CN1337340A - 带有链条支撑凸台的自行车链轮 - Google Patents

Abstract

一种链轮组件,是为具有一大链轮和一小链轮的自行车而设置的。大链轮包括一个或多个形成于侧表面上的链条支撑凸台,该侧表面与小链轮相对。每个凸台包括一接触部,该接触部限定一接触表面使得其与从小链轮转换到大链轮的链条下端相接触,而不啮合。这些具有一定尺寸和形状的凸台设置在大链轮上,且该尺寸和形状允许这些凸台在换档操作前从外链节间通过。设置链条支撑凸台是,为了在链条从小链轮转换到大链轮的过程中,使接触表面接触到与小链轮啮合的链条,并将链条径向地向大链轮外托起。

Description

带有链条支撑凸台的自行车链轮

             对相关申请的交叉引用

本申请要求2000年6月30日递交的美国临时专利申请系列60/215,769的优先权。整个美国临时专利申请系列号：60/215,769的说明书结合于此作为参考。

发明背景

1.发明领域

本发明一般地涉及了一种形成于链轮上的结构，以辅助自行车链条的换档。更为具体地讲，本发明涉及于一个于一个链轮上形成有多个凸台的链轮组件，以辅助自行车链条从一个小链轮转换到一个大链轮。

2.背景信息

在带有拨链器的自行车的一个多级链轮组件中，链条通过拨链器的转换力可从一小链轮移动到一大链轮。在一传统的链轮组件中，链条的一个侧表面与大链轮的一个侧表面接触，大链轮通过接触所产生的摩擦力支撑链条。随着大链轮的旋转，链条径向地向该大链轮外升起而与链轮齿啮合。

然而，以这种方式来实现链条的换档需要在链条与大链轮间产生足够的磨擦力，以随着链轮的旋转可靠地托起链条。换言之，拨链器必须施加强大的力以便将链条压在大链轮上。

在转换操作中，当有大的驱动载荷时，链条会从大链轮上打滑。这使得用大链轮将链条托起成为困难，或导致链条转换的延迟。为了克服这个问题，本发明的受让人-Shimano公司-研制了一个带有凸台的链轮组件，这些凸台辅助自行车链条实现换档，如在授予Nagano(长野)的美国专利号5,413,534所公开的一样。整个美国临时专利申请系列号5,413,534的说明书结合于此作为参照。尽管在Shimano专利中所阐述的大链轮组件在将链条从一较小链轮转换到一较大链轮时运作良好，但大链轮上的凸台在转换过程中有时也会造成轻微阻碍。换言之，凸台造成的阻碍会使换档操作不平稳，并产生令骑车者不舒服的感觉。

鉴于上述情况，就需要改进的链轮组件来克服现有技术中以上的问题。本发明满足了现有技术中的这种需要及其它需要，本领域的技术人员从本说明书中将明显看出这一点。

发明综述

本发明的一个目的是提供一链轮组件，其可实现一小链轮与一大链轮之间的平稳转换。

本发明的一个目的是提供一链轮结构，可相对容易地将链条从一小链轮转换到一大链轮，甚至在大驱动载荷下也可可靠地实现。

本发明的上述目的基本上可通过提供一个在较大链轮上带有改进凸台的链轮组件达到。

本发明的上述目的也可通过为自行车设置一包括大小链轮的链轮组件而达到。小链轮有一组周向隔开的齿。大链轮有一组周向隔开的齿和至少一个位于大链轮侧表面上的第一链条支撑凸台，该侧表面面向小链轮。第一链条支撑凸台包括一用以与链条的外链节板的下表面相接触的接触表面，该链条是从小链轮转换到大链轮。确定第一链条支撑凸台的取向和尺寸以使其在一对相邻外链节板间滑动。第一链条支撑凸台设置成与大链轮的齿邻近，以便在链条从小链轮转换到大链轮过程中使接触表面接触到与小链轮啮合的链条，并将链条相对于大链轮的旋转中心径向地向外托起。

上述目的也可通过为自行车的一大链轮设置改进的凸台而达到。该链轮包括一组周向隔开的齿和至少一个位于大链轮侧表面上的第一链条支撑凸台，该侧表面面向一相邻的小链轮。第一链条支撑凸台包括一个用以与链条的外链节板的下表面相接触的接触表面，该链条是从相邻的小链轮转换到大链轮的。确定第一链条支撑凸台的取向和尺寸，以使其在一对相邻外链节板间滑动。第一链条支撑凸台设置成与大链轮的齿邻近，以便在链条从相邻小链轮转换到大链轮过程中，使接触表面接触到与相邻小链轮啮合的链条，并将链条相对于大链轮的旋转中心径向地向外托起。

本领域熟练技术人员从以下详细描述中将明显看出本发明的上述及其它目的、特征、方面和优点，该详细描述连同附图公开了本发明的一个优选实施例。

附图简述

现在参照形成本原始公开一部分的附图：

图1是一自行车驱动系主要部分的局部示意性侧视图，该自行车具有一个根据本发明的二级链轮组件。

图2是该链轮组件的一个内部立面图，该组件具有一个根据本发明的链条转换辅助机构。

图3是带有如图2所示链条转换辅助机构的链轮组件的一主要部分的一个放大的局部内部立面图。

图4(a)是表示链轮和由拨链器转换的链条之间的位置关系的俯视图，但是在链条通过如图2和3所示的链条转换辅助机构而与大链轮齿的啮合之前。

图4(b)是表示链轮与链条之间位置关系的俯视平面图，并且是通过如图2、3所示的链条转换辅助机构的提升作用，链条与大链轮的一个齿啮合后。

图5是大链轮与链条的一部分的分解俯视图。

图6(a)是沿图3上6-6线所取的链轮与链条的示意性剖面图。

图6(b)与图6(a)类似，是铆接在大链轮上的凸台的剖面图。

图7是链轮组件的一部分的放大侧立面图，其中链条与大链轮的链条转换辅助机构相接合。

图8(a)是链轮组件示意图，图示了在链轮组件旋转过程中，与链条内链节对准的凸台。

图8(b)，与图8(a)类似，是链轮组件示意图，图示了在链轮组件旋转过程中，在链条外链节之间滑动的凸台。

图8(c)，与图8(a)和8(b)类似，是链轮组件示意图，图示了在链轮组件旋转过程中，通过链条后的凸台，和

图9是一在本发明的进一步实施例中具有三级链轮组件的自行车的主要部分的侧视图。

优选实施例详述

首先参照图1，示出了依据本发明第一实施例的带有一个两级变速装置的自行车的驱动系的主要部分、附图示出了可摆动地支撑踏板3的曲柄1、一大链轮S1、一小链轮S2、一链条4、一后链轮5和一前拨链器6。如在自行车的传统驱动机构中一样使曲柄1支撑的踏板3转动以驱动链轮S1和S2，驱动力通过链条4传至后链轮5。拨链器6可操作以将链条4从一个前链轮转换到另一个。

如图2和图3所示，所示的链轮组件有一大链轮S1和一小链轮S2，在大前链轮S1上设有一链条转换辅助机构。该链条转换辅助机构辅助链条4从小链轮S2转换到大链轮S1。该链条转换辅助机构包括一组链条支撑凸台10和11，这些链条支撑凸台10和11形成在与小链轮S2相对的大链轮S1的侧表面7上。亦即，大链轮S1包括一组(四个)外链条支撑凸台10和一组(四个)内链条支撑凸台11，这些内外链条支撑凸台10、11形成在与中间链轮S2相对的侧表面7上。这些凸台10、11允许链条4从中间链轮S2轻松而又可靠地转换到大链轮S1。

在该优选实施例中，从与大链轮S1相垂直的方向看去，链条支撑凸台10是细长的或非圆部件；而从与大链轮S1大体上相垂直的方向看去，链条支撑凸台11大体上是圆销。在图中所示的该优选实施例中，外链条支撑凸台10最好是细长凸台，带有一对凸起弯曲的端接触表面10a和一对平的侧表面10b。凸起弯曲的端接触面10a之间的距离形成了凸台10的长度，其最好约为6.0毫米。该对平的侧表面10b之间的距离形成了凸台10的宽度，其最好约为3.9毫米。如图7所示，凸台10的纵轴线A与链条板P大体上相垂直。

每一个链条支撑凸台10和11都可以与链轮S1的链环整体地形成如图6(a)所示，或者可通过一个铆钉或其它紧固件8被固定在大链轮S1上，这类似于美国专利号5,413,534，如图6(b)所示。

如图6(b)所示，当凸台10和11被固定在大链轮S1上时，可以使凸台的边缘朝大链轮S1成一锥度或倾斜。就凸台10来说，接触表面10a分别轴向地向凸台10的中心轴线成一锥度。就凸台11来说，其圆周外表面分别轴向地向凸台11的中心轴线成一锥度。

如图2所示，四个外链条支撑凸台10的每个都形成于大链轮S1的其中一个链驱动齿12的近侧区域。四个内链条支撑凸台11径向地形成在四个外链条支撑凸台10的内侧。更具体地讲，设置各相邻对的外、内链条支撑凸台10、11使得由与凸台10、11接触并在两者之间延伸的链节形成的链迹大体上是一大体直的链迹。例如，在该图示实施例中，与美国专利号5,413,534的图13所示的现有技术相比，由图7的凸台10、11支撑的和位于两者之间的链节9a、9b、9c形成一个大体上是直线的链迹。该直线链迹归因于凸台10、11之间的径向间隔。更为具体地讲，相对于现有技术专利的内凸台本发明的内链条支撑凸台11布置在一较小直径上。当然，凸台10和11的精确直径或位置取决于链轮尺寸。在任何情况下，由穿过链节9a摆动点的第一平面与穿过链节9c摆动点的第二平面相交而形成一个最好约10°或小于10°的角度。

如图2、6(a)和7所示，链条支撑凸台10和11与形成于大链轮S1上的凹槽18相配合。设置这种结构，是为了使大链轮S1和小链轮S2之间有一小的距离，尽管链条支撑凸台10和11在很大程度上要凸出。

基本上，四对内、外链条支撑凸台10和11形成于大链轮S1上。如此设计相邻对的内、外链条支撑凸台10和11，即一对布置来与外链节板4a对准，而内、外链条支撑凸台10和11的另一对布置来与内链节板4b对准。换言之，内、外链条支撑凸台10和11对的两对相隔180°，并与外链节板4a对准。内、外链条支撑凸台10和11对的另两对相隔180°，并与内链节板4b对准。换一种表述，相邻对的支撑凸台10和11的外链条支撑凸台10由与链条4的奇数个(三)连续链节板的长度大体相等的距离隔开。类似地，相邻对的支撑凸台10和11的内链条支撑凸台11由与奇数个(三)链节板的长度大体相等的距离隔开。每对凸台10和11的内、外链条支撑凸台10和11由与偶数个(两)链节板的长度大体相等的距离互相隔开。这样，当链条4由拨链器6从小链轮S2转换到大链轮S1后，链条支撑凸台10和11可以定位为，或从链条4的外链节板4a间通过，或与链条4的外链节板4a接触。如图4(a)、4(b)和6(a)所示，链条支撑凸台10和11可操作而仅仅托起链条4，而不与链条4啮合。

四个链条支撑凸台11最好径向地设置在四个外链条支撑凸台10的内侧。并且，相对于大链轮S1的转动驱动方向F，四个内链条支撑凸台11最好沿周向设置在四个外链条支撑凸台10前。确定链条支撑凸台10和11的尺寸和形状，这样，当其与内链节板4b对准时，它们可以从一对外链节板4a间且沿着内链节板4b通过，而不与内链节板4b接触。换言之，在换档操作中，平行于链迹P测量，链条支撑凸台10有一宽度D1。在链条换档操作中，从平行于链迹P的方向测量，内链条支撑凸台11有一直径或宽度D₂。如图5和7所示，相邻外链节板4a的端部被间隔开距离D₃，该距离分别要比链条支撑凸台10和11的宽度或直径D₁和D₂要大。

四个内链条支撑凸台11最好横截面为圆形，并比外链条支撑凸台10的宽度D1要小。当然了，精通本技术的人而言从本说明书中可明显看出，只要别的形状能够实现本发明的精华，也是可能的。内链条支撑凸台11被定位在链迹P附近，而链迹P从小链轮S2延伸至大链轮S1，从而有助于大链轮S1的换档操作12a。

当内链节板4b与内链条支撑凸台11对准时，内凸台11位于换档操作的外侧。也就是说，当内链节板4b与凸台10和11对准时，内、外链条支撑凸台10和11不与链条4a啮合。换档于下一个齿轮位置完成。

另一方面，即使当凸台与内链节对准时传统的凸台也与链条啮合。亦即，即使凸台和链条于一个可以引起换档操作的位置上不对准，凸台也与链条啮合。这样，在现有技术中，凸台造成妨碍，使得换档操作不平稳，并引起令人不舒服的感觉。另一方面，在本发明中，通过链条支撑凸台10和11的形状和第二个凸台的角度使得换档操作平稳实现，链条支撑凸台10和11在链条的外链节间轻松滑过。

链条支撑凸台10和11的位置根据链条4的尺寸和驱动齿12的形状来确定。当链条4与支撑凸台11之一接触时，这些驱动齿之一，如齿12a，是链条4开始啮合的第一齿。相似地，当链条4与支撑凸台10接触时，链条4开始与第二个驱动齿12b啮合。这样，链条支撑凸台10和11从相应的驱动齿向链轮轴线并沿如图3所示的驱动方向F位移。

如图7所示，此处所用链迹P意指链条4的部分的纵轴线，其从与大链轮S1的齿12b接触的链条4的滚轮表面和链条4离开小链轮S2的点间延伸出来。

每个在上述位置布置的链条支撑凸台10和11，随着大链轮S1的旋转，是可操作的以把由拨链器6转换的链条4托起，并将链条4移向驱动齿12之一。当链轮S1和S2旋转且拨链器6操作时，内链条支撑凸台11之一和随着大链轮S1旋转的外链条支撑凸台10之一移动到链条4下的一个位置，并与链条4的外链节板4a对相接触，如图4(b)和图7所示。

具体而讲，大链轮S1的旋转使内链条支撑凸台11之一一开始就将链条4径向地向大链轮S1外托起。在此时，外链条支撑凸台10在已抬高的链条4下运动，并与其接合但不啮合。通过链条支撑凸台10和11的提升动作和拨链器6的转换动作，链条4与大链轮S1的一个驱动齿12啮合，该驱动齿先于任何别的齿与链条4接触。这样，就将链条4从中间链轮S2轻松而又可靠地转换到大链轮S2。

随着大链轮S1的进一步旋转，拨链器6的转换力使链条4与驱动齿12之一啮合，而与链条支撑凸台10和11脱离接合。这就完成了链条4从小链轮S2到大链轮S1的转换。

内链条支撑凸台11的位置根据链条4的尺寸和形状而确定。如图2所示，使内链条支撑凸台11从外链条支撑凸台10向链轮轴线并沿图2所示链轮旋转方向F位移。

外链条支撑凸台10也位于根据链条4的尺寸和形状而确定的位置。外链条支撑凸台10径向地从驱动齿12向大链轮S1的轴线，并在链轮旋转方向F上位移。

链条支撑凸台10和11经硬化以抵抗与链条4的摩擦。在上述实施例中，链条支撑凸台10和11整体地形成大链轮S1的组成部分。然而，这些凸台10和11也可以形成与大链轮S1分离的部件。最好链轮S1由钢制成，且链条支撑凸台10和11是经压制链轮并将模压加工的凸台硬化处理以增强其耐磨性能而模压加工成的。该硬化处理可以省略，取决于形成链轮的材料的耐磨性、硬度和其它性能。

参阅图9，其描述了一个三级链轮组件的实施例。该链轮组件包括一大链轮S1、一中间链轮S1A和一小链轮S2A。如在自行车的传统驱动机构中一样，使曲柄1转动，以将驱动通过一链条4从链轮S1、S1A和S2A传动到一后链轮5。一个拨链器6通过在链轮S1、S1A和S2A之间转换链条4而提供三个速度。基本上讲，在本实施例中，如在第一实施例中一样，大链轮S1和中间链轮S1A上均设置有凸台。换言之，本实施例的链轮S1与第一实施例中的链轮相同。中间链轮S1A与第一实施例的小链轮S2相同，但有一组与大链轮S1类似的凸台。除了链轮S2A比第一实施例中的链轮S2的直径略小以外，两者基本上是相同的。鉴于本实施例与第一实施例的相似性，在此将不再详述或详示该实施例。

就所有描述的实施例而论，都设置有一组链条支撑凸台和一组链条转换齿，在链轮旋转过程中，随着链条4与链条支撑凸台和链条转换齿接合机会的增多，转换操作得以快速实现。在任何情况下，可只设置一个链条支撑凸台或一个链条转换齿。此外，链条支撑凸台和链条转换齿可只在中间链轮上设置或在大链轮和中间链轮上设置。

程度用词，如“大体”、“大约”、“近似”，意指其所修饰的词有一合理数量的偏移而其最终结果不会有较大变化。如果这不会否认其所修饰的词的含义，这些词则阐释为可包含其所修饰的词有±5％的偏移。

尽管只选了一些实施例来示例本发明，但对于精通本技术的人士而言，显然可以作不同的改动和改进而不超出如后附权利要求书所定义的本发明的范围。而且，根据本发明对实施例的前面叙述仅为示例之用，不是用于限定如在后附权利要求书及与其同等物所限定的本发明的目的。

Claims (32)

1.一种自行车链轮组件，包括：

具有一组周向隔开的齿的小链轮；和

具有一组周向隔开的齿、至少一个紧固在其上的非整体式第一链条支撑凸台，和至少一个紧固在其上的非整体式第二链条支撑凸台的大链轮，上述第一和第二链条支撑凸台紧固在面向上述小链轮的上述大链轮的一侧表面上；

上述第一链条支撑凸台包括一接触表面，该接触表面是设置来与从上述小链轮转换到上述大链轮的链条外链节板的下表面接触的，确定上述第一链条支撑凸台相对于上述大链轮的齿的取向尺寸，从而其得以在一对相邻外链节板之间滑动；

上述第一链条支撑凸台置于上述大链轮的所述齿的邻近，以便在链条从上述小链轮转换到上述大链轮的过程中，使上述接触表面接触到与上述小链轮啮合的链条，并将链条相对于上述大链轮的旋转中心径向地向外托起；

上述第二链条支撑凸台包括一接触表面，该接触表面是设置来与从上述小链轮转换到上述大链轮的链条的下表面接触的；

上述第二链条支撑凸台相对于上述第一链条支撑凸台设置在一较小直径的位置上，这样，与上述第一和第二链条支撑凸台相接触并位于其间的链条的链节形成一条基本直的链迹。

2.如权利要求1所述的链轮组件，其中

上述第一和第二链条支撑凸台轴向地从上述大链轮朝上述小链轮延伸约1.2毫米。

3.如权利要求1所述的链轮组件，其中

上述大链轮由铝制成。

4.如权利要求1所述的链轮组件，其中

上述第一链条支撑凸台的接触表面是凸起弯曲表面，其位于上述大链轮的所述齿之一的邻近。

5.如权利要求1所述的链轮组件，其中

上述第一链条支撑凸台被形成为一细长部件，在一换档操作中其长度具有一大体上与链迹相垂直的轴线。

6.如权利要求1所述的链轮组件，

上述第一链条支撑凸台从与上述大链轮相垂直的方向看去有一非圆凸台。

7.如权利要求6所述的链轮组件，其中

上述第一链条支撑凸台有一比其宽度要大的长度。

8.如权利要求7所述的链轮组件，其中

上述第一链条支撑凸台有一对基本平的表面，该平表面限定了上述第一链条支撑凸台的宽度。

9.如权利要求7所述的链轮组件，其中

上述第一链条支撑凸台的所述长度约为6.0毫米，其宽度约为3.9毫米。

10.如权利要求9所述的链轮组件，其中

上述第一和第二链条支撑凸台轴向地从上述大链轮向上述小链轮延伸约1.2毫米。

11.如权利要求7所述的链轮组件，其中

上述第一链条支凸台有一对基本上凸起弯曲的表面，该表面限定了上述长度。

12.如权利要求11所述的链轮组件，其中

上述第一链条支撑凸台有一对基本上平的表面，该表面限定了该第一链条支撑凸台的所述宽度。

13.如权利要求12所述的链轮组件，其中

上述第一链条支撑凸台轴向地从上述大链轮向上述小链轮延伸约1.2毫米，上述第一链条支凸台的所述长度约6.0毫米，上述第一链条支撑凸台的宽度约3.9毫米。

14.如权利要求1所述的链轮组件，其中

上述第一链条支撑凸台的所述接触表面在上述大链轮的轴向方向上倾斜。

15.如权利要求1所述的链轮组件，其中

上述第一和第二链条支撑凸台由一定距离间隔开，该距离约与偶数个链节板的长度相等。

16.如权利要求1所述的链轮组件，其中

上述大链轮包括一组上述第一和第二链条支撑凸台。

17.如权利要求1所述的链轮组件，其中

上述大链轮包括四对上述第一和第二链条支撑凸台。

18.一个自行车大链轮，包括：

一组周向隔开的齿；

至少一个紧固在上述大链轮的侧表面上的非整体式第一链条支撑凸台，该侧表面面向一相邻的小链轮；上述第一链条支撑凸台包括一接触表面，该接触表面是设置来与从相邻的小链轮转换到上述大链轮的链条外链节板的下表面接触的；确定上述第一链条支撑凸台的取向和尺寸，以便在一对相邻外链节板之间滑动；和

至少一个紧固在上述大链轮的上述侧表面上的非整体式第二链条支撑凸台，该侧表面面向上述小链轮；上述第二链条支撑凸台包括一接触部，该接触部限定一接触表面，用以与从上述小链轮转换到上述大链轮的链条下表面相接触，上述第二链条支撑凸台具有相对于上述第一链条支撑凸台径向地向内定位的中心；

上述第一链条支撑凸台置于上述大链轮的所述齿的邻近，以便在链条从相邻的小链轮转换到上述大链轮的过程中，使上述接触表面接触到与相邻小链轮啮合的链条，并将链条相对于上述大链轮的传动中心径向地向外托起；

上述第二链条支撑凸台设置在一相对于上述第一链条支撑凸台较小直径的位置上，这样，与上述第一和第二链条支撑凸台相接触并位于其间的链条的链节形成一条基本直的链迹。

19.如权利要求18所述的大链轮，其中

上述第一和第二链条支撑凸台轴向地从上述大链轮延伸约1.2毫米。

20.如权利要求18所述的大链轮，其中

上述大链轮由铝形成。

21.如权利要求18所述的大链轮，其中

上述第一链条支撑凸台的接触表面是一凸起弯曲的表面，其置于上述大链轮的所述齿之一的邻近。

22.如权利要求18所述的大链轮，其中

上述第一链条支撑凸台被形成为一细长部件，在一换档操作中，其长度具有一大体上与链迹相垂直的轴线。

23.如权利要求18所述的大链轮，其中

上述第一链条支撑凸台从与上述大链轮相垂直的方向看去有一非圆凸台。

24.如权利要求23所述的大链轮，其中

上述第一链条支撑凸台有一比其宽度要大的长度。

25.如权利要求24所述的大链轮，其中

上述第一链条支撑凸台的长度约为6.0毫米，其宽度约为3.9毫米。

26.如权利要求25所述的大链轮，其中

上述第一链条支撑凸台有一对基本平的表面，该平表面限定了上述第一链条支撑凸台的宽度。

27.如权利要求26所述的大链轮，其中上述第一链条支撑凸台有一对基本上凸起弯曲的表面，该表面限定了上述第一链条支撑凸台的所述长度。

28.如权利要求22所述的大链轮，其中

上述第一链条支撑凸台的接触表面在上述大链轮的轴向方向上倾斜。

29.如权利要求22所述的大链轮，其中

上述第一和第二链条支撑凸台由一定距离间隔开，该距离约与偶数个链节板的长度相等。

30.如权利要求22所述的大链轮，其中

上述大链轮包括一组上述第一和第二链条支撑凸台。

31.如权利要求22所述的大链轮，其中

上述大链轮包括四对上述第一和第二链条支撑凸台。

32.如权利要求22所述的大链轮，其中

上述第二链条支撑凸台从与上述大链轮垂直方向看去有一圆形轮廓。

Images