自行车所用的后链轮组件的顶链轮及后链轮组件.pdf

一种后链轮组件具有多个链轮，其中最小的链轮为顶链轮或者第一链轮。各齿中的至少一个为带有凹陷侧表面的换低档齿，用于使链条向下一个较大的链轮换档。优选地，顶链轮的所有各齿都相同。顶链轮的链轮体带有螺纹以便联接至飞轮或轮毂上。第二链轮位置邻近顶链轮并且优选地在从顶链轮向第二链轮换低档过程中与顶链轮配合工作。在从第二链轮向第三链轮换低档过程中，第二链轮与第三链轮配合工作。

1.  一种自行车所用的多级链轮组件，包括
一个第一链轮，具有其间设有一个中心平面的第一和第二轴向面对侧，所述第一链轮包括
一个第一链轮体，具有一个位于其内周边处的螺纹安装段，以及
多个沿周向相间隔分布的第一齿，从所述第一链轮体的外周边沿径向向外延伸从而形成多个在所述各个第一齿之间交替排列的沿周向相间隔分布的第一根部，
所述第一齿中的第一换低档齿包括
一个顶端部分，具有位于所述第一侧面的第一侧表面、位于所述第二侧面的第二侧表面和一个在所述第一及第二侧表面之间延伸的端面，以及
一个凹陷侧表面，在所述第一侧面沿周边方向延伸，所述凹陷侧表面在所述第一侧面位于所述顶端部分的径向内侧，
所述凹陷侧表面被布置和构造成沿所述凹陷侧表面的后部比所述凹陷侧表面的前部至少局部沿轴向距离所述第二侧面更近；以及
一个第二链轮，位置邻近所述第一链轮且大于所述第一链轮，所述第二链轮具有一个邻近所述第一链轮的所述第二侧面的第三轴向面对侧和一个第四轴向面对侧，所述第二链轮包括
一个第二链轮体，以及
多个从第二链轮体的外周边沿径向向外延伸的沿周向相间隔分布的第二齿。

2.  根据权利要求1所述的多级链轮组件，其特征在于，
至少一个位于邻近所述第一换低档齿的位置的所述第一根部在其所述第一侧面带有斜槽。

3.  根据权利要求2所述的多级链轮组件，其特征在于，
所述带斜槽第一根部定位成沿着从所述第一换低档齿的向前方向。

4.  根据权利要求3所述的多级链轮组件，其特征在于，
一对所述第一根部在其所述第一侧面带有斜槽，所述带斜槽第一根部之一布置成沿着从所述第一换低档齿的向后方向邻近所述第一换低档齿。

5.  根据权利要求1所述的多级链轮组件，其特征在于，
所述凹陷侧表面沿所述周边方向渐缩从而相对于所述中心平面成一定角度。

6.  根据权利要求5所述的多级链轮组件，其特征在于，
所述凹陷侧表面为一平表面。

7.  根据权利要求1所述的多级链轮组件，其特征在于，
所述顶端部分的所述端面相对于所述中心平面扭转。

8.  根据权利要求7所述的多级链轮组件，其特征在于，
所述顶端部分的至少一部分与所述第一链轮体的所述第一侧面沿轴向对齐。

9.  根据权利要求1所述的多级链轮组件，其特征在于，
所述各第一齿彼此相同并且所述各第一根部彼此相同。

10.  根据权利要求1所述的多级链轮组件，其特征在于，
所述带螺纹安装段包括一个螺纹安装孔。

11.  根据权利要求1所述的多级链轮组件，其特征在于，
所述顶端部分的所述第一和第二侧表面分别具有第一和第二外边缘，以及
所述第一和第二外边缘大致平行。

12.  根据权利要求1所述的多级链轮组件，其特征在于，
所述顶端部分的所述第一和第二侧表面为不平行平表面。

13.  根据权利要求1所述的多级链轮组件，其特征在于，
所述第二链轮的所述第二齿全部沿周边方向扭转。

14.  根据权利要求13所述的多级链轮组件，其特征在于，
所述第二齿中的至少一个为带有一个凹陷第三侧表面的换低档齿，所述凹陷第三侧表面从所述第二链轮体的所述第三侧面偏移开。

15.  根据权利要求14所述的多级链轮组件，其特征在于，
所述凹陷第三侧表面沿所述周边方向渐缩。

16.  根据权利要求13所述的多级链轮组件，其特征在于，
一对所述第二齿为换低档齿，该换低档齿各自带有一个凹陷第三侧表面，所述凹陷第三侧表面从所述第二链轮体的所述第三侧面偏移开。

17.  根据权利要求16所述的多级链轮组件，其特征在于，
所述换低档齿沿周向彼此相间隔分布。

18.  根据权利要求1所述的多级链轮组件，其特征在于，
所述第二齿中的至少一个为带有一个凹陷第三侧表面的换低档齿，所述凹陷第三侧表面从所述第二链轮体的所述第三侧面偏移开。

19.  根据权利要求18所述的多级链轮组件，其特征在于，
所述凹陷第三侧表面沿所述周边方向渐缩。

20.  根据权利要求1所述的多级链轮组件，其特征在于，
一对所述第二齿为换低档齿，该换低档齿各自带有一个凹陷第三侧表面，所述凹陷第三侧表面从所述第二链轮体的所述第三侧面偏移开。

21.  根据权利要求20所述的多级链轮组件，其特征在于，
所述换低档齿沿周向彼此相间隔分布。

22.  根据权利要求1所述的多级链轮组件，其特征在于，
所述第二链轮具有一个带花键的中心安装段。

23.  根据权利要求1所述的多级链轮组件，还包括：
一个邻近所述第二链轮安装且大于所述第二链轮的第三链轮。

24.  根据权利要求23所述的多级链轮组件，其特征在于，
所述第二齿中的至少一个为带有一个凹陷第三侧表面的换低档齿，所述凹陷第三侧表面从所述第二链轮体的所述第三侧面偏移开。

25.  根据权利要求24所述的多级链轮组件，其特征在于，
所述凹陷第三侧表面沿所述周边方向渐缩。

26.  根据权利要求23所述的多级链轮组件，其特征在于，
一对所述第二齿为换低档齿，该换低档齿各自带有一个凹陷第三侧表面，所述凹陷第三侧表面从所述第二链轮体的所述第三侧面偏移开。

27.  根据权利要求26所述的多级链轮组件，其特征在于，
所述换低档齿沿周向彼此相间隔分布。

自行车所用的后链轮组件的顶链轮及后链轮组件
技术领域
本发明总体涉及一种自行车所用的链轮。更特别而言，本发明涉及一种自行车所用的后链轮组件的顶链轮及后链轮组件，其具有简化的安装结构并且可提供平稳可靠的换档操作。
背景技术
骑自行车正在成为日益流行的一种娱乐形式及运输方式。而且，骑自行车已经成为一种在业余爱好者和职业运动员中都非常流行的竞技体育运动。不管自行车用于娱乐、运输或竞技，自行车工业都在不断改进自行车车架以及自行车的各种组件。自行车传动装置就是一种在过去几年中经过大量重新设计的组件。特别地，自行车组件制造商持续不断地改进各种换档组件，例如换档器、换档缆线、拨链器、链条以及一个链轮或多个链轮的换档性能。
在过去几年中经过大量重新设计的传动装置的一个特定组件是自行车的链轮组件。更特别而言，所设计的自行车链轮组件带有改进的链轮以便提供更为平稳的换档操作。更特别而言，授予Nagano的美国专利U.S.Patent No.4,889,521中所述的Hyper Glide链轮组件(HG后链轮组件)已完成开发并且售往世界各地的市场。这种链轮组件在市场上广受欢迎并且这种链轮组件的工程设计已经成为工业标准的一种。特别地，用于竞赛自行车和山地自行车中的拨链器的HG后链轮组件已经成为一种工业标准。
除了最小的链轮之外，HG链轮通常在每个链轮的较小链轮侧上具有一个链条引导表面。链条引导表面的定位使其便于接收链条的链节板和销从而将链条移得更近以便使换低档操作更为平稳。换低档通常意味着从较小的后链轮换档至较大的后链轮以便降低齿轮比。一对邻近的链轮相对于彼此以及相对于链条引导表面的位置处于特定的相位关系。为了保持这种相位关系，每个链轮具有形成于其内周边的花键。这些花键之一具有不同于其它花键的形状以便将链轮导于形成于多飞轮或自由轮毂的外体上的配合花键上。不同形状的花键保证了邻近的链轮定位于正确的相位关系。
通常，在这种类型的链轮组件中，最小的顶链轮也具有形成于其内周边上的花键，并且利用一个锁环来将最小的链轮固定于多飞轮或自由轮毂上。从小到大所有的飞轮都具有内花键。尽管这种链轮设计能够提供平稳可靠的换档操作，但是这种结构的制造和装配可能比较复杂并且成本不菲。
因此，近几年，最小的链轮已象传统型链轮一样带有螺纹，而其余的链轮则带有内花键。在这种结构中，锁环已被除去从而可得到一种制造和装配更加简单并且成本更低的链轮组件。然而，在这样一种链轮组件中，由于最小的链轮通过螺纹安装于外体上，因此就会出现与第二链轮的相位关系不稳定的情况。这种不稳定的相位关系使得从最小的链轮向第二链轮的换低档操作变得不稳定。因此，强烈要求在不会显著提高链轮组件制造和装配复杂性因而不会提高链轮组件的成本的情况下，对这种链轮组件上从最小的链轮向第二链轮的换档操作情况进行改进。
考虑到以上内容，就需要一种可以克服现有技术中的上述问题的自行车所用后链轮组件的顶链轮及后链轮组件。本发明满足了现有技术的这种需要及其它需要，通过阅读本公开内容，本发明所属领域的普通技术人员将会对此有清楚的了解。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种链轮组件的顶链轮，它能够相对于第二链轮设置成各种相位关系同时还能提供平稳可靠的换档性能。
本发明的另一个目的是提供一种链轮组件，它对顶链轮使用一种简化地安装方法而又能提供平稳可靠的换档性能。
本发明的另外一个目的是提供一种自行车所用的链轮组件的顶链轮及链轮组件，它的制造和装配比较简单并且成本较低。
本发明的上述目的可以通过提供一种自行车所用的后链轮组件的顶链轮而基本上得以实现。顶链轮具有其间设有一个中心平面的第一和第二轴向面对侧、一个链轮体和多个沿周向相间隔分布的齿，这些齿从链轮体的外周边沿径向向外延伸从而形成多个在各齿之间交替排列的沿周向相间隔分布的根部。这些齿中的第一齿包括一个顶端部分和一个凹陷侧表面。顶端部分具有位于第一侧的第一侧表面、位于第二侧面的第二侧表面和一个在第一及第二侧表面之间延伸的端面。凹陷侧表面在第一侧面沿周边方向延伸。凹陷侧表面在第一侧面位于顶端部分的径向内侧。凹陷侧表面被布置和构造成沿凹陷侧表面的后部比凹陷侧表面的前部至少局部沿轴向距离第二侧面更近。
本发明的上述目的也可以通过提供一种包括第一链轮和大于第一链轮的第二链轮的自行车所用的多级链轮组件而基本上得以实现。第一链轮具有其间设有一个中心平面的第一和第二轴向面对侧、一个第一链轮体和多个沿周向相间隔分布的第一齿，这些第一齿从第一链轮体的外周边沿径向向外延伸从而形成多个在各个第一齿之间交替排列的沿周向相间隔分布的第一根部。第一链轮体具有一个位于其内周边处的螺纹安装段。这些第一齿中的第一换低档齿包括一个顶端部分和一个凹陷侧表面。顶端部分具有位于第一侧面的第一侧表面、位于第二侧面的第二侧表面和一个在第一及第二侧表面之间延伸的端面。凹陷侧表面在第一侧面沿周边方向延伸。凹陷侧表面在第一侧面位于顶端部分的径向内侧。凹陷侧表面被布置和构造成沿凹陷侧表面的后部比凹陷侧表面的前部至少局部沿轴向距离第二侧面更近。第二链轮的位置邻近第一链轮。第二链轮具有一个邻近第一链轮的第二侧面的第三轴向面对侧、一个第四轴向面对侧、一个第二链轮体和多个从第二链轮体的外周边沿径向向外延伸的沿周向相间隔分布的第二齿。
对本发明所属领域的普通技术人员来说，通过阅读结合附图公开了本发明的一个优选实施例的以下详细描述，可以清楚了解本发明的这些及其它目的、特征、方面和优点。
附图说明
现在请参阅附图，这些附图构成了本原始公开内容的一部分：
图1为一种后轮带有根据本发明的链轮组件的自行车的侧视图；
图2为根据本发明的六级链轮组件的侧视图；
图3为根据本发明的六级链轮组件的局部后视示意图，其上半部剖视示出；
图4为与根据本发明如图2和3中所示的链轮组件一起使用的链条的一部分的放大局部顶视图；
图5为图1-3中所示的链轮组件的第一或顶链轮的外视图，它具有十四个齿；
图6为图5中所示的第一或顶链轮的内或大链轮侧视图；
图7为图5和6中所示的第一或顶链轮的局部示意图，其上半部剖视示出；
图8为图5-7中所示的第一或顶链轮的第一换低档齿的局部大链轮侧视图；
图9为图8中所示的第一或顶链轮的第一换低档齿的局部顶视图；
图10为图8和9中所示的第一或顶链轮的第一换低档齿的局部外视图；
图11为图8-10中所示的第一或顶链轮的第一换低档齿沿第一或顶链轮的向前旋转方向观察时的局部后端视图；
图12为图1-3中所示的链轮组件的第二链轮的小链轮侧视图，它具有十六个齿；
图13为图12中所示的第二链轮的大链轮侧视图；
图14为图12和13中所示的第二链轮的第二驱动齿的局部大链轮侧视图；
图15为图14中所示的第二链轮的第二驱动齿的局部顶视图；
图16为图14和15中所示的第二链轮的第二驱动齿的局部小链轮侧视图；
图17为图14-16中所示的第二链轮的第二驱动齿沿第二链轮的向前旋转方向观察时的局部后端视图；
图18为图12和13中所示的第二链轮的第二换低档齿的局部大链轮侧视图；
图19为图18中所示的第二链轮的第二换低档齿的局部顶视图；
图20为图18和19中所示的第二链轮的第二换低档齿的局部小链轮侧视图；
图21为图18-20中所示的第二链轮的第二换低档齿沿第二链轮的向前旋转方向观察时的局部后端视图；
图22为第一和第二链轮的局部底视图，其中链条从第一链轮向第二链轮换低档；以及
图23为图2和3中所示的链轮组件的第三链轮的外(小链轮侧)透视图，它具有十八个齿。
具体实施方式
首先请参看图1-3，所示的自行车10具有一个带有根据本发明的一个优选实施例的后多级链轮组件12的后自行车轮毂11。根据本发明，这种多级链轮组件12优选地包括第一和第二链轮S₁和S₂，以及第三至第六传统型链轮S₃-S₆，如下文中所述。特别地，第一和第二链轮S₁和S₂的设计使得平稳可靠的换档性能对第一和第二链轮S₁和S₂的各齿之间的精确相位关系并无严格要求。而且，由于第一和第二链轮S₁和S₂的各齿的设计，因而第一至第六链轮S₁-S₆优选地以简化的方式安装于后轮毂11的飞轮13上。
自行车10基本上具有一个车架14，前后轮15和16可旋转地联接于车架14上。前叉17按照传统方式联接于车架14和前轮15之间。转动固定联接于前叉17上的车把18，就能转动前轮15。后轮16通过后轮毂11可旋转地联接于车架14的后部。车架14还具有一个可调节地联接于车架14上的车座19和一个用于推进自行车10的传动装置20。如下文中所述，除了传动装置20的选定零件之外，自行车10均为传统型。
由于自行车10的各个零件和驱动装置20的大部分零件在自行车领域内众所周知，因此除非根据本发明进行了改动，本文中将不对自行车10的这些零件进行详细讨论和示出。而且，本文中并未进行详细示出和/或讨论的各种传统型自行车零件例如车闸、附加链轮等等，可以与本发明一起使用。
当本文中用到时，词项“向前、向后、上方、下方、侧向和横向”指的是上面连接着链轮组件12的自行车处于其正常骑行位置时的这些方向。因此，当这些词项在权利要求中用来描述链轮组件12时，应当理解为是相对于处于其正常骑行位置的自行车而言。然而，本文中关于后链轮组件12所用的词项“换低档”和“换高档”应当分别理解为指的是从较小链轮向较大链轮换档和从较大链轮向较小链轮换档，如图3中所示。而且，本文中所用的词项“相位关系”和“角相位关系”应当解释为指的是一对邻近链轮之间的角关系。
参看图1-4，传动装置20基本上包括本发明的后多级链轮组件12、一对脚蹬21、安装着随脚蹬21一起旋转的前多级链轮组件22、以及在后多级链轮组件12与前多级链轮组件22之间延伸的链条23。如上所述，链轮组件12优选地通过飞轮13联接于后轮毂11上。脚蹬21通过传统型曲柄联接于前多级链轮组件22上，以便将力从骑车人传送至链条23。然后来自链条23的力以传统方式通过后轮毂11(例如，根据旋转方向通过后链轮组件12和飞轮13)按照选择传送至后轮16。
传动装置20基本上由按照传统方式控制着前后拨链器27和28的侧向位置的传统型前后换档单元25和26所控制。这样，当骑车人踩脚蹬时，由于脚蹬21的运动，前后链轮组件22和12就会旋转以便转动链条23。换档单元25和26可以由骑车人致动以便控制前和/或后拨链器27和/或28的位置。这样，当链条23向前转动(图1中的顺时针方向)时，就可以致动换档单元25和26以便通过利用拨链器27和28控制链条23的侧向位置而控制传动装置20的齿轮比。拨链器27和28按照选择向内/向外对链条23施加一个侧向力F以便换高档/换低档。除了后多级链轮组件12之外，传动装置20基本上为传统型。因此，除了涉及到后多级链轮组件12之外，本文中将不再对传动装置20进行详细讨论和/或示出。
参看图2和3，现在将对根据本发明的一个优选实施例的后链轮组件12进行讨论。在所示的实施例中，后链轮组件12为六级链轮组件，其中链轮S₁-S₆以预定间隔彼此相间隔分布。链轮S₁-S₆按照比较传统的方式固定安装于后轮毂11的飞轮13上，以便使得链轮S₁-S₆一起绕着中心轮毂旋转轴线O旋转。当骑车人沿向前(顺时针)方向踩脚蹬以便沿图1中观察的向前方向推进自行车10时，链轮S₁-S₆通常一起沿向前旋转方向R(例如沿图2中观察时的顺时针方向)旋转。
通过阅读本公开内容，对于自行车领域的普通技术人员来说，很显然，根据本发明的链轮组件可以具有数量更少或者更多的链轮。换言之，本发明可以为自行车所用的任意多级链轮组件，它使用拨链器或类似装置并且它包括至少一个大链轮和至少一个小链轮。
多级链轮组件12适于与驱动链条23相接合，如图4中所示，驱动链条23为一种传统型自行车链条。驱动链条23为一根具有多个内链节板23a和多个外链节板23b连续的环，这些链节板通过铰接销和滚筒而以枢轴方式相互连接起来。在链条换档过程中，通过利用后拨链器28而相对于链轮S₁-S₆的旋转轴线O沿轴向方向移动链条23，链条23就从链轮S₁-S₆之一换档至下一个邻近的链轮S₁-S₆。
参看图3，以局部剖视的方式示出了链轮组件12，其中箭头所示为换高档和换低档的方向。当链条23从大链轮向下一个较小链轮换档时，就会换高档，而当链条23从小链轮向下一个较大链轮换档时，就会换低档。链轮S₁-S₆的设计使得链条23能够执行平稳的换低档和换高档动作。在所示的实施例中，链轮S₃-S₆为传统型，而链轮S₁和S₂则包括改型过的齿以便改进链条23从顶(最小、第一)链轮S₁向第二链轮S₂换低档的操作情况，以及从第二链轮S₂向第三链轮S₃换低档的操作情况。
更具体而言，链轮S₃-S₆的构型大致根据美国专利U.S.Patent No.4,889,521来进行，只是链轮S₃-S₆具有不同的齿数。特别地，链轮S₃-S₆分别具有18T-21T-24T-28T的齿构型。因此，除了涉及到向/从链轮S₂换档之外，本文中将不再对链轮S₃-S₆进行详细讨论和/或示出。在所示的实施例中，第一链轮S₁优选地具有十四个(14T)齿，而第二链轮S₂优选地具有十六个(16T)齿。本发明优选的是小第一链轮S₁、第二链轮S₂和第三链轮S₃具有偶数个齿，下文中将进行详细讨论。
无论如何，通过阅读本公开内容，对于自行车领域的普通技术人员来说，很显然，本发明的各个链轮S₁-S₆可以按照需要或者要求具有各种构型。特别地，至少链轮S₄-S₆可以带有偶数或奇数个齿，只要第三链轮S₃配置成在邻近本发明的第二链轮S₂和第四链轮S₄的位置使用即可。
第一链轮S₁和第二链轮S₂优选地具有偶数个齿以便使得第一链轮S₁和第二链轮S₂之间的换低档操作对它们的齿之间的精确相位关系并无严格要求。换言之，第一和第二链轮S₁和S₂的构型使得不管这两个链轮之间的角相位关系如何，在其间都可以形成至少一对平稳换低档路径，下文中将进行详细说明。
在所示的实施例中，链轮S₁-S₆具有不同的厚度并且其间形成的轴向间距也不同。特别地，链轮S₁的厚度约为2.2毫米，而链轮S₂-S₄的厚度约为1.8毫米。链轮S₅和S₆的厚度约为1.6毫米。第一和第二链轮S₁和S₂之间的轴向间距优选地约为3.8毫米，而第二链轮S₂和第三链轮S₃之间的轴向间距优选地约为3.68毫米。第三链轮S₃和第四链轮S₄之间的轴向间距优选地约为3.6毫米。第四链轮S₄和第五链轮S₅之间的轴向间距优选地约为3.7毫米，而第五链轮S₅和第六链轮S₆之间的轴向间距优选地约为3.9毫米。按照比较传统的方式利用垫片来产生链轮S₁-S₆之间的最佳间距。因此，链轮S₁-S₆之间存在不同的轴向间距并且链轮S₁-S₆的厚度不同从而能够优化其间的链条23的换档。链轮S₁-S₆优选地由轻型刚性材料例如金属材料构成。
如上所述，在所示的实施例中，第一链轮S₁以简化的方式进行安装。特别地，第一链轮S₁通过螺纹安装于飞轮13上。因此，就可以除去通常用来将链轮例如S₁、S₂、S₃等紧固于飞轮13上的锥形锁销(图中未示出)。而且，第一链轮S₁优选地带有一个一体式垫片以便使第一链轮S₁与第二链轮S₂隔开一段最佳距离。
如上所述，链轮S₁-S₆优选地安装于飞轮13上以便随其旋转。飞轮13比较常见，因此，除了涉及到本发明的链轮组件12之外，本文中将不再对其进行详细讨论和/或示出。具体而言，飞轮13基本上包括一个外管状构件30、一个内管状构件32、一个单向离合器34、一个保持构件36以及多个滚珠轴承38a和多个滚珠轴承38b。
外管状构件30按照传统方式通过单向离合器34及轴承38a和38b联接至内管状构件32上，以便沿反向(图2中观察时的逆时针方向)相对于内管状构件32自由旋转并且与内管状构件32一起按照传统方式沿向前旋转方向(顺时针)旋转。换言之，飞轮13按照传统方式工作以便当骑车人沿向前方向踩脚蹬时，链条23将向前(顺时针)转矩传送至飞轮13，而飞轮13又将转矩传送至后轮16。
外管状构件30优选地为一种阶式构件，它基本上包括第一外管状部分40和第二外管状部分42。第一外管状部分40具有一个保持凸缘41a和多个花键41b，这些花键41b设计用于按照传统方式不可旋转地接合链轮S₄-S₆。花键41b之一优选地具有不同的形状以便定位链轮S₄-S₆相对于彼此的相位关系，并且定位第三链轮S₃相对于第四链轮S₄的相位关系。第一外管状部分40直径大于第二管状部分42。
同样，第二外管状部分42包括多个花键43，这些花键43设计用于按照传统方式不可旋转地接合链轮S₂和S₃以便将链轮S₂和S₃不可旋转地联接于其上。花键41b之一优选地具有不同的形状以便定位链轮S₂和S₃相对于彼此的相位关系，并且定位第三链轮S₃相对于第四链轮S₄的相位关系。第二外管状部分42还优选地包括一个形成于其自由端上的带螺纹端段44，以便通过螺纹将第一或顶链轮S₁联接于其上。在所示的实施例中，带螺纹端段44带有外螺纹。这样，第一链轮S₁就将其它链轮S₂-S₆沿轴向保持于外管状构件30上。
内管状构件32也优选地为一个带有第一内管状部分46和第二内管状部分48的阶式构件。各个轴承38a分别联接于内、外管状构件32和30的第一内、外管状部分46和40之间。各个轴承38b联接于内、外管状构件32和30的第二内、外管状部分48和42之间。单向离合器34沿轴向设置于轴承38a和38b之间。内管状构件32的第二内管状部分48也优选地具有形成于其自由端上的外螺纹，以便通过螺纹接纳保持构件36从而将外管状构件30与内管状构件32联接在一起。飞轮13以传统方式工作。因此，除了涉及到本发明的链轮组件12之外，本文中将不再对其进行进一步的详细讨论和/或示出。
现在请参看图5-11，根据本发明的第一或顶链轮S₁基本上包括一个第一链轮体50和多个联接于第一链轮体50的外周边上的沿周向分布的第一齿52。这些第一齿52优选地沿周向彼此等间距分布以便形成多个在各个第一齿52之间交替地沿周向等间距分布的第一槽或根部54。在所示的实施例中，各个齿52优选为彼此相同的扭转齿。而且，在所示的实施例中，链轮S₁优选地具有十四个齿52和根部54。无论如何，第一链轮S₁优选地包括偶数个齿52和根部54以便在第一链轮S₁和第二链轮S₂之间建立正确的相位关系，下文中将对此进行讨论。
如上所述，各齿52全部优选为彼此相同的扭转齿。由于这种结构设置，各齿52全部都能起换低档齿的作用以便使链条23从最小的链轮S₁向第二链轮S₂换档。然而，在所示的实施例中，通常齿52中只有两个齿实际上起换低档齿的作用，因为当链轮组件12联接在一起时，通常只有两个齿相对于第二链轮S₂处于正确的相位。更具体而言，两个沿周向等间距分布的齿52将优选地起换低档齿的作用，它们相对于第二链轮S₂的齿处于正确的相位关系，下文中将对此进行更详细的讨论。换言之，将起换低档齿作用的这两个齿52将取决于链轮S₁与链轮S₂一旦装配在一起后其间的相位关系
当从剖面图中观察时，第一链轮体50基本上为一个L形构件。第一链轮体50基本上包括一个中心安装段56和一个沿径向延伸的齿连接部分58。第一链轮体50的第一中心平面P₁设置于齿连接部分58第一和第二轴向面对侧50a和50b之间。第一齿52优选地与齿连接部分58和安装段56作为单件一体式构件整体形成。
优选地，中心安装段56为一个上面带有内螺纹的管状构件以便使得第一链轮S₁能够通过螺纹安装于飞轮13的外管状构件30上。中心安装段56的轴向厚度大于齿连接段58和齿52的轴向厚度。因此，中心安装段56起第一链轮S₁和第二链轮S₂之间的垫片的作用。在所示的实施例中，中心安装段56的螺纹不需要特定的起点和终点用来保证与第二链轮S₂的特定相位关系。换言之，不管第一链轮S₁相对于第二链轮S₂的旋转位置如何，至少有两个齿52将会与第二链轮S₂处于正确的相位关系。
现在请参看图8-11，现在将对第一链轮S₁的第一齿52和第一根部54进行详细讨论。各齿52和各根部54优选地彼此相同。因此，所有各齿52优选地相对于第一中心平面P₁及第一和第二轴向面对侧50a和50b扭转或者成一定角度。由于各齿52和各根部54彼此相同，因此本文中将只对一个齿52和一个根部54进行详细讨论和示出。具体而言，每个齿52基本上包括一个顶端部分60和一个连接部分62。顶端部分60位于连接部分62沿径向之外。连接部分62从第一链轮体50的外周边向顶端部分60延伸。
顶端部分60基本上包括一个第一侧表面64a、一个第二侧表面64b以及一个在第一和第二侧表面64a和64b之间延伸的端面64c。端面64c优选地为一个扭转的沿周向延伸的平面，它形成了齿52的外周边。第二侧表面64b从端面64c向着齿连接部分58的第二轴向侧50b渐缩。另外，第二侧表面64b优选地沿周边方向渐缩。第二侧表面64b优选为扁平表面。
第一侧表面64a优选由多个扁平表面段以小平面方式形成。特别地，第一侧表面64a优选地包括一个向外渐缩段65a、一个向内渐缩段65b及一个无渐缩段65c。向外渐缩段65a优选地沿径向向内延伸并且向着齿连接部分58的第一轴向侧50a向外渐缩。向内渐缩段65b优选地从向外渐缩段65a向着齿连接部分58的第二轴向侧50b沿径向向延伸并且渐缩。无渐缩段65c从顶端部分60的前边缘向后延伸并且与向外和向内渐缩段65a和65b相交。
无渐缩段65c优选地大致平行于链轮连接段58的第一轴向侧50a。而且，无渐缩段65c优选地沿轴向与第一轴向侧50a对齐。向外和向内渐缩段65a和65b优选地沿周边方向(向前旋转)向着第一轴向侧50a渐缩，以便使得顶端部分60基本上相对于第一中心平面P1扭转。第一侧表面64a的向外渐缩段65a、向内渐缩段65b和无渐缩段65c与第二侧表面64a不平行。因此，第一侧表面64a优选地与第二侧表面64b不平行。
齿52的连接部分62包括一个设置于齿52的第一轴向侧50a上的凹陷侧表面66。顶端部分60的第二侧表面64b沿径向向内延伸以便形成中间连接部分62的第二侧面。换言之，齿52在其第二轴向侧50b一侧在顶端部分60和连接部分62上具有大致相同的轮廓。凹陷侧表面66沿轴向从齿连接部分58的第一轴向侧偏移开。因此，凹陷侧表面66也优选地沿轴向从第一侧表面64a的无渐缩段65c偏移开。
凹陷侧表面66优选地沿向前周边方向向着齿连接部分58的第一轴向侧50a渐缩。更具体而言，凹陷侧表面66优选地在位于从顶端部分60沿向后周边方向的这一区域处大致平行于齿连接段58的第一轴向侧50a，然后沿向前周边方向向着齿连接部分58的第一轴向侧50a渐缩。凹陷侧表面优选地从第一轴向侧50a偏移开一段介于大约0.2至大约0.6毫米的距离。无论如何，除了顶端部分60的无渐缩段65c和凹陷侧表面66的后段之外，位于齿52的第一侧面上的所有各表面/段至少局部沿周边方向渐缩。因此，凹陷侧表面66被布置和构造成沿凹陷侧表面66的后边缘比顶端部分60的第一侧表面64a至少局部沿轴向距离齿连接部分58的第二轴向侧50b更近。而且，凹陷侧表面66被布置和构造成至少局部沿轴向距离齿连接部分58的第二轴向侧50b比顶端部分60的第一侧表面64a更近。
此外，凹陷侧表面66沿后边缘距离齿连接部分58的第二轴向侧50b比齿52的前边缘的至少一部分距离其更近(例如，由于凹陷侧表面66的渐缩构型)。因此，凹陷侧表面66优选地向着齿连接部分58的第二轴向侧50b从顶端部分60沿轴向偏移开从而形成一个凹槽，以便于链条23从第一链轮S₁向第二链轮S₂换档。特别地，由凹陷侧表面66形成的凹槽为将要沿轴向向着齿连接部分58的第二轴向侧50b移近的链条23的一个内链节板23a提供了空间。因此，不管内或外链节板23a或23b是否位于与第二链轮S₂的齿处于正确相位关系的齿52上，链条23都能够有效地进行换低档。
如上所述，第一根部54优选地彼此相同。因此，本文只对一个第一根部54进行详细讨论和示出。每个根部54包括一个斜槽表面68a和一个周边表面68b。斜槽表面68a和周边表面68b都在邻近的一对第一齿52之间延伸。每个斜槽表面68a位于齿连接部分58的第一轴向侧50a上。因此，每个斜槽表面68a与邻近齿52的一对凹陷侧表面66的相对端部相交。而且，在每个齿52的向前周边端，斜槽表面68a也与顶端部分60的第一侧表面64a相交。更具体而言，斜槽表面68a与顶端部分60的第一侧表面64a的向内渐缩段65a和无渐缩段65c相交。
斜槽表面68a从周边表面68b向着齿连接部分58的第一轴向侧50a沿轴向向外并且沿径向向内渐缩。这种结构设置限制了根部54与链条23的内链节板23a的干涉情况。斜槽表面68a优选地与第一轴向侧50a形成一个大小约为四十五度的角。优选地，斜槽表面68a的最大轴向尺寸约为1.0毫米，最大径向尺寸约为1.0毫米。当然，在斜槽表面68a与凹陷侧表面66相交的区域处，斜槽表面68a的轴向和径向尺寸稍小些。
请参看图12-22，现在将对第二链轮S₂进行详细讨论。第二链轮S₂优选地包括一个第二链轮体70、一对第二换低档齿72、多个第二驱动齿73以及多个在第二换低档齿72与第二驱动齿73之间沿周向交替分布的根部74。在所示的实施例中，第二换低档齿72优选地沿周向彼此等间距分布，而其间设置有七个(7)第二驱动齿73。因此，第二链轮S₂优选地总共具有十六个齿。
第二链轮体70具有一个第三轴向面对侧70a、一个第四轴向面对侧70b以及一个带花键安装段71，该带花键安装段71的构型适于安装在飞轮13的外管状构件30的第二外管状部分42上。因此，第二链轮S₂设计成相对于第三链轮S₃处于特定的相位关系，下文中对此进行简短的讨论。特别地，第三轴向面对侧70a面对着第一链轮S₁，而第四轴向面对侧70b则面对着第三链轮S₃。因此，第二换低档齿72相对于第三链轮S₃的特定齿处于特定的相位关系。更具体而言，第二链轮S₂的设计使得第二换低档齿72设置成至少局部沿周向与第三链轮S₃上形成的换档凹槽对齐，以便于通过一对换低档路径从第二链轮S₂向第三链轮S₃换低档。
第二链轮S₂的所有第二齿72和73都沿周边方向扭转，以便使得当链条23从第一链轮S₁换低档时，它可以接纳于任一个齿72或73上，依第一和第二链轮S₁和S₂之间的相位关系而定。换言之，当任一个第二齿72和73能够从第一链轮S₁上接纳链条23时，在第一链轮S₁的给定安装方位下，实际上只有两个第二齿72和73将会与第一链轮S₁的齿52处于正确的相位关系。更具体而言，由于第一链轮S₁的安装段56通过螺纹联接至飞轮13上，因此特定的齿72和73将会处于正确的相位关系以便从第一链轮S₁上接纳链条23。
第二链轮S₂的两个换低档齿72的设计还有助于链条23从第二链轮S₂向第三链轮S₃换低档，如上所述。特别地，每个换低档齿72具有一个形成于其第三轴向面对侧70a上的凹陷侧表面76。第三轴向侧70a与第一链轮S₁的第一轴向侧50a朝向相同方向。因此，第三轴向侧70a朝向第一链轮S₁的第二轴向侧50b。凹陷侧表面76所起的作用与第一链轮S₁的凹陷侧表面66相似。特别地，凹陷侧表面76使得在从第二链轮S₂向第三链轮S₃换低挡的过程中，链条23的内链节板23a能够沿轴向向着第四轴向面对侧70b移近。
凹陷侧表面76在其向前旋转区域(平行于第三侧表面70a)的深度约为0.25毫米，它在其向后区域中渐变至约0.6毫米的深度。因此，第三轴向面对侧70a优选地从齿72的顶端部分的顶端前边缘沿轴向偏移开大约0.25毫米。齿72的后边缘优选地大致与第四轴向面对侧70b对齐。更具体而言，齿72的后边缘优选地从第四轴向面对侧70b偏移开大约0.1毫米。同样，齿73的后边缘也优选地与第四轴向面对侧70b大致对齐或者从其偏移开大约0.1毫米。齿73的前边缘优选地沿轴向与第三轴向面对侧70a对齐。
由于第二链轮S₂具有一个带花键安装段71，因此第二和第三链轮S₂和S₃之间的相位关系已经预先确定，因此，只需要一对换低档齿72。当然，通过阅读本公开内容，对于自行车领域的普通技术人员来说，很显然，换低档齿72的数量取决于所需的通向第三链轮S₃的换低档路径的数量。因此，换低档齿72的数量取决于第三链轮S₃上形成的换低档区域的数量。然而，本发明优选第一-第三链轮S₁-S₃具有偶数个齿，并且在第二和第三链轮S₂-S₃之间具有一对换低档路径。
现在请参看图23，现在将对第三链轮S₃进行详细讨论。除了第三链轮具有十八齿(18T)构型之外，第三链轮S₃大致根据美国专利U.S.Patent No.4,899,521进行设计。因此，第三链轮S₃基本上包括一个具有相对的轴向侧面的第三链轮体80以及多个从链轮体80向外延伸的齿。更具体而言，第三链轮S₃包括一对根据美国专利U.S.PatentNo.4,899,521的链条引导部分4所设计的链条引导部分82，它使得当链条23从第二链轮S₂向第三链轮S₃换低档时，链条能够向第二链轮S₂的第四链轮侧偏离。链条引导部分82沿周向彼此等间距分布以便与第二链轮S₂的第二换低档齿72正确对齐，从而在其间进行平稳可靠的换低档操作。
改型过的顶链轮
根据本发明的另一个优选实施例，一种改型过的第一/顶链轮(图中未示出)可以带有不同于链轮S₁的给定数量的齿，例如十三个齿(即13T构型)。这种改型过的顶链轮设计用于链轮组件12中来代替链轮S₁。由于改型过的链轮与链轮S₁大致相同，因此本文中将不对这种改型过的链轮进行详细讨论和/或示出。相反，除了以下所述内容之外，通过阅读本公开内容，对于自行车领域的普通技术人员来说，很显然，对于链轮S₁的描述和/或示出也适用于这种改型过的顶链轮。
具体而言，这种改型过的顶链轮除了齿数之外都与链轮S₁相同。换言之，这种改型过的顶链轮具有十三个与链轮S₁的齿52(参看图5-11)相同的沿周向等间距分布的齿，从而形成十三个与链轮S₁的根部54相同的沿周向等间距分布的根部。而且，这种改型过的顶链轮优选地包括一个与链轮S₁的链轮体50相同的链轮体，并且按照与链轮S₁相同的方式安装于飞轮13上。当然，通过阅读本公开内容，对于自行车领域的普通技术人员来说，很显然，由于齿数较少，因此在这种改型过的链轮中可能需要对齿、根部和链轮体做出轻微改动。
对于这种改型过的顶链轮，为了使链条23从改型过的顶链轮向第二链轮S₂换低档，将需要形成至少一条平稳的换低档路径。更具体而言，优选地在改型过的顶链轮与第二链轮S₂之间形成两条平稳的换低档路径。然而，由于这种改型过的顶链轮的齿数为奇数(13T)，因此对于这种改型过的顶链轮，这两条换低档路径沿周向方向并非彼此等间距分布。换言之，要提供平稳可靠的换低档操作对这种改型过的顶链轮相对于第二链轮S₂的相位关系并无严格要求。
因此，本发明的顶链轮并不限于以上所讨论的十三或者十四个齿。相反，本发明在实施时顶链轮可以带有任意给定的齿数，只要第二链轮上能够提供合适的齿数以便在其间实现平稳的换档操作。
本文中所用的程度副词例如“大致”、“大约”和“近似”等是指改动的项具有合理的偏差量以便保证最终结果不会发生显著改变。如果该偏差不会否定其所改动的词的意思，这些副词应当被解释为变动的项包括至少±5％的偏差。
尽管只选择了选定的实施例来对本发明进行示例说明，但通过阅读本公开内容，对本发明所属领域的普通技术人员来说，很显然，在不超出如所附权利要求所确定的本发明的范围的情况下，可以作出多种变动和改型。此外，上文对根据本发明的实施例的描述仅用于示例说明，而并非对如所附的权利要求及其等价内容所确定的本发明进行限制。