CN219770094U - 具有省力机制的曲柄装置及自行车曲柄总成 - Google Patents

Abstract

本申请关于一种具有省力机制的曲柄装置及自行车曲柄总成，曲柄装置包括曲柄机构、传动机构、支承组件及旋臂组件，曲柄机构包括曲柄、轴端齿轮及踏板端齿轮；传动机构包括转轴、第一齿轮及第二齿轮，转轴的两端设有环形沟；支承组件套接在转轴且包括外环圈及滚珠，滚珠容置在环形沟并分别被夹持在转轴和外环圈之间；旋臂组件包括第一旋臂及第二旋臂，第二旋臂的一端连接第一旋臂，第二旋臂的另一端则连接踏板端齿轮。借此，可提升传动时的稳定度和延长使用寿命。

Description

具有省力机制的曲柄装置及自行车曲柄总成

技术领域

本申请有关一种自行车的曲柄装置技术，尤指一种具有省力机制的曲柄装置及自行车曲柄总成。

背景技术

习知自行车的曲柄为固定长度的杆体，用以连接脚踏板与自行车的中心轴，自行车在运作过程中是通过使用者踩踏脚踏板，使脚踏板以中轴为旋转中心进行以曲柄长度为半径的圆周运动，并带动自行车的驱动装置如齿盘、链条等组件，进而使自行车前进。

现存广泛应用在自行车的曲柄装置，并不能够在脚踏板旋转至需要的施力处时，伸长其曲柄进而增加力臂的长度，因此无法达成增加力矩的效果。或许有些是采用曲柄能够伸缩的特性做设计，只有此等伸缩曲柄的设计因不符合人体工学，无法以规律且惯性的做圆周运动，实质上为费力设计，其不仅结构复杂且易导致用户疲劳的踩踏曲柄装置。又，现存的曲柄装置有些存有结构强度不足而导致使用寿命不长的问题；又有些则存有组装对位不易等问题，都亟待被克服解决。

有鉴于此，本申请人遂针对上述现有技术的缺失，特潜心研究并配合学理的运用，尽力解决上述的问题点，即成为本申请人改良的目标。

实用新型内容

本申请的一个目的，在于提供一种具有省力机制的曲柄装置及自行车曲柄总成，其可使整体的结构强度更加优化，进提升传动时的稳定度和延长使用寿命。

为了达成上述的目的，本申请提供一种具有省力机制的曲柄装置，包括曲柄机构、传动机构、多个支承组件及旋臂组件，曲柄机构包括曲柄、设置在曲柄的一端的轴端齿轮及设置在曲柄的另一端的踏板端齿轮；传动机构设置在曲柄的内部，传动机构包括转轴、第一齿轮及第二齿轮，转轴具有第一端及第二端，第一齿轮连接第一端并与轴端齿轮啮合传动，第二齿轮连接第二端并与踏板端齿轮啮合传动，在第一端和第二端分别设有至少一个环形沟；各支承组件分别套接在转轴的第一端和第二端，每个支承组件包括外环圈及多个滚珠，各滚珠容置在各环形沟并分别被夹持在转轴和各外环圈之间；旋臂组件包括第一旋臂及第二旋臂，第二旋臂的一端连接第一旋臂，第二旋臂的另一端则连接踏板端齿轮。

在一种实施方式中，每个支承组件还包括定位环，定位环装设在外环圈内并用以对各滚珠分隔定位。

在一种实施方式中，定位环包括底圈及自底圈延伸的多个容珠部，各滚珠分别对应各容珠部置设，在底圈设有开口。

在一种实施方式中，转轴、第一齿轮和第二齿轮为一体构成。

在一种实施方式中，轴端齿轮包括内衬套、斜齿轮及滚珠轴承，曲柄包括外侧壳体和对应外侧壳体组接的内侧壳体，外侧壳体具有圆筒柱，内衬套套接圆筒柱，斜齿轮套接内衬套，滚珠轴承则套接斜齿轮并被内侧壳体和斜齿轮所共同夹持。

在一种实施方式中，曲柄包括外侧壳体和对应外侧壳体组接的内侧壳体，外侧壳体内部设有夹轴半部件，内侧壳体内部设有另一夹轴半部件，另一夹轴半部件对应于夹轴半部件配设并共同夹持各支承组件和转轴。

在一种实施方式中，在外侧壳体的夹轴半部件和内侧壳体的另一夹轴半部件的上端共同围设有上抵止壁，在外侧壳体的夹轴半部件和内侧壳体的另一夹轴半部件的下端共同围设有下抵止壁，一部分的支承组件贴接上抵止壁，另一部分的支承组件则贴接下抵止壁。

在一种实施方式中，曲柄包括外侧壳体和内侧壳体，踏板端齿轮包括轴套、前滚珠轴承、后滚珠轴承和斜齿轮，内侧壳体设有套设孔，轴套对应套设孔穿设，前滚珠轴承套接在轴套的一端并容置在套设孔内，斜齿轮套接在轴套的另一端，后滚珠轴承则套接在斜齿轮并被外侧壳体和斜齿轮所共同夹持。

在一种实施方式中，曲柄包括外侧壳体和内侧壳体，外侧壳体设有封边外围板及多个铆接柱，内侧壳体设有封边内缘面及多个套接孔，封边外围板对应于封边内缘面套接，各铆接柱则分别穿设各套接孔，并通过封合铆固加工使外侧壳体和内侧壳体固结。

为了达成上述的目的，本申请提供一种自行车曲柄总成，自行车具有中轴承接座，曲柄总成包括中轴、一组曲柄装置及一组转接构件，中轴穿接中轴承接座，每个曲柄装置连接在中轴的一端；每个转接构件套接每个轴端齿轮并且介于每个曲柄和中轴承接座之间。

在一种实施方式中，自行车还具有连接中轴承接座的立管，每个转接构件包括接合件及抵杆，接合件包括环体及自环体延伸的连接臂，各抵杆分别通过螺固组件锁接各连接臂，且各抵杆相互连接并抵贴立管。

在一种实施方式中，中轴承接座设有多个插槽，轴端齿轮设有多个嵌槽，每个转接构件包括环体、自环体外周面延伸的多个外插条及自环体内周壁延伸的多个内插条，各外插条对应于各插槽嵌设结合，各内插条则对应于各嵌槽嵌设结合。

本申请还具有以下功效，利用转轴的环形沟设计不仅可以容置较大直径的滚珠，且能够增加外环圈的厚度，如此能够倍数提升强度和使用寿命。借由定位环的开口设计，利于让定位环产生扭转变形而套接在转轴，并被推入外环圈内而固定。借由各抵止壁的设置，借以消弭转轴的上下方向的轴向推力，使传动机构的运作更为稳定。踩踏脚踏板让曲柄做圆周运动的过程中，完全没有上、下死点的问题和顿挫等传动不良情况。借助斜齿轮和伞形齿轮的传动，不管曲柄是做正向或反向的旋转皆能达成密合接触，进而可降低噪音的产生，更能够提升传动效能和定位的精准度。

附图说明

图1为本申请具有省力机制的曲柄装置分解图。

图2为本申请的轴端齿轮分解图。

图3为本申请的踏板端齿轮分解图。

图4为本申请的传动机构分解图。

图5为本申请的支承组件分解图。

图6为本申请的旋臂组件分解图。

图7为本申请具有省力机制的曲柄装置组合剖视图。

图8为本申请自行车曲柄总成与自行车车架分解图。

图9为本申请具有省力机制的曲柄装置与抵止构件分解图。

图10为本申请自行车曲柄总成与自行车车架组合剖视图。

图11为本申请曲柄总成结合于自行车车架组合外观图。

图12为本申请曲柄总成应用于自行车的组合图。

图13为本申请自行车曲柄总成使用状态图。

图14为本申请的转接构件另一实施例与自行车车架分解图。

图15为图14的组合剖视图。

附图标记说明：

1:曲柄装置；

10:曲柄机构；

11:曲柄；

111:外侧壳体；

111A:封边外围板；

112:圆筒柱；

113:第一接孔；

114:铆接柱；

115:齿形孔；

116:内侧壳体；

116A:封边内缘面；

1161:套接孔；

117:第二接孔；

118:套设孔；

119:凸柱；

12:轴端齿轮；

121:内衬套；

122:斜齿轮；

1221:嵌槽；

123:滚珠轴承；

13:踏板端齿轮；

131:轴套；

132:前滚珠轴承；

133:后滚珠轴承；

134:斜齿轮；

1341:卡条；

20:传动机构；

21:转轴；

211:第一端；

212:第二端；

213:环形沟；

22:第一齿轮；

23:第二齿轮；

30:支承组件；

31:外环圈；

32:滚珠；

33:定位环；

331:底圈；

332:容珠部；

333:开口；

40:旋臂组件；

41:第一旋臂；

411:踏板承接柱；

412:套接槽；

413:插块；

42:第二旋臂；

421:贯通孔；

422:嵌入块；

423:承接槽；

424:螺柱；

425:卡槽；

A:夹轴半部件；

B:另一夹轴半部件；

C:上抵止壁；

D:下抵止壁；

5:中轴；

51:主轴段；

52:延伸段；

521:齿柱；

522:螺孔；

53:螺栓；

6、6A:转接构件；

61:接合件；

611:环体；

612:连接臂；

613:插条；

614:外插条；

615:内插条；

62:抵杆；

63:螺固组件；

7:链轮组件；

71:链齿轮；

72:固定架；

721:穿孔；

8:自行车；

81:车架；

82:中轴承接座；

821:插槽；

83:左叉管；

84:右叉管；

85:立管；

86:脚踏板；

87:嵌固环。

具体实施方式

有关本申请的详细说明及技术内容，配合附图说明如下，然而所附附图仅提供参考与说明用，并非用来对本申请加以限制者。

请参阅图1至图7所示，本申请提供一种具有省力机制的曲柄装置，其中曲柄装置1主要包括曲柄机构10、传动机构20、多个支承组件30及旋臂组件40。

请先参阅图1至图3，曲柄机构10主要包括曲柄11、轴端齿轮12及踏板端齿轮13，本实施例的曲柄11主要包括外侧壳体111和内侧壳体116，在外侧壳体111的上端延伸有圆筒柱112，下端则设有第一接孔113，并在外侧壳体111内部的圆筒柱112和第一接孔113之间设有夹轴半部件A；又，在外侧壳体111的内侧面周缘设有均匀分布的多个铆接柱114；再者，于圆筒柱112的内部形成有齿形孔115。

内侧壳体116的形状与外侧壳体111的形状相对应，在内侧壳体116的上端设有第二接孔117，在内侧壳体116的下端设有套设孔118，套设孔118是对应于前述第一接孔113配设，并在内侧壳体116内部的第二接孔117和套设孔118之间的延伸有另一夹轴半部件B，此另一夹轴半部件B是对应于前述夹轴半部件A配设。

轴端齿轮12为静齿轮(即固定不转)，其是套接在圆筒柱112后再穿接第二接孔117，从而使轴端齿轮12被支承在圆筒柱112和内侧壳体13之间(如图7)。如图2所示，轴端齿轮12主要包括内衬套121、斜齿轮122及滚珠轴承123，其中内衬套121套接在前述圆筒柱112上，斜齿轮122套接在内衬套121上，滚珠轴承123则套接在斜齿轮122并被内侧壳体116和斜齿轮122所共同夹持。斜齿轮122设有多个嵌槽1221，各嵌槽1221是相等间隔设置。

踏板端齿轮13为动齿轮(即在曲柄11旋转运作的过程中，受到传动机构20的驱动而产生旋转)，其是跨设在第一接孔113和套设孔118之间，从而使踏板端齿轮13被支承在外侧壳体111和内侧壳体116的下端(如图7)。如图3所示，踏板端齿轮13主要包括轴套131、前滚珠轴承132、后滚珠轴承133和斜齿轮134，轴套131对应于套设孔118穿接，前滚珠轴承132套接在轴套131的一端并容置在套设孔118内，斜齿轮134套接在轴套131的另一端，后滚珠轴承133则套接在斜齿轮134并被外侧壳体111和斜齿轮134所共同夹持(如图7所示)。

请一并参阅图4和图5所示，传动机构20设置在曲柄11的内部，且其主要包括转轴21、第一齿轮22及一第二齿轮23，其中转轴21、第一齿轮22及第二齿轮23为一体构成，第一齿轮22和第二齿轮23都是伞形斜齿轮。转轴21具有第一端211及远离第一端211的第二端212，第一齿轮22是自第一端211延伸并与轴端齿轮12相互啮合传动，第二齿轮23则自第二端212延伸并与踏板端齿轮13相互啮合传动，在第一端211和第二端212分别设有多个环形沟213，此环形沟213亦可以是单一个数的设计。

各支承组件30是分别套接在转轴21的第一端211和第二端212上。如图5所示，每个支承组件30主要包括外环圈31、多个滚珠32及定位环33，各滚珠32是部分容置在环形沟213内并分别被外环圈31所圈设，定位环33则装设在外环圈31内并用以将各滚珠32分隔定位，定位环33主要包括底圈331及自底圈331向上延伸的多个容珠部332，各容珠部332是相等间隔配置并分别供各滚珠32容置，其中在底圈331设有开口333，其主要是用以提供定位环33产生扭转变形而套接在转轴21，并被推入外环圈31内而固定。在一实施例中，外环圈31的内径大于前述第一齿轮22和第二齿轮23的其中之一的外径，以便利于组配安装。

在一实施例中，支承组件30除了可以单一设置在转轴21的第一端211和第二端212外，也可以将各支承组件30相互层叠再分别设置于转轴21的第一端211和第二端212。

请再参阅图1所示，在一实施例中，外侧壳体111的夹轴半部件A和内侧壳体116的另一夹轴半部件B是共同夹掣各支承组件30和转轴21，在外侧壳体111的夹轴半部件A和内侧壳体116的另一夹轴半部件B的上端共同围设有上抵止壁C(如图7所示)，在外侧壳体111的夹轴半部件A和内侧壳体116的另一夹轴半部件B的下端共同围设有下抵止壁D(如图7所示)，上方的各支承组件30是贴接在上抵止壁C，下方的各支承组件30则贴接下抵止壁D，借此可消弭转轴21的上下方向的轴向推力，使传动机构20的运作更加地稳定。

续参图1所示，在一实施例中，外侧壳体111的周缘成型有封边外围板111A，内侧壳体116对应于外侧壳体111的周缘成型有封边内缘面116A，并于内侧壳体116设有对应于前述各铆接柱114的多个套接孔1161，其中封边外围板111A是对应于封边内缘面116A套接，各铆接柱114则分别穿设各套接孔1161，并通过封合铆固加工使外侧壳体111和内侧壳体116紧密地套接固结(如图7所示)。

请续参阅图6，旋臂组件40包括第一旋臂41及第二旋臂42，第一旋臂41和第二旋臂42皆为弧形旋臂，第一旋臂41是形成在曲柄11和第二旋臂42之间，且其设有踏板承接柱411，另在远离踏板承接柱411的一端设有套接槽412和插块413。第二旋臂42设有贯通孔421，且在远离贯通孔421的一端设有嵌入块422和承接槽423；其中踏板承接柱411是穿设前述贯通孔421，承接槽423和嵌入块422则分别对应于第一旋臂41的插块413和套接槽412做结合。

在一实施例中，在第二旋臂42的贯通孔421侧边设有螺柱424及形成在螺柱424外周围的多个卡槽425，前述斜齿轮134设有多个卡条1341；其中螺柱424是穿接前述斜齿轮134，各卡条1341则分别插接各卡槽425，将螺栓从内侧壳体116外侧穿入并通过轴套131而对应于螺柱424锁设连接。

请参阅图8至图11所示，本申请还提供一种自行车曲柄总成，其主要包括中轴5、组曲柄装置1及组转接构件6。

中轴5主要包括主轴段51及自主轴段51的两端分别向外伸出的延伸段52，在延伸段52设有齿柱521，以供前述的圆筒柱112以其齿形孔115套接结合，另在延伸段52的端面设有螺孔522，以供螺栓53穿接锁固。

每个转接构件6主要包括接合件61及抵杆62，每个接合件61主要包括环体611及自环体611延伸出的连接臂612，环体611的一侧设有嵌入环612，环体611的另一侧则设有多个插条613，抵杆62是通过螺固组件63穿接连接臂612而固锁，且各抵杆62是相互连接锁设。

在一实施例中，本申请自行车曲柄总成还包括链轮组件7，其是套设在其中的曲柄11的内侧壳体116上，链轮组件7主要包括链齿轮71和固定架72，固定架72是通过螺栓等螺固组件锁固在链齿轮71上，且固定架72套接在前述曲柄11的内侧壳体116上，另在固定架72设有穿孔721，于内侧壳体116延伸有凸柱119，此凸柱119是对应于穿孔721穿接，从而使曲柄11能够带动链轮组件7作旋转运动。

本申请主要是应用在自行车8上，此自行车8具有车架81，在车架81的下方处安装有中轴承接座82，并在中轴承接座82朝着后轮方向延伸有左叉管83、形成在左叉管83右侧边的右叉管84及朝着上方延伸有立管85；另自行车8还包括一组脚踏板86、一组嵌固环87及其它必要装置。

组合时是将中轴5穿入中轴承接座82中，并以各嵌固环86锁设于中轴承接座82，而将中轴5拘限在中轴承接座82内，其中中轴5的主轴段51能够在中轴承接座82内做旋转运动。次将各转接构件6的嵌入环612对应于各嵌固环87做嵌入定位，从而使各转接构件6分别形成在中轴承接座82的两侧，将左侧的转接构件6的抵杆62连接于右侧的转接构件6的抵杆62，并将连接后的各抵杆62抵贴于立管85后侧。接着，将圆筒柱112的齿形孔115对正于中轴5的齿柱521做套接，同时让环体611的各插条613对应于轴端齿轮12的各嵌槽122嵌入结合。最后，再以螺栓53穿入曲柄11的圆筒柱112中并对应于中轴5的螺孔522做锁固，从而能够借助各曲柄11的旋转来带动中轴5做转动。

请参阅图12和图13所示，进一步说明，由于从轴端齿轮12的轴心至第一旋臂41和第二旋臂42的连接处的施力臂大于曲柄11的长度，依据力矩原理(M＝F*d，F:作用力，d:力臂)，因此在力矩相同的情况下，力臂的长度加大将使施加的作用力减少。

操作时通过对脚踏板86施加作用力，曲柄机构10通过圆筒柱121带动中轴5和链轮组件7跟随各曲柄11做转动，在旋臂组件40从顶点位置向下旋转时，通过第一齿轮22被轴端齿轮12所驱动，进而带动转轴21和第二齿轮23产生旋转，通过第二齿轮23带动踏板端齿轮13旋转，从而使旋臂组件40与地面维持在恒定角度，且脚踏板86中心点的运动轨迹形成近圆周运动。又，旋臂组件40的运动方向与曲柄11的运动方向相反。

请参阅图14和图15所示，本申请自行车曲柄总成，除了可如上述实施例外，其中本实施例的中轴承接座82的两侧分别设有多个插槽821，转接构件6A主要包括环体611、自环体611外周面延伸出的多个外插条614及自环体611内周壁延伸出的多个内插条615，各外插条614是对应于中轴承接座82的各插槽821嵌设结合，内插条615则对应于轴端齿轮12的斜齿轮122的各嵌槽1221嵌设结合，如此亦具有前述实施例的相同效果。

以上所述仅为本申请的较佳实施例，非用以定本申请的专利范围，其他运用本申请的专利精神的等效变化，均应俱属本申请的专利范围。

Claims (12)

1.一种具有省力机制的曲柄装置，其特征在于，包括:

曲柄机构，包括曲柄、设置在所述曲柄的一端的轴端齿轮及设置在所述曲柄的另一端的踏板端齿轮；

传动机构，设置在所述曲柄的内部，所述传动机构包括转轴、第一齿轮及第二齿轮，所述转轴具有第一端及第二端，所述第一齿轮连接所述第一端并与所述轴端齿轮啮合传动，所述第二齿轮连接所述第二端并与所述踏板端齿轮啮合传动，在所述第一端和所述第二端分别设有至少环形沟；

多个支承组件，分别套接在所述转轴的所述第一端和所述第二端，每个所述支承组件包括外环圈及多个滚珠，各所述滚珠容置在各所述环形沟并分别被夹持在所述转轴和各所述外环圈的间；以及

旋臂组件，包括第一旋臂及第二旋臂，所述第二旋臂的一端连接所述第一旋臂，所述第二旋臂的另一端则连接所述踏板端齿轮。

2.如权利要求1所述的具有省力机制的曲柄装置，其特征在于，每个所述支承组件还包括定位环，所述定位环装设在所述外环圈内并用以对各所述滚珠分隔定位。

3.如权利要求2所述的具有省力机制的曲柄装置，其特征在于，所述定位环包括底圈及自所述底圈延伸的多个容珠部，各所述滚珠分别对应各所述容珠部置设，在所述底圈设有开口。

4.如权利要求1所述的具有省力机制的曲柄装置，其特征在于，所述转轴、所述第一齿轮和所述第二齿轮为一体构成。

5.如权利要求1所述的具有省力机制的曲柄装置，其特征在于，所述轴端齿轮包括内衬套、斜齿轮及滚珠轴承，所述曲柄包括外侧壳体和对应所述外侧壳体组接的内侧壳体，所述外侧壳体具有圆筒柱，所述内衬套套接所述圆筒柱，所述斜齿轮套接所述内衬套，所述滚珠轴承则套接所述斜齿轮并被所述内侧壳体和所述斜齿轮所共同夹持。

6.如权利要求1所述的具有省力机制的曲柄装置，其特征在于，所述曲柄包括外侧壳体和对应所述外侧壳体组接的内侧壳体，所述外侧壳体内部设有夹轴半部件，所述内侧壳体内部设有另一夹轴半部件，所述另一夹轴半部件对应于所述夹轴半部件配设并共同夹持各所述支承组件和所述转轴。

7.如权利要求6所述的具有省力机制的曲柄装置，其特征在于，在所述外侧壳体的所述夹轴半部件和所述内侧壳体的所述另一夹轴半部件的上端共同围设有上抵止壁，在所述外侧壳体的所述夹轴半部件和所述内侧壳体的所述另一夹轴半部件的下端共同围设有下抵止壁，一部分的所述支承组件贴接所述上抵止壁，另一部分的所述支承组件则贴接所述下抵止壁。

8.如权利要求1所述的具有省力机制的曲柄装置，其特征在于，所述曲柄包括外侧壳体和内侧壳体，所述踏板端齿轮包括轴套、前滚珠轴承、后滚珠轴承和斜齿轮，所述内侧壳体设有套设孔，所述轴套对应所述套设孔穿设，所述前滚珠轴承套接在所述轴套的一端并容置在所述套设孔内，所述斜齿轮套接在所述轴套的另一端，所述后滚珠轴承则套接在所述斜齿轮并被所述外侧壳体和所述斜齿轮所共同夹持。

9.如权利要求1所述的具有省力机制的曲柄装置，其特征在于，所述曲柄包括外侧壳体和内侧壳体，所述外侧壳体设有封边外围板及多个铆接柱，所述内侧壳体设有封边内缘面及多个套接孔，所述封边外围板对应于所述封边内缘面套接，各所述铆接柱则分别穿设各所述套接孔，并通过封合铆固加工使所述外侧壳体和所述内侧壳体固结。

10.一种自行车曲柄总成，其特征在于，所述自行车具有中轴承接座，所述曲柄总成包括:

中轴，穿接所述中轴承接座；

一组如权利要求1至9中的任一项所述的曲柄装置，每个所述曲柄装置连接在所述中轴的一端；以及

一组转接构件，每个所述转接构件套接每个所述轴端齿轮并且介于每个所述曲柄和所述中轴承接座之间。

11.如权利要求10所述的自行车曲柄总成，其特征在于，所述自行车还具有连接所述中轴承接座的立管，每个转接构件包括接合件及抵杆，所述接合件包括环体及自所述环体延伸的连接臂，各所述抵杆分别通过螺固组件锁接各所述连接臂，且各所述抵杆相互连接并抵贴所述立管。

12.如权利要求10所述的自行车曲柄总成，其特征在于，所述中轴承接座设有多个插槽，所述轴端齿轮设有多个嵌槽，每个所述转接构件包括环体、自所述环体外周面延伸的多个外插条及自所述环体内周壁延伸的多个内插条，各所述外插条对应于所述各插槽嵌设结合，各所述内插条则对应于各所述嵌槽嵌设结合。