CN107826207B - 一种共用筒体的一体式飞轮及其制备方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种共用筒体的一体式飞轮及其制备方法，包括齿圈以及支撑部；支撑部包括多个桥接部，桥接部包括辐板以及筒体，相邻的桥接部之间，辐板与下一级支撑部的筒体其中一端搭接形成第一搭接点，筒体的其中一端与第一辐板的内侧搭接，另一端与辐板外侧搭接固定形成第二搭接点；较大直径的第一齿圈固定在第一搭接点，较小直径的第三齿圈固定在第二搭接点上；第一筒体上沿径向设置有至少一层第二齿圈。本发明具有质量小、工艺性好且生产效率高的优点。

Description

一种共用筒体的一体式飞轮及其制备方法

技术领域

本发明涉及一种自行车变速部件，尤其涉及一种共用筒体的一体式飞轮及其制备方法。

背景技术

随着社会的进步，现今各种交通工具对于轻量化、高强度的要求越来越高。目前自行车通常是通过材料轻量化与结构轻量化来进行减重，并且轻量化是以强度与刚度有足够的保障为前提，特别是对于运动型自行车来说，其对变速链轮的强度与刚度有更高的要求。而变速链轮为自行车中最重要的零部件之一，其基本的性能需求是在质量一定的情况下，强度与刚度越高越好。

变速链轮为多层齿圈结构，通常有两种典型结构形式，一种是以SHIMANO公司为代表的冲压齿圈通过铆接叠装在一起形成变速链轮，另一种是以SRAM公司为代表采用锥形空心体做支撑结构的一体式飞轮。前一种产品往往刚度与强度较小，承载能力较弱，并且质量较重，但加工工艺性相对较好；后一种为锥形空心体结构，且通常多数齿圈是由一块材料加工而成，因而具有较高的强度与刚度，但该种设计中，每层齿圈必对应有一个与回转轴线同轴的圆筒，这种结构在相临两层齿圈的齿数相差较小时工艺性很差，不利于加工出减重孔与正负齿，同时质量也较大，此外，如申请号为200910004713.4的专利所示，因产品减重需要，在齿的对应部位将筒体与辐板一起开出了大量的减重槽，形成了所谓的桥接部，该桥接部实际已为一种杆状的悬臂梁，而为了加工出该出结构，加工时刀具需进深较多的距离，且由于该处空间小，刀具进退的空间受到限制，容易影响了加工效率以及加工质量。

发明内容

本发明旨在解决上述所提及的技术问题，提供一种质量小、工艺性好且生产效率高的共用筒体的一体式飞轮，并提供共用筒体的一体式飞轮的制备方法。

本发明是通过以下的技术方案实现的：

一种共用筒体的一体式飞轮，包括多个大小不同的、用于接纳链条且将由该链条传来的周向力传至自行车后轮轮毂的齿圈以及用于固定相邻齿圈的多个环形的支撑部，该链条可以通过变速机构从一个齿圈换至另一个齿圈；每一级支撑部包括处于同一平面上的由辐板和筒体组成的多个桥接部，第一级支撑部上的第一桥接部包括第一辐板以及第一筒体，另一级支撑部上的第二桥接部包括第二辐板以及第二筒体，以此类推；相邻的桥接部之间，第一辐板与下一级支撑部上的桥接部的筒体其中一端搭接形成第一搭接点，第一筒体的一端与第一辐板的内侧搭接，第一筒体的另一端与第二辐板外侧搭接固定形成第二搭接点；较大直径的第一齿圈固定在第一搭接点，较小直径的第三齿圈固定在第二搭接点上；第一筒体上沿径向设置有至少一层第二齿圈。

优选的，支撑部的外径与相应齿圈的内径相同，任意两个支撑部形状相似；由此通过所有支撑部的辐板与筒体顺序搭接构成多级阶梯状的锥塔形构件，相应齿圈固定在锥塔形构件上形成飞轮或飞轮的其中一部分。

优选的，多个第一桥接部之间具有倒L形的缺口，缺口从与较小直径的第三齿圈所搭接的第二辐板所处的平面开始，沿第一筒体的方向经过第二齿圈朝上延伸至第一辐板，并沿第一辐板延伸直到较大直径的第一齿圈的根部。

优选的，缺口的数量m与所搭接的第三齿圈的齿数Z的关系为Z－(0.5*Z+1)≤m≤Z+(0.5*Z+1)，m、Z均为整数。

优选的，辐板、筒体以及齿圈由一块整体材料加工而成。

优选的，第二齿圈与第一筒体的固定点为第三搭接点，第二齿圈位于第一齿圈与第三齿圈之间，且第三齿圈、第二齿圈以及第一齿圈的直径关系依次变大形成锥塔形多层链轮。

优选的，当位于同一个第一筒体上的第二齿圈具有两个以上时，第二齿圈之间的直径关系应当符合锥塔形多层链轮，多个第三搭接点均匀的分布在第一筒体上；

优选的，当位于同一个第一筒体上的第二齿圈为一个时，第三搭接点设置在第一筒体的中心区域。

优选的，第二齿圈与第一筒体的固定点为第三搭接点，以多个第一筒体处于同一水平面上的第三搭接点依次连接形成限定区域，第二齿圈位于相邻的第三搭接点之间的部分背离限定区域向外凹进形成减重槽。

一种共用筒体的一体式飞轮的制备方法，该方法为：

通过由实心毛坯或碗形锻件毛坯车削制造半成品；

从所述半成品内部铣削出对应的支撑部结构；通过铣削加工出所有齿形与特定的齿形；通过热处理获得高强度、高韧性与高耐磨性一体化的产品性能；表面装饰处理。

有益效果是：

与现有技术相比，本发明通过在筒体上设置至少一层第二齿圈，节省了一层支撑部，起到了简化结构并且减轻质量的作用，尤其在相临齿圈的齿数相差较少的工件进行加工时，这一结构有效的增加了辐板之间的宽度，辐板之间的距离随着筒体的高度增加而增加，从而有效的增大了加工刀具可腾挪的空间，进而可以更加灵活的选择加工的刀具直径最终使得工艺性更佳，加工质量更好，加工效率高。

附图说明

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明，其中：

图1为桥接部与齿圈关系局部示意图；

图2为飞轮的其中一段三维示意图。

具体实施方式

为了便于理解，本实施方式中的部件，如第一桥接部5和第二桥接部5a、第一辐板2和第二辐板2a、第一筒体3和第二筒体3a以及第一齿圈6和第三齿圈6a等，其形态、结构以及尺寸相同或相似，在重复构件相应拓展时应具有代表性。

如图1和图2所示，一种共用筒体的一体式飞轮，包括多个大小不同的、用于接纳链条且将由该链条传来的周向力传至自行车后轮轮毂的齿圈以及用于固定齿圈的多个环形的支撑部，该链条可以通过变速机构从一个齿圈换至另一个齿圈；每一级支撑部包括处于同一平面的由辐板和筒体组成的多个桥接部，第一级支撑部1上的第一桥接部5包括第一辐板2以及第一筒体3，另一级支撑部上的第二桥接部5a包括第二辐板2a以及第二筒体3a，以此类推；第一齿圈6沿径向设置在第一辐板2的外侧端；相邻的第一桥接部5和第二桥接部5a之间，第一辐板2与下一级支撑部上的桥接部的筒体其中一端搭接形成第一搭接点4，第一筒体3的一端与第一辐板2的端部搭接，第一筒体3的另一端与第二辐板2a外侧搭接固定形成第二搭接点4a；较大直径的第一齿圈6固定在第一搭接点4，较小直径的第三齿圈6a固定在第二搭接点4a上；同时，第一筒体3上沿径向设置有至少一层第二齿圈7，考虑到飞轮整体的形态、尺寸以及重量因素，在第一筒体3上增加的第二齿圈7数量以一到四层为佳，数量太多会影响支撑强度与加工工艺性；第二齿圈7与第一筒体3的固定点为第三搭接点10；为了方便描述以及理解，虽然第二齿圈7并没有对应有单独的支撑部，本段及以下仍然假设一个支撑构件，该支撑构件即为第一级支撑部或类似的结构，该支撑构件是在未采用本设计方案时每一层齿圈所必须的支撑与固定结构；通过本设计方案将至少两层齿圈合并的设计到一级支撑部上，使得由原本结构的一层齿圈对应一层支撑构件变为现在的两层或多层齿圈共用一层支撑部，省去了原本对应于第二齿圈7的支撑构件，起到了简化结构的作用，虽然第一筒体3由于结合了多层齿圈，齿圈之间的距离是不变的，因此需要加高，但第一筒体3同时可以加粗，加粗后第一筒体3的质量有所增加，但相对于原本结构一层齿圈对应一个支撑构件的形式，省略一层支撑构件后飞轮总的质量是降低的，且因第一筒体3加粗其周向上的刚度以及抗扭能力是上升的；同时由于第一筒体3高度提高，使得相邻的第一辐板2和第二辐板2a之间的距离大大增加，在加工制作齿圈尤其在相临齿圈的齿数相差较少加工时，加工刀具可腾挪的空间增大，可根据需要选择更为合适的刀具以及更加适宜的进刀退刀距离，并最终使得第一筒体3之间的区域加工工艺性显著优化，且质量更佳，加工效率更高。

较优的实施方式，如图1和图2所示，支撑部的外径与相应齿圈的内径相同，由此通过所有支撑部的辐板与筒体顺序搭接构成多级阶梯状的锥塔形构件9，相应齿圈固定在锥塔形构件9上形成飞轮或飞轮的其中一部分，齿圈与锥塔形构件9的连接方式可以是一体连接的，也可以是加工成两个单独的模块再通过后续的工艺将两者连接为不可拆卸的一个单元，推荐是采用将上述辐板、筒体以及齿圈均由一块整体材料加工而成，这样使得不同的部件间的连接更为紧固，通过链条传来的周向力通过第一齿圈6形成扭力作用到搭接点(图中未标出)，进而传递到第一辐板2上，第一辐板2再将力矩作用到第一筒体3上，第一筒体3将力矩传递至第一搭接点4再过渡到下一级支撑部的第一辐板2上以此类推并最终作用到最小直径的支撑部(图中未标出)上，最小直径的支撑部是与自行车上的转轴轮毂连接的，使得即便支撑部未设置轮毂，也可以使得飞轮实现整体扭力的传递并与轮毂相连。

较优的实施方式，如图2所示，第一桥接部5之间具有倒L形的缺口8，缺口8从与较小直径第三齿圈6a的搭接的第二桥接部5a的第二辐板2a所处平面区域开始，沿第一筒体3方向朝上延伸经过第二齿圈7至第一辐板2，并沿第一辐板2延伸直到较大直径第一齿圈6的根部，缺口8有利于排出飞轮工作时的泥泞，并且缺口8的设置有利于减少飞轮总的质量；缺口8的数量m与所搭接的第三齿圈6a的齿数Z的关系为Z－(0.5*Z+1)≤m≤Z+(0.5*Z+1)，m、Z均为整数，例如当第三齿圈6a的齿数Z为20时，缺口8的数量m为20±11范围内的任意整数值，这意味着第一筒体3可以与较小直径第三齿圈6a的齿部中心对齐或者不对齐，齿数Z为20且缺口8的数量m为20时，两者差值为0，第一筒体3与第三齿圈6a的齿部中心对齐，刚度的均匀性较好，当两者差值不为0时，第一筒体3与第三齿圈6a的齿部中心错开一定角度，可更好的适应加工工艺性以及高强度高刚度的需要，缺口8的宽度由于是由相邻第一筒体3决定，第一筒体3可根据需要在第三齿圈6a上进行数量的调整，从而影响到缺口8的宽度以及数量，进而通过这种差量设置，方便加工。

较优的实施方式，如图1和图2所示，第二齿圈7位于较大直径的第一齿圈6与较小直径的第三齿圈6a之间，且第三齿圈6a、第二齿圈7以及第一齿圈6的直径关系依次变大形成锥塔形多层链轮，方便在同一第一筒体3上的第一齿圈6以及第二齿圈7可以根据需要调节链条的功能，同时所述锥塔形多层链轮与锥塔形构件9的倾斜方向应当相适应，防止出现较小直径支撑部1a上的齿圈直径加大导致浪费材料。

较优的实施方式，当位于同一个第一筒体3上的第二齿圈7具有两个及以上时，第二齿圈7之间的直径关系应当符合所述锥塔形多层链轮的关系，多个第三搭接点10均匀的分布在第一筒体3上，使得多个第二齿圈7之间、位于两侧边缘的第二齿圈与第三齿圈6a进而第一齿圈6之间的距离适宜，从而满足使用过程中变速的需要并且方便加工。

较优的实施方式，如图1所示，当位于同一个第一筒体3上的第二齿圈7为一个时，第三搭接点10设置在第一筒体3的中心区域，使得第三齿圈6a、第二齿圈7以及第一齿圈6之间的距离适宜，方便变速以及加工。

较优的实施方式，如图2所示，为了方便理解，定义同一级支撑部上的多个第一筒体3处于同一平面上的第三搭接点10依次连接形成限定区域，第二齿圈7位于相邻的第三搭接点10之间的部分背离所述的限定区域的向外凹进形成减重槽11，减重槽11优选的形状是圆弧形或者半方形两侧带圆弧过度，由于第一筒体3的高度是增加的，可根据需要从所述锥形结构内部往外在第二齿圈7加工出减重槽11，并且应当注意的是减重槽11加工时应避免靠近第三搭接点10，设置减重槽11的目的在于减少第二齿圈7的质量，进而减少飞轮的整体质量，同时由于第三搭接点10的连接关系不受加工影响，第二齿圈7以及相结合的第一筒体3结构的刚度和抗扭能力没有下降。

共用筒体的一体式飞轮的制备方法，该方法为：

通过由实心毛坯或碗形锻件毛坯车削制造半成品；从所述半成品内部铣削出对应的支撑部结构；通过铣削加工出所有齿形与特定的齿形；通过热处理获得高强度、高韧性与高耐磨性一体化的产品性能；表面装饰处理。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而并非对其进行限制，凡未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种共用筒体的一体式飞轮，包括多个大小不同的、用于接纳链条且将由该链条传来的周向力传至自行车后轮轮毂的齿圈以及用于固定相邻齿圈的多个环形的支撑部，该链条可以通过变速机构从一个齿圈换至另一个齿圈；其特征在于：

每一级支撑部包括处于同一平面上的由辐板和筒体组成的多个桥接部，第一级支撑部(1)上的第一桥接部(5)包括第一辐板(2)以及第一筒体(3)，另一级支撑部上的第二桥接部(5a)包括第二辐板(2a)以及第二筒体(3a)，以此类推；

相邻的桥接部之间，所述第一辐板(2)与下一级支撑部上的桥接部的筒体其中一端搭接形成第一搭接点(4)，所述第一筒体(3)的一端与所述第一辐板(2)的内侧搭接，所述第一筒体(3)的另一端与所述第二辐板(2a)外侧搭接固定形成第二搭接点(4a)；较大直径的第一齿圈(6)固定在第一搭接点(4)，较小直径的第三齿圈(6a)固定在第二搭接点(4a)上；

所述第一筒体(3)上沿径向设置有至少一层第二齿圈(7)。

2.根据权利要求1所述的共用筒体的一体式飞轮，其特征在于：所述支撑部的外径与相应齿圈的内径相同，任意两个支撑部形状相似；由此通过所有支撑部的辐板与筒体顺序搭接构成多级阶梯状的锥塔形构件(9)，相应齿圈固定在所述锥塔形构件(9)上形成飞轮或飞轮的其中一部分。

3.根据权利要求1或2所述的共用筒体的一体式飞轮，其特征在于：多个所述第一桥接部(5)之间具有倒L形的缺口(8)，所述缺口(8)从与较小直径的第三齿圈(6a)所搭接的第二辐板(2a)所处的平面开始，沿所述第一筒体(3)的方向朝上延伸经过所述第二齿圈(7)至所述第一辐板(2)，并沿所述第一辐板(2)延伸直到较大直径的第一齿圈(6)的根部。

4.根据权利要求3所述的共用筒体的一体式飞轮，其特征在于：所述缺口(8)的数量m与所搭接的第三齿圈(6a)的齿数Z的关系为Z－(0.5*Z+1)≤m≤Z+(0.5*Z+1)，m、Z均为整数。

5.根据权利要求1或2所述的共用筒体的一体式飞轮，其特征在于：所述辐板、所述筒体以及所述齿圈是由一块整体材料加工而成。

6.根据权利要求1或2所述的共用筒体的一体式飞轮，其特征在于：所述第二齿圈(7)与所述第一筒体(3)的固定点为第三搭接点(10)，所述第二齿圈(7)位于所述第一齿圈(6)与所述第三齿圈(6a)之间，且所述第三齿圈(6a)、所述第二齿圈(7)以及所述第一齿圈(6)的直径关系依次变大形成锥塔形多层链轮。

7.根据权利要求6所述的共用筒体的一体式飞轮，其特征在于：当位于同一个第一筒体(3)上的所述第二齿圈(7)具有两个以上时，所述第二齿圈(7)之间的直径关系应当符合所述锥塔形多层链轮，多个所述第三搭接点(10)均匀的分布在所述第一筒体(3)上。

8.根据权利要求6所述的共用筒体的一体式飞轮，其特征在于：当位于同一个第一筒体(3)上的所述第二齿圈(7)为一个时，所述第三搭接点(10)设置在所述第一筒体(3)的中心区域。

9.根据权利要求1或2所述的共用筒体的一体式飞轮，其特征在于：所述第二齿圈(7)与所述第一筒体(3)的固定点为第三搭接点(10)，以多个所述第一筒体(3)处于同一水平面上的第三搭接点(10)依次连接形成限定区域，所述第二齿圈(7)位于相邻的所述第三搭接点(10)之间的部分背离所述限定区域向外凹进形成减重槽(11)。

10.根据权利要求1所述的共用筒体的一体式飞轮的制备方法，

该方法的特征在于：

通过由实心毛坯或碗形锻件毛坯车削制造半成品；

从所述半成品内部铣削出对应的支撑部结构；

通过铣削加工出所有齿形与特定的齿形；

通过热处理获得高强度、高韧性与高耐磨性一体化的产品性能；

表面装饰处理。