专利名称：自行车多齿轮飞轮的制作方法
技术领域：
本发明涉及自行车多齿轮飞轮(multi-gear cassette),更具体地，本 发明涉及一种包括截头锥形壳体、设置在所述锥形壳体上的多个有齿的 链轮、转矩载荷传递齿廓、和径向载荷传递齿廓的多齿轮飞轮，其中所 述壳体、链轮和载荷传递齿廓形成为一体部件。
背景技术：
在传统的多齿轮自行车飞轮中，多个分体的直径不同的链轮关于轮 毂的轴线径向布置。每个链轮具有绕其外周间隔开的用于和自行车链条 接合的多个齿。所述链轮可安装到轮毂以从自行车链条向轮毂传递踩踏 板的力。在传统的设计中，每个链轮可以包括与轮毂上的对应齿廓相配 合的转矩和径向载荷传递齿廓。这种设计的一个缺点在于，在从位于一 端的链条将踩踏板载荷传递到位于另一端的轮毂的过程中，所述链轮单 独地起作用，这使得所述链轮易于屈曲(buckling),从而需要比所期望 的链轮更厚更重的链轮。在其他的装置中，各个链轮可以附接到中间承载件的多个承载臂， 所述多个臂从链轮接收加载并将加载传递到轮毂。虽然所述承载件可以 为链轮提供一些横向支撑，但承载臂在加载的作用下自身可能会扭曲和 弯曲，这也会导致屈曲。具有更高刚性的臂的承载件提供额外的抗屈曲 能力，但这会带来重量方面的不利。除了抗屈曲之外，承载件和不基于 承载件的多齿轮飞轮必须具有充足的刚性以抵抗由于高冲击性踩踏板的力而产生的过大扭曲和弯曲，以向轮毂提供前向和直接的载荷传递。在上述的承载件飞轮中，所述分体的链轮利用螺栓、匹配的螺纹、 联结突起等附接到承载臂。这些机械连接件不仅需要配合件上的额外材 料(这使得链轮组件更重)，而且还引入孔和螺纹特征，这会削弱配合部， 从而会在链轮和承载件上形成可能的疲劳和断裂失效点。最后，由于这 些机械连接件在加载的作用下会扭曲和变形，因此这些机械连接件还引 入的额外的不利的柔性，从而软化了从链条到轮毂的载荷传递。因此根据本发明的一体式飞轮通过提供从链条到轮毂的刚性、抗屈 曲性能、轻型的载荷传递路径而避免了这些设计局限。在具有分体链轮 的现有装置中，不管有或没有中间承载件，使用者都可以选择性地替换 一个或多个单独的链轮以定制飞轮的传动比。而且，在具有分体链轮的 飞轮设计中，在链轮表面上的复杂凹口和挖切特征以及精确斜切(chamfered)齿特征可以在组装成飞轮之前通过被压制到单个链轮上而 更容易更经济地形成。本发明实现了与这些现有装置的教导相反的刚性 且轻型的设计。通过采用忽略分体链轮技术方面要求的一体式截头中空 锥体设计，本发明提供的远不仅仅是与这些现有装置的结构差别。发明内容本发明的目的在于提供一种从自行车链条向轮毂刚性地传递载荷的 轻型一体式多齿轮飞轮。本发明提供一种自行车多齿轮飞轮，该飞轮一般包括截头的锥形 壳体；多个有齿的直径不同的链轮；转矩载荷传递齿廓；和径向载荷传 递齿廓，其中，所述壳体、链轮和载荷传递齿廓形成为一体部件。所述 转矩传递齿廓形成无特征(featureless)的接触表面以与所述轮毂摩擦接 合。所述链轮设置在所述壳体上并关于所述壳体轴线径向延伸。所述壳 体具有靠近小壳体基部的第一开口和靠近大壳体基部的第二开口。所述 第一和第二开口与所述壳体的轴线同轴。在壳体上的小壳体基部处、大 壳体基部处或壳体上靠近所述小壳体基部或大壳体基部的轴向内部位置 (或者它们的任意组合)处配置有转矩载荷传递齿廓。同样，在小壳体基部处、大壳体基部处或壳体上的靠近所述小壳体基部或大壳体基部的 轴向内部位置(或者它们的任意组合)处配置有径向载荷传递齿廓。所 述径向和转矩载荷传递齿廓定位在所述壳体上，以在飞轮安装在轮毂上 时稳定地支撑所述飞轮。在本发明的一个实施方式中，所述壳体可以具有包括多个不同直径 的沿所述壳体轴线延伸的同轴环状圆筒和多个不同直径的关于所述壳体 轴线径向延伸的同轴环状盘的阶梯式结构。所述圆筒和盘以阶梯式顺序 交替布置。在轴向最外面的圆筒或盘、或靠近该轴向最外面的圆筒或盘 (或它们的任意组合)处配置有转矩载荷传递齿廓。同样，在轴向最外 面的圆筒或盘、或靠近该轴向最外面的圆筒或盘(或它们的任意组合) 处配置有径向载荷传递齿廓。所述圆筒、盘、链轮和载荷传递齿廓形成 为一体部件。在本发明的另一个实施方式中，所述壳体可以具有这样的锥形结构， 即，其包括连接所述有齿链轮的多个锥体段。所述锥体段中的一个或多个优选朝向与所述壳体轴线成大于45度的角的方向。所述锥体段、链轮和载荷传递齿廓形成为一体部件。在本发明的另一个实施方式中，所述自行车多齿轮飞轮可以包括盖 子构件，所述盖子构件连结到所述大壳体基部或靠近所述大壳体基部， 并关于所述壳体轴线径向延伸。所述盖子构件包括与所述壳体轴线同轴 的用于接收毂驱动机构的第三开口。靠近所述小壳体基部的第一开口配 置成用于接收所述毂驱动机构。所述转矩传递齿廓配置在第一开口和/或 第三开口处，用于将转矩载荷传递到毂驱动机构。所述径向载荷传递齿 廓配置在第一开口和/或第三开口处，用于将径向载荷传递到所述毂驱动 机构。通过以下结合附图对本发明的一个或多个实施方式的说明可以更彻 底地理解本发明的这些和其他特征和优点。
图中图1为根据本发明的一个实施方式的自行车多齿轮飞轮的前视立体图；图2为图1的自行车多齿轮飞轮的后视立体图； 图3为图1的自行车多齿轮飞轮和配合轮毂的分解后视立体图； 图4a为图1的自行车多齿轮飞轮的分解剖视图； 图4b为包括可附接到壳体内部的盖子构件的本发明的另一实施方 式的分解剖视图；图5为具有锥形壳体的自行车多齿轮飞轮的另一实施方式的分解剖视图；图6为与图5的自行车多齿轮飞轮的链轮齿接合的自行车链条的详 细剖视图；图7为与图1的自行车多齿轮飞轮的链轮齿接合的自行车链条的详 细剖视图；图8为根据本发明的另一实施方式的自行车多齿轮飞轮和配合轮毂 的分解后视立体图；以及图9为根据本发明的另一实施方式的多齿轮飞轮的壳体和链轮的局 部剖视图。
具体实施方式
图1至图4a和图7示出了根据本发明一个实施方式的自行车多齿轮 或多链轮飞轮10。所述链轮飞轮10 —般包括壳体12、多个有齿的链轮 14、转矩和径向载荷传递齿廓30、 38、 46，其中壳体12、有齿的链轮14 和载荷传递齿廓30、 38、 46形成为一体部件。该一体结构可以通过多种 制造工艺实现，这些制造工艺例如包括成形、铸造、锻造或机械加工。 有齿的链轮14具有不同的直径，并相对于壳体轴线18径向布置在壳体 12上。每个链轮14包括多个围绕链轮14的圆周间隔开的齿48，这些齿 48用于与自行车链条50 (图6和图7)接合，每个链轮的齿数不同。在所示的实施方式中，壳体12呈阶梯式结构；但壳体可以采取适当 定位有齿链轮的任何线性或非线性的形状。在所示的阶梯式实施方式中，壳体12包括多个沿壳体轴线18延伸且直径不同的同轴环状圆筒16和多 个沿壳体轴线径向延伸的直径不同的同轴环状盘20。这些圆筒16和盘 20以阶梯式顺序交替布置以形成锥状壳体12。每个环状圆筒16的厚度 均小于相邻链轮14的基部15的厚度，且每个环状盘20的厚度均小于相 邻链轮14的基部的厚度。壳体12还包括位于小壳体基部24处的第一开口 22和位于大壳体基 部28处的第二开口 26。所述第一开口 22和第二开口 26与所述壳体轴线 18同轴并大致垂直于所述壳体轴线18。壳体12在壳体12的内表面上包 括位于所述小壳体基部24处的转矩和径向载荷传递齿廓30，该转矩和径 向载荷传递齿廓30与布置在轮毂36的毂驱动机构34上的外表面上的配 合转矩和径向传递齿廓32接合，在本实施方式中该配合转矩和径向传递 齿廓32为配合突出部。在壳体内表面上在大壳体基部28处也定位有转 矩和径向载荷传递齿廓38，该转矩和径向载荷传递齿廓38与可拆卸的盖 子构件42的外表面上的配合载荷传递齿廓40接合。所述盖子构件42关 于壳体轴线18径向延伸。在可选的实施方式中，如图4b所示，所述盖 子构件42可以连结到布置在壳体12的靠近大壳体基部28的轴向内部位 置的载荷传递齿廓。在可选的实施方式中，转矩和径向载荷传递齿廓不 需要在小壳体基部24和大壳体基部28处都存在，只要在壳体12上存在 有至少一个转矩载荷传递齿廓和至少一个径向载荷传递齿廓即可。在可 选的实施方式中，所述盖子构件42、壳体12、链轮14和载荷传递齿廓 30、 38、 46可以实现为一体部件。所述盖子构件42包括用于接收毂驱动 机构34穿过其中的第三开口 44。所述盖子构件42在其内表面上还包括 位于第三开口 44处的转矩和径向载荷传递齿廓46，该转矩和径向载荷传 递齿廓46与毂驱动机构34上的配合转矩和径向传递齿廓32接合。注意 盖子构件42的转矩和径向载荷传递齿廓46，径向表面41将径向载荷传 递到毂驱动机构34，且转矩表面43将转矩载荷传递到毂驱动机构34。 壳体12上的转矩和径向载荷传递齿廓30、 38具有相似的径向表面和转 矩表面。在只有径向载荷通过载荷传递齿廓传递的实施方式中，可去除 转矩表面43。在本发明的另一个实施方式中，根据图8，所述转矩传递齿廓可以 包括与毂驱动机构的摩擦接合，而不使用飞轮和毂驱动机构之间的配合突起。在图8中，可以使用无特征表面60与毂驱动机构上的配合无特征 表面62摩擦接合。在图5的实施方式中，壳体52包括多个连接有齿链轮14的锥形的 锥体段54，其中，锥形的锥体段54、有齿链轮14和载荷传递齿廓30、 38、 46形成为一体部件。每个锥体段54的厚度小于相邻链轮14的基部 的厚度。在优选的实施方式中，所述锥形的锥体段54形成大于45度的 角e，以提供来自链条50的径向加载的增大抗弯曲能力和抗屈曲能力。 在根据图9的可选实施方式中，形成小于45度的角e的缓和锥形的锥体 段70可以与形成大于45度的角0的陡峭锥体段72交替布置。虽然通过参照特定实施方式对本发明进行了描述，但应当理解在所 描述的发明概念的精神和范围内可以做出许多种改变。应此，本发明并 不局限于所公开的实施方式，而是包括所附权利要求的语言许可的全部 范围。
权利要求
1、一种可安装到轮毂的自行车多齿轮飞轮，该飞轮包括截头的锥形壳体，所述锥形壳体在靠近小壳体基部处具有第一开口，在靠近大壳体基部处具有第二开口，这些开口与所述壳体的轴线同轴；多个有齿的链轮，所述多个链轮具有不同数量的齿，设置在所述壳体上且关于中心轴线径向延伸；转矩载荷传递齿廓，该转矩载荷传递齿廓配置在所述壳体上、靠近所述小壳体基部和所述大壳体基部中的一个壳体基部；以及径向载荷传递齿廓，该径向载荷传递齿廓配置在所述壳体上、靠近所述小壳体基部和所述大壳体基部中的一个壳体基部，其中，所述壳体、链轮和载荷传递齿廓形成为一体部件，其中，所述转矩载荷传递齿廓形成用于和所述轮毂摩擦接合的无特征接触表面。
2、 根据权利要求l所述的自行车多齿轮飞轮，其特征在于，所述径向载荷传递齿廓配置在壳体上、靠近所述大壳体基部，所述飞轮还包括 盖子构件，所述盖子构件关于所述中心轴线径向延伸并连结到靠近所述大壳体基部的所述径向载荷传递齿廓，所述盖子构件包括与所述壳体轴线同轴的用于接收所述轮毂的第三开口，配置在所述第三开口处用于将径向载荷传递到所述轮毂的第二径向 载荷传递齿廓，靠近所述小壳体基部的所述第一开口配置成用于接收所述轮毂， 配置在所述第一开口处用于将径向载荷传递到所述轮毂的第三径向 载荷传递齿廓。
3、 根据权利要求2所述的自行车多齿轮飞轮，其特征在于，所述转 矩载荷传递齿廓配置在所述壳体上、靠近所述大壳体基部，所述盖子构件还包括配置在所述第三开口处用于将转矩载荷传递到所述轮毂的第二转矩载荷传递齿廓。
4、 根据权利要求2所述的自行车多齿轮飞轮，其特征在于，所述壳体、链轮、载荷传递齿廓和盖子构件形成为一体部件。
5、 根据权利要求l所述的自行车多齿轮飞轮，其特征在于，所述截头的锥形壳体包括多个不同直径的沿轴线延伸的同轴环状圆筒； 多个不同直径的关于所述轴线径向延伸的同轴环状盘；并且 所述圆筒和所述盘以阶梯的顺序交替布置。
6、 根据权利要求5所述的自行车多齿轮飞轮，其特征在于，所述转 矩载荷传递齿廓配置在所述盘和所述圆筒中的一个上，并且所述径向载 荷传递齿廓配置在所述盘和所述圆筒中的一个上。
7、 根据权利要求5所述的自行车多齿轮飞轮，其特征在于，所述多 个环状圆筒中的一个的厚度小于相邻链轮的基部的厚度，并且，所述多 个环状盘中的一个的厚度小于所述相邻链轮的基部的厚度。
8、 根据权利要求l所述的自行车多齿轮飞轮，其特征在于，所述截 头的锥形壳体包括相对于所述壳体轴线呈锥形的多个锥体段。
9、 根据权利要求8所述的自行车多齿轮飞轮，其特征在于，所述多 个锥体段相对于所述壳体轴线形成大于45度的角。
10、 根据权利要求9所述的自行车多齿轮飞轮，其特征在于，所述 多个锥体段中的一个的厚度小于相邻链轮的基部的厚度。
11、 根据权利要求1所述的自行车多齿轮飞轮，其特征在于，所述 壳体的厚度小于所述多个链轮中的 一个链轮的基部的厚度。
12、 根据权利要求1所述的自行车多齿轮飞轮，其特征在于，所述 轮毂包括毂驱动机构。
13、 根据权利要求12所述的自行车多齿轮飞轮，其特征在于，所述 径向载荷传递齿廓配置在所述壳体上、靠近所述大壳体基部，所述飞轮 还包括盖子构件，所述盖子构件关于所述中心轴线径向延伸，并连结到靠 近所述大壳体基部的所述径向载荷传递齿廓，所述盖子构件包括与所述壳体轴线同轴的用于接收所述毂驱动机构 的第三开口，配置在所述第三开口处用于将径向载荷传递到所述毂驱动机构的第 二径向载荷传递齿廓，靠近所述小壳体基部的所述第一开口配置成用于接收所述毂驱动机构，配置在所述第一开口处用于将径向载荷传递到所述毂驱动机构的第 三径向载荷传递齿廓。
14、 根据权利要求13所述的自行车多齿轮飞轮，其特征在于，所述转矩载荷传递齿廓配置在所述壳体上、靠近所述大壳体基部，所述盖子构件还包括配置在所述第三开口处用于将转矩载荷传递到所述毂驱动机构的第 二转矩载荷传递齿廓。
15、 根据权利要求13所述的自行车多齿轮飞轮，其特征在于，所述壳体、链轮、载荷传递齿廓和盖子构件形成为一体部件。
16、 根据权利要求12所述的自行车多齿轮飞轮，其特征在于，所述截头的锥形壳体包括多个不同直径的沿轴线延伸的同轴环状圆筒；以及 多个不同直径的关于所述轴线径向延伸的同轴环状盘， 所述圆筒和所述盘以阶梯的顺序交替布置。
17、 根据权利要求16所述的自行车多齿轮飞轮，其特征在于，所述 转矩载荷传递齿廓配置在所述盘和所述圆筒中的一个上，并且所述径向 载荷传递齿廓配置在所述盘和所述圆筒中的一个上。
18、 根据权利要求16所述的自行车多齿轮飞轮，其特征在于，所述 多个环状圆筒中的一个的厚度小于相邻链轮的基部的厚度，并且，所述 多个环状盘中的一个的厚度小于所述相邻链轮的基部的厚度。
19、 根据权利要求12所述的自行车多齿轮飞轮，其特征在于，所述 截头的锥形壳体包括相对于所述壳体轴线呈锥形的多个锥体段。
全文摘要
一种可安装到轮毂的自行车多齿轮飞轮，该飞轮包括截头的锥形壳体，所述锥形壳体具有靠近小壳体基部的第一开口和靠近大壳体基部的第二开口。所述开口与所述壳体的轴线同轴。在所述壳体上布置有多个有齿的链轮，所述多个有齿链轮具有不同数量的齿并关于所述中心轴线径向延伸。转矩载荷传递齿廓配置在所述壳体上靠近所述小壳体基部和大壳体基部中的一个壳体基部。径向载荷传递齿廓配置在所述壳体上靠近所述小壳体基部和大壳体基部中的一个壳体基部。所述壳体、链轮和载荷传递齿廓形成为一体部件。所述转矩载荷传递齿廓形成用于与所述轮毂摩擦接合的无特征表面。
文档编号F16D41/00GK101269690SQ20081009209
公开日2008年9月24日 申请日期2008年3月21日 优先权日2007年3月21日
发明者亨里克·布雷特 申请人:什拉姆公司