相同方向运动(至少在传动时)，因此，齿轮总是沿相同方向旋转，这是齿前进方向。相对于该旋转方向，各齿有前缘侧(相对于该旋转方向朝前的一侧)和后缘侧(朝后的一侧)。在前变速器组的齿轮中，齿的前缘侧是压力侧，它是向链条上施加牵引力的一侧；而在后变速器组的齿轮中，压力侧是后缘侧，由链条施加的牵引力作用在该后缘侧上。各齿也有沿周向或宽度方向延伸的部分、沿径向或高度方向延伸的部分以及沿轴向或厚度方向延伸的部分。
链条的啮合从一个齿轮转移到相邻齿轮称为变速，它通常通过使链条相对于它自身的纵向轴线方向进行横向(这是相对于齿轮的轴向)移动而实现，直到它脱开与一个齿轮的啮合，并移动到与相邻齿轮啮合。这样的移动作用通常通过链条引导装置而获得，该链条引导装置相对于链条的运动方向安装在紧靠所述齿轮组的上游。对于前变速器和后变速器，都有多种不同类型的装置。
当变速为从具有较大直径的齿轮转变到具有较小直径的齿轮上时，它称为“向下变速”，相反，当它从具有较小直径的齿轮转变到具有较大直径的齿轮上时，它称为“向上变速”。应当知道，对于前变速器，向下变速涉及减小传动比，而对于后变速器，向下变速涉及增加传动比。
在任何情况下，向上和向下变速都是精确操作，因为它在链条拉紧的情况下进行，还因为链条沿横向方向的可变形性非常有限(相对于它的纵向轴线方向)；前变速器的精确性通常更大，在该前变速器处，相邻齿轮之间的直径差更大。
尤其是，在向下变速过程中，链条必须与较大齿轮脱开，且必须朝着较小齿轮偏离。尽管通常使链条到达小齿轮并不难(链条的拉伸将有助于它)，不过，将难以使链条与较大齿轮脱开。因为要进行偏离的链条部分是拉紧的链条部分，因此，需要很大横向推应力才能使链条与较大齿轮脱开。当应力不充分时，变速将失败，也就是不能进行变速。
还有，对于前变速器组，在变速过程中，有时可能链条已经与小齿轮啮合，但还没有与较大齿轮脱开。这在较大齿轮的最后一个啮合齿与较小齿轮的第一个啮合齿之间的距离(沿链条在变速过程中采取的偏离方向)偶然等于节距的整数倍时可能发生。当发生这种情况时，将不再是简单的变速失败，而且产生所谓的“链条涡旋(eddy)”，即链条在两个齿轮上产生缠结，并将明显阻碍变速。
发明内容
本发明的基本问题使使向下变速容易进行。
这样的问题通过一种用于自行车的链传动的齿轮来解决，该齿轮将与在成一体旋转的一组齿轮中的另外较小直径齿轮进行连接，该齿轮包括多个齿，这些齿根据齿轮的旋转方向一个接一个地布置在齿轮上，并由空间分开，其中，各齿有一定厚度、宽度和高度，并有前缘侧、后缘侧、前侧面和后侧面，其包括以下特征中的至少一个：
在所述多个齿的至少一个首先脱开的齿上有一前斜面，该斜面在前侧面和前缘侧之间延伸；
在所述多个齿的至少一个最后啮合的齿上有一后斜面，该斜面在后侧面和后缘侧之间延伸。
斜面的意思是这样的表面，该表面确定了相对于正常理想容积将缺乏的齿部分，该表面的方向相对于它在其上延伸的齿的相邻表面(对于前斜面是前侧面和前缘侧，对于后斜面是后侧面和后缘侧)都倾斜，从而构成在两相邻表面之间的理想过渡表面。这样的表面可以考虑通过物理切除材料而获得，实际上还可以以其它方式获得。
有前斜面使得链条易于通过首先脱开的齿而与齿轮脱开，因为它减小了在偏离位置中的链条与齿之间的干涉。换句话说，链条链环的外侧面将在该斜面中找到它所需要的空间以便正确地占据向具有较小直径的其它齿轮偏斜的位置。
通过后斜面可以获得类似的效果，该后斜面使得链条能够刚好从最后啮合的齿进行更大的偏离，从而降低在链条和首先脱开的齿的前侧面之间的干涉。
优选是，前斜面和/或后斜面有基本平行于自行车链条的纵向轴线的表面，该自行车链条从与较大直径齿轮啮合转变成与较小直径齿轮啮合，且该链条还与齿轮在最后啮合的齿上进行啮合，但是不再啮合在首先脱开的齿上。
实际上，优选是，当存在斜面时，该斜面的方向恰好与链条在从较大齿轮向较小齿轮运动过程中的方向相同，这样将产生更好的效果，因为它只去除了齿的、将防碍向下变速的材料。
前斜面和后斜面都可以只在形成它们的齿上延伸，或者优选是它们甚至也可以沿周向和/或径向方向超过该齿延伸；沿径向方向到达相邻空间的基底，甚至超过该基底，且沿周向到达相邻空间的中点处，甚至超过该中点。对于前斜面，超过齿延伸将特别有利，因此能够使链条进行较大程度的降低，不过这对于后斜面也非常有利，因为链条链环能够稍微沿径向方向超过销钉的直径延伸。
前斜面和后斜面可以有不同的形状。在优选实施例中，它们具有渐进曲线(curvilinear progression)，它们的表面基本为柱形；该实施例优选是最大程度地简化结构。在另一优选实施例中，它们具有渐进曲线，该渐进曲线有连接处，它们的表面有：外周部分(即朝着齿轮的外周)，该外周部分基本扁平；以及连接的内侧部分(即朝着齿轮的中心)；该实施例优选是使得斜面的功能最大化。
前斜面和后斜面都可以在一定程度上沿宽度方向、厚度方向和高度方向在形成它们的齿上延伸。
优选是，延伸宽度至少等于齿的宽度的一半，更优选是等于齿的整个宽度。优选是，延伸厚度小于齿的厚度的70％，更优选是等于齿的厚度的20至40％。优选是，延伸高度等于齿的高度的至少一半，更优选是它一直到达上部三角形斜面，类似齿轮的齿有该上部三角形斜面。
齿轮可以有：一个或多个首先脱开的齿，该齿有前斜面；和/或一个或多个最后啮合的齿，该齿有后斜面。
对于前变速器的齿轮，优选是预定数目的齿有前斜面和/或后斜面。这样，通过这些齿将可以进行向下变速。因此，优选是，这些齿沿齿轮周向的位置将与相连的较小直径齿轮的几何形状相关，并与它的角度结构相关。尤其是，前述专用齿的位置应当为能够避免在开始时所示的几何情况，其中，在较大齿轮的最后啮合的齿与较小齿轮的首先啮合的齿之间的距离(沿链条在变速过程中采取的偏离方向)等于节距的整数倍。
而且，优选是，齿轮的所有齿都提供有前斜面，或提供有后斜面，或者甚至更优选是两者都有。这既使得在任意角度位置上都易于进行向下变速，又能简化齿轮的制造。
当有多个齿具有前斜面时，优选是该前斜面都彼此相同，同样，当有多个齿具有后斜面时，优选是该后斜面都彼此相同。
当有具有前斜面的齿和具有后斜面的齿时，优选是该前斜面的延伸程度与后斜面相同或比后斜面延伸更远。从功能的观点看，优选是在实施例中，前斜面比后斜面延伸更远，因为它更准确地满足在向下变速过程中使部件之间不发生干涉的要求。从制造的观点看，优选是在实施例中，前斜面与后斜面的延伸相同，因为它简化了齿轮的结构。
附图说明
通过下面参考附图对一个优选实施例的说明，将更清楚本发明的齿轮的其它特征和优点。附图中：
图1是本发明的齿轮的正视图；
图2a是图1的齿轮部分的前四分之三透视图；
图2b是与图2a中齿轮的相同部分的视图，其中有较小直径齿轮的一部分以及处于从较大直径齿轮向较小直径齿轮运动的步骤中的链条的一部分；
图2c是图2b的放大详图；
图3a是图2b的齿轮部分的正视图；
图3b是图2a的齿轮部分的正视图；
图3c是图3b的放大详图；
图3d是沿图3c的线AA的剖视图；
图4a是图1的齿轮部分的后四分之三透视图；
图4b是图4a的放大详图；
图4c是图4a中箭头A所示点处的放大详图；
图4d是图4a中箭头B所示点处的放大详图；
图4e是与图4a中齿轮的相同部分的视图，其中有较小直径齿轮的一部分以及处于从较大直径齿轮向较小直径齿轮运动的步骤中的链条的一部分；
图5a是图1的齿轮从上面看时的视图；
图5b是图5a的放大详图；
图5c是图5a的齿轮从上面看时的视图，其中有较小直径齿轮的一部分以及处于从较大直径齿轮向较小直径齿轮运动的步骤中的链条的一部分。
具体实施方式
在附图中，以参考标号10总体表示本发明的齿轮；所示齿轮10是自行车链传动的前变速器的冠齿轮或齿轮，而且如前所述，本发明也涉及后变速器的链轮。
在某些图中表示了链条2的、将与齿轮10啮合的部分。链条2包括一连串的销钉20，这些销钉20间开预定节距，并通过链环沿链条轴向C彼此连续连接，即通过外链环21和内链环22交替进行连接。众所周知，每个链环21或22都可以相对于它所连接的销钉20自由旋转，而它只能相对于轴线C进行有限程度的挠曲。
齿轮10有沿图中箭头R所示的精确旋转方向，当它沿该方向旋转时齿轮10将传动。沿相反方向，齿轮10通常也可旋转，都是不能传动，因为自行车的传动本身只沿一个方向进行。
齿轮10将用于与在彼此成一体旋转的一组齿轮中的较小直径齿轮3连接。具有较小直径的齿轮3可以是普通齿轮或根据本发明的齿轮，主要原因是还有甚至更小直径的齿轮。下文中，为了简化说明，齿轮3认为是普通类型，且不对它作进一步介绍。
齿轮10有：前表面11，该前表面将朝着较小直径的齿轮3；以及后表面12，该后表面与该前表面11相对。且该齿轮有多个齿13，这些齿13沿齿轮10的外周连续布置，并由空间14分开，且这些齿有预定节距，该节距等于要与该齿轮10啮合的链条2的节距。
各齿轮13包括：前缘侧31，该前缘侧31相对于齿轮10的旋转方向朝前；后缘侧32，该后缘侧32相对于相同旋转方向朝后；前侧面33，该前侧面33在齿轮10的前表面11上；以及后侧面34，该后侧面在齿轮10的后表面12上。前缘侧31和后缘侧32在顶部弯曲并彼此连接，从而形成齿13的顶点35。在靠近顶点35处，前侧面33和后侧面34都有相应的斜面36和37，该斜面36、37朝着顶点35会聚，从而一起形成齿13的所谓三角形斜面。
各空间14由两个相邻齿13的前缘侧31和后缘侧32确定，该前缘侧31和后缘侧32在底部弯曲，并彼此连接，以便形成空间14的基底41。
齿13的前缘侧31和后缘侧32之间的周向距离确定了齿自身的宽度，该宽度从基底朝齿13的顶点35明显减小；通常，齿的宽度认为是在与齿轮啮合的链条的轴线C的位置测量的距离。
在空间14的基底41和齿13的顶点35之间的径向距离确定了齿自身的高度。齿13的前侧面33和后侧面34之间的轴向距离确定了齿自身的厚度。
根据本发明，齿轮10包括在至少一个首先脱开的齿13ps上的前斜面50以及在至少一个最后啮合的齿13ua上的后斜面60中的至少一个，前斜面50在齿13ps的前侧面33和前缘侧31之间延伸，而后斜面60在后侧面34和后缘侧32之间延伸。术语“首先脱开的齿”的意思是强调在向下变速过程中该齿13ps是第一个与链条2脱开的齿13；同样，术语“最后啮合的齿”的意思是强调在向下变速过程中该齿13ua是最后保持与链条2啮合的齿13。下面将更好地介绍在向下变速过程中发生的情况。
在所示优选实施例中，所有的齿13都有前斜面50和后斜面60。在优选是用于特殊情况下的本发明另一实施例中，可以预计齿轮10为：
a)单个首先脱开的齿13ps有前斜面50；
b)单个最后啮合的齿13ua有后斜面60；
c)单个首先脱开的齿13ps有前斜面50，且单个最后啮合的齿13ua有后斜面60；其中，最后啮合的齿13ua是沿齿轮10的旋转方向恰好在首先脱开的齿13ps前面的齿；
d)多个首先脱开的齿13ps有前斜面50；
e)多个最后啮合的齿13ua有后斜面60；
f)多对首先脱开的齿13ps和最后啮合的齿13ua，每对如上述点c)所限定。
当链条2从与齿轮10啮合转变成与具有较小直径3的齿轮啮合，且它还与齿轮10在最后啮合的齿13ua上进行啮合，但不再在首先脱开的齿13ps上进行啮合时，前斜面50和后斜面60有基本平行于链条2的纵向轴线C的表面。该方向特别如图5b和5c所示。
前斜面50和后斜面60可以只在形成它们的齿13ps或13ua上延伸，或者它们甚至也可以超过该齿延伸；在所示优选实施例中，斜面50和60沿径向方向超过相邻空间14的基底41，且沿周向几乎到达相邻空间14的中点处。
前斜面50和后斜面60可以有不同形状。在所示优选实施例中，它们具有渐进曲线，且它们的表面基本为柱形。
前斜面50和后斜面60可以在一定程度上沿宽度方向、厚度方向和高度方向在形成它们的齿上延伸。在所示实例中，延伸宽度大致等于齿13的宽度的一半，延伸厚度等于齿的厚度的20至40％，延伸高度一直到达三角形上斜面36、37。
在所示齿轮10中，前斜面50和后斜面60都彼此相同。优选是在任何情况下，所有的前斜面50都彼此相同，且所有的后斜面60都彼此相同；另一方面，有时优选是，该前斜面50的延伸程度比后斜面60更大。
在工作中，齿轮10与链条2啮合，并沿预定旋转方向旋转；具有较小直径的齿轮3成一体旋转，因此，它以相同方向和相同速度旋转。
当进行向下变速时，即当使链条2的啮合从齿轮10转换到齿轮3时，链条2自身通过引导装置(自身为普通的，且未示出)朝着齿轮3横向移动。这样的移动将使链条2与齿轮10脱开，然后使它与齿轮3啮合。不过，如前所述，该脱开并不容易进行；齿13有斜面50或60中的一个将使该脱开易于进行。
实际上，如图2C和5C所示，后斜面60使得链条2(该链条与最后啮合的齿13ua啮合)在齿13ua与宽链环21的内表面相撞之前能更大弯曲。前斜面50又使得链条2的相邻窄链环22不会与首先脱开的齿13ps干涉。换句话说，有至少一个斜面50和/或60将形成易于使链条2与齿轮10脱开的机械条件。如前所述，在进行向下变速时，这样的条件可以在齿轮10的所有齿13上重复(如所示实施例)，或者在齿轮10上保持准确的角度位置。

Claims (23)

1.一种用于自行车的链传动的齿轮(10)，该齿轮将与在成一体旋转的一组齿轮中的另外较小直径齿轮(3)进行连接，该齿轮包括多个齿(13)，这些齿根据齿轮(10)的旋转方向(R)而一个接一个地布置在齿轮(10)上，并由空间(14)分开，其中，各齿(13)有一定厚度、宽度和高度，并有前缘侧(31)、后缘侧(32)、前侧面(33)和后侧面(34)，其包括以下特征中至少一个：
在所述多个齿(13)的至少一个首先脱开的齿(13ps)上有前斜面(50)，该前斜面在前侧面(33)和前缘侧(31)之间延伸；
在所述多个齿(13)的至少一个最后啮合的齿(13ua)上有后斜面(60)，该后斜面在后侧面(34)和后缘侧(32)之间延伸。
2.根据权利要求1所述的齿轮(10)，其中：前斜面(50)和/或后斜面(60)有基本平行于自行车链条(2)的纵向轴线(C)的表面，该自行车链条(2)从与齿轮(10)啮合转变成与较小直径齿轮(3)啮合，且该链条(2)还与齿轮(10)在最后啮合的齿(13ua)上进行啮合，但是不再在首先脱开的齿(13ps)上进行啮合。
3.根据前述任意一个权利要求所述的齿轮(10)，其中：前斜面(50)和/或后斜面(60)至少分别沿径向一直延伸到在齿(13)的前面或后面的空间(14)的基底(41)。
4.根据前述任意一个权利要求所述的齿轮(10)，其中：前斜面(50)和/或后斜面(60)分别沿径向超过在齿(13)的前面或后面的空间(14)的基底(41)延伸。
5.根据前述任意一个权利要求所述的齿轮(10)，其中：前斜面(50)和/或后斜面(60)分别沿周向一直延伸到至少在齿(13)的前面或后面的空间(14)的中点。
6.根据前述任意一个权利要求所述的齿轮(10)，其中：前斜面(50)和/或后斜面(60)分别沿周向一直延伸到至少在齿(13)的前面或后面的全部空间(14)。
7.根据前述任意一个权利要求所述的齿轮(10)，其中：前斜面(50)和/或后斜面(60)有渐进曲线，它们的表面基本为柱形。
8.根据权利要求1至6中任意一个所述的齿轮(10)，其中：前斜面(50)和/或后斜面(60)有渐进曲线，该渐进曲线有连接处，它们的表面有基本扁平的外周部分以及中心连接部分。
9.根据前述任意一个权利要求所述的齿轮(10)，其中：前斜面(50)和/或后斜面(60)分别在相应齿(13ps、13us)的前侧面(33)和/或后侧面(34)上延伸至齿(13ps、13us)自身的宽度的至少一半。
10.根据前述任意一个权利要求所述的齿轮(10)，其中：前斜面(50)和/或后斜面(60)分别在相应齿(13ps、13us)的前侧面(33)和/或后侧面(34)上延伸至齿(13ps、13us)自身的宽度的整个宽度。
11.根据前述任意一个权利要求所述的齿轮(10)，其中：前斜面(50)和/或后斜面(60)分别在相应齿(13ps、13us)的前缘侧(31)和/或后缘侧(32)上延伸到不超过齿(13ps、13us)自身的厚度的70％。
12.根据前述任意一个权利要求所述的齿轮(10)，其中：前斜面(50)和/或后斜面(60)分别在相应齿(13ps、13us)的前缘侧(31)和/或后缘侧(32)上延伸到齿(13ps、13us)自身的厚度的20-40％。
13.根据前述任意一个权利要求所述的齿轮(10)，其中：前斜面(50)和/或后斜面(60)沿径向在相应齿(13ps、13us)上延伸到齿(13ps、13us)自身的高度的至少一半。
14.根据前述任意一个权利要求所述的齿轮(10)，其中：前斜面(50)和/或后斜面(60)沿径向在相应齿(13ps、13us)上延伸到齿(13ps、13us)自身的上部三角形斜面(36、37)。
15.根据前述任意一个权利要求所述的齿轮(10)，还包括：多个具有前斜面(50)的齿(13)和/或多个具有后斜面(60)的齿(13)。
16.根据前述任意一个权利要求所述的齿轮(10)，还包括：首先脱开的齿(13ps)，该齿有前斜面(50)；以及最后脱开的齿(13ua)，该齿有后斜面(60)，该最后脱开的齿(13ua)恰好在首先脱开的齿(13ps)的前面。
17.根据权利要求16所述的齿轮(10)，还包括：多个首先脱开(13ps)和最后脱开(13ua)的齿对。
18.根据前述任意一个权利要求所述的齿轮(10)，其中：所有的齿(13)都有前斜面(50)和后斜面(60)。
19.根据前述任意一个权利要求所述的齿轮(10)，其中：前斜面(50)比后斜面(60)延伸更远。
20.根据前述任意一个权利要求所述的齿轮(10)，其中：前斜面(50)和后斜面(60)相同。
21.用于自行车的链传动的一组齿轮，该组齿轮彼此成一体旋转，并包括多个根据前述任意一个权利要求所述的齿轮(10)。
22.用于自行车的链传动的前变速器包括根据权利要求21所述的一组齿轮。
23.用于自行车的链传动的后变速器包括根据权利要求21所述的一组齿轮。
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