[发明专利]自行车换档机构和变速系统

说明书

发明领域

本发明总的涉及换档式自行车的变速系统，更具体地说，涉及这样一种系统，它的后换档机构能体现一低操纵比。

发明背景

传统的公路自行车通常在脚蹬曲柄上装有两个链轮环，并且还装有一个包含五到八个齿轮或链轮的自由轮。一公路自行车的自由轮包括若干链轮，在某些情况下，这些链轮彼此之间仅仅间隔一个轮齿那样大小的距离，因而只能产生相对较窄的变速范围。一辆公路自行车通常设计成能在平缓的路面上以较高的速度骑行。

在很多情况下，公路自行车装备有变速杆，这些变速杆’具有相对较小的卷绕直径，因此卷绕件的每次角位移只能使控制拉线产生一个相对较小的位移。这种相对较小的拉线位移是用于将后换档机构从一个链轮横向地移动到下一个链轮。因此，公路自行车换档机构有一相对较高的操纵比，这个操纵比通常定义为：换档机构在垂直于自由轮各链轮方向上的移动量/换档控制拉线的单位位移量。

最近，山地自行车得到了很大发展，山地自行车的骑行路线通常并不完全平整；这些路线的“技术”部分通常包括陡坡、大块砾石和树桩等。因此，山地自行车自由轮所包括的链轮组应具有较大的变速范围。此外，山地自行车常常处于非常脏和泥泞的环境中，因此就需要有一些改进，使山地自行车的诸机械部件，特别是其换档系统避免被弄脏。

如图1所示，传统的后换档机构是一个平行四边形的形式，它是由A，B，C和D这四个点(即枢点)所限定的。一b-关节点(也叫b-枢点)200通过传统的装置，例如一螺栓204和自行车车架202上的一换档机构吊挂部分206，来固定于自行车车架202(参见图2)。内、外侧板208，210将所述b-关节点铰接于一P-关节点或P-枢点212，而该P-关节点又可转动地连接于一导轮支架(idler cage)214，该支架上包含两个导轮216，218，以用来将传动链220引导到自由轮222中选定的链轮上。  如图2所示，传统的换档机构通常都由一拉线系统226来操纵。拉线系统226包括一换档控制拉线228，该控制拉线通常是Bowden型的一也就是说拉线228包含在一层护套230内，而该护套的端口处则通过一个套箍232而连接于b-关节点200。拉线228继续通到一夹紧螺丝234或类似的可以将拉线端部夹紧到侧板208，210之一(例如外侧板210)上的装置。当拉线228从套箍232中穿出来时，拉线228是在一第一方向上受到引导的。拉线228通常还在一第二方向上夹紧在侧板210上，这与第一方向可能有很大的不同，它取决于拉线228能将P-关节点212向内或向外拉离多远。

在很多传统的换档系统中，当P-关节点212处于最外侧位置时，拉线228和套箍232成锐角。这样，在拉线228和套箍232摩擦接触的位置上，拉线228便会额外受到摩擦，因而造成磨损。除了这种额外的磨损，P-关节点212的位置移动还会导致操纵比作为与导轮支架214的上导轮216所对准的链轮的函数而变化。

近来，山地自行车中已经设计并使用了一种手转动变速操纵器，这种操纵器与把手同轴设置并且直接支承在把手上，以用来移动换档机构的控制拉线。美国专利5,134,897中揭示了这样的手转动变速操纵器。

与传统的安装在车架上的变速杆相比，由于把手的半径相对较大，所以上述专利中的控制拉线(“拉线”)的位移量也显著地增加。如美国专利5,134,897中所揭示的那样，已经有手转动变速操纵器的生产厂商尝试着通过减少拉线卷绕轴的半径(也就是把手的半径加上套筒的厚度)并且除去保护套筒或卷筒来尽量减小拉线的拉动量。这种技术方案增大了磨损，降低了把手的结构整体性，因而并不十分理想。

为了降低操纵比，上述的生产者还加长了换档机构中拉线夹头与枢点之间的距离。然而，由于传统的换档机构中固有的局限性，当在把手上采用了保护套筒或卷筒的情况下，这种改进还是不能在保持最佳特性(例如，足以优于该换档机构的机械上的优点、每次移动需要足够的转动角度等)的前提下达到充分降低操纵比的效果。因此，在自行车生产中变速系统需要有：(i)一后换档机构，它具有非常均匀和低的驱动率，以及(ii)一变速操纵器，它具有一单卷绕件和同轴安装在一把手上的保护套筒。