自行车链轮的制作方法

专利名称：自行车链轮的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及用于自行车的多级链轮组件。更具体一些，本发明涉及一种具有至少一个直径较大的链轮和至少一个直径较小的链轮的链轮组件，该直径较大的链轮的轮齿的尺寸做成允许自行车链条在较小的链轮与较大的链轮之间较平滑地转移。
背景技术：
骑自行车除了作为交通运输方式以外，已经成为越来越普遍的娱乐休闲方式。此外，骑自行车也已经同时成为业余的和职业的竞赛运动。不管自行车是用于娱乐、运输还是竞赛，自行车工业都不断在改进自行车的各个零部件。自行车的驱动轮系等过去曾经被重新设计。具体一些，自行车零部件的制造商曾经不断改进各种换档零部件如换档器、换档钢丝绳、转辙器、链条和链轮的换档性能。
驱动轮系的一个曾经被广泛地重新设计的特殊零件是用于自行车的链轮组件。更具体一些，曾经改进自行车的链轮组件，以提供较平滑的换档。
按传统，一多级链轮组件包括一直径较小的链轮和一直径较大的链轮，以使(1)直径较大的链轮的一对相邻的齿之间的中点和直径较小的链轮的一对相邻的齿之间的中点都位于沿链条路径延伸的切线上；(2)前述两中点之间的距离为整倍数的链节；(3)位于直径较大的链轮的相邻齿之间的中点后面的直径较大的链轮的第一齿做成易于沿驱动自行车的旋转方向与驱动链条啮合，从而在驱动链条从直径较小的链轮转移至直径较大的链轮上时提高变速效率。
驱动链条是一个连续的环，它有多个内链板和多个外链板，这些链板用铰链销与滚子彼此枢接在一起。每对内链板的相对的表面之间的距离小于每对外链板的相对的表面之间的距离。易言之，每对外链板都位于内链板的外侧并形成一宽度较大的空间，而每对内链板则位于外链板的内侧并形成一宽度较小的空间。
如上所述构造的驱动链条被一转辙器朝直径较大的链轮或直径较小的链轮偏压，以便被转移至其上。具体一些，在链条的换档过程中，链条通过后转辙器沿轴向相对于链轮的旋转轴线移动，从而被从一个链轮转移至下一个相邻的链轮上。通过修整大链轮的齿，链条可实现平滑的向低速换档的运动或向高速换档的运动。当链条从大链轮移至下一个较小的链轮上时，就产生向高速换档。当链条从小链轮转移至下一个较大的链轮上时，就产生向低速换档。
基本上，当链轮组件被沿驱动方向转动时，内链板和外链板与一链轮的齿啮合。在链轮具有偶数齿的情况下，内链板和外链板将总是与相同的齿啮合。在链轮具有奇数齿的情况下，内链板和外链板将随着链轮组件的每一圈旋转交替地与不同的齿啮合。因此，链轮的齿将交替地与内链板和外内链板都啮合。一具有奇数齿的链轮的齿通常都设计成向与高速换档齿啮合的内链板或是外链板提供换档。这样，链轮的齿必须有一用于内链板的换档路径和用于外链板的另一换档路径。如果链条在错误的换档路径上被转移，则骑车人将非常可能受到踩脚蹬时的冲击。
一改进的链轮组件的例子已在授予Nagano的美国专利No.4889521中公开。虽然在Nagano的专利中公开的链轮组件在从较小的链轮换档至较大的链轮上时工作得很好，但是对于从一大链轮换档至一小链轮上并没有采取措施。此外，Shimano介绍了交互滑动(IG)链轮，它具有Shimano的超滑动(HG)链轮加上采用新的斜坡和齿的形状，以控制向高速换档。
向高速换档和向低速换档的路径结合在一起的链轮的一个例子在授予Sung等人的美国专利No.6,045,472中已经公开。Sung等人的专利示出一种设计成有两个彼此相邻的向高速换档的路径的链轮。因为有具有偶数齿的链轮与链条的外链板组合的问题，交互滑动(IG)链轮也有两个向高速换档的路径。为了解决这一问题，两个向高速换档的路径要邻近地布置，以使其中一个向高速换档的路径用于一种高速换档，这种高速换档要依赖与链轮齿接触的内外链板的结合。
更具体一些，参看根据Sung等人的专利的图3，当链条的外链板与齿13啮合时，链条的内链板被4B导向。不过，当链条的外链板与齿14啮合时，链条的内链板被4C导向。因此，4B与4C的设计是不同的。4C的径向位置高于4B，以调整至消除链条从第二高速换档脱离点至第二高速换档接合点的松弛。因而，高速换档的性能在第一高速换档路径中与在相邻的第二高速换档路径中是不同的。一个高速换档路径优于另一高速换档的路径，而这种卓越的向高速换档如此平滑，以致能防止踩脚蹬时的冲击。然而，另一高速换档路径则并不如此平滑，并可发生踩脚蹬时的冲击。
在链条从大链轮高速换档至小链轮的过程中，链条可能骑在小链轮或大链轮的齿顶上，从而与链条的转移发生干涉，在大链轮与小链轮的齿间没有正确的相角排列。如果产生这种情况，骑车人非常可能受到踩脚蹬时的冲击。
考虑上述情况，就需要有一种改进的链轮组件，它保证链条从大链轮转移至小链轮上时有平滑而可靠的换档动作。本发明致力于满足原有技术中的这一需求和其它需求，对于熟悉本技术的人，这些需求将从此公开内容变得很清楚。

发明内容
本发明的一个目的是提供一种链轮，它设计成通过修整链轮的齿，保证链条从大链轮转移至小链轮上时有平滑而可靠的换档动作，以提供一卓越的高速换档路径。
骑车人可在用转辙器向高速换档时享受平滑的高速换档而无脚蹬上的冲击。这种改进的多级链轮组件在与机动的自动换档机构一起使用时有特别的优点。
本发明的一个目的是为提供一大的链轮，它在大链轮至小链轮之间提供一平滑的高速换档动作。
本发明的另一目的是为提供一链轮组件，它具有至少一个大链轮和至少一个小链轮，以使即使在重的驱动载荷下也能比较容易而可靠地将链条从大链轮转移至小链轮上，以完成换档。
本发明的前述目的可通过提供一大链轮而达到，该链轮基本上有一具有第一轴向侧和第二轴向侧的链轮体，和多个沿周向隔开的齿，这些齿从链轮体的外周沿径向向外伸出。链轮的齿包括多个高速换档齿。高速换档齿至少有一第一高速换档齿，一与第一高速换档齿相邻的第二高速换档齿和一与第二高速换档齿相邻的第三高速换档齿。第一、第二、第三高速换档齿的尺寸做成保持自行车链的对齐基准，以在自行车链条的外链板与第二高速换档齿啮合时防止链条向高速换档，并在内链板沿第一高速换档路径与第二高速换档齿啮合时允许自行车链条向高速换档。
对于熟悉本技术的人，本发明的这些和其它目的、特色、特性和优点将从下面的详细说明而变得更清楚，该说明联系附图公开了本发明的优选的实施例。


现在参看图，它们形成此原始公开内容的一部分图1A为有一后轮的自行车的立面侧视图，该后轮具有按照本发明的链轮组件；图1B为图1所示的自行车的把手和变速控制部件的局部放大的立面侧视图，它示出手动的向高速换档和向低速换档的控制；图2为按照本发明的七级链轮组件的示意立面后视图；图3为按照本发明的七级链轮组件的立面侧视图；图4为链条的一部分的局部放大的俯视平面图，该链条与图3所示的按照本发明的链轮组件一起使用；图5为用于图3所示的链轮组件的15个齿的链轮的小链轮侧的立面图；图6为图5所示的用于图3所示的链轮组件的15个齿的链轮的大链轮侧的立面图；图7A为图5和6所示的15个齿的链轮的第一高速换档齿的大链轮侧的局部立面图；图7B为图7A所示的用于图5和6所示的15个齿的链轮的第一高速换档齿的局部俯视平面图；图7C为图7A和7B所示的用于图5和6所示的15个齿的链轮第一高速换档齿的小链轮侧的局部立面图；图8A为图5和6所示的15个齿的链轮的第二高速换档齿的大链轮侧的局部立面图；图8B为图8A所示的用于图5和6所示的15个齿的链轮的第二高速换档齿的局部俯视平面图；图8C为图8A和8B所示的用于图5和6所示的15个齿的链轮的第二高速换档齿的小链轮侧的局部立面图；图9A为图5和6所示的15个齿的链轮的第三高速换档齿的大链轮侧的局部立面图；图9B为图9A所示的用于图5和6所示的15个齿的链轮的第三高速换档齿的局部俯视平面图；图9C为图9A和9B所示的用于图5和6所示的15个齿的链轮的第三高速换档齿的小链轮侧的局部立面图；图10A为图5和6所示的15个齿的链轮的第四高速换档齿的大链轮侧的局部立面图；图10B为图10A所示的用于图5和6所示的15个齿的链轮的第四高速换档齿的局部俯视平面图；图10C为图10A和10B所示的用于图5和6所示的15个齿的链轮的第四高速换档齿的小链轮侧的局部立面图；图11A为图5和6所示的15个齿的链轮的第五高速换档齿的大链轮侧的局部立面图；图11B为图11A所示的用于图5和6所示的15个齿的链轮的第五高速换档齿的局部俯视平面图；图11C为图11A和11B所示的用于图5和6所示的15个齿的链轮的第五高速换档齿的小链轮侧的局部立面图；
图12为用于图3所示的链轮组件的17个齿的链轮的小链轮侧的立面图；图13为图12所示的用于图3所示的链轮组件的17个齿的链轮的大链轮侧的立面图；图14为图12和13所示的用于图3所示的链轮组件的17个齿的链轮的小链轮侧的透视图；图15为图12～14所示的用于图3所示的链轮组件的17个齿的链轮的大链轮侧的透视图；图16为用于图3所示的链轮组件的21个齿的链轮的小链轮侧的立面图；图17为图16所示的用于图3所示的链轮组件的21个齿的链轮的大链轮侧的立面图；图18为17个齿的链轮与21个齿的链轮耦合在一起后小链轮侧的立面图；图19为17个齿的链轮与21个齿的链轮连同从21个齿的链轮高速换档至17个齿的链轮的链条的小链轮侧的立面图；图20为图5和6所示的用于图3所示的链轮组件的15个齿的链轮的高速换档齿的端面的局部立面图；图21为图5和6所示的用于图3所示的链轮组件的15个齿的链轮连同第一和第三高速换档齿的端面的局部立面图，该换档齿与内链板啮合，以防止链条高速换档至图3所示的链轮组件的13个齿的链轮上；图22为图5和6所示的用于图3所示的链轮组件的15个齿的链轮连同第一和第三高速换档齿的端面的局部立面图，该换档齿与外链板啮合，以使链条高速换档至图3所示的链轮组件的13个齿的链轮上；图23为按照本发明的第二实施例的八级链轮组件的立面侧视图；图24为图23所示的链轮组件的15个齿的链轮的小链轮侧的立面图；图25为图23和24所示的链轮组件的15个齿的链轮的大链轮侧的立面图；图26A为图24和25所示的15个齿的链轮的做成一体的第一高速换档/第二低速换档齿的大链轮侧的局部立面图；图26B为图26A所示的用于图24和25所示的15个齿的链轮的做成一体的第一高速换档/第二低速换档齿的局部俯视平面图；图26C为图26A和26B所示的用于图24和25所示的15个齿的链轮的做成一体的第一高速换档/第二低速换档齿的小链轮侧的局部立面图；图27A为图24和25所示的15个齿的链轮的做成一体的第二高速换档/第三低速换档齿的大链轮侧的局部立面图；图27B为图27A所示的用于图24和25所示的15个齿的链轮的做成一体的第二高速换档/第三低速换档齿的局部俯视平面图；图27C为图27A和27B所示的用于图24和25所示的15个齿的链轮的做成一体的第二高速换档/第三低速换档齿的小链轮侧的局部立面图；图28A为图24和25所示的15个齿的链轮的第三高速换档齿的大链轮侧的局部立面图；图28B为图28A所示的用于图24和25所示的15个齿的链轮的第三高速换档齿的局部俯视平面图；图28C为图28A和28B所示的用于图24和25所示的15个齿的链轮的第三高速换档齿的小链轮侧的局部立面图；图29A为图24和25所示的15个齿的链轮的第四高速换档齿的大链轮侧的局部立面图；图29B为图29A所示的用于图24和25所示的15个齿的链轮的第四高速换档齿的局部俯视平面图；图29C为图29A和29B所示的用于图24和25所示的15个齿的链轮的第四高速换档齿的小链轮侧的局部立面图；
图30A为图24和25所示的15个齿的链轮的第五高速换档齿的大链轮侧的局部立面图；图30B为图30A所示的用于图24和25所示的15个齿的链轮的第五高速换档齿的局部俯视平面图；图30C为图30A和30B所示的用于图24和25所示的15个齿的链轮的第五高速换档齿的小链轮侧的局部立面图；图31为用于图23所示的链轮组件的17个齿的链轮的小链轮侧的立面图；图32为图31所示的用于图23所示的链轮组件的17个齿的链轮的大链轮侧的立面图；图33为图23所示的链轮组件的21个齿的链轮的小链轮侧的立面图；图34为图33所示的用于图23所示的链轮组件的21个齿的链轮的大链轮侧的立面图；图35为图23所示的链轮组件的25个齿的链轮的小链轮侧的立面图；图36为图35所示的用于图23所示的链轮组件的25个齿的链轮的大链轮侧的立面图；图37为图24和25所示的用于图23所示的链轮组件的15个齿的链轮的高速换档齿的端面的局部立面图；图38为图24和25所示的用于图23的链轮组件的15个齿的链轮连同第一和第三高速换档齿的端面的局部立面图，该换档齿与内链板啮合，以防止链条高速换档至图23所示的链轮组件的13个齿的链轮上；图39为图24和25所示的用于图23的链轮组件的15个齿的链轮连同第一和第三高速换档齿的端面的局部立面图，该换档齿与外链板啮合，以使链条高速换档至图23所示的链轮组件的13个齿的链轮上；图40为按照本发明的偶数齿链轮的小链轮侧的立面图；图41为图40所示的偶数齿链轮的大链轮侧的立面图。
具体实施例方式
首先参看图1A，它示出一带一自行车后轮毂11的传统的自行车10，该轮毂具有按照本发明的多级链轮组件12。自行车10基本上有一车架14，它有可旋转地结合在其上的前轮与后轮15、16。一前叉17按传统的方式结合在车架14与前轮15之间。转动固定地结合在前叉17上的把手18，就使前轮15转向。后轮16可旋转地结合在车架14的后部上。车架14还有一可调节地结合在车架14上的车座19和用于驱动自行车10的驱动轮系20。
驱动轮系20基本包括本发明的后多级链轮组件12、一对脚蹬21、一安装成与脚蹬21一起旋转的前多级链轮组件22和一在后多级链轮组件12与前多级链轮组件22之间延伸的链条23。驱动轮系20基本由电子控制的自动换档组件操作。电子控制的自动换档组件基本包括一变速控制部件25、一接线盒或连接部件26、一机动的前转辙器27和一机动的后转辙器或链条换档装置28。
变速控制部件25包括一在印刷电路板上形成的用电池做动力的微型计算机。变速控制部件25的微型计算机包括一中央处理器(CPU)、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)和一输入/输出接口。变速控制部件25最好如同以后要详细讨论的那样是自动的。微型计算机的各种零件在自行车领域中都是众所周知的。因此，用于变速控制部件25的微型计算机的零件在此处不再讨论或详细示出。此外，对于熟悉本技术的人，从此公开内容都会明白，变速控制部件25可包括各种电子元件、电路和机械元件，以实现本发明。
变速控制部件25最好分别包括手动的低速和高速换档按钮或杠杆25a与25b，以用于如图1B所示用手工操作前转辙器和/或后转辙器27与28。在按钮25a与25b之间布置有一突块25c，以向骑车人的姆指或任一手指提供一相对于按钮25a和25b的基准点。变速控制部件25进一步包括至少一检测/测量装置或元件，它向其中央处理器提供信息。检测/测量元件发出预定的操作指令。这样，检测/测量元件在操作上与变速控制部件25的中央处理器结合，以使预定的操作指令被中央处理器(CPU)接收。
变速控制部件25经过连接部件26向前转辙器27和/或后转辙器28发出信号，以便自动换档。连接部件26最好包括用于接收来自变速控制部件25的信号的单独的功率输入和一对用于向前转辙器和/或后转辙器27和28发出信号的功率输出。功率输入在操作上将变速控制部件25结合至连接部件26上。最好是，一个功率输出在操作上将前转辙器27结合至连接部件26中，而另一个功率输出则在操作上将后转辙器28结合至连接部件26上。
一种可用于操作变速控制部件25的检测/测量元件的类型是速度检测部件。变速控制部件25和连接部件26在操作上都与速度检测部件结合，该速度检测部件包括一传感器29和一磁铁30。传感器29最好是一可磁力操作的传感器，它装在前叉17上并检测装在前轮15的一根辐条上的磁铁30。这样，速度信息就被送至用电池操作的电子变速控制部件25中。该自行车速传感器29被连结到自行车10的前叉17上。这个自行车速传感器29通过检测装在前轮15上的磁铁30输出自行车速信号。传感器29有前部读出开关或其它用于检测随轮子15一起旋转的磁铁30的元件。传感器29每次在轮子15已经转过一预定的角度或转过一圈时发出一脉冲。一旦传感器29发出脉冲或信号，则脉冲信号传送电路就将此脉冲信号送至变速控制部件25的中央处理器，以确定链条是应当向高速换档还是应当向低速换档。这样，传感器29与磁铁30形成了变速控制部件25的检测装置或测量元件。易言之，传感器29检测前轮15的旋转速度。
本发明的多级链轮组件12在与操作机动的后转辙器28的自动换档组件联合使用时特别有用。可以与本发明一起使用的自动换档组件的一个例子已在授予Kimura的美国专利No.6073061中公开，该专利已转让给Shimano公司。
在这种装置中，当自行车速超过预定的高速值时，自动换档组件就致动后转辙器28，以沿向高速换档的方向移动链条23。当自行车速低于预定的低速值时，自动换档组件就致动后转辙器28，以沿向低速换档的方向移动链条23。当自动换档组件拨至手工换档时，骑车人可以预计什么时候是移动后转辙器28，以使突然的踩脚蹬冲击为最小的最好时间。不过，当自动换档组件处于自动模式时，骑车人无法预言，什么时候将出现换档。因此，骑车人不能在非常可能有突然的踩脚蹬冲击时防止后转辙器28换档。不过，采用本发明的多级链轮组件12，即使在自动换档组件处于自动换档模式时，也能减少或消除突然的踩脚蹬冲击。
由于自行车10和驱动轮系20的各部分在自行车技术中是众所周知的，故自行车10的这些部分此处不准备详细讨论或示出，除非它们按照本发明被改进。此外，此处未详细讨论和/或示出的自行车的各种传统部分如闸、辅助链轮等都可以与本发明一起联合使用。
如同此处所用的那样，术语“向前、向后、上面、下面、侧面与横向”指的是装有链轮组件12的自行车在其正常的骑行位置的方向。因此，那些在权利要求书中用于描述链轮组件12的术语应当相对于自行车10的正常骑行位置来解释。
第一实施例现在参看图2和3，现在按照本发明的第一实施例来讨论链轮组件12。在此第一实施例中，链轮组件12为一七级链轮组件，其链轮S1～S7以预定的间距相互隔开。链轮S1～S7按传统的方式固定地装在后轮毂的飞轮11(未示出)上，以使链轮S1～S7一起绕轮毂的中心轴线0旋转。链轮S1～S7如图3所示一起沿顺时针方向R旋转。
对于熟悉自行车技术的人，从本公开内容都明白，按照本发明的链轮组件可以有更少的或更多的链轮。易言之，本发明可以是任意多级的链轮组件，其用于一种采用了转辙器等的自行车上，并且它包括至少一个大链轮和一个小链轮。
多级链轮组件12适用于与驱动链23啮合，该链条如同在图4中所看到的那样，是传统类型的自行车链。驱动链23是一个连续的环，它有多个内链板23a和多个外链板23b，它们用铰链销与滚子彼此枢接在一起。在链条换档过程中，链条23通过后转辙器28从一个链轮转移到下一个相邻的链轮上，该转辙器沿轴向相对于链轮S1～S7的旋转轴线移动链条23。通过修整大链轮的齿，链条23可实现平滑的低速换档或高速换档运动。
现在参看图2，它示意地示出了链轮组件12，以表示高速换档与低速换档的方向。具体些说，当链条23从大链轮转移至下一个较小的链轮上时，就产生高速换档。当链条23从小链轮转移至下一个较大的链轮上时，就产生低速换档。
基本上，当链轮组件12从图3看去顺时针方向R旋转时，内链板和外链板23a与23b与一个链轮的齿啮合。在链轮具有偶数齿的情况下，内、外链板23a和23b总是与同样的齿啮合。在链轮具有奇数齿的情况下，内、外链板23a和23b将随着链轮组件12的每一圈旋转交替地与不同的齿啮合。因此，链轮S3、S4和S5(所有都具有奇数齿)的齿将交替地与内、外链板23a和23b都啮合。链轮S3、S4和S5的齿都专门设计，以使只在一个内链板23a如下面要讨论的那样与链轮的经过选择的齿啮合时，才产生高速换档工作。
在第一实施例中，本发明的多级链轮组件12对链轮S1～S7分别有11T-13T-15T-17T-21T-27T-33T的齿形。自然，对于熟悉自行车技术的人，从本公开内容都明白，链轮S1～S7可以有其它齿形。本发明是对具有等于奇数的总齿数的链轮进行优化的。自然，对于熟悉自行车技术的人都明白，本发明的链轮可以如下面要讨论的那样按具有等于偶数的总齿数构形。链轮S1～S7最好用合适的刚性材料如金属材料制成。
链轮S1～S7的轴向宽度和链条23的内链板23a之间的横向间距，如同在下面要说明的那样，是对链条23的高速换档起控制作用的尺寸。例如，链条23在内链板23a之间有大致为2.5mm的横向间距，而链轮S1～S7最好对一七级链轮组件12有一约为2.3mm的轴向宽度。对于一八级链轮组件(即第二实施例的链轮组件12′)，轴向宽度最好如要更详细地讨论的那样，约为2.1mm。
为了简单起见，当讨论按照本发明的自行车链条组件12的第一实施例时，此处只详细讨论和/或说明链轮S3、S4和S5。自然，对于熟悉自行车技术的人，都会明白，本发明的对于链轮S3～S5讨论的原理可用于链轮组件12的其它链轮(即S1、S2、S6和S7)。
现在参看图5和6，链轮S3基本有一链轮体40和多个(15个)沿周向隔开的齿A3～K3，该齿从链轮体40的外周沿径向向外伸出。术语“链轮体的外周”如同此处所用的那样，落在对应于齿A3～K3的根径的圆上。链轮体40有一第一轴向侧或小链轮侧40a和一第二轴向侧或大链轮侧40b，小链轮侧面向下一个较小的链轮S2，而大链轮侧则面向下一个较大的链轮S4。链轮S3的中心做有花键孔40C，它按传统的方式装在后轮毂的飞轮11(未示出)上。为了方便起见，链轮S3的齿相对于链轮S3的旋转方向R按逆时针方向标以字母，实质相同的齿通常有同样的参考标记。对于实质上与链轮S3的齿相同的齿，链轮S4和S5的齿将采用类似的名称。
如同下面要说明的那样，链轮S3的所选的齿要被修形，以使链条23能平滑地高速换档或低速换档至相邻的链轮S2和S4上。依次相连的齿A3～E3是高速换档齿，它们共同工作，以控制链条23的高速换档并形成第一高速换档路径。依次相连的齿F3～I3是低速换档齿，它们共同工作，以控制链条23的低速换档并形成第一低速换档路径。虽然链轮S3只示出一个高速换档路径和一个低速换档路径，但是对于熟悉自行车技术的人都会从此公开内容明白，链轮S3可设有两个高速换档路径和两个低速换档路径。
当链条23从第一链轮如链轮S3转移至下一个较小的或较大的链轮如链轮S2或S4上时，与第一链轮啮合的最后一个滚子的中点称为脱离点，而与下一个接收链轮啮合的第一个滚子的中点则称为接合点。脱离点与接合点之间的链节在链条转移过程中形成高速换档路径或低速换档路径。
参看图18和19，现在要更详细地讨论链条23的换档运动。在高速换档工作中，链条23从较大的链轮S5转移至较小的链轮S4上。在此高速换档过程中，较大的链轮S5被看作是起始链轮，而较小的链轮S4则被看作是接收链轮。较大的链轮S5有高速换档脱离点P1，而较小的链轮S4则有高速换档接合点P2。在低速换档过程中，较小的链轮S4被看作是起始链轮，而较大的链轮S5则被看作是接收链轮。较小的链轮S4有低速换档脱离点P3，而较大的链轮S5则有低速换档接合点P4。
由脱离点与接合点形成的以链轮组件12的中心0为顶点的角度被定义为较大的链轮S5与较小的链轮S4之间的相位角。在低速换档运动中，此相角称为低速换档相位角，而在高速换档运动中，此相角则称为高速换档相位角。
低速换档齿F3～I3是比较传统的，并实质上按照授予Nagao的美国专利No.4889521构形。这样，低速换档齿F3～I3的构形与功能此处不准备详细讨论或说明。同样，剩下的齿J3-K3的构形与功能对于本发明并非十分重要。因此，剩下的齿J3～K3的构形与功能在此处也不准备详细讨论或说明。与之相反，下列描述将集中在高速换档齿A3～E3的构形与功能上。
高速换档齿A3～E3要经过修形，以使链条23可平滑地高速换档至相邻的链轮S2上。更具体一些，齿A3是第一高速换档齿。齿B3为第二高速换档齿，它与第一高速换档齿A3相邻。齿C3为第三高速换档齿，它与第二高速换档齿B3相邻。齿D3为第四高速换档齿，它与第三高速换档齿C3相邻。齿E3为第五高速换档齿，它与第四高速换档齿D3相邻。
第一、第二和第三高速换档齿A3～C3进一步将尺寸做成，在自行车链23的一对外链板23b与第二高速换档齿B3啮合时，防止链条23向高速换档。特别是，A3和C3的尺寸要做成，在自行车链23的一对外链板23b与第二高速换档齿B3啮合时，保持自行车链23与链轮体40对齐，以防止链条23向高速换档。不过，第一、第二和第三高速换档齿A3～C3的尺寸进一步做成，当一对内链板23a与第二高速换档齿B3啮合时，允许自行车链23向高速换档。易言之，当链轮S3有奇数齿，从而内、外链板23a和23b将随链轮组件12的每一圈旋转而交替地与不同的齿啮合。因此，S3的齿将交替地同时与内、外链板23a和23b啮合，并只能在一对内链板23a与第二高速换档齿B3啮合时才允许向高速换档。
现在参看图7A～7C，第一高速换档齿A3最好有一根部和一顶部，该根部由一对平直的侧面(高速换档表面)41a和41b界定，而顶部则由一对做成斜坡的表面42a和42b界定。做成斜坡的或楔形的表面42a和42b延伸至一位于中间的周向顶面43。齿顶由两个做成斜坡的表面42a和42b和周向顶面43形成。
平直的侧面41a和41b从链轮体40的外周沿径向向外延伸并且基本平行于链轮体40的链轮侧表面40a和40b。两个平直的侧面41a和41b还最好分别基本与小、大链轮侧40a与40b找平或对齐。第一高速换档齿A3的平直的侧面41a与41b形成第一高速换档齿A3的链条对齐部分。易言之，当一对内链板23a位于第一高速换档齿A3上时，平直的侧面41a与41b与内链板23a啮合，以防止链条23相对于链轮体40沿侧向或轴向移动。
第一高速换档齿A3的齿顶作为普通的或常规的齿顶示出。易言之，顶面43位于中部，在链轮的侧面40a与40b的中间，并平行于链轮的一侧40a与40b延伸。另一种方案为，一个或两个平直的侧面41a和41b可以修形成形成倒角的表面，例如如同在授与Nagano的美国专利No.4889521的图7所示的那样。还有，顶面43可向链轮体40的小链轮侧40a偏移，如同在本发明的第二实施例中那样。
现在参看图8A～8C，第二高速换档齿B3的形状做成，在一对内链板23a与其啮合时，允许链条23转移至链轮体40的小链轮的一侧40a。第二高速换档齿B3最好有一根部和一顶部，该根部由一对平直的侧面45a和45b界定，而顶部则由一对做成斜坡的表面46a与46b界定。做成斜坡的或楔形的表面46a与46b延伸至一沿周向延伸的顶面47。两个做成斜坡的表面46a与46b可以修形成形成倒角的表面，以允许链条23易于移至齿B3上或从其上移开。
齿顶由两个做成斜坡的表面46a和46b和周向的顶面47形成。在此实施例中，顶面47基本平行于链轮体40的链轮的侧面40a和40b延伸。此外，顶面47如同在图8B中看到的那样朝链轮体40的小链轮侧40a偏移。
平直的侧面45a和45b从链轮体40的外周沿径向向外伸出，并实质上平行于链轮体40的链轮的侧面40a与40b。平直的侧面45a最好还与小链轮侧40a找平或对齐。另一方面，平直的侧面45b从大链轮侧40b向内凹，以形成一高速换档倾斜依靠凹座48。
高速换档倾斜依靠凹座48的尺寸做成能容纳一个内链板23a。易言之，高速换档倾斜依靠凹座48允许链条23的内链板23a如图22所示转移至链轮体40的小链轮侧40a。这样，高速换档倾斜依靠凹座48允许链条23相对于链轮体40的小链轮侧40a沿侧向或轴向转移，以允许高速换档。高速换档倾斜依靠凹座48最好沿周向倾斜，以当高速换档倾斜依靠凹座48接近第三高速换档齿C3时变得更深。链轮体40的外周界定了第二高速换档齿B3的根径，高速换档倾斜依靠凹座48则主要沿径向位于根径的外面。高速换档倾斜依靠凹座48的一部分也位于第二高速换档齿B3的根径里面，以形成内链板退出区49。内链板退出区49有一曲率，它基本上与和该区域接触的内链板23a的部分的曲率匹配。
现在参看图9A～9C，最好是，第三高速换档齿C3有一根部和一顶部，该根部由一对平直的侧面51a和51b界定，而顶部则由一对做成斜坡的表面52a和52b与一沿径向延伸的平直表面52c界定。做成斜坡的表面52a和52b和沿径向延伸的表面52c会聚并形成一沿周向延伸的顶面53。齿顶由这些表面52a、52b、52c和53形成。
平直的侧面51a和51b从链轮体40的外周沿径向向外延伸并基本平行于链轮体40的链轮的侧面40a和40b。两个平直的侧面51a和51b最好也基本分别与小、大链轮侧40a与40b找平或对齐。第三高速换档齿C3的平直的侧面51a和51b形成第三高速换档齿C3的链条对齐部分。易言之，当一对内链板23a位于第三高速换档齿C3上时，平直的侧面51a与51b与内链板23a啮合，以防止链条23相对于链轮体40沿侧向或轴向移动。由于第一和第三高速换档齿A3和C3只是被第二高速换档齿B3隔开，第一和第三高速换档齿A3和C3都或是与链条23的内链板23a啮合或是与链条23的外链板23b啮合。当链条23的内链板23a与第一和第三高速换档齿A3和C3啮合时，链条23不能沿侧向转移至第二高速换档齿B3的高速换档倾斜依靠凹座48中。
做成斜坡的表面52a和52b和沿径向延伸的表面52c形成一凹顶，它朝大链轮侧40b引导内链板23a，内链板23a与第三高速换档齿C3啮合。这进一步保证，在链板23a与第三高速换档齿C3啮合时，链条23不会向高速换档。
齿顶表面53实质上，平行于链轮体40的链轮侧面40a和40b延伸。还有，顶面53如图9B所示朝链轮体40的小链轮侧40a偏移。
现在参看图9C，第三高速换档齿C3有一在第三高速换档齿C3与第四高速换档齿D3之间形成的节距，它大于在第二高速换档齿B3与第三高速换档齿C3之间形成的节距。易言之，第三高速换档齿C3的后缘经过修形，以使第三高速换档齿C3的宽度W1小于具有宽度W2的另一个高速换档齿。
现在参看图10A～10C，第四高速换档齿D3的形状做成具有内链板退出区，以允许链条23在向高速换档时在链轮S3与S2之间滑动。具体一些，第四高速换档齿D3有一由一对平直的侧面55a和55b界定的根部，该侧面从链轮体40的外周沿径向向外延伸并基本平行于链轮体40的链轮侧面40a和40b。第四高速换档齿D3的小链轮侧40a进一步有另一下凹表面58，它从链轮体40的外周沿径向向外延伸并基本平行于链轮体40的链轮的侧面40a和40b。
平直的侧面55a形成内链板导向面。内链板导向面55a从链轮体40的小链轮侧40a向内凹。第四高速换档齿D3的大链轮侧40b有一平直的侧面55b，它从链轮体40的外周沿径向向外延伸并基本平行于链轮体40的链轮的侧面40a和40b。平直的侧面55b最好基本与大链轮侧40b找平或对齐。
倒角面56a与56b从内链板导向面55a和平直的侧面55b向外倾斜至周向的顶面57。该顶面57比第一高速换档齿A3的顶面43薄。顶面57基本平行于链轮体40的链轮的侧面40a和40b延伸。此外，顶面57如图10B所示朝链轮体40的大链轮侧40b偏移。
倒角面56a形成内链板顶导向面，它在内链板23a与第四高速换档齿D3啮合时将链条朝小链轮侧40a推。
在内链板导向面55a的内缘为一弯曲的表面59，它形成内链板退出区，以允许链条23在向高速换档时在链轮S3与S2之间滑动。弯曲的表面59有一曲率，它基本上与内链板23a的和该区域接触的部分的曲率匹配。
现在参看图11A～11C，第五高速换档齿E3最好有一由一对平直的侧面61a和61b和一个做成斜坡的表面62b界定的根部，该做成斜坡的表面从平直的侧面61b延伸，以形成沿周向延伸的顶面63。如图11A至11B所示，做成斜坡的表面62b可以被修形，以形成倒角面，该表面允许链条23容易地移至齿E3上或从其移开。顶面63的位置与链轮S3的大链轮侧40b相邻。最好是，齿E3的顶面63平行于链轮体40的第一和第二轴向侧40a和40b延伸，并且朝链轮S3的大链轮侧40b偏移。
平直的侧面61a和61b从链轮体40的外周沿径向向外延伸，并基本平行于链轮体40的链轮侧面40a和40b。平直的表面61b最好还基本与大链轮侧40b找平或对齐。另一方面，平直的侧表面61a从小链轮侧40a向内凹。这样，侧面61a在齿E3的小链轮侧40a与第四高速换档齿D3的下凹表面58位于同一平面上，以形成一外链板离开区或第二高速换档凹座。
五个依次相连的齿F3～I3是低速换档齿，它们共同工作，以控制链条23的向低速换档并形成一第一低速换档路径。低速换档齿F3～I3放置成相对于旋转方向R紧接在高速换档齿A3～E3的后面。
再次参看图5和6，低速换档齿F3有在低速换档齿F3的小链轮侧40a形成有第一低速换档导向凹座71。低速换档齿G3有在低速换档齿G3的小链轮侧40a形成的第二低速导向凹座72。在此实施例中，相对于链轮体40的小链轮侧40a，第二低速换档导向凹座72比第一低速换档导向凹座71深。
低速换档齿H3被看作是第一低速换档齿是由于，它被设计成第一低速换档齿，以捕捉链条23或完全与之啮合。低速换档齿H3的小链轮侧40a有一根部，它具有一平直的侧面80a和一凹座81a。平直的侧面80a从链轮体40的外周沿径向向外延伸并基本平行于链轮体40的链轮的侧面40a和40b。平直的侧面80a也最好基本与小链轮侧40a找平或对齐。凹座81a最好在与低速换档齿I3最接近的边缘上倾斜得比较深。低速换档齿H3最好有一在链轮体40的大链轮侧40b形成的第一低速换档倾斜依靠凹座81b。第一低速换档倾斜依靠凹座81b最好在与低速换档齿G3最接近的边缘上倾斜得比较深。
每个低速换档齿I3最好有一具有平直的侧面84a的根部，该侧面从链轮体40的外周沿径向向外延伸。平直的侧面84a相对于链轮体40的小链轮侧40a做成斜坡。平直的侧面84a最好在与低速换档齿H3最接近的边缘上倾斜得比较深。
每个齿J3最好在链轮体40的小链轮侧40a有一凹座85a。凹座85a设计成在链条23低速换档时防止与内链板23a发生干涉。易言之，链条23在从较小的链轮S2低速换档至较大的链轮S3时被扭曲成沿侧向弯曲。链条23的这种扭曲使链条23的外链板首先与低速换档齿H3啮合，然后与低速换档齿I3啮合。这样，链条23沿链轮体40的大链轮侧40b的方向沿侧向进一步被扭曲，以便最终与链轮体40对齐。链条23的第二曲线朝链轮体40的大链轮侧40b偏移，以致一个内链板23a被接收在齿J3的凹座85a中。
齿K3是驱动链条23的公用齿。齿K3在按照本发明进行低速换档或高速换档时没有特殊的功能。这样，此处不拟详细讨论或说明齿K3。
现在参看图12～15，链轮S4有17个齿并且有与上面所讨论的15个齿的链轮S3形状相似的齿。17个齿的链轮S4与上面所讨论的15个齿的链轮S3的主要区别为，17个齿的链轮S4有两个额外的公用齿K4。鉴于17个齿的链轮S4与15个齿的链轮S3之间的相似性，17个齿的链轮S4的具有与15个齿的链轮S3相同的功能的齿被结以同样的附图标记，但是有不同的下标数字。这样，17个齿的链轮S4的齿在此处不拟详细讨论。
链轮S4基本上有一链轮体40和多个(17个)沿周向隔开的齿A4～K4，这些齿从链轮体40的外周沿径向向外伸出。链轮S4的链轮体40有一第一轴向侧或小链轮侧40a和一第二轴向侧或大链轮侧40b，小链轮侧面向下一个较小的链轮S3，而大链轮侧则面向下一个较大的链轮S5。链轮S4的中部做有按传统方式装在后轮毂(未示出)的飞轮上的花键孔40c。
链轮S4的所选择的齿以基本上与链轮S3相同的上述方式进行修形，以使链条23可平滑地高速换档或低速换档至相邻的链轮S3和S5上。依次相连的齿A4～E4是高速换档齿，它们共同工作，以控制链条23的高速换档并形成一第一高速换档路径。依次相连的齿F4～I4是低速换档齿，它们共同工作，以控制链条23的低速换档并形成一第一低速换档路径。虽然链轮S4只用一个高速换档路径和一个低速换档路径示出，但是对于熟悉自行车技术的人，从此公开内容都会明白，链轮S4可以提供两个高速换档路径和两个低速换档路径。
现在参看图16和17，链轮S5有21个齿并且有与上面所讨论的15个齿的链轮S3形状相似的齿。21个齿的链轮S5与上面所讨论的15个齿的链轮S3的主要区别为，21个齿的链轮S5有一个高速换档路径和两个低速换档路径。
考虑到21个齿的链轮S5与15个齿的链轮S3之间的相似性，21个齿的链轮S5的具有与15个齿的链轮S3相同的功能的齿被给以相同的附图标记，但是有不同的下标数字。这样，21个齿的链轮S5的齿在此处不拟详细讨论。
链轮S5基本有一链轮体40和多个(21个)沿周向隔开的齿A5～K5，这些齿从链轮体40的外周沿径向向外伸出。链轮S5的链轮体40有一第一轴向侧或小链轮侧40a和一第二轴向侧或大链轮侧40b，小链轮侧面向下一个较小的链轮S4，而大链轮侧则面向下一个较大的链轮S6。链轮S5的中部做有按传统方式装在后轮毂(未示出)的飞轮上的花键孔40c。
链轮S5的所选择的齿以基本上与链轮S3相同的上述方式进行修形，以使链条23可平滑地高速换档或低速换档至相邻的链轮S4和S6上。一组依次相连的齿A5～E5是高速换档齿，它们共同工作，以控制链条23的高速换档并形成一高速换档路径。链轮S5的高速换档齿B5～E5基本与上面所讨论的链轮S3的齿B3～E3相同。链轮S5的高速换档齿A5与上面所讨论的链轮S3的第一高速换档齿A3不同。与之相反，链轮S5的高速换档齿A5在其小链轮侧40a有一凹座。易言之，链轮S5的高速换档齿A5与上面所讨论的链轮S3的齿J3相似。两组依次相连的齿F5～I5是低速换档齿，它们共同工作，以控制链条23的低速换档并形成两个低速换档路径。链轮S5的齿F5～I5基本与上面所讨论的链轮S3的齿F3～I3相同。
第二实施例现在参看图23～29，现在按照本发明的第二实施例讨论链轮组件12′。在此第二实施例中，链轮组件12′为一八级链轮组件，其中的链轮S1′～S8′以预定的间距彼此隔开。
在此第二实施例中，本发明的多级链轮组件12′分别有用于链轮S1′～S8′的齿形11T-13T-15T-17T-21T-25T-29T-33T。自然，对于熟悉自行车技术的人，从此公开内容都会明白，链轮S1′～S8′可以有其它齿形。本发明是对具有等于奇数的总齿数的链轮进行优化的。自然，对于熟悉自行车技术的人都明白，本发明的链轮可以如下面要讨论的那样按具有等于偶数的总齿数构形。
第二实施例的链轮组件12′采用了第一实施例的链轮组件12的许多特色。这样，此处只讨论和/或说明链轮组件12′与第一实施例的链轮组件12的区别。考虑到此实施例与第一实施例的链轮之间的相似性，本实施例的具有与原有实施例基本相同的功能的齿给以与第一实施例相同的附图标记，但是带有单个的撇(′)。这样，在此实施例中，这些类似的齿和它们的工作的说明均略去。
链轮S3′与链轮S3的区别主要在高速换档路径与低速换档路径重叠。这样，在本实施例中，低速换档齿相对于旋转方向放在高速换档齿前面。易言之，第一高速换档齿A3与第二低速换档齿I3成型为一个第一整体(高速/低速换档)齿AI3′，而第二高速换档齿B3与第三低速换档齿I3成型为一个第二整体(高速/低速换档)齿BI3′。不过，第二整体齿BI3′基本与第二高速换档齿B3相同。同时，链轮S3′的高速换档齿C3′-E3′也已被改型。因此，下面将只详细讨论齿AI3′、C3′和D3′。
现在参看图26A～26C，第一整体齿AI3′最好有一根部和一顶部，该根部由一对平直的侧面(高速换档面)41a′和41b′界定，而顶部则由一对做成斜坡的表面42a′和42b′界定。做成斜坡的或楔形的表面42a′和42b′形成一沿周向延伸的顶面43′。齿顶由两个做成斜坡的表面42a′和42b′和周向的顶面43′形成。第一整体齿AI3′的齿顶平行于链轮的侧面40a′和40b′延伸。顶面43′也朝链轮体40′的小链轮侧40a′偏移。
平直的侧面41a′和41b′从链轮体40′的外周沿径向向外伸出。平直的侧面41a′基本平行于链轮体40′的链轮的侧面40a′和40b′，而平直的侧面41b′则相对于链轮体40′的链轮的侧面40a′和40b′做成斜坡或倾斜的。平直的侧面41a′最好也基本与小链轮侧40a′找平或对齐，而平直的侧面41b′则有一尾缘44′，它基本与链轮体40′的大链轮侧40b′对齐。此尾缘44′基本从链轮体40′的大链轮侧40b′沿径向延伸。易言之，平直的侧面41b′相对于链轮体40′的大链轮侧40b′做成斜坡或倾斜的，以形成一凹座。在平直的侧面41b′形成的凹座在尾缘44′处与大链轮侧40b′齐平，该尾缘与第二整体的齿BI3′相邻，该凹座在邻近低速换档齿H3′的前缘处比在尾缘处更深。
第一整体齿AI3′的平直的侧面41a′和边缘44′形成第一整体齿AI3′的链条对齐部分。易言之，当一对内链板23a位于第一整体齿AI3′上时，平直的侧面41a′与边缘44′与内链板23a啮合，以防止链条23相对于链轮体40′沿侧向或轴向移动。
现在参看图27A～27C，第二整体齿BI3′的形状做成在一对内链板23a与其啮合时允许链条23转移至链轮体40′的小链轮侧40a′。第二整体齿BI3′最好有一根部和一顶部，该根部由一对平直的侧面45a′和45b′界定，而顶部则由一对做成斜坡的表面46a′和46b′界定。做成斜坡的或楔形的表面46a′和46b′延伸至沿周向延伸的顶面47′处。两个做成斜坡的表面46a′和46b′可以被修形，以形成倒角的表面，该表面允许链条23易于移至第二整体齿BI3′上或从其上移开。
齿顶由两个做成斜坡的表面46a′和46b′和周向的顶面47′形成。在此实施例中，顶面47′基本平行于链轮体40′的链轮的侧面40a′和40b′延伸。此外，顶面47′如图27B所示朝链轮体40′的小链轮侧40a′偏移。
平直的侧面45a′和45b′从链轮体40′的外周沿径向向外伸出，并基本平行于链轮体40′的链轮的侧面40a′和40b′。平直的侧面45a′最好还基本与小链轮侧40′找平或对齐。另一方面，平直的侧面45b′以大链轮侧40b′向内凹，以形成高速换档倾斜依靠凹座48′。
高速换档倾斜依靠凹座48′的尺寸做成能容纳一个内链板23a。易言之，高速换档倾斜依靠凹座48′允许链条23的内链板23a如图39所示转移至链轮体40′的小链轮侧40a′。这样，高速换档倾斜依靠凹座48′允许链条23相对于链轮体40′的小链轮侧40a′沿侧向或轴向转移，以允许高速换档。高速换档倾斜依靠凹座48′最好沿周向倾斜，以当高速换档倾斜依靠凹座48′接近第三高速换档齿C3′时变得更深。链轮体40′的外周界定第二整体齿BI3′的根径，高速换档倾斜依靠凹座48′则主要沿径向位于根径的外面。高速换档倾斜依靠凹座48′的一部分也位于第二整体齿BI3′的根径里面，以形成内链板退出区49′。内链板退出区49′有一曲率，它基本与内链板23a和该区域接触的部分的曲率匹配。
现在参看图28A～28C，最好是，第三高速换档齿C3′有一根部，该根部由一做成斜坡的表面50′和一对平直的侧面51a′和51b′界定。第三高速换档齿C3′有一顶部，它由一对做成斜坡的表面52a′和52b′和一平直的沿径向延伸的表面52c′界定。做成斜坡的表面52a′和52b′和沿径向延伸的表面52c′都会聚并形成一沿周向延伸的顶面53′。齿顶由这些表面52a′、52b′、52c′和53′形成。
平直的侧面51a′和51b′从链轮体40′的外周沿径向向外延伸并基本平行于链轮体40′的链轮的侧面40a′和40b′。两个平直的侧面51a′和51b′最好也基本分别与小、大链轮侧40a′和40b′找平或对齐。第三高速换档齿C3′的平直的侧面51a′和51b′形成第三高速换档齿C3′的链条对齐部分。易言之，当一对内链板23a位于第三高速换档齿C3′上时，平直的侧面51a′与51b′与内链板23a啮合，以防止链条23相对于链轮体40′沿侧向或轴向移动。由于第一和第三高速换档齿AI3′和C3′只是被第二整体齿BI3′隔开，第一和第二高速换档齿AI3′和C3′都或是与链条23的内链板23a啮合，或是与链条23的外链板23b啮合。当链条23的内链板23a与第一和第三高速换档齿AI3′和C3′啮合时，链条23不能沿侧向转移至第二整体齿BI3′的高速换档倾斜依靠凹座48′中。
做成斜坡的表面52a′和52b′和沿径向延伸的表面52c′形成一凹顶，它朝大链轮侧40b′引导内链板23a，内链板23a与第三高速换档齿C3′啮合。这进一步保证，在内链板23a与第三高速换档齿C3′啮合时，链条23不会向高速换档。
齿顶表面53′基本平行于链轮体40′的链轮的侧面40a′和40b′延伸，还有，顶面53′如图28B所示朝链轮体40′的小链轮侧40a′偏移。
现在参看图28C，第三高速换档齿C3′有一在第三高速换档齿C3′与第四高速换档齿D3′之间形成的节距，它大于在第二整体齿BI3′与第三高速换档齿C3′之间形成的节距。易言之，第三高速换档齿C3′的后缘经过修形，以使第三高速换档齿C3′的宽度W1′小于具有宽度W2′的另一个高速换档齿。
现在参看图29A～29C，第四高速换档齿D3′的形状做成具有内链板退出区，以允许链条23在向高速换档时在链轮S3′与S2′之间滑动。具体一些，第四高速换档齿D3′有一由一对平直的侧面55a′和55b′界定的根部，该侧面从链轮体40′的外周沿径向向外延伸并基本平行于链轮体40′的链轮的侧面40a′和40b′。第四高速换档齿D3′的小链轮侧40a′进一步有另一下凹的表面58′，它从链轮体40′的外周沿径向向外延伸并基本平行于链轮体40′的链轮的一侧40a′和40b′。凹面58′延伸至第五高速换档齿E3′，以形成一外链板退出区或第二高速换档凹座。
平直的侧面55a′形成内链板导向面。内链板导向面55a′从链轮体40′的小链轮侧40a′向内凹。第四高速换档齿D3′的大链轮侧40b′有一平直的侧面55b′，它从链轮体40′的外周沿径向向外延伸并基本平行于链轮体40′的链轮的侧面40a′和40b′。平直的侧面55b′最好基本与大链轮侧40b′找平或对齐。
倒角的表面56a′与56b′从内链板导向面55a′和平直的侧面55b′向外倾斜至周向的顶面57′。该顶面57′比第一整体齿AI3′的顶面43′薄。顶面57′基本平行于链轮体40′的链轮的侧面40a′和40b′延伸。此外，顶面57′如图29B所示朝链轮体40′的大链轮侧40b′偏移。
倒角的表面56a′形成内链板顶导向面，它在内链板23a与第四高速换档齿D3′啮合时将链条朝小链轮侧40a′推。
在内链板导向面55a′的内缘为一弯曲的表面59′，它形成内链板退出区，以允许链条23在向高速换档时在链轮S3′和S2′之间滑动。弯曲的表面59′有一曲率，它基本上与内链板23a的和该区域接触的部分的曲率匹配。
现在参看图30A～30C，第五高速换档齿E3′最好有一由一对平直的侧面61a′和61b′和一个做成斜坡的表面62b′界定的根部，该做成斜坡的表面从平直的侧面61b′延伸，以形成沿周向延伸的顶面63′。如图30A和30B所示，做成斜坡的表面62b′可以被修形，以形成倒角的表面，该表面允许链条23容易地移至齿E3′上或从其移开。顶面63′的位置与链轮S3′的大链轮40b′相邻。最好是，齿E3′的顶面63′平行于链轮体40′的第一和第二轴向侧40a′和40b′延伸，并且朝链轮S3′的大链轮侧40b′偏移。
平直的侧面61a′和61b′从链轮体40′的外周沿径向向外延伸，并基本平行于链轮体40′的链轮的侧面40a′和40b′。平直的表面61b′最好还基本与大链轮侧40b′找平或对齐。另一方面，平直的侧表面61a′从大链轮侧40b′向内凹。这样，侧面61a′在齿E3′的小链轮侧40a′与第四高速换档齿D3′的下凹表面55a′位于同一平面上。
现在参看图31和32，链轮S4′有17个齿并且有与上面所讨论的17个齿的链轮S4形状相似的齿。17个齿的链轮S4′与上面所讨论的17个齿的链轮S4的主要区别为，17个齿的链轮S4有两个额外的低速换档齿J4。鉴于17个齿的链轮S4′与17个齿的链轮S4之间的相似性，17个齿的链轮S4′的具有与17个齿链轮S4相同的功能的齿被给以同样的附图标记，但是有不同的下标数字。这样，17个齿的链轮S4′在此处不拟详细讨论。
链轮S4′基本有一链轮体40′和多个(17个)沿周向隔开的齿A4′～K4′，这些齿从链轮体40′的外周沿径向向外伸出。链轮S4′的链轮体40′有一第一轴向侧或小链轮侧40a′和一第二轴向侧或大链轮侧40b′，小链轮侧面向下一个较小的链轮S3′，而大链轮侧则面向下一个较大的链轮S5′。链轮S4′的中部做有按传统的方式装在后轮毂(未示出)的飞轮上的花键孔40c′。
链轮S4′的所选择的齿以基本上与链轮S4相同的上述方式进行修形，以使链条23可平滑地高速换档或低速换档至相邻的链轮S3′和S5′上。依次相连的齿A4′～E4′是高速换档齿，它们共同工作，以控制链条23的高速换档并形成一第一高速换档路径。依次相连的齿F4′～I4′是低速换档齿，它们共同工作，以控制链条23的低速换档并形成一第一低速换档路径。虽然链轮S4′只用一个高速换档路径和一个低速换档路径示出，但是对于熟悉自行车技术的人，从此公开内容都会明白，链轮S4′可以提供两个高速换档路径和两个低速换档路径。
现在参看图33和34，链轮S5′有21个齿并且有与上面所讨论的15个齿的链轮S3′形状相似的齿。21个齿的链轮S5′与上面所讨论的15个齿的链轮S3′的主要区别为，它有较多的齿，并且齿E5′的形状做成与链轮S3′中的一样，即平直的侧面61a′与平直的侧面55a′位于相同的平面中。
鉴于21个齿的链轮S5′与15个齿的链轮S3和S3′之间的相似性，21个齿的链轮S5′的具有与15个齿的链轮S3′相同的功能的齿被给以相同的附图标记，但是有不同的下标数字，这样，21个齿的链轮S5′的齿在此处不拟详细讨论。
链轮S5′基本有一链轮体40′和多个(21个)沿周向隔开的齿A5′～K5′，这些齿从链轮体40′的外周沿径向向外伸出。链轮S5′的链轮体40′有一第一轴向侧面或小链轮侧40a′和一第二轴向侧或大链轮侧40b′，小链轮侧面向下一个较小的链轮S4′，而大链轮侧则面向下一个较大的链轮S6′。链轮S5′的中部做有按传统方式装在后轮毂(未示出)的飞轮上的花键孔40c′。
链轮S5′的所选择的齿以基本上与链轮S3和/或S3′相同的上述方式进行修形，以使链条23可平滑地高速换档或低速换档至相邻的链轮S4′和S6′上。
现在参看图35和36，链轮S6′有25个齿并且有与上面所讨论的21个齿的链轮S5′形状相似的齿。25个齿的链轮S6′与上面所讨论的21个齿的链轮S5′的主要区别为，25个齿的链轮S6′有两个高速换档路径和两个低速换档路径。
鉴于25个齿的链轮S6′与链轮S5′之间的相似性，25个齿的链轮S6′的具有与链轮S5′相同的功能的齿被给以相同的附图标记，但是有不同的下标数字。这样25个齿的链轮S6′的齿此处不拟详细讨论。
链轮S6′基本有一链轮体40′和多个(25个)沿周向隔开的齿A6′～K6′，这些齿从链轮体40′的外周沿径向向外伸出。链轮S6′的链轮体40′有一第一轴向侧或小链轮侧40a和一第二轴向侧或大链轮侧40b′，小链轮侧面向下一个较小的链轮S5′，而大链轮侧则面向下一个较大的链轮S7′。链轮S6′的中部做有按传统方式装在后轮毂(未示出)的飞轮上的花键孔40c′。
具有偶数齿的链轮的构形参看图40和41，它们示出一按照本发明的链轮S5″。链轮S5″利用了本发明的对链轮S3～S5所讨论的原理。鉴于此实施例与两个原有实施例的链轮之间的相似性，本实施例的具有与两个原有实施例的齿相同的功能的齿被给以与第一实施例相同的附图标记，但是带有双撇(″)。这样，此实施例中将略去这些相似的齿的说明及其工作。
链轮S5″可用以代替原有实施例中的任一链轮S5或S5′。链轮S5″基本有一链轮体40″和多个(20个)沿周向隔开的齿A5″～K5″，这些齿从链轮体40″的外周沿径向向外伸出。这样，链轮S5″有一等于偶数的总齿数。由于链轮S5″有偶数齿，故链轮S5″有两组高速换档齿，以便形成一对高速换档路径。形成第一高速换档路径的第一组高速换档齿与形成第二高速换档路径的第二组高速换档齿沿周向隔开一段距离。两个高速换档路径之间的间隔要如此，即根据链条23如何转移到链轮S5″上而只采用一个高速换档路径。易言之，只有第二高速换档齿B5″其中之一与一对内链板23a啮合，而另一个第二高速换档齿B5″则与一对外链板23b啮合。
如同在此处所用的表示程度的术语如“基本”、“大约”、“近似”意味着修正的术语的合理的偏差量，以使最终结果不会有很大改变。如果不否定所修正的词的意义，则这些术语可以认为包括修正的术语的±5％的偏差。
虽然只选择了所选的实施例来说明本发明，对于熟悉本技术的人，从此公开内容应当明白，此处可作出各种更改与改进而不脱离本发明的在权利要求书中所规定的范围。此外，按照本发明的实施例的前述描述只是为了说明而提供的，而不是为了限制由所附规定的本发明及其相当物。
权利要求
1.一种用于自行车多级链轮组件的链轮，其特征在于，它包括一具有第一轴向侧和第二轴向侧的链轮体；多个沿周向隔开的齿，这些齿从上述链轮体的外周沿径向向外伸出，上述齿包括多个高速换档齿，它们包括第一高速换档齿，一与上述第一高速换档齿相邻的第二高速换档齿和与上述第二高速换档齿相邻的第三高速换档齿；上述第一、第二和第三高速换档齿的尺寸要做成当自行车链的一外链板与上述第二高速换档齿啮合时保持自行车链的对准度，以防止链条向高速换档，并在内链板沿第一高速换档路径与上述第二高速换档齿啮合时转移自行车链。
2.如权利要求1所述的链轮，其特征为，上述第一高速换档齿有一第一平直的高速换档表面，该表面基本与上述链轮体的上述第二轴向侧对齐；上述第二高速换档齿在上述链轮体的上述第二轴向侧有一第一平直的高速换档倾斜依靠凹座；上述第三高速换档齿有一第二平直的高速换档表面，该表面基本与上述链轮体的上述第二轴向侧对齐。
3.如权利要求1所述的链轮，其特征为，上述高速换档齿还包括一第四高速换档齿，它与上述第三高速换档齿相邻，以使上述第一、第二、第三和第四高速换档齿构成上述第一高速换档路径。
4.如权利要求3所述的链轮，其特征为，上述第一高速换档齿有一第一平直的高速换档表面，该表面基本与上述链轮体的上述第二轴向侧对齐；上述第二高速换档齿在上述链轮体的上述第二轴向侧有一第一高速换档倾斜依靠凹座；上述第三高速换档齿有一第二平直的高速换档表面，该表面基本与上述链轮体的上述第二轴向侧对齐；以及上述第四高速换档齿在上述链轮体的上述第一轴向侧有一第二高速换档凹座，它形成内链板的高速换档导向表面。
5.如权利要求1所述的链轮，其特征为，上述第一高速换档齿有一顶部，它基本平行于上述链轮体的上述第一和第二轴向侧延伸。
6.如权利要求5所述的链轮，其特征为，上述第一高速换档齿的上述顶部位于上述链轮体的上述第一和第二轴向侧的中间。
7.如权利要求5所述的链轮，其特征为，上述第一高速换档齿的上述顶部朝上述链轮体的上述第一和第二轴向侧之一偏移。
8.如权利要求7所述的链轮，其特征为，上述第一高速换档齿的上述顶部朝上述链轮体的上述第一轴向侧偏移。
9.如权利要求1所述的链轮，其特征为，上述第二高速换档齿有一顶部，它基本平行于上述链轮体的上述第一和第二轴向侧延伸。
10.如权利要求2所述的链轮，其特征为，上述第二高速换档齿的上述第一高速换档倾斜依靠凹座是沿周向倾斜的，以使其在上述第一高速换档倾斜依靠凹座接近上述第三高速换档齿处变得更深。
11.如权利要求2所述的链轮，其特征为，上述链轮体的上述外周界定上述高速换档齿的根径，而上述第二高速换档齿的上述高速换档倾斜依靠凹座则沿径向位于上述根径的外面。
12.如权利要求2所述的链轮，其特征为，上述第三高速换档齿有一顶部，它基本平行于上述链轮体的上述第一和第二轴向侧延伸。
13.如权利要求12所述的链轮，其特征为，上述第三高速换档齿有一带一内链板滑动表面的径向高度，该滑动表面在上述链轮体的上述第二轴向侧沿上述第三高速换档齿的上述径向高度的大约一半延伸，并沿径向位于上述第二平直的高速换档表面的外面。
14.如权利要求2所述的链轮，其特征为，上述第三高速换档齿有一内链板滑动表面，该表面位于上述链轮体的上述第二轴向侧，并沿径向位于上述第二平直的高速换档表面的外面。
15.如权利要求1所述的链轮，其特征为，上述第三高速换档齿有一第一高速换档表面，它基本与上述链轮体的上述第一轴向侧对齐。
16.如权利要求15所述的链轮，其特征为，上述第三高速换档齿有一第二高速换档表面，它基本与上述链轮体的上述第二轴向侧对齐。
17.如权利要求16所述的链轮，其特征为，上述第一高速换档齿有一第三高速换档表面，它基本与上述链轮体的上述第一轴向侧对齐。
18.如权利要求17所述的链轮，其特征为，上述第一高速换档齿有一第四高速换档表面，它基本与上述链轮体的上述第二轴向侧对齐。
19.如权利要求2所述的链轮，其特征为，上述第三高速换档齿有一位于上述链轮体的上述第二轴向侧的外链板导向面，上述外链板导向面在上述外链板导向面朝上述链轮体的上述第一轴向侧接近处从上述第二平直的高速换档表面发生倾斜。
20.如权利要求3所述的链轮，其特征为，上述第三高速换档齿有一在上述第三高速换档齿与上述第四高速换档齿之间形成的节距，该节距大于在上述第二高速换档齿与上述第三高速换档齿之间形成的节距。
21.如权利要求3所述的链轮，其特征为，上述第四高速换档齿有一内链板导向表面，该导向表面在其顶部形成并沿径内从上述第四高速换档齿的上述顶部向上述轮体的上述第一轴向侧向内倾斜。
22.如权利要求21所述的链轮，其特征为，上述第四高速换档齿有一内链板退出凹座，它在上述链轮体的上述第一轴向侧形成并沿径向位于上述内链板导向表面的里面。
23.如权利要求22所述的链轮，其特征为，上述第四高速换档齿有一位于上述链轮体的上述第一轴向侧的高速换档凹座，上述第四高速换档齿的上述高速换档凹座相对于上述链轮体的上述第一轴向侧要比上述内链板退出凹座深。
24.如权利要求3所述的链轮，其特征为，上述第四高速换档齿有一在上述链轮体的上述第一轴向侧形成的内链板退出凹座。
25.如权利要求1所述的链轮，其特征为，上述齿包括多个低速换档齿，它们经过修形，以形成第一低速换档路径。
26.如权利要求25所述的链轮，其特征为，上述链轮体的上述第一轴向侧有一第一低速换档导向凹座，它沿至少一个上述低速换档齿延伸。
27.如权利要求26所述的链轮，其特征为，上述链轮体的上述第一轴向侧有一第二低速换档导向凹座，它沿至少一个上述低速换档齿延伸，该低速换档齿与上述第一低速换档凹座相邻，上述第二低速换档导向凹座相对于上述链轮体的上述第一轴向侧要比上述第一低速换档凹座深。
28.如权利要求27所述的链轮，其特征为，上述低速换档齿包括第一、第二和第三低速换档齿，它们依次排列形成上述第一低速换档路径的一部分，并相对于旋转方向位于上述第一和第二低速换档导向凹槽的后面。
29.如权利要求25所述的链轮，其特征为，上述低速换档齿包括一具有第一低速换档倾斜依靠凹座的第一低速换档齿，该凹座在上述链轮体的上述第二轴向侧形成。
30.如权利要求29所述的链轮，其特征为，上述低速换档齿包括一具有第二低速换档倾斜依靠凹座的第二低速换档齿，该凹座在上述链轮体的上述第二轴向侧形成，上述第二低速换档齿的位置与上述第一低速换档齿相邻。
31.如权利要求30所述的链轮，其特征为，上述低速换档齿包括一具有第三低速换档倾斜依靠凹座的第三低速换档齿，该凹座在上述链轮体的上述第二轴向侧形成，上述第三低速换档齿的位置与上述第二低速换档齿相邻。
32.如权利要求31所述的链轮，其特征为，上述链轮体的第一轴向侧有一第一低速换档导向凹座，该凹座沿上述低速换档齿延伸，该齿的位置相对于旋转方向与上述第一低速换档齿相邻并在其前面。
33.如权利要求32所述的链轮，其特征为，上述链轮体的第一轴向侧有一第二低速换档导向凹座，该凹座沿至少一个上述低速换档齿延伸，该低速换档齿与上述第一低速换档凹座相邻，上述第二低速换档导向凹座相对于上述链轮体的上述第一轴向侧比上述第一低速换档导向凹座深。
34.如权利要求25所述的链轮，其特征为，上述低速换档齿相对于旋转方向位于上述高速换档齿的后面。
35.如权利要求25所述的链轮，其特征为，上述低速换档齿与上述高速换档齿重叠，以使至少一个上述高速换档齿同时也形成为一个上述低速换档齿。
36.如权利要求25所述的链轮，其特征为，上述低速换档齿与上述高速换档齿重叠，以使至少一个上述高速换档齿同时也形成为一个上述低速换档齿。
37.如权利要求36所述的链轮，其特征为，两个上述高速换档齿同时也形成为两个上述低速换档齿。
38.如权利要求37所述的链轮，其特征为，上述第一高速换档齿和上述第二低速换档齿作为一第一整体齿形成，而上述第二高速换档齿和上述第三低速换档齿则作为第二整体的齿形成。
39.如权利要求38所述的链轮，其特征为，上述第一整体齿有一基本沿径向延伸的边缘，该边缘基本与上述链轮体的上述第二轴向侧对齐。
40.如权利要求39所述的链轮，其特征为，上述第三高速换档齿有一平直的高速换档表面和一倾斜的表面，该平直的高速换档表面与一基本沿径向延伸的边缘对齐，该边缘基本与上述链轮体的上述第二轴向侧对齐，该倾斜的表面从上述平直的高速换档表面的上述沿径向延伸的边缘延伸，以在上述第三高速换档齿的上述第二轴向侧形成一凹座。
41.如权利要求1所述的链轮，其特征为，上述高速换档齿包括由一组附加的高速换档齿形成的第二高速换档路径，该组附加齿与形成上述第一高速换档路径的上述高速换档齿沿周向隔开。
42.如权利要求41所述的链轮，其特征为，上述链轮体有总数等于偶数的上述齿。
43.如权利要求41所述的链轮，其特征为，上述齿包括多个低速换档齿，它们经过修形，以形成一对沿周向隔开的低速换档路径。
44.如权利要求41所述的链轮，其特征为，上述链轮体有总数等于奇数的上述齿。
45.一种用于自行车的多级链轮组件的链轮，其特征在于，它包括一具有第一轴向侧和第二轴向侧的链轮体；和多个沿周向隔开的齿，这些齿从上述链轮体的外周沿径向向外伸出；上述齿包括1个第一换档齿，它有一基本与上述链轮体的上述第二轴向侧对齐的第一内链板校准表面和一在上述链轮体的上述第二轴向侧中的第一低速换档倾斜依靠凹座；1个第二换档齿，它在上述链轮体的上述第二轴向侧有一高速/低速换档倾斜依靠凹座，并且沿与旋转方向相反的方向设置成与上述第一换档齿相邻；1个第三换档齿，它有一基本与上述链轮体的上述第二轴向侧对齐的第二内链板校准表面，并且沿与旋转方向相反的方向设置成与上述第二换档齿相邻。1个第四换档齿，它在上述链轮体的上述第一轴向侧有一第一高速换档凹座，该凹座形成内链板高速换档导向表面，该齿沿与旋转方向相反的方向设置成与上述第三换档齿相邻；1个第五换档齿，它在上述链轮体的上述第二轴向侧有一第二低速换档倾斜依靠凹座并且沿旋转方向与上述第一换档齿相邻；1个第六换档齿，它在上述链轮体的上述第一轴向侧有一第一低速换档导向凹座并且沿旋转方向与上述第五换档齿相邻；1个第六换档齿，它在上述链轮体的上述第一轴向侧有一第二低速换档导向凹座并且沿旋转方向与上述第五换档齿相邻；上述第一、第二、第三和第四换档齿形成一高速换档路径，而上述第一、第二、第五和第六换档齿则形成一低速换档路径。
46.一种用于自行车的多级链轮组件，其特征在于，它包括1个小链轮，它有一带有多个沿周向隔开的齿的外周；和1个大链轮，它的位置与上述小链轮相邻，以共同沿一旋转方向旋转，上述大链轮有一具有第一轴向侧和第二轴向侧的链轮体和多个沿周向隔开的齿，该齿从上述链轮体的外周沿径向向外延伸，上述大链轮的上述齿包括多个高速换档齿，它们包括一第一高速换档齿、一与上述第一高速换档齿相邻的第二高速换档齿和一与上述第二高速换档齿相邻的第三高速换档齿，上述第一、第二和第三高速换档齿的尺寸做成使其能够保持自行车链的对准度，以在自行车链的外链板与上述第二高速换档齿啮合时防止链条向高速换档，并在内链板沿上述第一高速换档路径与上述第二高速换档齿啮合时转移自行车链。
47.一种用于自行车的自动换档组件，其特征在于，它包括1个自动变速控制部件；1个速度检测部件，它在操作上与上述自动变速控制部件结合，以提供一信号，指示出当时的速度；1个链条转移装置，它在操作上与上述自动变速控制部件结合，以响应来自上述自动变速控制部件的变速信号，并移动链条；1个多级链轮组件，它包括一小链轮和一大链轮，小链轮有一带有多个沿周向隔开的齿的外周，大链轮的位置与上述小链轮相邻，以共同沿旋转方向旋转，上述大链轮有一链轮体和多个沿周向隔开的齿，链轮体有一第一轴向侧和一第二轴向侧，所述齿从上述链轮体的外周沿径向向外伸出，上述大链轮的上述齿包括多个高速换档齿，它们包括一第一高速换档齿、一与上述第一高速换档齿相邻的第二高速换档齿和一与上述第二高速换档相邻的第三高速换档齿，上述第一、第二和第三高速换档齿的尺寸做成使其能够保持自行车链的对准度，以在自行车链的外链板与上述第二高速换档齿啮合时防止链条向高速换档，并在内链板沿上述第一高速换档路径与上述第二高速换档齿啮合时转移自行车链。
48.如权利要求47所述的自动换档组件，其特征为，上述链条转移装置为一机动的后转辙器。
49.如权利要求47所述的自动换档组件，其特征为，上述速度检测部件包括一磁铁和一可用磁力操作的传感器。
全文摘要
一种用于自行车的链轮组件,它备有至少一个大链轮和至少一个小链轮。大链轮经过修形,以在高速换档操作中允许自行车链平滑地从大链轮转移至小链轮上。大链轮有一链轮体和多个沿周向隔开的齿,该链轮体基本上有一第一轴向侧和一第二轴向侧,该齿从链轮体的外周沿径向向外伸出。链轮的齿包括多个高速换档齿。该高速换档齿有至少一个第一高速换档齿、一与第一高速换档齿相邻的第二高速换档齿和与第二高速换档齿相邻的第三高速换档齿。该第一、第二和第三高速换档齿的尺寸做成使其能够保持自行车链的对准度,以在自行车链的外链板与上述第二高速换档齿啮合时防止链条向高速换档,并在内链板沿上述第一高速换档路径与上述第二高速换档齿啮合时允许自行车链进行高速换档。
文档编号F16H55/30GK1342851SQ01123238
公开日2002年4月3日 申请日期2001年7月18日 优先权日2000年9月13日
发明者蒲田健二 申请人:株式会社岛野