CN1982150B - 用于自行车底托架组件的曲柄臂组件及其轴和曲柄臂 - Google Patents

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Abstract

一种用于自行车(100)的底托架组件的曲柄臂组件(10)，包括：沿纵向轴线(X-X)延伸的轴(20)；与所述轴(20)的至少一个自由端(20a，20b)连接的至少一个曲柄臂(30，40)；形成在所述轴(20)上的第一前接合装置(60)；和形成于所述至少一个曲柄臂(30，40)上的第二前接合装置(50)，所述第一和第二前接合装置接合在一起。特别地，上述第一和第二前接合装置包括各自的前轮齿。前接合位于端部区域(201a，210b)，或在底托架组件的轴(20)的壳箱(210)的外部，该底托架组件形成于自行车(100)的框架(101)中。前接合在曲柄臂和轴之间引入了结构不连续，由于这个原因，在骑自行车期间施加在曲柄臂上的弯曲载荷以很小的程度传递到轴。

Description

用于自行车底托架组件的曲柄臂组件及其轴和曲柄臂
技术领域
本发明涉及用于自行车底托架组件的曲柄臂组件，也涉及用于这种曲柄臂组件的轴和曲柄。
本发明也涉及包括上述曲柄臂组件的自行车底托架组件，和涉及包括上述底托架组件的自行车。
背景技术
如已知的，自行车的底托架组件包括轴和两个曲柄臂，这两个曲柄臂与轴的相对的端部接合。该轴可以制成与曲柄臂分离的零件，或者它可以与两个曲柄臂中的一个制成单个零件。该轴也可以由能够接合在一起的两个分离的零件(通常所说的半轴)组成，且两个半轴的每一个与相应的曲柄臂制成单个零件。
由接合在一起或制成为单个零件的曲柄臂和轴(或半轴)构成的自行车底托架组件的部件以如下措词加以标识：曲柄臂组件。
底托架组件安装在自行车上，在适当地布置在自行车框架中的壳箱内容纳有轴。通过在轴上安装一对滚动轴承，实现底托架组件相对自行车框架的旋转。各轴承位于轴上，处于相应的轴的邻近曲柄臂的本体部分，并且在底托架组件安装在自行车框架上时，运转地布置在轴和安置在框架中的壳箱之间。
在骑自行车期间，由于骑车人施加在踏板上的载荷，自行车底托架组件的轴和曲柄臂都承受高的弯曲应力。如果没有适当地抵消，这种应力引起轴和/或曲柄臂弯曲。这种变形意味着骑车效率的降低，并可能导致轴和/或曲柄臂断裂。
因而，自行车部件制造商总是存在的需求是，尤其对于竞赛用自行车，最小化自行车底托架组件的轴和曲柄臂的弯曲变形，以便不改变骑车效率并避免部件断裂的危险。
轴的断裂，尤其是曲柄臂的断裂，通常精确地发生在轴-曲柄臂的接合区域。因而，这种区域是关键区域。
已知的解决方案有：轴制成与曲柄臂分离的单个零件；轴和曲柄臂制成单个零件；以及轴制成两个分离的部分(半轴)，每个部分与相应的曲柄臂制成单个零件。在第一种情况下，通过把轴的自由端和相应的曲柄臂相接合而获得底托架组件。在第二种情况下，通过把轴的自由端和另一个曲柄臂接合获得底托架组件，而在第三种情况下，通过把两半轴的自由端接合获得底托架组件。在最先的两种情况下，在曲柄臂组件和曲柄臂之间存在接合，而在第三种情况下，在两个曲柄臂组件之间存在接合。
例如，美国专利US5493937描述了由两个曲柄组件组成的自行车底托架组件，这两个曲柄组件借助螺栓头对头地接合在一起。各曲柄臂组件包括与相应曲柄臂焊接成单个零件的半轴。两个曲柄臂组件之间的接合部位于合适地布置在自行车框架中的底托架组件的壳箱内部。底托架组件的轴在壳箱内可旋转地被支撑，该壳箱借助一对轴承合适地布置在自行车框架中，该轴承在邻近曲柄臂的、相应的轴的本体部分处安装在轴上。通过插入一对转接器，轴承容纳在框架的壳箱外侧。
本申请人已经发现，在上述专利中描述的解决方案具有以下缺点，施加到各曲柄臂的弯曲应力完全传递到相应的半轴，从而各半轴(并进而由两轴元件的组件组成的轴)经受高的弯曲变形。这种解决方案也具有以下缺点，需要采用各自具有较长的半轴的曲柄组件，这种半轴用来接合以形成具有至少与两轴承之间的轴向距离相同的长度的轴。由这两个半轴的接合而构成的轴具有较长的长度，这意味着在轴的中间部分处将产生很高的弯曲变形。
因而，对于有关自行车底托架组件的轴和曲柄臂的弯曲变形的问题，本申请人已经找到新的技术方案。
发明内容
因而，本发明的目的是降低自行车底托架组件的轴和曲柄臂的弯曲变形。
因而，本发明在其第一方面涉及用于自行车底托架组件的曲柄臂组件，该曲柄臂组件包括：
轴，所述轴沿纵向轴线延伸；
至少一个曲柄臂，所述至少一个曲柄臂与所述轴的至少一个自由端连接；
接合装置，所述接合装置在所述轴和所述至少一个曲柄臂之间；
其中，所述接合装置包括形成于所述轴的所述至少一个自由端上的第一前接合装置和形成于所述至少一个曲柄臂上的第二前接合装置，所述第一前接合装置和第二前接合装置接合在一起，其中所述第一前接合装置包括第一旋转驱动装置，并且所述第二前接合装置包括第二旋转驱动装置，其中所述第一旋转驱动装置包括在所述轴的前端面上周向地延伸的第一前轮齿，并且所述第二旋转驱动装置包括第二前轮齿，该第二前轮齿在所述曲柄臂与所述轴的接合部分的前端面上周向地延伸；
其中，所述第一前轮齿和第二前轮齿包括相同且对称的多个齿，所述多个齿中的每个齿包括一对侧面，该一对侧面沿平行于所述纵向轴线的方向倾斜，从而在它们之间形成具有第一预定值的角度α。
贯穿本说明和随后的权利要求，措词“曲柄臂组件”用来表示通过接合底托架组件的旋转轴端部和曲柄臂而获得的自行车底托架组件的部件。
轴可以与另一曲柄臂制成单个零件或制成与另一曲柄臂分离的零件。轴也可以制成可接合在一起的两个分离的部分(为简明起见被称为轴元件)。
在轴与另一曲柄臂制成单个零件的情况下，通过组装根据本发明的曲柄臂组件获得底托架组件。在轴制成与另一曲柄臂分离的零件的情况下，通过把根据本发明的曲柄臂组件与另一个曲柄臂接合获得自行车底托架组件。在另一方面，在轴制成两部分的情况下，通过根据本发明的两曲柄组件的接合，或者通过根据本发明的曲柄臂组件与曲柄臂组件(其中轴与另一曲柄臂制成单个零件)的接合，从而获得底托架组件。
贯穿本说明和随后权利要求，除非以其它方式明确表明，为简便起见，我们将指的是制成单个零件的轴。不过，所述内容对于轴制成两个分离零件的情况具有类似的适用性。
根据本发明，轴和曲柄臂之间的前接合有利地在从曲柄到踏板轴的弯曲应力传播中引入结构不连续性，由于这个原因，在骑自行车期间施加在曲柄臂上的弯曲载荷以非常小的程度传递到轴。更有利的是，这种结构不连续性位于轴和曲柄臂之间的界面，即紧邻曲柄臂的、其上施加弯曲载荷的区域。因而，弯曲应力的传播在一个部位处被打断，假定在该部位处弯矩的力臂很小，几乎为零，则在这个部位上的弯曲应力仍然最小。
因而，本申请人已经认识到，通过在弯曲应力从曲柄臂到轴的传播中，在一个尽可能靠近曲柄臂上的施加弯曲载荷的区域的部位上引入结构不连续性，即使不能实际上几乎完全抵消，也可以显著地减小自行车底托架组件的轴和曲柄的变形。因而本申请人已经想到了一种解决方案，其中接合装置是前接合装置，并且这种前接合装置直接布置在曲柄臂-轴的界面处，即在曲柄臂与轴的接合表面处。
在可选的解决方案中，旋转驱动装置包括，例如销，该销偏心地形成于曲柄臂前壁上并插入加工在轴的前壁上的相应孔或者反之，或者是在曲柄臂的前壁和轴的前壁上的销和孔的组合。
在其优选实施例中，根据本发明的曲柄臂组件也包括所述至少一个曲柄臂相对于所述轴的对心装置。这种对心装置有利地使得轴的纵向轴线和相应的曲柄臂接合部分的轴线之间精确对齐。
优选地，如将在本说明的剩余部分说明清楚的，所述对心装置由所述第一和第二前轮齿限定。
有利地，齿的侧面沿轴的轴向方向的倾斜使得能够实现轴-曲柄臂的高精度接合。实际上，在轴的齿和曲柄臂的齿之间的各个界面上提供了滑动面，以允许曲柄臂在弯曲方向相对轴的微小位移。这种微小位移减小了弯曲应力在两个部件之间的传递。假定滑动面相对轴的纵向轴线和相应的曲柄臂接合部分的轴线周向地定位，那么在底托架组件旋转期间也发生上述的微小位移。
优选地，所述角度α的值在14°和40°之间。有利地，本申请人已经认识到，在这样的值的范围内，轴和曲柄臂之间的轴向推力减小到允许使用小尺寸的锁定螺钉(将曲柄臂轴向锁定到轴所需的)，即，例如能使螺钉容纳在轴内。这允许使用这样的轴，其中部相对于端部具有较大的直径。此外，把螺钉容纳在轴内使得这种螺钉的拧紧和拧松操作更快捷和容易，即使在底托架组件与自行车框架连接时。实际上，使用适当的工具可从外面直接接触到这种螺钉，而不必把曲柄臂组件从框架拆下。
特别地，本申请人已经认识到，角度α的特别优选的值是27°。
在根据本发明的曲柄臂组件的优选实施例中，所述齿的所述侧面也相对于包含所述纵向轴线X-X的径向平面倾斜，从而在它们之间形成具有预定值的角度β。有利地，齿的侧面的沿径向方向、并垂直于轴的纵向轴线和相应的曲柄臂接合部分的轴线的倾斜，确保了轴-曲柄臂接合的对心。
优选地，所述角度β的值等于海司轮齿的标准值。
优选地，为促进上述的微小位移，轴的齿与曲柄臂的齿之间的接触完全发生在这种齿的侧面之间。然而，可预见一种解决方案，其中接触也，或者全部，发生在相应轮齿的齿之间限定的槽的表面。在这种解决方案中，槽的表面在轴向和径向方向倾斜，倾斜的方式类似于前面对轴和曲柄臂的齿的描述。
优选地，每个槽具有连接到所述齿的侧面的弯曲基面。
根据本发明的曲柄臂组件的优选实施例，这种组件包括至少一个轴承，该至少一个轴承适合于使得底托架组件能够相对于形成在自行车框架中的合适的壳箱旋转。在所述至少一个曲柄臂与轴的接合部分的外表面上形成支座，该轴承在该支座处与所述至少一个曲柄臂连接。
有利地，轴承支座直接布置在曲柄臂上使得弯曲应力从曲柄臂直接传递到自行车框架，即不必接合轴，后者因而免受任何弯曲应力。更有利地，把轴承容纳在曲柄臂上使得作用在轴和曲柄臂自身上的弯矩的力臂显著地减小，从而减小这种部件断裂的危险并同时提高了骑自行车的效率。更有利地，以这种方式可以把轴承容纳在适当地布置在自行车框架中的底托架组件的壳箱的外面。这允许使用比常用的轴具有较大直径的轴；因而，根据本发明的轴具有比常用的轴大的抗弯曲和扭曲强度。
在根据本发明的底托架组件的第一优选实施例中，所述支座由所述曲柄臂的所述接合部分的外表面限定。
在根据本发明的曲柄臂组件的第二优选实施例中，所述至少一个曲柄臂包括大体上环形的、径向地位于所述接合部分外侧的曲柄臂本体部分，并且其中所述支座由所述大体上环形的曲柄臂本体部分的内表面限定。
根据本发明的曲柄臂组件的曲柄臂可以是右曲柄臂或左曲柄臂。
在根据本发明的曲柄臂组件的特别优选的实施例中，所述轴包括中部和相对的端部，其中所述中部的直径大于所述相对的端部的直径。与具有恒定直径的横截面的轴相比，这种轴有利地具有具有较大的结构上的弯曲和扭曲强度。
优选地，所述轴制成单个零件。然而，可预见一种可选解决方案，其中所述轴制成两个分离的部分，这两个分离的部分借助接合装置，优选地借助上述类型的前轮齿接合在一起。也可预见另一个可选解决方案，其中所述轴与自行车底托架组件的另一曲柄臂整体地制成。
在其第二方面，本发明涉及一种自行车底托架组件，包括上述类型的的曲柄臂组件。
贯穿本发明和随后的权利要求，用措词“底托架组件”来表示通过把前面限定的曲柄臂组件与另一曲柄臂接合而获得的自行车底托架组件的部件。
优选地，曲柄臂组件的曲柄臂是右曲柄臂或左曲柄臂，并且底托架组件的另一曲柄臂也通过上述类型的前接合装置与轴接合。因而，在这种情况下，轴制成与两个曲柄臂都分离的单个零件。
或者，另一曲柄臂可借助螺纹接口与轴接合。
在上述的底托架组件的另一个可选实施例中，轴与另一曲柄臂制成单个零件。
在轴制成与另一曲柄臂分离的单个零件的情况下，底托架组件包括两个曲柄臂和如上述的轴。在另一方面，在轴制成与相应的曲柄臂分离的两个分离的部分(半轴)的情况下，底托架组件包括两个曲柄臂和如上述的两个轴元件，即根据本发明的两个曲柄组件。如果两个轴元件具有相等的长度，则两个曲柄组件将是完全相同的(除了右曲柄臂不同于左曲柄臂的形状)。然而，可预见一种解决方案，其中两个轴元件具有不同的长度。
在其第三方面，本发明涉及用于自行车底托架组件的轴，包括沿纵向轴线延伸的本体，所述本体在其至少一个自由端处包括与至少一个曲柄臂接合的接合装置，其中所述接合装置包括前接合装置，其中所述前接合装置包括所述至少一个曲柄臂的旋转驱动装置；
其中，所述旋转驱动装置包括前轮齿，该前轮齿在所述本体的前端面上周向地延伸；
其中，所述前轮齿包括相同且对称的多个齿，所述多个齿中的每个齿包括一对侧面，该一对侧面沿平行于所述纵向轴线的方向倾斜，从而在它们之间形成具有第一预定值的角度α。
这种轴可以有利地用于制造上述的曲柄臂组件，并因而具有根据本发明的曲柄臂组件的轴的所有的前述优点。
优选地，这种轴具有一个或更多上述的、作为根据本发明的曲柄臂组件的轴的优选特征的结构特征。
在其第四方面，本发明涉及自行车曲柄臂，包括具有接合部分的本体，该接合部分与自行车的底托架组件的轴接合，所述接合部分沿轴线延伸，并在其自由端处包括与所述轴接合的接合装置，其中所述接合装置包括前接合装置，其中所述前接合装置包括所述轴的旋转驱动装置；
其中，所述旋转驱动装置包括前轮齿，该前轮齿在所述曲柄臂本体的所述接合部分的前表面上周向地延伸；
其中，所述前轮齿包括相同且对称的多个齿，所述多个齿中的每个齿包括一对侧面，该一对侧面沿平行于所述纵向轴线的方向倾斜，从而在它们之间形成具有第一预定值的角度α。
这种曲柄臂可有利地用于制造上述的曲柄臂组件，并因而具有根据本发明的曲柄臂组件的曲柄臂的所有的前述优点。
优选地，这种曲柄臂也具有一个或更多上述的、作为根据本发明的曲柄臂组件的曲柄臂的优选特征的结构特征。
在其第五方面，本发明涉及一种自行车，包括框架，该框架配备有底托架组件的轴的壳箱，所述轴沿纵向轴线延伸，所述底托架组件也包括一对曲柄臂，所述一对曲柄臂中的至少一个曲柄臂与所述轴的至少一个自由端连接，以及所述轴和所述至少一个曲柄臂之间的接合装置；
其特征在于，所述接合装置包括形成于所述轴上的第一前接合装置，和形成于所述至少一个曲柄臂上的第二前接合装置，所述第一前接合装置和第二前接合装置连接在一起；
其中，所述第一前接合装置包括第一旋转驱动装置，并且所述第二前接合装置包括第二旋转驱动装置，其中所述第一旋转驱动装置包括在所述轴的前端面上周向地延伸的第一前轮齿，并且所述第二旋转驱动装置包括第二前轮齿，该第二前轮齿在所述曲柄臂与所述轴的接合部分的前端面上周向地延伸；
其中，所述第一前轮齿和第二前轮齿包括相同且对称的多个齿，所述多个齿中的每个齿包括一对侧面，该一对侧面沿平行于所述纵向轴线的方向倾斜，从而在它们之间形成具有第一预定值的角度α。
有利地，这种自行车包括根据本发明的曲柄臂组件，并因而具有所有的上述优点。
优选地，上述自行车中使用的曲柄臂组件具有一个或更多上述的、根据本发明的曲柄臂组件的优选的结构特征。
在根据本发明的自行车的一个优选实施例中，所述第一和第二前接合装置布置在所述壳箱的端部区域。
在根据本发明的自行车的一个特别优选的实施例中，所述第一和第二前接合装置布置在所述壳箱外部。
在其特别优选的实施例中，根据本发明的自行车也包括一对轴承，这对轴承适合于使得所述底托架组件能够在所述壳箱中旋转，其中所述一对轴承中的至少一个轴承布置在所述壳箱外部并位于限定在所述一对曲柄臂的所述至少一个曲柄臂上的支座中。
附图说明
由下面的本发明的一些优选实施例的结合附图的详细描述，将更清楚本发明的另外特征和优点。在这些附图中：
图1是底托架组件的第一实施例的纵向剖视示意图，该底托架组件包括根据本发明的曲柄臂组件的第一实施例；
图2是与图1相同的视图，其中没有以剖视的方式示出轴和相应的曲柄臂的接合部分；
图3是图1中示出的曲柄臂组件的轴-曲柄臂接合区域的放大侧面示意图；
图4是图3中的轴-曲柄臂接合区域沿线III-III取得的横截面示意图；
图5是示出于图1的曲柄臂组件的右曲柄臂的示意透视图；
图6是包括图1中示出的曲柄臂组件的底托架组件的第二实施例的纵向剖面示意图；
图7是包括根据本发明的曲柄臂组件的可选实施例的底托架组件的纵向剖面示意图；
图8是包括根据本发明的曲柄臂组件的另一实施例的底托架组件的端部的纵向剖面示意图；
图9是图8中示出的曲柄臂组件的右曲柄臂的示意透视图；
图10是包括图1示出的曲柄臂组件的底托架组件的另一实施例的局部纵向剖视的示意图；
图11示出了图5中的曲柄臂的细节；
图12示出了包括图1中的底托架组件的竞赛用自行车。
具体实施方式
在附图中，自行车的底托架组件标识为1。这种自行车在图12中标识为100。底托架组件1在合适的壳箱210内安装在自行车100的框架101上。
底托架组件1包括根据本发明的曲柄臂组件10。该底托架组件1又包括：轴20，它沿纵向轴线X-X延伸并具有相对的自由接合端20a，20b；和一对曲柄臂30，40，它们与轴20的所述自由端20a，20b接合。
图1，2，6-8和10示出了曲柄臂组件10的各种实施例，而图5和9仅示出了上述组件的曲柄臂30。
曲柄臂30是右曲柄臂(分枝类型的，更好地示出于图5和9)并与轴20的自由端20a接合，而曲柄臂40是左曲柄臂并与轴20的自由端20b接合。
特别地，轴20包括制成单个零件的管状体21。轴20容纳在壳箱210内部，该壳箱210合适地布置在自行车100的框架101中。轴20纵向地延伸，使其长度大体上等于壳箱210的长度。
轴20在其自由端20a具有前表面22，在该前表面22的中心具有螺纹孔23。相似地，轴20在其自由端20b具有前表面24，该前表面24在其中心具有螺纹孔25。
在图1，2，5-7示出的实施例中，曲柄臂30包括具有环形接合部分32的本体31，该接合部分32从本体31的其余部分以悬臂的形式突出。曲柄臂30的接合部分32包括沿轴线Y-Y延伸的、大体上圆柱形的、径向方向的外表面和内表面，并具有轴向方向的、相对轴20的自由端20a的外部前接合表面33(特别地见图5)，和轴向方向的内部前表面330。相似地，曲柄臂40包括具有环形接合部分42的本体41，该接合部分42从本体41的其余部分以悬臂的形式突出。曲柄臂40的本体接合部分42包括沿轴线Y-Y延伸的、大体上圆柱形的、径向方向的外表面和内表面，并具有轴向方向的、相对轴20的自由端20b的外部前接合表面43，和轴向方向的内部前表面430。
曲柄臂30的本体31在接合部分32中具有通孔34，该通孔34延伸到相对轴20的前接合表面33。相似地，曲柄臂40的本体41在接合部分42中具有通孔44，该通孔44延伸到相对轴20的前接合表面43。
曲柄臂30的前表面33面向轴20的前表面22，通孔34与轴20的螺纹孔23同轴，而曲柄臂40的前表面43面向轴20的前表面24，通孔44与轴20的螺纹孔25同轴。因此，在曲柄臂30，40与轴20接合后，曲柄臂30，40的轴线Y-Y与轴20的纵向轴线X-X对齐。
底托架组件1被支撑成借助分别标识为35和45的一对球轴承在壳箱210内旋转。由于使用了将在下面描述的合适的转接器36、46，这种轴承35，45与曲柄臂30和40接合并位于轴20的壳箱210的外面。
特别地，轴承35在环形转接器36和曲柄臂30之间起作用，该环形转接器36拧入壳箱210的自由端210a。相似地，轴承45在环形转接器46和曲柄臂40之间起作用，该环形转接器46拧入壳箱210的自由端210b。
如图1，2，5，6，7和10所示，转接器36和46由具有圆柱形主体部分、攻有外螺纹的环状螺母组成，用于拧入到加工在框架101的壳箱210的端部的内螺纹上，以及相对的圆柱形主体部分具有光滑表面，用来径向抵靠在轴承35，45的座圈上。
在图1，2，5，6和7所示的曲柄臂的第一实施例中，轴承35，45分别安装在曲柄臂30，40的接合部分32，42的外表面上。因而，这些外表面为轴承35，45的内座圈限定了壳体支座，而轴承35，45的外座圈用来径向抵靠在转接器36，46的光滑内表面。
在图8和9中特别参考右曲柄臂30示出的曲柄臂的可选实施例中，曲柄臂30的本体31具有径向地位于接合部分32的外侧的大体上环形的部分37。在本实施例中，轴承在曲柄臂30的所述环形本体部分37的内表面和转接器36的光滑外表面之间起作用。因而，曲柄臂30的环形本体部分37的内表面为轴承35的外座圈限定了径向抵靠表面，而转接36的光滑外表面为轴承35的内座圈限定了径向抵靠支座。与上述的右曲柄臂接合的底托架组件的左曲柄臂，在相应的轴承的壳体部分上，与这种右曲柄臂完全相同。
在未示出的另一个实施例中，轴承35，45安装在轴20的相对的端部20a，20b上。在这种情况下，以至少等于轴承座圈长度的两倍的长度，轴20比布置在自行车100的框架101中的壳箱210长。在这种情况下，可以没有曲柄臂30，40的接合部分32，42。
参阅图1、2、7、8，通过把螺钉38插入曲柄臂30的通孔34并拧入轴20的螺纹孔23，曲柄臂30与轴20的自由端20a接合。相似地，通过把螺钉48插入曲柄臂40的通孔44并拧入轴20的螺纹孔25，曲柄臂40与轴20的自由端20b接合。
螺钉38、48包括各自的环形凸缘39、49，在锁定后，环形凸缘39、49抵靠在曲柄臂30、40的接合部分32、42的表面330、430上。
曲柄臂30、40也借助各自的前轮齿与轴20的相对自由端20a、20b接合。特别地，前轮齿50形成于曲柄臂30的前表面33和曲柄臂40的前表面43上，而与轮齿50匹配的前轮齿60形成于轴20的相对的前表面22和24的外表面上。前轮齿50在曲柄臂30、40的前表面33、43上周向地延伸，而前轮齿60在轴20的相对的前表面22、24上周向地延伸。接合在一起的前轮齿50和60使轴20与曲柄臂30和40成一体地旋转。图2-4和6示出了相互接合的轮齿50和60。在另一方面，图5和11清楚地示出了曲柄臂30的轮齿50。
前轮齿50和60优选地包括多个相同且对称的轮齿。特别地如图3所示，曲柄臂30和40的前轮齿50的齿标识为51，而轴20的前轮齿60的齿标识为61。前轮齿50的各个齿51包括顶面52和两个侧面53。齿51由槽54间隔开。相似地，前轮齿60的各个齿61包括顶面62和两个侧面63。齿61由槽64间隔开。
各个槽54、64限定在两个相邻的齿51、61之间，并具有连接到所述齿的侧面53、56的弯曲的基面。
齿51和61的侧面53和63是沿平行于轴20的纵向轴线X-X和曲柄臂30和40的轴线Y-Y方向倾斜的，从而在它们之间形成角度α，角度α的值优选地包括在14°和40°之间，更优选地等于27°。
如图4所示，齿51和61的侧面53和63也相对于包含轴20的所述纵向轴线X-X和曲柄臂30和40的所述轴线Y-Y的径向平面倾斜，从而在它们之间形成角度β，角度β的值优选地等于海司轮齿(Hirthtoothing)的标准值。
图11详细地示出了曲柄臂30的前轮齿50。在其中曲柄臂40以相似于曲柄臂30的方式与轴接合的情况下，轴20的轮齿60优选地是相同的，曲柄臂40的轮齿50也是如此。前轮齿50特别地包括与二十个槽54交替布置的二十个齿51，槽和齿的数量可以不等，但优选地相等。
可以看到各个齿51的顶面是怎样位于一个理想锥面上的，该理想锥面的顶点位于轴线Y-Y上的点P1。各个槽54的底面也位于一个理想锥面上，该锥面具有与先前那个锥面相反的凹度，并且其顶点位于点P2，点P2也在轴线Y-Y上。
齿51和61大体上呈楔形，并在轴向方向以角度α逐渐变细，在径向方向以角度β逐渐变细。由于齿的这种几何形状，上述这种类型的齿的接合大致上提供了仅在齿53的侧面之间的接触。前轮齿50的所有楔形块与前轮齿60的所有楔形块的接合保证了轴-曲柄接合的中心对准。
如已经说明的，轴20的齿61与曲柄臂30和40的齿51之间的接触完全发生在这种齿的侧面53、63之间。然而，可预见一种技术方案，其中轮齿50和60的槽54和64在轴向和径向方向倾斜，倾斜的方式与前面的关于曲柄臂和轴的齿的说明相同。在这种情况下，在轮齿50和60之间的接触也可以，或完全地，发生在这种槽的表面。
在没有曲柄臂30、40的接合部分32、42的情况下(前面已接合轴承35、45安装在轴20的相对的端部的解决方案论述了这种情况)，前轮齿50直接制造在曲柄臂30、40本体的不从曲柄臂本身的本体的其余部分突出的表面上(例如，见图9)。
总之，曲柄臂30、40的前轮齿50相对于曲柄臂本身的本体以这样一种方式形成，使得在底托架组件与自行车100的框架101接合时，在布置在框架101内的壳箱210的端部区域210a、210b内，或在壳箱外面，这种轮齿与轴的轮齿接合，并且轴承也位于上述的端部区域内或上述的壳箱210外面。
在前面结合图1到5论述的根据本发明的底托架组件的优选实施例中，曲柄臂30和40以相同的方式与轴20接合。
图6示出了根据本发明的底托架组件1的可选实施例，这种实施例不同于结合图1到5描述的实施例，其唯一原因在于，左曲柄臂40通过螺纹接口70与轴20接合。这种螺纹接口70包括加工在轴20的端部20b上的外螺纹71以及加工在曲柄臂40的孔44上的与螺纹71匹配的内螺纹72。在这种实施例中，轴20具有某一长度，使得它的端部20b从框架101的壳箱210突出。轴承45安装在从壳箱210突出的那部分轴上。
在上述底托架组件的实施例中，轴20沿其纵向延伸方向具有不变的直径。图7示出了根据本发明的底托架组件的另一实施例。这种实施例不同于前面结合图1到5描述的实施例，其唯一原因在于，轴20具有中部20c，该中部20c的直径大于所述的相对的端部20a、20b的直径。
在轴20由分离的两个零件(轴元件)组成的情况下，上述内容仍然有效。轴的这两个零件应该以上述方式各与曲柄臂接合，并且也应该接合在一起，优选地借助上述类型的前轮齿。
图10示出了根据本发明的底托架组件的另一可选实施例。这种实施例不同于前面结合图1到5描述的实施例，其唯一原因在于，左曲柄臂40与轴20制成单个零件。在这种情况下，为避免在骑自行车时曲柄臂40承受的弯曲载荷传递到轴20，使用了图8和9示出的这种类型的曲柄臂，然而，其中由于曲柄臂40的本体41与轴20的本体21整体地制成，因而没有前轮齿50。特别地，左轴承35在曲柄臂40的本体41的环形部分37的内表面和左转接器36的光滑外表面之间起作用。这种转接器36拧入布置在框架101中的壳箱210的端部210b，并以悬臂的方式从该端部突出。因此，曲柄臂40的环形本体部分37的内表面为左轴承35的外座圈限定了径向抵靠表面，而转接器36的光滑外表面为轴承35的内座圈限定了径向抵靠支座。

Claims (44)

1.一种用于自行车底托架组件的曲柄臂组件(10)，包括：
轴(20)，所述轴(20)沿纵向轴线(X-X)延伸；
至少一个曲柄臂(30，40)，所述至少一个曲柄臂(30，40)与所述轴(20)的至少一个自由端(20a，20b)连接；
接合装置(50，60)，所述接合装置(50，60)在所述轴(20)和所述至少一个曲柄臂(30，40)之间；
其中，所述接合装置(50，60)包括形成于所述轴(20)的所述至少一个自由端(20a，20b)上的第一前接合装置(60)和形成于所述至少一个曲柄臂(30，40)上的第二前接合装置(50)，所述第一前接合装置和第二前接合装置(50，60)接合在一起，其中所述第一前接合装置(60)包括第一旋转驱动装置，并且所述第二前接合装置(50)包括第二旋转驱动装置，其中所述第一旋转驱动装置包括在所述轴(20)的前端面(22，24)上周向地延伸的第一前轮齿(60)，并且所述第二旋转驱动装置包括第二前轮齿(50)，该第二前轮齿(50)在所述曲柄臂(30，40)与所述轴(20)的接合部分(32，42)的前端面(33，43)上周向地延伸；
其中，所述第一前轮齿和第二前轮齿(60，50)包括相同且对称的多个齿(61，51)，所述多个齿中的每个齿(61，51)包括一对侧面(63，53)，该一对侧面(63，53)沿平行于所述纵向轴线(X-X)的方向倾斜，从而在它们之间形成具有第一预定值的角度α。
2.根据权利要求1所述的曲柄臂组件(10)，还包括所述至少一个曲柄臂(30，40)相对于所述轴(20)的对心装置。
3.根据权利要求2所述的曲柄臂组件(10)，其中所述对心装置由所述第一前轮齿和第二前轮齿(60，50)形成。
4.根据权利要求1所述的曲柄臂组件(10)，其中所述第一值在14°与40°之间。
5.根据权利要求4所述的曲柄臂组件(10)，其中所述第一值等于27°。
6.根据权利要求1所述的曲柄臂组件(10)，其中所述齿(61，51)的所述侧面(63，53)相对于包含所述纵向轴线(X-X)的径向平面倾斜，从而在它们之间形成具有第二预定值的角度β。
7.根据权利要求1所述的曲柄臂组件(10)，其中所述第一前轮齿和第二前轮齿(60，50)包括多个槽(64，54)，其中各个槽(64，54)在两个相邻的齿(61，51)之间形成，并具有连接到所述齿(61，51)的所述侧面(63，53)的弯曲基面。
8.根据权利要求1所述的曲柄臂组件(10)，其中所述至少一个曲柄臂(30，40)包括用于容纳轴承(35，45)的支座，该轴承(35，45)适合于使得所述底托架组件能够相对于形成在自行车(100)的框架(101)中的所述轴(20)的壳箱(210)旋转。
9.根据权利要求8所述的曲柄臂组件(10)，其中所述支座由所述至少一个曲柄臂(30，40)的所述接合部分(32，42)的外表面形成。
10.根据权利要求8所述的曲柄臂组件(10)，其中所述至少一个曲柄臂(30，40)包括基本环形的、径向地位于所述接合部分(32，42)外侧的曲柄臂本体部分(37，47)，并且其中所述支座由所述基本环形的曲柄臂本体部分(37，47)的内表面形成。
11.根据权利要求8所述的曲柄臂组件(10)，还包括在所述支座上与所述至少一个曲柄臂(30，40)连接的滚动轴承(35，45)。
12.根据权利要求1所述的曲柄臂组件(10)，其中所述至少一个曲柄臂是右曲柄臂(30)。
13.根据权利要求1所述的曲柄臂组件(10)，其中所述至少一个曲柄臂是左曲柄臂(40)。
14.根据权利要求1所述的曲柄臂组件(10)，其中所述轴(20)包括中部(20c)和相对的端部(20a，20b)，并且其中所述中部(20c)的直径大于所述相对的端部(20a，20b)的直径。
15.一种自行车底托架组件(1)，包括根据前面权利要求中的任一项的曲柄臂组件(10)。
16.根据权利要求15所述的底托架组件(1)，其中所述曲柄臂组件(10)的轴(20)与曲柄臂(40，30)制成为单个零件，该曲柄臂(40，30)与所述曲柄臂组件(10)的曲柄臂(30，40)相对。
17.根据权利要求15所述的底托架组件(1)，其中所述曲柄臂组件(10)的轴(20)制成为借助接合装置连接在一起的两个分离的部分。
18.根据权利要求17所述的底托架组件(1)，其中所述接合装置是前接合装置。
19.根据权利要求15所述的底托架组件(1)，其中所述曲柄臂组件(10)的曲柄臂(30，40)是右曲柄臂或左曲柄臂，并且其中另一曲柄臂(40，30)通过螺纹接头(70)与所述轴(20)接合。
20.一种用于自行车底托架组件的轴(20)，包括沿纵向轴线(X-X)延伸的本体(21)，所述本体(21)在其至少一个自由端(20a，20b)处包括与至少一个曲柄臂(30，40)接合的接合装置，其中所述接合装置包括前接合装置(60)，其中所述前接合装置(60)包括所述至少一个曲柄臂(30，40)的旋转驱动装置；
其中，所述旋转驱动装置包括前轮齿(60)，该前轮齿(60)在所述本体(21)的前端面(22，24)上周向地延伸；
其中，所述前轮齿(60)包括相同且对称的多个齿(61)，所述多个齿中的每个齿(61)包括一对侧面(63)，该一对侧面(63)沿平行于所述纵向轴线(X-X)的方向倾斜，从而在它们之间形成具有第一预定值的角度α。
21.根据权利要求20所述的轴(20)，还包括所述至少一个曲柄臂(30，40)相对于所述轴(20)的对心装置。
22.根据权利要求20所述的轴(20)，其中所述第一值位于14°与40°之间。
23.根据权利要求22所述的轴(20)，其中所述第一值等于27°。
24.根据权利要求20所述的轴(20)，其中所述齿(61)的所述侧面(63)相对于包含所述纵向轴线(X-X)的径向平面倾斜，从而在它们之间形成具有第二预定值的角度β。
25.根据权利要求20所述的轴(20)，其中所述前轮齿(60)包括多个槽(64)，其中每个槽(64)在两个相邻的齿(61)之间形成，并具有连接到所述齿(61)的所述侧面(63)的弯曲基面。
26.根据权利要求20所述的轴(20)，在其端部(20b)上包括的外螺纹(70)。
27.根据权利要求20所述的轴(20)，其中所述本体(21)包括中部(20c)和相对的端部(20a，20b)，其中所述中部(20c)的直径大于所述端部(20a，20b)的直径。
28.根据权利要求20所述的轴(20)，其中所述本体(21)制成为单个零件。
29.根据权利要求20所述的轴(20)，其中所述本体(21)制成为借助接合装置接合在一起的两个分离的部分。
30.根据权利要求29所述的轴(20)，其中所述接合装置是前接合装置。
31.一种自行车曲柄臂(30，40)，包括具有接合部分(32，42)的本体(31，41)，该接合部分(32，42)与自行车(100)的底托架组件的轴(20)接合，所述接合部分(32，42)沿轴线(Y-Y)伸，并在其自由端处包括与所述轴(20)接合的接合装置，其中所述接合装置包括前接合装置(50)，其中所述前接合装置(50)包括所述轴(20)的旋转驱动装置；
其中，所述旋转驱动装置包括前轮齿(50)，该前轮齿(50)在所述曲柄臂本体(31，41)的所述接合部分(32，42)的前表面(33，43)上周向地延伸；
其中，所述前轮齿(50)包括相同且对称的多个齿(51)，所述多个齿中的每个齿(51)包括一对侧面(53)，该一对侧面(53)沿平行于所述纵向轴线(Y-Y)的方向倾斜，从而在它们之间形成具有第一预定值的角度α。
32.根据权利要求31所述的曲柄臂(30，40)，还包括所述轴(20)相对于所述曲柄臂(30，40)的对心装置。
33.根据权利要求31所述的曲柄臂(30，40)，其中所述第一值位于14°与40°之间。
34.根据权利要求33所述的曲柄臂(30，40)，其中所述第一值等于27°。
35.根据权利要求31所述的曲柄臂(30，40)，其中所述齿(51)的所述侧面(53)相对于包含所述纵向轴线(Y-Y)的径向平面倾斜，从而在它们之间形成具有第二预定值的角度β。
36.根据权利要求31所述的曲柄臂(30，40)，其中所述前轮齿(50)包括多个槽(54)，其中每个槽(54)在两个相邻的齿(51)之间形成，并具有连接到所述齿(51)的所述侧面(53)的弯曲基面。
37.根据权利要求31所述的曲柄臂(30，40)，包括用于容纳轴承(35，45)的支座，当所述曲柄臂(30，40)与所述轴(20)连接时，该轴承(35，45)适合于使得所述曲柄臂(30，40)能够相对于在自行车(100)的框架(101)中形成的所述轴(20)的壳箱(210)旋转。
38.根据权利要求37所述的曲柄臂(30，40)，其中所述支座由所述曲柄臂本体(31，41)的所述接合部分(32，42)的外表面形成。
39.根据权利要求37所述的曲柄臂(30，40)，包括基本环形的、径向地位于所述接合部分(32，42)外侧的曲柄臂本体部分(37，47)，所述支座由所述基本环形的曲柄臂本体部分(37，47)的内表面形成。
40.根据权利要求31所述的曲柄臂(30，40)，其中所述曲柄臂是右曲柄臂(30)。
41.一种自行车(100)，包括框架(101)，该框架(101)配备有底托架组件的轴(20)的壳箱(210)，所述轴(20)沿纵向轴线(X-X)延伸，所述底托架组件也包括一对曲柄臂(30，40)，所述一对曲柄臂(30，40)中的至少一个曲柄臂与所述轴(20)的至少一个自由端(20a，20b)连接，以及所述轴(20)和所述至少一个曲柄臂(30，40)之间的接合装置(50，60)；
其特征在于，所述接合装置(50，60)包括形成于所述轴(20)上的第一前接合装置(60)，和形成于所述至少一个曲柄臂(30，40)上的第二前接合装置(50)，所述第一前接合装置和第二前接合装置(60，50)连接在一起；
其中，所述第一前接合装置(60)包括第一旋转驱动装置，并且所述第二前接合装置(50)包括第二旋转驱动装置，其中所述第一旋转驱动装置包括在所述轴(20)的前端面(22，24)上周向地延伸的第一前轮齿(60)，并且所述第二旋转驱动装置包括第二前轮齿(50)，该第二前轮齿(50)在所述曲柄臂(30，40)与所述轴(20)的接合部分(32，42)的前端面(33，43)上周向地延伸；
其中，所述第一前轮齿和第二前轮齿(60，50)包括相同且对称的多个齿(61，51)，所述多个齿中的每个齿(61，51)包括一对侧面(63，53)，该一对侧面(63，53)沿平行于所述纵向轴线(X-X)的方向倾斜，从而在它们之间形成具有第一预定值的角度α。
42.根据权利要求41所述的自行车(100)，其中所述第一和第二前接合装置(60，50)布置在所述壳箱(210)的端部区域(210a，210b)处。
43.根据权利要求41所述的自行车(100)，其中所述第一和第二前接合装置(60，50)布置在所述壳箱(210)外部。
44.根据权利要求41所述的自行车(100)，还包括一对轴承(35，45)，该一对轴承(35，45)适合于使得所述底托架组件能够在所述壳箱(210)内滚动，其中所述一对轴承(35，45)中的至少一个轴承布置在所述壳箱(210)外部，并位于在所述一对曲柄臂的所述至少一个曲柄臂(30，40)上形成的支座处。
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