TW201636263A - 具有彈性定心元件之齒狀鏈輪 - Google Patents

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Abstract

一種具有彈性定心元件之齒狀鏈輪輪轂，包括：輸入軸，具有容納部及圓柱形的外表面；鏈輪，可與該輸入軸相接合，該鏈輪包括至少兩個第一表面，每個第一表面被配置在一彎樑上，以使每個第一表面可在徑向上彈性地移動，該兩個第一表面係支承在該外表面上，而該兩個第一表面各具有小於該外表面之半徑D的半徑d；至少一個第二表面，可在比該第一表面小之程度上徑向移動，該第二表面係與該容納部相接合，以防止該鏈輪與該輸入軸之相對旋轉；以及，第三表面，與該第二表面成合作關係，該第三表面支承在該輸入軸之外表面上，而該第三表面係與該外表面具有餘隙配合。

Description

具有彈性定心元件之齒狀鏈輪
本發明係有關於一種齒狀鏈輪，更特別地，是有關於一種具有彈性定心元件之齒狀鏈輪，其具有配置在一彎樑(bending beam)上且可徑向移動的第一表面、可在比該第一表面為小的程度上徑向移動的第二表面、及與該第二表面成合作關係的第三表面，該第三表面支承在輸出軸之外表面上，而該第三表面係與該外表面具有餘隙配合(clearance fit)。
鏈條驅動在諸如自行車之類的兩輪車上為動力傳動之主要手段。鏈條亦使用於許多機器的動力傳動。鏈輪常常經由形狀配合的軸/輪轂連接裝置(form-fitting shaft/hub connection)而連接至軸。通常，這些及其它連接手段係以相對於圓柱形連接表面之局部突出及凹陷而起作用。軸與輪轂間之一些游隙配合(free play fit)對於這些連接手段之正常工作是很重要的。然而，在負荷下且如果軸與輪轂間之公差太大，則可能造成兩個組件間之擺動。這被認為是負面的。另一方面，高品質的配合對使用機械加工製程的製造而言，係相對昂貴。這在製造低成本大量產品時是不利的。
鏈輪在具有齒轂(hub gears)之經濟實惠的自行車上係薄形的。此組件通常是2至3毫米寬，且通常是由鋼材所製成的衝 壓件並具有三個以上的帶齒驅動凸輪(drive cams)，其係與在齒轂之輸入軸上的凹槽相嚙合。這兩個組件間之配合通常是餘隙配合。這是必需的，以便使用諸如燒結、鑄造或衝壓之類的低成本製造方法。為了防止鏈輪在輸入軸上軸向移動，通常係藉由鎖緊墊圈(lock washer)或扣環(snap ring)以保持在適當位置。
近年來，在汽車技術及一般驅動技術中的許多鏈條驅動手段已被齒狀皮帶驅動手段(toothed belt drives)所取代。其優點包括較低的重量、較長使用壽命、較小的噪音、及可在沒有潤滑劑下運作。特別地，在具有齒轂之自行車領域中，依據EP000002289792A1、CA000002749293A1及US000007854441B2之齒狀皮帶驅動手段變得更普遍。
因為習用的齒狀皮帶驅動手段在其皮帶上需要限定的預負載，所以在後輪轂上的擺動齒狀皮帶盤將無法維持固定的張力。如果齒狀皮帶盤未能置中且緊緊地固定在後輪轂上，則當齒狀鏈輪在輸入軸上移動時，可能會有運行噪音。其後果便是吱吱作響的噪音。
來自所有主要製造商之帶有齒轂的後輪轂具有定心直徑，它們因低成本製造方法而在輸入軸之範圍內具有±0.15毫米之典型公差。如果意欲藉由燒結或脫蠟鑄造(investment casting)以製造廉價的齒狀鏈輪而不加工，則製造程序亦需要在±0.15毫米之範圍內的孔徑公差(bore tolerance)。考量裝配之邊界條件，因而將兩個組件組合成只具有一特定間隙。當使用具有栓槽軸輪廓(spline shaft profile)之齒狀鏈輪與廉價可用齒轂組合時，這就成為缺陷定心的問題。
一些手段可用來承受在齒狀鏈輪與齒轂間之組件配合中的過大公差。鏈輪依賴一可承受配合公差之彎樑。該項技藝包括具有第一可徑向移動表面之鏈輪，其具有稍微小於輪轂之直徑，而鏈輪係被安裝至輪轂。第二表面防止諸零件之相對旋轉。該項技藝之代表為美國申請案US20150016880A1，揭露一種用於車輛或用於驅動系統中之軸/輪轂連接裝置，其具有一圓柱形軸組件，在其側表面上包含有突出或凹陷；以及，一種有膛孔之輪轂組件，在該膛孔內側亦包括突出或凹陷，藉此，可將軸組件安裝在輪轂組件之膛孔內。進一步的區分在於：在輪轂組件之膛孔內配置有至少二個表面，使這些表面在徑向上的彈性變形係可能的，以及，在輪轂組件之膛孔內側配置有至少二個表面，使這些表面在徑向上的彈性變形係較不可能的。此外，該軸/輪轂連接裝置之特徵在於：以材料結合方式，使諸彈性變形表面與諸不易彈性變形表面相連接。
所需要的是一種齒狀鏈輪，其具有配置在一彎樑上且可徑向移動的第一表面、可在比該第一表面小的程度上徑向移動的第二表面、及與該第二表面成合作關係的第三表面，該第三表面支承在輸出軸之外表面上，而該第三表面具有大於該外表面之直徑。本發明符合此需求。
本發明之主要態樣係一種齒狀鏈輪，其具有：配置在一彎樑上且可徑向移動的第一表面、可在比該第一表面小的程度上徑向移動的第二表面、及與該第二表面成合作關係的第三表面，該第三表面支承在輸出軸之外表面上，而該第三表面係具有大於該外表面之直徑。
將藉由本發明之以下敘述及所附圖式，指明本發明之其它態樣或使之得以被明瞭。
本發明包括一種具有彈性定心元件之齒狀鏈輪輪轂，包括：輸入軸，具有容納部及圓柱形的外表面；鏈輪，可與該輸入軸相接合；該鏈輪包括至少兩個第一表面，每個第一表面被配置在一彎樑上，以使每個第一表面可在徑向上彈性地移動，該兩個第一表面係支承在該外表面上，而該兩個第一表面各具有小於該外表面之半徑D的半徑d；至少一個第二表面，可在比該第一表面小之程度上徑向移動，該第二表面係與該容納部相接合，以防止該鏈輪與該輸入軸之相對旋轉；以及，第三表面，與該第二表面成合作關係，該第三表面支承在該輸入軸之外表面上，而該第三表面係與該外表面具有餘隙配合。
1‧‧‧後輪轂
2‧‧‧(輪轂)輸入軸
3‧‧‧輪輻孔
4‧‧‧軸/輪轂連接裝置
5‧‧‧容納部；凹槽
6‧‧‧扣環；鎖緊墊圈
7‧‧‧(齒狀)鏈輪
9‧‧‧膛孔(表面)
10‧‧‧突出部
11‧‧‧軸組件
12‧‧‧(彎樑)表面
13‧‧‧(彎樑)表面
14‧‧‧彎樑
15‧‧‧栓槽軸輪廓
16‧‧‧(外)表面
17‧‧‧表面
B‧‧‧(表面13)移動徑向
C‧‧‧(表面12)移動徑向
d‧‧‧(膛孔)半徑
D‧‧‧(外表面)軸半徑
圖1顯示無輪輻或輪圈的自行車之後輪轂。
圖2係圖1之分解圖。
圖3係齒狀鏈輪之具體例之等角立體圖。
圖4顯示齒狀鏈輪之側視圖。
圖5係輸入軸上之鏈輪之側視圖。
所附圖式包含在本說明書中且構成本說明書之一部分，其描述本發明之較佳具體例，並與其敘述一起用以說明本發明之原理。
圖1顯示無輪輻(spokes)或輪圈(rim)的自行車之後輪 轂1。將力矩經由腳踏或曲柄傳送至齒狀皮帶驅動手段。齒狀皮帶傳送力矩至齒狀鏈輪7。齒狀鏈輪7轉而驅動輸入軸2。
此種配置將力矩經由軸/輪轂連接裝置4傳送至輪轂輸入軸。後輪轂1經由安裝在輪輻孔3內的諸多輪輻，驅動具有輪胎之自行車輪圈。此在自行車輪子上為已知的結構。齒狀鏈輪7經由扣環6在軸向上保持在輸入軸2上。
鏈輪7經由被突出部10所接合的三個容納部或凹槽5而傳送力矩。在輸入軸2上，圓柱形的外表面16提供了齒狀鏈輪7之正確定心。然而，正確定心只在齒狀鏈輪7之膛孔9係安裝成相對於其圓柱形側向表面16沒有間隙的情況下，方為可能。此係藉由可彈性移動的彎樑14朝徑向而通過每一個表面12來達成。每個樑表面12靠著表面16施加壓力，且以此方式承受製造公差。每一彎樑14大致相切地延伸至外表面16。
圖2係圖1之分解圖。輸入軸2在軸組件11處具有一個軸/輪轂連接裝置4，其係將力矩從齒狀鏈輪7傳送至輪轂輸入軸2。在拆解狀態中顯示鎖緊墊圈6。輸入軸2上之凹槽5被形成為使得齒狀鏈輪7之膛孔9內側的突出部10準確地接合於諸凹槽5中。
在膛孔9內配置有三個表面12，其係配置成使得這些表面可彈性地朝徑向移動。透過三個彎樑14來達成這些表面12之彈性移動，而其彎樑14之形狀使它們形成具有半徑「d」之膛孔9。在此具體例中，與輸入軸2斷開連接的齒狀鏈輪7之半徑「d」總是小於圓柱形外表面16之軸半徑「D」。齒狀鏈輪7之三個表面12之每一者在組裝期間彈性地在徑向上向外變形，藉此，在輸入軸 2上建立鏈輪7之精確定心。每一彎樑14包括表面12(可在徑向上彈性地變形)及表面13。表面13負責形狀配合力矩傳動，且無法在徑向上彈性地變形。具有可彈性移動的表面12的彎樑14，構成了本發明鏈輪之彈性定心元件。
圖3係齒狀鏈輪7之具體例的等角立體圖。膛孔表面9係以表面12、表面13及表面17接觸圖1之表面16及凹槽5。只使具有表面13的徑向突出部10相對於圖2之輸入軸2具有餘隙配合。在徑向可變形性方面，可認為表面12是可移動的，因為，它們經由彎樑14連接至齒狀鏈輪7之剛性的剩餘本體。膛孔9之可彈性變形的表面12與不可彈性變形的表面13相接合。可彈性變形的表面12與剛性的表面13相接合。可彈性變形的表面12及彈性上呈剛性的表面13在表面16上接觸於輸入軸2，它們的直徑總是小於表面16之直徑。
每一表面17支承在表面16上。每一表面17係相鄰於每一表面13。每一表面13係配置在表面17與表面12之間。每一表面17增加了對力矩輸入所造成之負載的支撐，同時，維持了正常的配合及製造公差範圍。如此，表面17減少了在每一彎樑14上之應力，藉此，增強了彎樑14及齒狀鏈輪7每一者之耐受度。表面17不與凹槽5接合，但代之以直接與外表面16接合。
圖4顯示齒狀鏈輪7之側視圖。膛孔9之表面13係設計成為徑向突出部10，且製造成相對於輸入軸2之凹槽5具有餘隙配合。在此以虛線來表示栓槽軸輪廓15。膛孔9之整個表面不接觸圖2之圓柱形側向表面16。膛孔之輪廓周圍大於軸之表面有約25%。在徑向可變形性方面，可將表面13視為剛性且相對缺乏彈 性。在此，以箭頭「B」表示表面13之移動徑向。在徑向可變形性方面，可認為表面12是彈性的，因為，它們經由彎樑14而連接至齒狀鏈輪7。以箭頭「C」表示該等彈性表面12之移動徑向。
一種具有彈性定心元件之齒狀鏈輪輪轂，包括：一輸入軸，具有一容納部及一圓柱形的外表面；一鏈輪，可與該輸入軸相接合；該鏈輪包括至少兩個第一表面，每個第一表面被配置在一彎樑上，以使每個第一表面可在徑向上彈性地移動，該兩個第一表面係支承在該外表面上，而該兩個第一表面具有小於該外表面之直徑；至少一個第二表面，可在比該第一表面小之程度上徑向移動，該第二表面係與該容納部相接合，以防止該鏈輪在該輸入軸上之相對旋轉；以及，第三表面，與該第二表面成合作關係，該第三表面支承在該輸入軸之外表面上，而該第三表面具有大於該外表面之直徑。
圖5係輸入軸上之鏈輪之側視圖。在此圖中，為了清楚起見，移除了扣環6。每個突出部10與一容納部5相接合。每個突出部10防止鏈輪7相對於輸入軸2旋轉。表面12及表面17各自與輸入軸2之外表面16相接合。表面12及表面17適當地將鏈輪7定位在輸入軸2上。每個表面12可因每一彎樑14之彈性而在徑向上向內及向外移動。此具體例以舉例的方式描述三個彎樑14，而非侷限於此。此具體例以舉例的方式描述三個表面17，而非侷限於此。此具體例以舉例的方式描述三個容納部5及三個突出部10，而非侷限於此。
本發明系統優於栓槽(splines)，因為，它依賴較少的容納部5，如此轉而減少用以在製造期間控制精密公差之開支及需 求。表面12及17係用於與輸入軸2之定心對準(centering alignment)。如此係轉而依賴可在此項技藝中可輕易達成的外表面16之精確度。每一彎樑14之可撓性允許較大且因而較便宜的製造公差之吸收。
雖然在此已描述本發明之一種形式，但是，熟悉該項技藝者將明瞭，可以在不脫離在此所述之本發明的精神及範圍下，實施零件之構造及關係的變更。
1‧‧‧後輪轂
2‧‧‧(輪轂)輸入軸
3‧‧‧輪輻孔
4‧‧‧軸/輪轂連接裝置
5‧‧‧容納部；凹槽
6‧‧‧扣環；鎖緊墊圈
7‧‧‧(齒狀)鏈輪
9‧‧‧膛孔(表面)
10‧‧‧突出部
11‧‧‧軸組件
12‧‧‧(彎樑)表面
14‧‧‧彎樑
16‧‧‧(外)表面
17‧‧‧表面
d‧‧‧(膛孔)半徑
D‧‧‧(外表面)軸半徑

Claims (7)

  1. 一種具有彈性定心元件之齒狀鏈輪輪轂，包括：輸入軸，具有容納部及圓柱形的外表面；鏈輪，可與該輸入軸相接合；該鏈輪包括至少兩個第一表面，每個第一表面被配置在一彎樑(bending beam)上，以使每一個第一表面可在徑向上彈性地移動，該兩個第一表面係支承在該外表面上，而該兩個第一表面各具有小於該外表面之半徑D的半徑d；至少一個第二表面，可在比該第一表面小之程度上徑向移動，該第二表面係與該容納部相接合，以防止該鏈輪與該輸入軸之相對旋轉；以及第三表面，與該第二表面成合作關係，該第三表面支承在該輸入軸之外表面上，而該第三表面係與該外表面具有餘隙配合(clearance fit)。
  2. 如請求項1之齒狀鏈輪，其中，每一彎樑係相切地面向該輸入軸。
  3. 如請求項1之齒狀鏈輪，其中，該容納部包括在該外表面中之凹槽。
  4. 如請求項1之齒狀鏈輪，其中，進一步包括：至少三個第一表面、至少三個第二表面及至少三個第三表面。
  5. 如請求項1之齒狀鏈輪，其中，該第二表面係被配置在該第一表面與該第三表面之間。
  6. 如請求項1之齒狀鏈輪，其中，進一步包括：用以軸向地保持該鏈輪在該輸出軸上之保持構件。
  7. 如請求項1之齒狀鏈輪，其中，該第二表面包括用以與該容納部接合之突出部。
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