變速結構的製作方法
2023-12-01 07:03:06 1
本發明涉及變速結構(gear shift arrangement)。
更具體地，本發明涉及用於自行車的變速結構，其中，驅動鏈保持在可操作的豎直平面中。
發明背景
現有的自行車齒輪通過移動設置在踏板軸(也稱為曲軸)處和後輪軸處的不同尺寸的鏈輪之中的自行車鏈工作。該鏈通過通常位於車把上的手動棘輪杆移動，該手動棘輪杆拉動或釋放各自的纜線以致動前變速器或後變速器。典型的現有技術自行車齒輪機構在圖1中示出。前變速器或保持架與踏板軸相關聯，並推靠鏈的側部以迫使鏈到達另一個鏈輪上。還用於保持鏈張緊的後變速器與後輪軸相關聯，並沿盒將鏈移動至不同尺寸的鏈輪上以改變傳動比。
作為示例，現代山地自行車使用2×10的設置，其具有在踏板軸處的兩個鏈輪和在後輪軸處的具有十個鏈輪的盒，在理論上允許二十個傳動比組合。然而，採用這樣的設計存在一些固有的問題，即：
·傳動比組合中的許多是重複的或彼此非常接近，且因此在實際中2×10變速機構不會實現20個不同的比率組合；
·由於傳動比組合需要鏈移出豎直平面，導致鏈拉動歪斜，發生過度摩擦，伴隨著功率的損耗；和
·在擋位(gear)改變的過程中選擇路徑導致不會順序地增加或減小的不穩定的比率組合。
·騎行者必須在前鏈輪和後鏈輪之間變化以嘗試選擇需要的比率時減 小功率損耗。
本發明的目的是提出將幫助克服這些問題的自行車變速結構。
發明概述
根據本發明，變速結構包括：適於可滑動地安裝在輪轂上、在使用過程中適於在主軸的水平軸線上移動的鏈輪盒(sprocket cassette)，該鏈輪盒還適於與鏈可操作地接合，使得在操作中該鏈保持在一個豎直的平面中；以及適於沿輪轂相對於鏈橫向地移動鏈輪盒的移動裝置。
還根據本發明，自行車變速結構包括：適於可滑動地安裝在輪轂上的鏈輪盒，該鏈輪盒還適於與自行車鏈可操作地接合，使得在操作中該鏈保持在一個豎直的平面中；以及適於沿輪轂相對於鏈橫向地移動鏈輪盒的移動裝置。
該變速結構可以被應用為不同的裝置的驅動裝置，例如，諸如機動車齒輪箱或摩託車齒輪箱。
該結構適於將鏈保持在一個平面中，且該齒輪適於移動例如在自行車的情況下的前齒輪組或後齒輪組或前齒輪組和後齒輪組的組合。
鏈輪盒可以包括多個常規的不同直徑的鄰近的鏈輪。
移動裝置可以適於使鏈輪盒中的不同的鏈輪與連結合，從而導致傳動比的變化。因此接合兩組鏈輪(在自行車的情況形中為前鏈輪和後鏈輪)的不同的組合以通過更少的鏈輪獲得所需的且更加期望的比率是可能的。
作為一個示例：現有的自行車從12齒變換至11齒以到達最高擋(第9擋至第10擋)，這在踏板速度上是9％的下降。當從第8擋變換至第9擋時，踏板的速度下降8.3％。藉助於根據本發明的結構，在較低的速度時具有更寬的比率且在較高的速度時具有接近的比率(close ratio)是可能的。這是相當大的優勢。
因此，使用上面的建議，五個後鏈輪和三個前鏈輪可以獲得15個比率，該比率是與在常規自行車上利用十個後鏈輪和兩個前鏈輪所實現的相 同或更多的可使用的比率。
這還等同於顯著的重量減輕。
該移動裝置可能需要任何電氣、電子、機械、液壓或氣動系統，該系統被激活且定位成以可控制的方式接合鏈，以獲得所需的傳動比。
擋位選擇(gear selection)可以通過能夠讓使用者選擇擋位的按鈕控制。按鈕可以向處理器發送信號，該處理器選擇鏈輪的組合以獲得需要的比率。
使用踏板輸入速度進行擋位選擇可以是自動的，以確定使騎行者保持在期望的踏板速度範圍中的最佳的比率。
下面是根據本發明的將通過固定在豎直的平面中的鏈影響擋位選擇的自行車變速結構的描述。
該移動裝置可以包括設置在鏈輪盒和自行車框架之間的互補的可滑動地接合的第一斜坡構件和第二斜坡構件。
鏈輪盒可以包括適於朝向輪偏置鏈輪盒的偏置彈簧。
偏置彈簧可以是扭轉彈簧。
該移動裝置可以包括適於將斜坡構件與鏈輪盒和輪轂隔離開以允許斜坡構件獨立旋轉的止推軸承。
該移動裝置可以包括適於導致斜坡構件旋轉從而導致鏈輪盒沿輪轂移動的常規的纜線致動裝置。
該結構可以被密封在鼓狀的蓋中。
該移動裝置可以包括適於操作斜坡構件的旋轉的電動機。
該電動機可以是控制步進電機/步進式電機(control stepper/stepping motor)。
該電動機可以包括以特定的傳動比預編程的軟體，其適於阻止特定的傳動比的重複並允許傳動比的順序選擇。
本發明延伸至設置有如本文描述的自行車變速結構的自行車。
附圖簡述
本發明現在將參考示意性附圖通過示例進行描述。
在附圖中示出：
圖1：現有技術自行車齒輪機構的側視圖；
圖2：根據本發明的自行車變速結構的示例的透視圖；和
圖3：示出在圖2中的自行車變速結構的側視圖。
附圖詳述
典型的現有技術自行車齒輪機構在圖1中示出。前變速器或保持架與踏板軸相關聯，並推靠鏈的側部以迫使鏈到達另一個鏈輪上。還用於保持鏈張緊的後變速器與後輪軸相關聯，並沿盒將鏈移動至不同尺寸的鏈輪上以改變傳動比。
參考附圖的圖2和圖3，示出根據本發明的自行車變速結構，其通常由參考標記10指示。自行車變速結構10適於與標準的自行車鏈12一起工作，以便驅動安裝在軸16上的後輪14。輪14具有輪轂18，多個輻條20從輪轂18以常規的方式徑向地突出。
適於與鏈12可操作地接合的鏈輪盒22可滑動地安裝在輪轂18上，使得鏈輪盒22可以在箭頭24指示的方向上沿輪轂18往復移動。鏈輪盒22包括多個常規的直徑不同的鄰近的鏈輪(未示出)，其中具有最大的直徑的鏈輪位於最靠近輻條20處，且具有最小直徑的鏈輪距離輻條20最遠。鏈輪盒22包括位於其和輪轂18之間的偏置彈簧(未示出)，以偏置鏈輪盒22遠離輻條20。偏置彈簧可以是扭轉彈簧。
在使用過程中，當鏈輪盒22相對於鏈12移動(如箭頭24指示的)以使不同的鏈輪與鏈12接合從而導致傳動比變化時，鏈12適於保持在遠離輻條20固定的距離處的恆定的豎直平面中。
第一環形斜坡構件26連接至鏈輪盒22。第一斜坡構件26具有設置在 其遠離鏈輪盒22突出的側部上的多個斜坡齒28。止推軸承30將斜坡構件26與鏈輪盒22和輪轂18隔離，使得在使用過程中斜坡構件26可以獨立於鏈輪盒22和輪轂18旋轉。
第二環形斜坡構件32牢固地連接至自行車的框架34。第二斜坡構件32還具有設置在其遠離框架34突出的側部上的多個斜坡齒36，從而相應的斜坡齒28、36彼此可滑動地接合。
在使用中，常規的纜線致動器被採用以在如箭頭38(圖2)指示的逆時針方向上旋轉第一斜坡構件26。接合斜坡齒28、36的滑動移動推動第一斜坡構件26遠離框架34，這因此推動鏈輪盒22沿輪轂更靠近輻條20滑動。從而具有較小直徑的鏈輪與鏈12接合。
相反，通過放鬆纜線致動器，偏置彈簧推動鏈輪盒22遠離輻條20，從而導致斜坡構件26在順時針方向上旋轉並允許斜坡構件26更靠近框架34移動。
這種結構10的優點是：簡化設計，結構10的小的輪廓不會過度地從框架34突出，鏈12的線性運動始終是平面的，便於維修。由於斜坡構件26、32可以由尼龍製成，因此結構10還是非常輕量的。
結構10被相對容易地安裝或改裝在自行車上，並允許移除而不需要拆卸。結構10可以被密封在鼓狀的蓋中以防止灰塵和其它的磨損劑進入。
鏈張緊器(未示出)將收緊由於連結合在較小直徑的鏈輪上而造成的鏈12中的任何鬆弛且導引鏈保留在固定的豎直平面中。
纜線致動器可以連接至電動機以操作第一斜坡構件26的旋轉運動。該電動機可以由輕的且緊湊的電池組供電。該電動機將允許順序地變速以及容易在某時跳動鏈輪(即，多個傳動比)。傳動比被電編程至電動機上的軟體中，使得沒有傳動比是重複的且允許使用者順序地切換至正確的傳動比。
該電動機可以是控制步進電機/步進式電機。步進電機需要單獨編程的微控制器，且可以以這種方式被非常精確地控制，儘管這種控制通常通過許多轉實現。步進電機提供具有快速響應的非常精確的控制，且步進電機 作為電機單元是有成本效益的。
類似的結構可以被用作前鏈齒輪的移動裝置。位於前鏈輪的前緣處的固定的鏈導引件將把鏈保持在豎直的平面中。
該軟體幫助騎行者進行擋位選擇和變速，以保證順序的擋位是可行的而不用思考。該軟體還將允許比率跳躍(skip)，並將採取最短的路逕到達期望的比率，以消除騎行者的誤差和混亂。平面的鏈運動減少摩擦和角向力的損失、傳動系統的磨損以及交叉鏈的問題。
建議的電子變速至預選擇的擋位組合提供實際可行的工作解決方案。優點是直鏈產生減少的摩擦和損耗，和更少的擋位實現所要求的傳動比，節省重量損耗。
作為一個示例：現有的自行車從12齒變換至11齒以到達最高擋位(第9擋位至第10擋位)，這在踏板的速度上是9％的下降。當從第8擋位變換至第9擋位時，踏板的速度下降8.3％。藉助於根據本發明的結構，在較低的速度時具有更寬的比率且在較高的速度時具有接近的比率是可能的。這是相當大的優勢。
因此，使用上面的建議，五個後鏈輪和三個前鏈輪可以獲得與常規的自行車上通過十個後鏈輪和兩個前鏈輪實現的相同的或更多的可使用的比率。