專利名稱：自行車曲柄組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自行車曲柄組件，它包含兩或三個分離的鏈輪齒圈，可用螺母、螺釘把齒圈彼此間及和輻條臂聯(lián)接起來，曲柄組件通常與曲柄臂成一體。這樣一種結(jié)構(gòu)至少有兩個優(yōu)點。第一，可用不同尺寸的鏈輪齒圈(不同的齒數(shù)和直徑)在同一輻條/曲柄臂上進(jìn)行組裝，這減少了一些制造成本。第二，如果鏈輪齒圈損壞了或磨損了(后者是不大可能的)，這就無需更換整個組裝件；損壞了的齒圈可通過拆卸曲柄組件而加以更換。而另一方面，組合件設(shè)計具有一定缺點在裝配和調(diào)整/矯正中需要較高的勞動成本。因此，組合式曲柄組件的總成本相對較高。
本發(fā)明的目的是在不犧牲能容易地獲得不同尺寸鏈輪齒圈的優(yōu)點的條件下提供較低成本的曲柄組件。一方面本發(fā)明消除了冗長的裝配工序。另一方面是在無需任何需要的調(diào)整/矯正工序的情況下保證獲得平整和正確的鏈輪齒圈。本發(fā)明的另一個目的是提供結(jié)實、剛性好，重量輕的曲柄組件，能高效地承受施加的載荷。
上述目的通過根據(jù)本發(fā)明的曲柄組件得到實現(xiàn)，該曲柄組件包括適于和下支架中軸聯(lián)接的輪轂，輪轂和中軸在該處繞軸線旋轉(zhuǎn)；一組與輪轂聯(lián)接并在大至相對于該軸線的徑向上延伸的輻條，輻條彼此間成圓周分布；至少兩個與輻條聯(lián)接的不同直徑的鏈輪齒圈；和輪轂及鏈輪齒圈結(jié)合的曲柄件。本發(fā)明的特征在于輪轂，輻條，及鏈輪齒圈是整體鏈輪件的組成部分，其中的一個輻條部分還構(gòu)成鏈輪件的曲柄聯(lián)接臂部分，而且曲柄件只在離開輪轂部分處可拆卸地安裝在鏈輪件的曲柄聯(lián)接臂部分上。
鏈輪是整體地進(jìn)行加工的，其中的兩個或更多個(通常是三個)的鏈輪齒圈部分與輪轂形成一整體，從而完全消除了勞動密集程度高的裝配和調(diào)整工序并保證獲得正確和精密的鏈輪齒圈。把曲柄件聯(lián)接在鏈輪件上是僅需的裝配步驟，所需的時間或力氣非常少。在距輪轂一定距離處把曲柄件安裝在鏈輪的某部分上，這簡化了把鏈輪/曲柄安裝在下支架中軸上的設(shè)計安排并可采用較小較輕的鏈輪/曲柄。鏈輪的曲柄聯(lián)接臂部分成為曲柄的零件，曲柄聯(lián)接臂部分與曲柄件的搭接部分在把扭矩傳遞到鏈輪時起曲柄作用，而在支承鏈輪齒圈時起輻條作用。
在優(yōu)選的實施例中，裝有曲柄件的曲柄聯(lián)接臂部分在相對軸線的徑向上具有足夠大的橫向?qū)挾龋允顾艹惺茏饔迷谇系闹芟蚺ぞ剌d荷。曲柄件上有可安裝(容納)在曲柄聯(lián)接臂部分的凹座內(nèi)的凸起部分，凹座和凸起部分具有相結(jié)合的周邊壁，它們在曲柄件和鏈輪件之間在垂直于軸線的平面內(nèi)傳遞扭矩載荷及其它載荷。
曲柄件最好是用螺釘和曲柄聯(lián)接臂部分相聯(lián)接，螺釘穿過曲柄聯(lián)接臂部分上的孔并擰緊在曲柄件的凸起部分上的孔中，較有利的是，第一對螺釘沿橫向間隔地分布在曲柄件的徑向軸線的兩側(cè)邊并在徑向上接近凹座的內(nèi)端部，而第二對螺釘沿橫向間隔地分布在徑向軸線的兩側(cè)邊并在徑向上接近凹座的外端部，以便能承受繞徑向軸線的扭矩載荷。
與凸起部分一起延伸的曲柄件的部分，相對于垂直于曲柄組件旋轉(zhuǎn)軸線的平面呈傾斜狀。凹座有第一底面和第2底面，第一底面鄰近第一對螺釘，而第二底面鄰近第二對螺釘，而且第二底面在軸向上相對于第一底面是偏置的。曲柄件和鏈輪件組件之間的接合處的幾何形狀(結(jié)構(gòu))，為鏈輪齒圈部分的驅(qū)動平面和裝有腳蹬的曲柄件的徑向朝外部分之間提供了平緩的、結(jié)構(gòu)上合適的軸向傳動。
在舉例的實施例中，鏈輪件具有三個鏈輪齒圈部分，包括一大直徑的鏈輪齒圈部分，一中直徑的鏈輪齒圈部分和一小直徑的鏈輪齒圈部分。中直徑鏈輪齒圈部分是第一圓周結(jié)構(gòu)單元的零件，該單元進(jìn)一步包括聯(lián)接在輻條部分上的環(huán)形盤部分并具有與輪轂部分有間隔的內(nèi)緣。小直徑鏈輪齒圈部分含有在徑向距盤部分一定距離的環(huán)形齒圈部分，并通過其內(nèi)緣與盤部分的內(nèi)緣基本重合的法蘭部分聯(lián)接在盤部分上。大直徑的鏈輪齒圈部在徑向上和輻條及曲柄聯(lián)接臂部分的外端部相聯(lián)接，而且是第二圓周結(jié)構(gòu)單元的零件，該單元包括弧形加強肋，加強肋從大直徑鏈輪齒圈部分徑向地向內(nèi)延伸并位于相鄰的輻條部分之間和相鄰的曲柄聯(lián)接臂部分和輻條部分之間。
為了更好地理解本發(fā)明，現(xiàn)結(jié)合附圖參考下列的例舉實施例進(jìn)行描述。


圖1是本發(fā)明的曲柄組件的實施例的分解透視圖，其觀察點在徑向上離開旋轉(zhuǎn)軸線而在軸向上位于曲柄件一側(cè)；圖2是裝配情況下的實施例示圖，其觀察方向與圖1的稍有不同；圖3是裝配情況下的實施例示圖，其觀察方向在旋轉(zhuǎn)軸線的徑向一側(cè)并且在曲柄件的相反面的一側(cè)；圖4是實施例的(零件)分解正視圖；而圖5是沿某一平面的截面圖，該平面稍稍偏離曲柄組件的旋轉(zhuǎn)軸線和曲柄件的軸線，而是沿著螺釘?shù)闹行木€來取的。
附圖所示的實施例包含一整體鏈輪件10和安裝在鏈輪件上的一曲柄件18，件10具有復(fù)合齒圈部分12，14和16(圖3和4)。鏈輪件10具有輪轂部分20，它適合于和下支架中軸(未圖示)聯(lián)接，使輪轂在該處例如借助方形錐孔部分(201)繞軸線旋轉(zhuǎn)，前述具有不同直徑和不同鏈輪齒數(shù)(鏈輪齒未圖示)的三個鏈輪齒圈部分與輪轂部分相聯(lián)接，而曲柄聯(lián)接臂部分22，它也充作鏈輪件的第三輻條部分，和鏈輪件的外圓周聯(lián)接及通常從輪轂部分徑向地延伸到鏈輪件的外圓周并與鏈輪齒圈部分聯(lián)接。曲柄件18只在輪轂部分以外的位置與鏈輪件的曲柄聯(lián)接臂部分22聯(lián)接；它沒有延伸過或進(jìn)入輪轂部分而且不直接和曲柄組件中軸聯(lián)接。
除了輪轂部分20和曲柄聯(lián)接臂部分22較苯重以滿足蹬力從腳蹬傳至下支架中軸時的強度及剛度要求之外，鏈輪件10是由較小的尺寸(同時厚度和寬度也小)零件組成的，因此減小了重量，但仍使它們在幾何尺寸上和/或組合結(jié)構(gòu)上是牢固的及剛性是好的。兩個輻條24及26從輪轂部分20徑向地向外延伸。事實上每個輻條部分在軸向是等厚的，而且徑向上從內(nèi)部到外部是帶錐度的，以使它在周向上變得窄些。
最大的鏈輪齒圈部分12與輻條部分24、26及聯(lián)接臂部分22的最外端在輻射狀接縫241、261、22a處徑向地聯(lián)接。弧狀腹板部分121從鏈輪齒圈部分12以及各相鄰輻條部分24、26與曲柄聯(lián)接臂部分22之間徑向地向內(nèi)延伸，留下餅狀的開口122。從鏈輪齒圈部分12的表面軸向地凸起的圓周肋部分123保證了軸向的剛性。
中間的鏈輪齒圈部分14與徑向?qū)挾却笾烈恢碌沫h(huán)形盤部分141結(jié)合。圓周方向延伸的肋部分142軸向地凸出并保證軸向的剛性。盤部分141的內(nèi)緣143是環(huán)形的，并且和輪轂部分20圍成一環(huán)狀孔，輻條部分24及26與曲柄聯(lián)接臂部分22在徑向上穿過該孔。
最小的鏈輪齒圈部分16從環(huán)狀法蘭部分161凸起，其徑向內(nèi)緣表面和盤部分141的內(nèi)緣143重合。法蘭部分161使齒圈部分16具有軸向剛性，法蘭部分161還使鏈輪部分16與輻條部分24和26及曲柄聯(lián)接臂部分22聯(lián)接，并使各輻條部分和曲柄聯(lián)接臂部分在圓周上互相聯(lián)接。用于傳遞繞軸線的扭矩和賦予輻條部分、曲柄聯(lián)接臂部分以強度及剛度的圓周聯(lián)結(jié)件還有盤部分141及弧部分121。
鏈輪件10的曲柄聯(lián)接臂部分22在它的徑向軸線上具有一橫向?qū)挾?，該寬度大至相?dāng)于輪轂部分20的直徑，該曲柄聯(lián)接臂部分22具有平的表面221，該表面垂直于軸線并與輪轂部分20的端部齊平。凹座222具有臺階形底壁，底壁的內(nèi)部分222a、外部分222b分別在臂部分22的兩側(cè)與盤部分141、弧部分121共同延伸(見圖5)，凹座222用于容納從曲柄件的聯(lián)接部分182上凸起的凸起部分181。凹座222的周壁構(gòu)成結(jié)合面，該結(jié)合面與凸起部分的周壁形成緊密配合，以使曲柄件與鏈輪件在徑向和周向的所有方向上牢固地結(jié)合；在垂直于曲柄組件軸線的平面內(nèi)的所有載荷都通過凹座和凸起部分的周邊壁在曲柄件18和鏈輪件10之間進(jìn)行傳遞。
朝向鏈輪件和包圍凸起部分181的聯(lián)接部分182的表面是平的，并與曲柄聯(lián)接臂部分22的表面121相結(jié)合。用螺釘30把曲柄件安裝在鏈輪件上，該螺釘30穿過鏈輪件上的孔223，并旋緊在曲柄件18的聯(lián)接部分182上的螺孔183內(nèi)。要注意有兩對螺釘，在徑向上靠內(nèi)的一對和徑向上靠外的一對，并且各孔以曲柄件18的徑向軸線為基準(zhǔn)間距較大地分布在該徑向軸線的兩側(cè)。
鏈輪件的典柄聯(lián)接臂部分22和曲柄件18的聯(lián)接部分182之間的聯(lián)接系統(tǒng)具有較高的強度和剛度。曲柄件18的凸出部分181和鏈輪件的凹座222之間的鍵式結(jié)合承受載荷分力，該載荷分力作用在垂直于軸線的平面內(nèi)的所有方向上，特別是給鏈輪件施加繞旋轉(zhuǎn)軸線的轉(zhuǎn)矩的蹬踏力的分力。螺釘30不需承受剪切力。鏈輪和曲柄的配合面221及182沿曲柄件18橫向較寬地分布，及螺釘30非常有效地承受繞曲柄軸線的蹬踏力的扭轉(zhuǎn)載荷，各螺釘在相對于曲柄軸線的大力矩臂處起作用，這些都使螺釘承受的拉伸應(yīng)力減小。雖然在輪轂和曲柄的外端部之間在軸向上是偏置的，但沿曲柄長度方向(垂直于圖5的紙面方向)上的尺寸大體上是均勻的，使得沿腳蹬至底支架中軸路徑上的載荷分布能滿足高強度和剛度要求而不用增加(零件)重量。
鏈輪和曲柄兩者都用硬的金屬坯料制成，最好用鋁6061T651?，F(xiàn)代化的計算機(jī)數(shù)控(CNC)機(jī)床的應(yīng)用，使得零件能夠以極高精度和實際上無人工成本地快速制造出來。曲柄組件的CAD—CAM設(shè)計和制造的應(yīng)用，實際上也使得曲柄組件可以瞬時改變鏈輪齒圈的直徑以及瞬時改變鏈輪齒的齒數(shù)及齒形。相似地，通過局部修改軟件，也可制造出有兩個或者有三個鏈輪齒圈的鏈輪以及不同長度的曲柄。鏈輪和曲柄的裝配又快又容易。
權(quán)利要求
1.一種自行車曲柄組件，它包括有適于和下支架中軸聯(lián)接的輪轂(20)，輪轂(20)和中軸在該處繞軸線旋轉(zhuǎn)；一組與輪轂聯(lián)接并在大至相對于該軸線的徑向上延伸的輻條(22，24，26)，這些輻條彼此間沿圓周分布；與輻條聯(lián)接的不同直徑的至少兩個鏈輪齒圈(12，14，16)；與輪轂及鏈輪齒圈結(jié)合的曲柄件(18)；其特征在于輪轂(20)、輻條(22，24，26)及鏈輪齒圈(12，14，16)是整體鏈輪件(10)的組成部分，其中的一個輻條(22)還構(gòu)成鏈輪件(10)的曲柄聯(lián)接臂部分，而且曲柄件(18)在離開輪轂部分(20)處可拆卸地安裝在鏈輪件(10)的曲柄聯(lián)接臂部分(22)上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的自行車曲柄組件，其特征在于曲柄聯(lián)接臂部分(22)的部分(221)和曲柄件(18)的聯(lián)接部分(182)在所說的位置沿大至徑向配置的接合面在軸向上互相搭接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的自行車曲柄組件，其特征在于曲柄聯(lián)接臂部分(22)在相對于軸線的徑向上具有一定橫向?qū)挾?，該寬度足以使曲柄?lián)接臂部分能承受通過曲柄件(18)作用在它上面的周向扭矩載荷。
4.根據(jù)權(quán)利要求2的自行車曲柄組件，其特征在于曲柄聯(lián)接臂部分(22)具有凹座(222)，而曲柄件(18)具有可容納在該凹座內(nèi)的凸起部分(181)，該凹座和凸起部分具有互相結(jié)合的周壁，以承受在曲柄件和鏈輪件之間傳遞的周向扭矩載荷。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的自行車曲柄組件，其特征在于曲柄件(18)通過螺釘(30)聯(lián)接在曲柄聯(lián)接臂部分(22)上，螺釘(30)穿過曲柄聯(lián)接臂部分上的孔(223)并擰緊在曲柄件(18)的凸起部分(181)上的孔(183)中。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的自行車曲柄組件，其特征在于螺釘(30)包括第一對螺釘和第二對螺釘；第一對螺釘沿橫向間隔地分布在曲柄件(18)的徑向軸線的兩側(cè)邊，并在徑向上靠近凹座(222)的內(nèi)端部；第2對螺釘沿橫向間隔地分布在曲柄件(18)的徑向軸線的兩側(cè)邊，并在徑向上靠近凹座(222)的外端部；以承受繞所說的徑向軸線的扭矩載荷。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的自行車曲柄組件，其特征在于與凸起部分(18)一起延伸的曲柄件(18)的聯(lián)接部分(182)在徑向上相對于軸線呈傾斜狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的自行車曲柄組件，其特征在于曲柄聯(lián)接臂部分(22)在相對于軸線的徑向上具有一定橫向?qū)挾?，該寬度足于使曲柄?lián)接臂部分能承受周向扭矩載荷，該曲柄聯(lián)接臂部分(22)具有凹座(222)，而曲柄件(18)具有可被容納在該凹座內(nèi)的凸起部分(181)，該凹座及凸起部分具有相結(jié)合的周臂以承受周向扭矩載荷，通過螺釘(30)可把曲柄件聯(lián)接在曲柄聯(lián)接臂部分上，螺釘(30)穿曲柄聯(lián)接臂部分(22)上的孔(223)并擰緊在曲柄件(18)的凸起部分(181)上的孔(183)內(nèi)，該螺釘包括第一對螺釘和第二對螺釘，第一對螺釘沿橫向間隔地分布在曲柄件的徑向軸線的兩側(cè)邊，并在徑向上接近凹座的內(nèi)端部，第二對螺釘沿橫向間隔地分布在曲柄件的徑向軸線的兩側(cè)邊，并在徑向上接近凹座的外端部，以便承受繞所說的徑向軸線的扭矩載荷，并且凹座包括鄰近第一對螺釘?shù)牡谝坏酌?222a)和鄰近第二對螺釘?shù)牡诙酌?222b)，而第二底面在軸向上相對于第一底面是偏置的。
9.根據(jù)權(quán)利要求1的自行車曲柄組件，其特征在于鏈輪件(10)具有3個鏈輪齒圈部分(12，14，16)，它們是大直徑鏈輪齒圈部分(12)，中直徑鏈輪齒圈部分(14)及小直徑鏈輪齒圈部分(16)，而其中中直徑鏈輪齒圈部分(14)是第一圓周結(jié)構(gòu)單元的零件，并進(jìn)一步包括聯(lián)接輻條部分(24，26)和聯(lián)接曲柄聯(lián)接部分(22)的環(huán)形盤部分(141)，環(huán)形盤部分(141)具有與輪轂部分(20)有間隔的內(nèi)緣(143)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的自行車曲柄組件，其特征在于小直徑鏈輪齒圈部分(16)包括有在軸向上距盤部分(141)一定距離的環(huán)形齒圈部分，并通過其內(nèi)緣與盤部分(141)的內(nèi)緣基本重合的法蘭部分(161)聯(lián)接在盤部分(141)上。
11.根據(jù)權(quán)利要求9的自行車曲柄組件，其特征在于大直徑鏈輪齒圈部分(12)在徑向上和輻條(24，26)的外端部及曲柄聯(lián)接臂部分(22)相聯(lián)接，并且第二圓周結(jié)構(gòu)單元的零件；該單元包括弧形加強肋(121)；肋(121)從大直徑鏈輪齒圈部分徑向地向內(nèi)延伸并位于相鄰的輻條部分之間和相鄰的曲柄聯(lián)接臂部分和輻條部分之間。
全文摘要
一種自行車曲柄組件，它包括整體鏈輪件(10)，件(10)具有適于與下支架中軸聯(lián)接的輪轂部分(20)，輪轂(20)和中軸在該處繞軸線旋轉(zhuǎn)；至少兩個從輪轂部分(20)徑向地延伸的輻條部分(24，26)；從輪轂部分徑向延伸的曲柄聯(lián)接臂部分(22)；至少兩個與輻條部分及曲柄聯(lián)接臂部分相聯(lián)接的鏈輪齒圈部分(12，14，16)。曲柄件(18)僅在離輪轂部分(20)一定距離處與鏈輪件(10)的曲柄聯(lián)接臂部分(22)相聯(lián)接。
文檔編號B62M9/10GK1135435SQ9511809
公開日1996年11月13日 申請日期1995年11月29日 優(yōu)先權(quán)日1994年11月29日
發(fā)明者亞利克斯·龐格, 斯庫克斯·龐格 申請人:坎農(nóng)戴爾公司