TWI403654B - 鏈輪 - Google Patents

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TWI403654B
TWI403654B TW096145493A TW96145493A TWI403654B TW I403654 B TWI403654 B TW I403654B TW 096145493 A TW096145493 A TW 096145493A TW 96145493 A TW96145493 A TW 96145493A TW I403654 B TWI403654 B TW I403654B
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    • B62—LAND VEHICLES FOR TRAVELLING OTHERWISE THAN ON RAILS
    • B62M—RIDER PROPULSION OF WHEELED VEHICLES OR SLEDGES; POWERED PROPULSION OF SLEDGES OR SINGLE-TRACK CYCLES; TRANSMISSIONS SPECIALLY ADAPTED FOR SUCH VEHICLES
    • B62M9/00—Transmissions characterised by use of an endless chain, belt, or the like
    • B62M9/04—Transmissions characterised by use of an endless chain, belt, or the like of changeable ratio
    • B62M9/06—Transmissions characterised by use of an endless chain, belt, or the like of changeable ratio using a single chain, belt, or the like
    • B62M9/10—Transmissions characterised by use of an endless chain, belt, or the like of changeable ratio using a single chain, belt, or the like involving different-sized wheels, e.g. rear sprocket chain wheels selectively engaged by the chain, belt, or the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H55/00—Elements with teeth or friction surfaces for conveying motion; Worms, pulleys or sheaves for gearing mechanisms
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Description

鏈輪
本發明係一種鏈輪，其作用是將鏈條的圓周力(以下簡稱為”力”)從鏈條傳遞到傳動構件，或是反過來將力從傳動構件傳遞到鏈條，其中，鏈條會嵌入鏈輪外表面上之輪齒的齒，同時鏈輪與一個傳遞轉矩的傳動構件以不可轉動的固定的方式連接在一起，同時鏈輪在輪齒內帶有孔洞。
1999年11月9日公佈之美國專利US 5,980,407揭示一種作為剎車片或鏈輪的旋轉體，此種旋轉體並帶有設置在外環段及內環段之間的減重孔洞，這些減重孔洞係沿著傳動旋轉方向由內往外排列，因而形成一個懸空段，相較於沒有孔洞的圓片，這個懸空段在承受鏈條的荷載時容許外環段相對於內環段在傳動轉動旋轉方向上產生彈性扭轉。此外，在適於減重的型式中亦可設置孔洞，但是該種型式與輪齒的齒數沒有任何開係。
此外，Shimano有推出一種型號為CS-7800的盒式輪齒圈，這種盒式輪齒圈是由多個鏈輪所構成，其中有些鏈輪具有若干圓形孔洞，而且每一個圓形孔洞均位於一個齒的下方。這些孔洞均對稱於各自的齒中心線，而且其尺寸設計都只是作為減重之用。
本發明之鏈輪及已現有技術製造之鏈輪在齒的下方均具有作為減重之用的孔洞。如果這些孔洞對稱於齒中心線，則這就相當於一個剛性很高的支撐結構。可以根據對此支撐結構的要求改變位於孔洞之間的連接段的尺寸及形 狀，以便在傳動轉動方向上產生一定的彈性，在傳遞很大的力時，此彈性會導致彈性變形，這個彈性變形主要是由徑向上位於孔洞之外的輪齒區相對於徑向上位於孔洞內與傳動構件連接之區域的移動所構成。單一齒彼此之間的彈性是不存在的，或是不具任何重要性。
到目前為止，在以現有技術製造的鏈輪中，絕大部分的傳動負荷是由在負荷側嚙合的第一個齒所承受，也就是說最高達95%的傳動負荷是由這個齒承受，至於實際的比例則是由齒數、齒角、齒距、以及其他參數所決定。這會在鏈條的負荷齒面及輥子之間產生很高的表面壓力，因此當輥子進出鏈條時就會造成磨損。
在騎自行車時，每一個齒所承受的彎曲負荷都不相同，彎曲負荷的大小主要是由使用自行車的方式決定。公路自行車和登山自行車的鏈輪的最大負荷剛好會發生在構造空間因為許多個毗鄰排列在一起的鏈輪而受到最大限制的部位。這會導致在這些很細長的鏈輪上的齒出現裂痕，最後可能因裂痕愈來愈多而導致齒斷裂。這種情況會由於為使換檔更為順利而對齒的側面施加的壓印變得更嚴重，因為這種壓印會使鏈輪的板厚變得更薄。另外一種值得一提的使用方式是自行車在起動或靜止狀態下承受較長時間的最大負荷。鏈輪在這種情況下可能會因為側面彎曲而萎陷。
由於以現有的技術已經無法繼續滿足要製造出更細長、更輕的鏈輪的趨勢，因此本發明建議將配屬於各個單 一齒的彈性加總在一起，並藉由此彈性對兩個相鄰齒之間的機能剛性造成影響，使這兩個齒的間距能夠隨負載變化而適應給定的鏈距。經證實一種有利的方式是利用位於齒下方的孔洞達到此彈性，而這些孔洞係位於孔洞之外的一輪齒區及一在徑向上位於孔洞內與傳動構件連接的區域之間。孔洞的輪廓使每一個相關的單一齒形成一個由連接段構成的系統，這個系統使相關的單一齒在傳遞力時被鏈條的一個輥子在傳動轉動方向上彎曲，直到鏈條的另外一個輥子貼緊在傳動轉動方向上的下一個齒的負荷齒面，並能夠傳遞力為止。如果這個力夠大，則上句中提及的下一個齒的彎曲可以參與再下一個齒的力的傳遞。
孔洞的形狀為長條形，此長條形的形狀是從徑向上位於孔洞內的區域沿著傳動轉動方向向外延伸到孔洞外的輪齒區。因此會形成一由連接段構成的系統，構成此系統的連接段與齒之間有作用連接，且其一面是由孔洞的輪廓所構成。由於只有一個齒具有一個以這種方式形成的孔洞，因此定義出兩個橋形連接片，也就是一個位於輪廓及面對齒的負荷齒面的那半個齒槽之間的第一連接段，以及一個位於輪廓及面對非負荷齒面的另外半個齒槽之間的第二連接段，其中，傳遞力的負荷齒面在齒上位於非負荷齒面的對面。承受負荷時，齒產生的偏移量會使第一連接段受到拉力負荷，以及使第二連接段受到壓力負荷。由於在傳動轉動方向上有一個向前移動之配屬於第二齒的第二個孔洞，因此在兩個孔洞之間有第三連接段，在前面提及的齒受到負荷時，受到壓力負荷的第二連接段會使第三連接段 受到彎曲負荷。
如果位於一個孔洞上方的齒具有不同於其他齒的構造，例如板厚較薄，則該孔洞的輪廓會因為連接段的彈性而變得不同於其他孔洞的輪廓。如果連接段的彈性沒有配合輪廓的改變而作相應的改變，就會導致負荷齒面被削弱，因而提早被磨損。
一種有利的方式是在輪齒的每一個齒的下方都設置一孔洞，這樣不論鏈輪與踏板上的一個傳動鏈輪之間的位置關係是如何，每一個齒的彈性都會有助於減少負荷齒面的磨損。因此本發明具有以下的優點：--減少負荷齒面的磨損；--防止不同的齒在新狀態下因為間距不精確而受到不同大小的力作用；--減少鏈條的輥子承受的負荷；--降低變速時產生的負荷峰值導致齒出現裂痕的風險；--降低因彎曲交變負荷產生的最大應力；--將力的傳遞擴大到多個前後接在一起的齒上，以及縮小鏈輪及/或傳動構件因靜態負荷造成的彎折；--使用耐磨損性較高且強度參數較低的材料；--達到更好的減重效果；因此本發明的目的是提出一種用於鏈條傳動機構的鏈輪，尤其是一種用於自行車的鏈輪，這種鏈輪比以現有技術製造的鏈輪具有更好的減重效果、更高的耐磨損性、及/或能夠傳遞更大的力、而且能夠以鋼以外的材料來製造這 種鏈輪。
採用具有本發明之主申請專利項目之特徵的鏈輪即可達到上述目的。本發明之副屬申請專利項目的內容為本發明之各種有利的實施方式。
以下配合圖式對本發明之鏈輪做進一步的說明。
鏈條(1)與鏈輪(2)上的輪齒(3)的齒(4)嚙合，並在自行車前進時將轉矩傳遞到與自行車的後輪連接在一起的傳動構件(12)上。齒(4)具有負荷齒面(5)，以及在傳動轉動方向(13)與負荷齒面(5)隔中心線(21)相對而立的非負荷齒面(6)，其中，鏈條(1)的每一個輥子(7)都會進入位於兩個齒(4)之間的齒槽，並經由負荷齒面(5)將力(17)傳遞到鏈輪(2)的每一齒(4)。
根據第1圖，鏈輪(2)具有位於齒(4)下方的孔洞(10)，孔洞(10)為長條形並具有輪廓(11)。在輪廓(11)及面對負荷齒面(5)的半個齒槽之間形成第一連接段(14)。在輪廓(11)及面對非負荷齒面(6)的半個齒槽之間形成第二連接段(15)。第一連接段(14)及第二連接段(15)的作用是使齒(4)與鏈輪(2)形成彈性連接。負荷齒面(5)與非負荷齒面(6)隔著齒(4)的中心線(21)相對而立。從第1圖可以看出，齒冠因為力(17)的作用而產生偏移量(19)。
根據第2圖，在傳動轉動方向(13)上有另外一個孔洞(10)接在前面提及的第一個孔洞(10)之後，並形成一個第三連接段(16)，其作用是進一步強化前述之齒(4)的彈性。在第2圖中，齒冠因為力(17)的作用而產生的偏移量(20)會大 於偏移量(19)，原因是第三連接段(16)在兩個相鄰孔洞(10)之間的長度相當大，因此具有更大的彎曲彈性。
第3圖顯示孔洞(10)在鏈輪的整個圓周上的配置方式。第3圖也顯示在徑向上位於孔洞(10)之外的輪齒區(8)及在徑向上位於孔洞(10)內的區域(9)的配置方式。輥子(7)緊靠在齒(4)的負荷齒面(5)上。傳動構件(12)承擔區域(9)的轉矩。
第4圖顯示鏈條(1)，此鏈條(1)有3個輥子(7)緊靠在齒(4)的負荷齒面(5)上，以及另有2個輥子(7)已經脫離與鏈輪(2)的嚙合。每一個鏈輪(2)的板厚(18)對於鏈輪(2)都扮演很重要的角色，板厚(18)會因為在齒(4)上的壓印而變薄，其目的通常是在換檔時為了協助鏈條(1)從較小的鏈輪(2)換到較大的鏈輪(2)上。
本發明的優點主要是每一個齒(4)在傳動轉動方向上均具有彎曲彈性，因此可以避免負荷峰值的出現。
1‧‧‧鏈條
2‧‧‧鏈輪
3‧‧‧輪齒
4‧‧‧齒
5‧‧‧負荷齒面
6‧‧‧非負荷齒面
7‧‧‧輥子
8‧‧‧輪齒區
9‧‧‧區域
10‧‧‧孔洞
11‧‧‧輪廓
12‧‧‧傳動構件
13‧‧‧傳動轉動方向
14‧‧‧第一連接段
15‧‧‧第二連接段
16‧‧‧第三連接段
17‧‧‧力
18‧‧‧板厚
19‧‧‧偏移量
20‧‧‧偏移量
21‧‧‧中心線
第1圖：鏈輪的部分斷面圖，顯示位於齒下方的孔洞，以及所形成的第一連接段及第二連接段及偏移量。
第2圖：鏈輪的部分斷面圖，顯示兩個孔洞、第三連接段、以及偏移量。
第3圖：鏈輪的部分斷面圖，顯示輥子及在每一個齒下方都有孔洞，以及第三連接段。
第4圖：鏈輪的部分斷面圖，此鏈輪與鏈條的輥子嚙合。
2‧‧‧鏈輪
3‧‧‧輪齒
4‧‧‧齒
5‧‧‧負荷齒面
6‧‧‧非負荷齒面
7‧‧‧輥子
9‧‧‧區域
10‧‧‧孔洞
12‧‧‧傳動構件
14‧‧‧第一連接段
15‧‧‧第二連接段
16‧‧‧第三連接段

Claims (6)

  1. 一種鏈輪(2)，其作用是將鏈條(1)的圓周力(以下簡稱為”力”)從鏈條(1)傳遞到傳動構件(12)，或是反過來將力從傳動構件(12)傳遞到鏈條(1)，其中，鏈條(1)會接合配置在鏈輪(2)外側上之輪齒(3)的齒(4)，並且鏈輪(2)與一傳遞轉矩的傳動構件(12)以不可轉動的固定方式連接在一起，且其中鏈輪(2)在輪齒(3)內帶有孔洞(10)，其中鏈輪(2)之齒(4)配設有一孔洞(10)，這個孔洞(10)經由一條徑向延伸的中心線(8)穿過齒(4)而分成不對稱的兩半，且孔洞(10)會接近齒(4)的負荷面(5)，因此在負荷面(5)及孔洞(10)的輪廓(11)之間形成一第一連接段(14)，孔洞(10)也會接近齒(4)的非負荷面(6)，並在非負荷面(6)及孔洞(10)的輪廓(11)之間形成一第二連接段(15)；其特徵在於：經由鏈條(1)的輥子(7)對齒(4)的負荷面(5)施加負荷的情況下，位於齒(4)的負荷面(5)及孔洞(10)的輪廓(11)之間的第一連接段(14)是作為張力元件受力；經由鏈條(1)的輥子(7)對齒(4)的負荷面(5)施加負荷的情況下，位於齒(4)的非負荷面(6)及孔洞(10)的輪廓(11)之間的第二連接段(15)是作為壓力彎曲元件受力；多個前後連續的齒(4)各配設有孔洞(10)，且相對於齒(4)在傳動轉動方向(13)接在作為拉力元件受力的第一連接段(14)之後的孔洞(10)形成一第三連接段(16)，該第三連接段(16)承受第二連接段(15)的負荷作為彎曲元件受力。
  2. 如申請專利範圍第1項的鏈輪，其中作為拉力元件受力的第一連接段(14)的長度大於作為壓力彎曲元件受力的第二連接段(15)的長度。
  3. 如申請專利範圍第1項的鏈輪，其中由於受到鏈條(1)輸出的最大的力(17)作用的第一個齒(4)會在傳動轉動方向(13)上彎曲，因此第一個齒(4)與在傳動轉動方向(13)上接在後面的第二個齒(4)的間距會變大，所以第二個齒(4)會傳遞較大部分的力(17)。
  4. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項的鏈輪，其中由於第二個齒(4)也會在傳動轉動方向(13)上彎曲，因此第二個齒(4)與在傳動轉動方向(13)上接在後面的第三個齒(4)的間距會變大，所以第三個齒(4)會傳遞較大部分的力(17)。
  5. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項的鏈輪，其中由於在傳動轉動方向(13)上的前一個齒(4)彎曲而使間距變大，使得在傳動轉動方向(13)上接在後面且原本尚未參與力(17)的傳遞的下一個齒(4)也會參與力(17)的傳遞。
  6. 如申請專利範圍第1項至第3項中任一項的鏈輪，其中如果位於至少一個孔洞(10)上方的齒(4)具有不同於其他齒(4)的構造，例如板厚(18)較薄，則該至少一個孔洞(10)的輪廓會因為其連接段(14，15，16)的彈性而變得不同於其他孔洞的輪廓(10)。
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