CN1050081A - 自动定位的皮带松紧调整器 - Google Patents

Abstract

一种用于可变速传动装置的自动调整张紧系 统。一条环带皮带支承在一对间隔开的可变直径皮 带轮上并由其驱动，该皮带轮可在减小的和增大的构 形之间独立地运动，并使皮带处于不同轨道上。一对 辊子可转动地装在一细长托架元件的固定间隔部位 上。一压簧组件将其中一辊子主动地抵压在皮带上 并与其啮合。托架元件上靠近另一辊子的凸轮表面 可沿一固定的仿形支承面滑动并被动地保证另一辊 子与皮带啮合。该系统可使皮带保持基本恒定的张 力。

Description

本发明涉及一种通常利用传动带的可变速比传动装置或驱动系统，更准确地说是涉及一种使传动皮带保持虽然是最低限度但却是恒定的张力的机构。本发明特别适用于自行车，因此在本发明公开内容中一般也是关于这方面的描述。然而，由于其工作原理可以应用于许多其它场合，所以应当理解到这种说明只是本发明的示范性描述而不是限制性的。本申请书是1989年9月6日申请的美国专利的部分承袭，该专利的美国申请号为07/403571。本申请人于1989年9月6日在美国申请的、申请号为07/403657、题目为“弹簧组件（Spring  Assembly）”且与该申请同为待批专利的另一申请书在此处作为本申请书的参考资料。

配置有称为“换档器”（derailleurs）的链条驱动多速传动装置的自行车已在世界范围内得到遍及。这种“换档器”可以使骑车人根据道路坡度的不同来选择各种不同“速度”，以适应骑车人自身体质强弱的不同要求。所选定的自行车传动装置的“速度”确定了踏板曲柄的转数与由此产生的从动后轮的转数的比率。

一个体质强壮的骑车人在下坡或沿水平道路骑车时会选择较高的速度或传动比以便以合理的速度踩着踏板驱使自行车以较快的速度前进，而同一骑车人在上坡或在起伏不平的道路上，如石子路上行驶时则会选择另一速比即较慢的速度。

最常用的换档器有10档速度。但是，具有多于10档速度的换档器已经越来越普遍，因为这种换档器可以在10档速度传动装置的速度之间提供更多的选择，但是它们具有明显的缺点，其中包括成本上升，重量增加和使故障更加复杂。

由于换档器带有金属制成的链条和许多齿轮，故其本身是很重的，然而骑车人都非常希望自行车是轻型的。而且，这些换档器缺少一个显示骑车人所选定的档速或速比的指示器。此外，大部分换档器也缺少外壳，因而使该换档机构暴露在雨水，磨蚀尘埃和其它污垢物中，从而导致锈蚀，磨损和其它损坏。最后，当自行车配置有换档器时，为更换或维修轮胎而拆卸和重装自行车后轮是相当困难和麻烦的。而为更换而拆卸整个传动装置也是同样的困难。

在美国专利4030373号和4530676号中公开了另一种类型的自行车可变速比传动装置，该两项专利的发明人也是本申请人。这两项专利都作为本申请的参考资料。该种型式的传动装置包括一对由一皮带相互耦合在一起的可调整皮带轮。本发明包括该类型的一种新型传动装置。

在美国专利4030373号中，一组皮带轮扇形体在两个皮带轮中每个轮上都是可以连续径向调整的，因此需要一些细锁紧齿，以便保持任何调整状态。在美国专利4530676号的传动装置中，每个皮带轮也具有一组可调整的皮带轮扇形体。美国专利4530676号中的调整装置作为美国专利4030373号的改进，其差别在于不连续增量。它可以提供很大数日的不连续传动比率并可采用较大的锁紧齿，与专利4030373号相比，这些齿能够承受更大的作用力，这些作用力是由皮带作用到皮带轮扇形体上的。专利4530676号的两个皮带轮中的随便那一个在传动装置的一般应用场合中都可作为驱动皮带轮使用。

在任何采用皮带的这种传动装置中，其设计的目标一贯是使皮带保持虽然是最低限度但却是基本恒定的张力。皮带中产生过大的张力，即使过大张力是在驱动比换档过程中瞬间产生的，也都应当避免出现。为达到此目的，本人曾经进行过各种试验。例如，在专利4030373号中，本人公开了一种结构，在该结构中皮带与一对间隔开的惰轮相啮合，其中一个惰轮是固定着的而另一个则是可动的，并且顶压着皮带。在专利4530676号中，公开了一种略为不同的结构，其中一对间隔开的导辊可转动地安装在两个弹性臂的对应端部。该导辊瑟驱动皮带相啮合，而该弹性臂则绕着一条垂直于驱动皮带的平面的轴线在驱动皮带的平面内自由地枢转。

我的传动装置的进一步发展显示在美国专利4816008号以及在其子系专利，申请号为140232号的申请书中。在这些发明内容中所公开的独特的概念是一种皮带松紧调整器，根据该松紧调整器的要求，一对分别安装而且可动的导辊用来与驱动皮带相啮合。这些发明内容在此处作为本申请的参考资料。

普通转让的专利4820244号和4832660号公开了传动机构的更进一步的发展，特别是涉及能够实现可变速比输出的皮带轮的结构，这两项专利在此处也作为本申请的参考资料。

本发明可以与上面所述型式的新颖的、改进的传动装置结合使用，该传动装置包括由驱动皮带相互耦合在一起的两个皮带轮。在其广义的方面，这种新型传动装置的使用范围相当宽，但是其某些属性和一些附加的特征使该传动装置对自行车特别有用。从本发明的某些方面来讲，新颖传动装置是自行车的一个整体部分。

该可变速比驱动机构具有一个驱动皮带轮机构，一个从动皮带轮机构和一个将两个皮带轮机构相互驱动地耦合的环带元件或驱动皮带。两个皮带轮机构中的至少一个包括一组皮带轮扇形体，每个皮带轮扇形体都具有可与驱动皮带相啮合的支承表面和用于将上述皮带轮扇形体于分布在上述一个皮带轮机构上一系列位置中的任何一个位置处安置和固定到上述一个皮带轮机构上的装置，从而使该支承表面可以有选择地定位于一系列的同心圆上。除了那些处于上述一个皮带轮机构内驱动皮带与皮带轮扇形体脱离啮合的调整区处的扇形体以外，该驱动皮带对所有皮带轮扇形体都施加有压力。在上述一个皮带轮机构的调整区内还设有用于将皮带轮扇形体调整到一个选定位置上的选通器装置。

该机构的选通调整装置可以具有一个控制装置和一个致动装置，而操动该机构的驱动装置可以设在同一装置中，以便使选通器移动到各独立位置。该机构可以具有两个驱动皮带定位装置，其中一个可以是一个位于该皮带轮机构附近用于对环带元件进行定位以便使环绕皮带轮机构的环带元件处于包绕状态，并且在某些情况下处于最大包绕状态的张力施加装置，该驱动皮带定位装置被单独支承着以便运动。该机构在靠近各皮带轮扇形体处可以具有锁紧轨道装置，该装置是在松开和锁紧状态之间进行操动以便调整各皮带轮扇形体的位置。该机构还可以在其从动皮带轮装置和其输出装置例如自行车后轮之间具有一个单向离合器，以便使输出装置易与从动皮带轮装置脱耦。这种更换时很容易就能从其机架，例如自行车车架上快速拆下来并且不会受到损伤的机构也可以按标准尺寸制成以便适应各种不同尺寸的车架。

与换档器广泛采用的10档速度相比，提供多得多的档速，例如在美国专利4816008号详细描述的例子中提供的21档速度显然是切实可行的。几乎全部的零件都可用模塑成型法制成从而使传动装置的成本和重量相对降低。整个机构要设计成能便于包封在一个外壳内以防受到雨水，灰尘和其它污垢物的侵害。这种设计与某些换档器不同，那种换档器不可能提供一个外壳，因而使该机构显露在外面导致其零件生锈和过早地磨损。

新型传动装置可以配置一个指示器用以向骑车人（或在传动装置的其它应用场合的使用人）指示出所选择的是哪一个传动速比。相反，在通常的换档器中提供一个单独的速度指示器是不现实的。

在配置有本发明的新型传动装置的自行车中，为了维修或更换轮胎，拆卸和重新装配后轮是一很简单的事情。在速比变化机构与后轮之间的单向驱动离合器包括一个固定在皮带驱动皮带轮上的驱动离合器组件和一个固定在自行车后轮上的从动离合器组件。从动离合器组件和后轮形成一个可作为一个部件从自行车上拆卸下来的组装件。当后轮拆下来时，从动离合器组件与驱动离合器组件可简单而无损地分离开。离合器的驱动和从动组件在将后轮重新装配到自行车上时就自动地相互耦合在一起。这与配置有普通换档器的自行车的后轮拆卸时的非常麻烦的步骤恰恰相反。

在该传动装置的一般应用中，两个皮带轮都可以用作驱动皮带轮。此外，在特殊应用场合，当只需要很小的扭矩时，驱动皮带轮的转动方向可以反向。当自行车配置有新型传动装置时，其有效扭矩在反向操纵时能够使骑车人通过向前或向后踩踏板来改变传动速比，例如当在水平道路上向着上坡路滑行时那样。可以设置一个稳定器机构以便抵抗托架元件产生不希望出现的绕其纵向轴线的转动。这种机构进一步保证了辊子在任何时候都能完全地与驱动皮带对准啮合。

在带有两个皮带耦合皮带轮的传动装置中，该皮带具有从一皮带轮到另一皮带轮的驱动长度;该皮带一部分绕在每个皮带轮上;而皮带的回转长度形成一环路。但是，到目前为止，保证收紧皮带的回转长度或路程所不希望有的松弛并且在整个换档过程中使皮带的张力基本保持恒定一直是很困难的。

本发明就是根据上述情况设想出来的并且现在已经付诸实践。

因此，本发明是致力于用于可变速传动装置的自动调整张力系统。为此，将环带运动皮带支承在一对间隔开的、可变直径的皮带轮上并由该皮带轮推动前进，两皮带轮可以在减小的和放大的构形之间独立地运动并且可以使皮带处于不同的运行轨道上。一对辊子在固定间隔位置处可转动地安装在一个细长托架元件上。两个辊子中的一个由一个压簧组件有效地压向驱动皮并与之啮合。靠近另一个辊子的托架元件上的一个凸轮表面可以沿着一个固定的支承表面滑动，并且被动地保证另一辊子与驱动皮带之间的啮合。当传动比随着皮带轮直径的改变而改变，并且皮带因此而处在改变了的运行轨道上时，则驱动皮带就可有效地使辊子沿着该轨道自动地运动，从而使皮带保持基本上恒定的张紧力。

本发明是一种高度简化的设计，因为绝大多数零件作用的是强度高然而是轻质的材料，最主要的是塑料，并且易于组装和维修。

本发明的其它的和进一步的特征，优点和好处在以下结合附图所作的详细描述中将会得到理解。应当理解到，上面的一般性描述和以下的详细描述都是例示性的和说明性的，而不是对本发明的限定。结合在本发明中的附图构成了本发明的一部分，用来说明本发明的一个实施例，并连同叙述部分一起用以概括地解释本发明的工作原理。在本发明的整个公开内容中，同样的零件采用相同的标号。

图1是配置有一个采用新型自动调整驱动皮带张紧机构的传动装置的自行车的右视立面图，该皮带张紧机构是作为本发明各方面内容的一个示范性实施例。

图2是图1所示自行车的俯视平面放大图，其中去掉了轮子部分。

图3是图1和图2所示抓手控制装置的侧视立面图，与图1和图2相比图3是高倍放大的;

图4是沿图3中4-4截面截取的抓手控制装置的剖视图;

图5是示意性显示一传动装置的侧视立面图，该装置中装有本发明的自动调整皮带张紧系统并示出该传动装置的两个极限构形;

图6是放大的侧视详细立面图，其中某些零件被切除，以便显示与本发明的自动调整驱动皮带张紧系统相结合的传动装置部分;

图7是本发明的侧视详细立面图，为清晰起见其中部分构件被断开并用截面图示出;

图7A是图7的一部分的侧视详细立面图，用以显示某些所示构件的另一位置;

图8是本发明的分解透视图;

图9是沿图7中9-9截面截取的截面剖视图;

图10是图6，7和8中所示某些构件的俯视平面图;

图11是图6，7和8所示一个构件，即外壳的俯视平面图;

图12是图11所示外壳的仰视平面图;

图13是图11和12中所示外壳的侧视立面图;

图14和15分别为图11-13所示外壳的从相对面两端观察的端视立面图;

图16是本发明结合有的传动装置的侧视示意立面图，用以说明本发明的工作过程;

图17是一详细示意侧视立面图，用以显示该传动驱动皮带和作为本发明一部分的辊子的连续位置;

图18是与图6相似的一个放大的侧视详细立面图，其中某些零件被切除，用以显示装有改进的自动调整驱动皮带张紧系统的传动装置的各部分;

图19是显示图18所示改进的自动调整驱动皮带张紧系统的各种构件的分解透视图;

图20是显示图19中所示各构件中一个构件的一部分的详细透视图;

图21是沿图20中所示构件的21-21截面截取的连同另一构件的一部分的截面剖视图;

图22是图20所示构件的俯视平面图;

图23是图18中所示各个零件的侧视详细立面图，用以显示某些构件的不同位置;

图24是沿图18中24-24截面截取的详细截面剖视图;

图25是沿图18中25-25截面截取的详细截面剖视图。

现参看各附图，首先参看图1，图中示出经改进的装有采用本发明的新型补偿机构的传动装置的自行车20。图1中所示自行车是从其右侧观察的（即从骑车人的右侧观察）。

自行车20可以包括一个带有水平上管22，下管24和座管26并联成一个三角形的车架，加上两对后轮支承件，后轮30的每一侧上各有一对（图1和图2），一对是直立支承件28，另一对是水平支承件29。前轮32是支承在前叉34内，该前叉可转动地装在前管36内，前管36与上管22和下管24相互连接。车把38（图1和图2）操纵前叉。踏板曲柄42的轴40在下管24和座管26的连接处具有一轴承44（图2）。

一调整速比传动装置或驱动机构46在踏板曲柄42与后轮30之间提供驱动耦合。一手动传动比控制器48（见图2，3和4）包括一个枢转抓手致动元件50，该致动元件可由骑车人方便地进行操纵。该机构的详细描述可参看前面所提到的美国专利4816008号中所述。支架52将手动控制器48固定在从前管36直立起来的立柱54上。该控制器还包括一对由传动装置46操动并伸向该传动装置的带护套的钢索56。

当控制器48的抓手致动元件50处于中心位置（见图4）时，最后建立的速比仍保持有效。当向着一个方向或另一方面转换抓手致动元件50时，会对传动装置产生调节作用以便在利用由踏板曲柄所提供的回转力的渐进步进中改变其本身的速比。只要抓手致动元件50处在偏离中心状态，继续操纵踏板将在设计界限范围内导致该传动装置的速比一级一级地连续变化。

图5以示意方式示出传动装置46并且相当请楚地示出驱动皮带58，为清楚起见用实线表示其最低速度构形，而以点划线表示其最高速度构形。传动装置46支承在外壳60内，该外壳可以利用一盖子61密封住以防止污染，而且其结构可以采用标准化部件以便使其适用于市场上可买到的各种类型的自行车。

具体参看图5和图6，传动装置46包括一个可调整的前皮带轮机构62，它与踏板曲柄42同轴并由该曲柄操动，传动装置46还包括一个操纵后轮的后皮带轮机构64。皮带轮机构62包括一系列径向可调皮带轮扇形体66，而皮带轮机构64包括一系列径向可调皮带轮扇形体68。环带驱动皮带58与两个皮带轮机构62和64的各皮带轮扇形体在几乎所有环绕着每个皮带轮扇形体组的路程上以驱动或被形式摩擦接触。当一个被选定的传动比起作用时，则各皮带轮扇形体66就被锁紧在一个公共半径上而且各皮带轮扇形体68也被锁紧在一个公共半径上。

如同制造传动装置46所用的所有的材料一样，驱动皮带58是由强度非常高的轻质材料构成的。例如，该皮带可以是带四条筋的丁形截面的多V型皮带，它由其上带有氯丁[二烯]橡胶或聚氨基甲酸乙酯牵伸组分的凯夫拉尔^R（KEVLA^R）牌号的塑料制成。先前用作传动皮带的材料包括玻璃或聚酯，遗憾的是这种材料不具有例如在传动应用中所需要的刚度和强度的结合特性。

当皮带轮扇形体66处于其最小半径位置，而皮带轮扇形体68处于其最大半径位置的时候，如图5中由点划线驱动皮带58所示的那样，该传动装置处于其最低速度调整状态。这意味着后轮在踏板曲柄的每一转中所产生的转动达到最小。与此相反，当皮带轮扇形体66处于其最大半径调整状态，而皮带轮扇形体68处于其最小半径位置时，如图5中实线驱动皮带58所示那样，该传动装置就被调整到使后轮在踏板曲柄的每一转中所产生的转动达到最大。图5中所示的尺寸和相互关系都仅仅是图示性的而不是具体的尺寸比例。

协调机构不是本发明内容的组成部分，尽管这种机构在前面提到的美国专利4816008号中已经完全公开了，但该机构是设置来确定两组可调整皮带轮扇形体的半径调整位置的。前皮带轮或踏板从动皮带轮机构62和后皮带轮机构64两者都是通过在相反的方向上以渐进的步骤进行渐进调整的。该协调机构使其中一个皮带轮机构的半径增加一步，与此同时，使另一个皮带轮机构的半径减小一步。在一替换型中，它能够使待调整的前皮带轮机构和后皮带轮机构随着该协调机构的步进式的调整交替地（不是同时地）得到调整。

在整个调整过程中，有必要收紧松弛的驱动皮带58，与此同时使驱动皮带的张紧力保持在一基本恒定数值上。这一理想的目标是通过如图6至图8和图10所示的一个独特的补偿器70实现的。在这种情况下，将一个细长的外壳72（参见图11至图15）安装在自行车的车架上，更具体地说是安装在后轮支架的水平支承件29上。在图7和图9中可以清楚地看出，外壳72配置有一个中央设置的向下伸出的支持器74，该支持器上钻有钻孔和并进行了攻丝以便接纳一个用于将夹子78固紧在其上的配合螺钉76。该夹子用来使一沿着外壳72的底部纵向延伸的肋80牢固地贴着自行车车架，具体地说是贴着水平后轮支承件29。这样，外壳72就可沿着驱动皮带58的下路程段（具体参看图7）向前，后两个方向伸出。

托架82与外壳72大致同向伸出，并可在由两个相对的平行侧壁构成的通道84内作相对于该外壳的前，后运动。更具体地说，托架82分别形成有前，后鳍板86、88，鳍板又分别与在外壳72的向下突出延伸段94、96上形成的前、后配合槽90、92内滑动配合。这样，当托架82在前、后方向上作相对于外壳72的自由滑动时，它是借助槽90，92对其进行横向限制的。鳍板86、88中的每一个鳍板都配置有一个横向孔98以便可转动地接纳轴销100。辊子102固定在轴销的两相对的端部，以便该辊子定位于鳍板86和88的相对的两侧（图8和图10）。

辊子102可与驱动皮带58的下路程段相啮合，但是到目前为止还没有关于保持该辊子与驱动皮带啮合的方式以及进一步保证驱动皮带内具有基本上恒定的张紧力这方面的论述。

为此，一个向下伸出的支柱104从前突出部94伸出。在支柱104的端部形成有一个支承凹口106，该凹口用以容纳一压簧组件108的一端，该压簧组件的大致结构已在同日申请的申请号为_、发明名称为“弹簧组件”的申请书（美国专利申请号为403657，案号为139-892625-NA）中进行了公开，前面已提到该申请书在此处作为本申请的参考资料。压簧组件108的另一端相配合地容纳在托架82的前鳍板86内形成的支承凹口110中。

在离压簧组件108一定距离的补偿器70的一端处，可以看到托架82的前鳍板88（见图7A），在鳍板边缘114和116的交界点处具有一个轮廓分明的凸轮区112。这样，当托架82从图7所示的位置朝着图7A所示位置（同样如图7中虚线所示那样）向右运动时，则可看到凸轮区112会与前槽92的下表面的凸轮表面118相啮合并跨在它上面。

在此工作过程中，弹簧组件108起到在使辊子102牢固地与驱动皮带58啮合的补偿器70的前端处的那些辊子上（从右侧观察图7）施加主动压紧力的作用。但是，这种牢靠的压紧作用并不会传递到补偿器70的后端处的辊子102上。相反地，在弹簧组件108附近所产生的驱动皮带58的张紧力将会牵拉驱动皮带使其在托架82的后端处与辊子相啮合。由于凸轮区112实际上与凸轮表面118相啮合，所以迫使辊子被动地与驱动皮带接触并保持啮合。

补偿器70解决了驱动皮带机构所存在的许多潜在的问题。例如，参看图16，应当理解到，直径较小的皮带轮机构，如图中所示机构64，比直径较大的皮带轮机构，如图中所示机构62，转换得更快。也就是在转换操作过程中，直径较小的皮带轮机构要比较大的皮带轮机构更快更早地达到其稳定状态。驱动皮带58可从较小的轨道B向着皮带轮机构64处的较大的轨道A运动，反过来，它也可以从较大的轨道B向着较大皮带轮机构62处的较小轨道A运动。但是，由于在两个皮带轮机构之间的实际转换操作存在时间迟差，可以看出皮带轮62不会象皮带轮机构64需要带长那样快地“放出”一段皮带。这就导致靠近皮带轮机构62处的辊子102暂时地（在转换中间位置）处于如字母“A”所示的另一位置。当转换过程已经完成，并再次达到稳定状态的时候，靠近皮带轮机构62的辊子102就返回位置B。字母“C”代表刚刚描述的操动过程的反向，也即当皮带轮机构64“放出”皮带比皮带轮机构62接受它更快的情况。在所有这些情况下，补偿器70都能在驱动皮带出现松弛时立即收紧它并使皮带30保持基本恒定的张紧力。

图17示出前、后辊子102的两个极限位置，其中前面位置以字母“X”表示，而后面位置以字母“Y”表示，而一个中间位置则用虚线表示，它们用以表示在稳定状态或非转换状态时，皮带轮机构62和64处于不同的速比。重要的是，要使靠近弹簧组件108的辊子102的轴线在两个皮带轮机构的每一速比下都处于平面n内（图17）。这一关系可保证弹簧组件108无论什么时候都能使驱动皮带58保持基本恒定的张紧力。通过采用按照平面Z（图17），平面Z是最靠近皮带轮机构64的辊子102在位置X和Y之间运动时的辊子轴线的轨迹，所仿形出来的凸轮表面118，前辊子102就可以保持一个接近于平面的定位，该定位只需要对弹簧108作最小长度的调整，并由此产生一个由弹簧作用在驱动皮带58上的接近于均匀的有效力。

由于采用带倾斜度的凸轮表面118所获得的另一好处是传动装置46处于最低可能轨道的能力与在将水平后轮支承器29脱开一容许量时所选择的传动比无关，此外，它保证驱动皮带58在前皮带轮机构62和后皮带轮机构64处都有最大程度的包绕。

本传动装置设计方面的中一个考虑是减小或消除皮带和皮带轮扇形体之间的打滑。在此处所公开的传动装置中的补偿器70的运动，支承和位置安排对达到此目的来说是至关重要的。当将力施加在踏板曲柄42上时，该踏板曲柄将驱动皮带轮机构62连同皮带轮扇形体66一起转动。当皮带轮扇形体66转动时，它们将对皮带58施加作用力，该皮带通过扇形体68将运动传递给皮带轮机构64。可以施加在踏板曲柄上而不会使皮带相对于扇形体66打滑的力的数值大小可用由踏板曲柄在皮带轮机构62的“张紧”和“松弛”两侧施加在皮带上的张紧力的函数来表示，其表达公式如下：

T₂/T₁＝e^fB

此处T₂是在皮带的“张紧”一侧上的张紧力（在向前踩踏板时图5中上皮带路程段一侧）;T₁是在皮带的“松弛”一侧上的张紧力（在向前踩踏板时图5中下皮带路程段一侧）;e是自然对数的底e（log T₂/T₁）;f是皮带与皮带轮扇形体之间的摩擦系数;而B是皮带绕皮带轮扇形体的接触（或包绕）总角度（以弧度计）。从上面的公式中可以看出，T₂/T₁的比值取决于在一给定的系统中皮带包绕的程度，而且还由于皮带包绕度B在该公式中是指数因子并乘以摩擦系数f，皮带包绕程度的小量增加会使力的数值大大地增加，该力可以在发生打滑之前或即将发生打滑时施加在踏板曲柄上。

应当理解到，在此处所公开的传动装置条件下，足以减小不希望发生的打滑的皮带包绕程度必须在靠近皮带轮圆周表面的一个非常小的空隙内实现，在该空隙内还要包含整个系统的一些其它元件。此外，该补偿器的位置必须能适应许多速比，例如在美国专利4816008号中所描述的传动装置中的21档离散速比。为了实现这一点，要使补偿器70被支承着运动以便获得所要求的包绕程度。为使补偿器70被支承着运动而在此外所提供的结构能够使皮带与皮带轮扇形体66和68的接触或包绕量在所有选定速比下大于现有技术的包绕量。它做到这一点的同时还可为该机构的其它零件提供足够的空间。

现在参看图18至图24，图中示出本发明的另一个实施例，如前面所示，图18是与图6相似的视图。与图6中传动装置46的结构形式相似，图18中的传动装置246包括一个与踏板曲柄同轴并由它操动的可调整的前皮带轮机构262，该传动装置还包括一个操动后轮的后皮带轮机构264。皮带轮机构262包括一系列径向可调皮带轮扇形体266，而皮带轮机构264包括一系列径向可调皮带轮扇形体268。前皮带轮机构262采用了一对平行的相互间隔开的相连的圆盘262A，262B。同样地，后皮带轮机构264也采用了一对平行的相互间隔开的相连的圆盘264A，264B。环带驱动皮带258与皮带轮机构262和264在绕着每组皮带轮扇形体的几乎整个路程上都是驱动地或被驱动地摩擦接触。

当所选定的传动速比起作用时，皮带轮扇形体266都被锁紧在一个共同半径上，皮带轮扇形体268同样地被锁紧在一个共同半径上。关于传动装置46在前面已经作了说明，而这些说明对于传动装置246也是同样适用的，那就是有必要收紧松弛的驱动皮带258，在这样做的同时要保持驱动皮带内具有大致恒定的张紧力。这一理想的目标是通过图18中所示的补偿器270实现的。将一个细长的外壳272根据前面的实施例，如图7中所示方式安装在自行车的车架上并将在本实施例中所描述的所有有关构件都包封起来。

一托架282（图18，19和23）大致与外壳272共同伸展并可相对于该外壳前，后移动，但移动方式与前述实施例稍有不同。这点下面将给予更详细地说明。如同托架82一样，托架282分别形成有前、后鳍板286、288（图9）。鳍板286、288的每一个都配置在横向孔298以便可转动地接纳辊子202。一对辊子202分别设置在鳍板286和288的相对的两侧。辊子202可与驱动皮带258的下路程段相啮合。每个辊子202都在203所示位置开有中央孔，而每一对辊子都是利用一对轮毂盖216、218安装在托架282上。如图19中所示，更确切地说是如图25所示那样，每个轮毂盖分别具有一环形台肩216A、218A，以便转动地接纳在其各自的辊子202的中央孔203中。一个轴销314伸出于台扇216A外面并通过鳍板286内的横向孔298过盈配合地伸出，并且配合地容纳在轮毂盖218的中央孔316中。在鳍板288处设有一个相同的结构。

如图18和图23所示，在外壳272的前区域内形成有一个支承凹口206，该凹口用以容纳压簧组件208的一端部，该压簧组件也可以再次采用在1989年9月6日申请的申请号为07/403657的申请书中所公开的结构，该申请书前面已提到过作为本申请的参考资料。压簧组件208的另一端则咬合地容纳在托架282的前鳍板286内形成的支承凹口210内。

在离压簧组件208一定距离的补偿器270的一端处，可以看到托架282的后鳍板288（主要参见图19和图21）具有一个面朝下的凸形轴颈轴承212。轴承212是稳定器机构300的一个重要部件，它用于抵抗托架282绕其纵向轴线的转动。在图18和图23中，可以看出，托架282的纵向轴线大致平行于驱动皮带258的用于与辊子202相啮合的路程段。

稳定器机构300的其它主要构件包括一个适于在外壳272上形成的支承凹口302和一个在支承凹口302与在托架282的后端214处的轴颈轴承212之间伸出的枢转臂304。在枢转臂304的最下端处的一个尖部306可枢转地容纳在外壳272的支承凹口302内。在枢转臂304的最上端开有凹槽并配置有凹形轴颈轴承308，其形成可与托架282的后端处的凸形轴颈轴承212相配合接触。此外，由该凹槽所构成的用以形成的轴颈轴承308的左、右凸缘310、312与托架282后端214的两侧壁紧贴地啮合。

参看图23，当托架282向前移动时，也就是从枢转臂304的虚线所示位置向右朝着其实线位置移动时，则后端214，后鳍板288和相关的辊子202沿着一个以支承凹口302作为其中心的圆弧运动，而凸形轴颈轴承212则与凹形轴颈轴承308滑动地啮合。通过这种运动，托架282，枢转臂304，和弹簧组件208都基本上保持在同一平面内的各个位置上，而且辊子202基本上分别保持在圆盘262A，262B和264A，264B的影响范围内。从图24中可以清楚地看出，传动装置246后部的辊子202的横向运动受到圆盘264A，264B的约束。同样地，传动装置246的前部的辊子202的横向运动受到圆盘262A，262B的约束。枢转臂304的下尖部被夹持住使其不会发生相对于外壳272的横向和纵向运动，同样地，弹簧组件208的下端也被夹持住使其不会发生相对于外壳的横向和纵向运动。因此，辊子202与驱动皮带258的带幅保持对准啮合，由于枢转臂304的长度，使托架282受到限制而不能绕其纵向轴线转动。而且，作为补偿器270的主要结构支承装置，枢转臂304直接将应力传递到外壳272上，而不会在托架282上施加有任何不希望有的悬臂力。

虽然对本发明的各个最佳实施例已经作了详细公开，但对于那些熟悉本专业技术的人员来说，应当理解到，在不脱离在说明书中所描述的和在权利要求中所限定的本发明的范围内，可以对各个实施例进行其它各种改变。例如，尽管本发明已在可变速比传动装置方面作了公开，但也可以有益地应用于常规的固定速比，固定中心的皮带传动机构中。在这种情况下，由于本发明所获得的皮带包绕量的大小能够产生前面所提到的、在可变速比传动装置中所产生的许多优点。这样，与过去人们所知道的任何设计相比，采用本发明的驱动皮带可以在较低成本条件下获得更大的输出。

Claims (14)

1、一种用于可变速比传动装置的自动调整驱动装置张紧系统，它包括：

一个构架装置；

一对安装在上述构架装置上且间隔开的可变直径皮带轮；

一个至少部分地包绕在每个上述皮带轮上以便将转动力从一个上述皮带轮传递到另一个皮带轮上的环带驱动装置；和

一个用于上述驱动装置的张紧装置，该装置包括至少两个间隔开的靠近上述驱动装置的导向装置，以便通过该导向装置对上述驱动装置施加作用力，由此上述导向装置可使该驱动装置绕着该皮带轮在上述皮带轮的所有直径上保持最佳驱动关系，上述导向装置是由上述构架装置支承住以便在由上述驱动装置的几何形状所确定的无旋的轨道条件下运动，所述几何形状取决于上述皮带轮在传动装置的任何给定速比下的直径，从而当传动装置的速比改变，并且该驱动装置随着上述皮带轮的直径改变而达到一个新的几何关系时，上述驱动装置自动地调整上述张紧装置的位置。

2、一种用于张紧一可变速比传动系统的环带驱动装置的方法，其中上述驱动装置至少部分地包绕在两个皮带轮上，至少一个皮带轮的直径可发生改变以便使传动装置的速比发生改变，上述驱动装置对每个选定的传动速比都呈现出不同的几何关系，该方法包括以下步骤：

（a）支承住用于驱动装置的张紧装置以便进行无旋的运动，该张紧装置具有至少两个间隔开的靠近上述驱动装置的导向装置以便使上述驱动装置保持形成选定速比的特定几何关系;

（b）选择一个新的速比由此至少改变一个皮带轮的直径;

（c）随着皮带轮直径的改变沿着无旋动的轨道重新定位该张紧装置以便使驱动装置保持与新的速比相对应的新的几何关系。

3、如权利要求2所述的张紧方法，其特征在于，其中：

步骤（c）是由驱动装置的转换自动实现的，驱动装置的转换促使该驱动装置对该张紧装置施加作用力以推动它将驱动装置支承在一个新的几何关系中。

4、如权利要求2所述的张紧方法，其特征在于：该方法包括一个将张紧装置朝着驱动装置压紧的步骤。

5、一种用于一环带驱动装置的张紧系统，该驱动装置通过至少部分地包绕在至少两个由一构架支承着皮带轮上的方式支承着进行运动，该张紧系统包括：

一个张紧装置，它包括至少两个间隔开的用于导引驱动装置的导向元件;

一个位于上述构架上用于上述张紧装置的支承装置，该支承装置位于距上述导向元件中的一个元件比上述另一导向元件更靠近的位置上。

一个用于将上述张紧装置朝着上述驱动装置压紧的压紧装置，该压紧装置在该张紧装置和驱动装置上施加一个力，该压紧力的着力点要距上述导向元件中的另一个元件比上述一个导向元件更近一些。

6、一种可与环带皮带连续啮合的补偿装置，该环带皮带是由一对间隔开的皮带轮装置支承着并由它们驱动，所述皮带轮装置导引着皮带沿着两个相反的行程运行，该皮带轮装置可在减小的和放大的两个构形之间独立地活动从而改变该皮带的轨道，该补偿装置包括：

在隔开一固定距离设置的并可与皮带的一个路程段相啮合的第一和第二间隔开的导向元件;

一种用于压紧上述第一导向元件使其与皮带相啮合的压紧装置;和

一种与上述压紧装置隔开一定距离并用于自由地支承着上述第二导向元件以保证通过上述第二导向元件与皮带被动地啮合的装置;

上述导向元件是响应皮带所取的轨道沿着该皮带一起运动的，从而使皮带内的张力基本上保持恒定而与皮带所在的轨道无关。

7、如权利要求6所述的补偿装置，它包括：

一个大致沿着皮带的一个路程段前、后伸展的固定式细长外壳装置;

一个与上述外壳装置基本上共同伸展，且相对于该外壳装置可前、后移动的并且包括将上述导向元件安装在其上的装置的托架装置;

上述压紧装置包括在上述外壳装置和上述托架装置之间伸出的压簧装置;

上述支承装置包括一个在上述外壳装置上的离上述压紧装置一定距离的支承表面;

上述托架装置包括一个可与上述支承表面相啮合并可沿着上述支承表面滑动的凸轮元件。

8、如权利要求7所述的补偿装置，其特征在于：其中：所述第一和第二导向元件都是辊子，所述托架装置包括将上述辊子可转动地安装在其上的装置。

9、如权利要求8所述这的补偿装置，其特征在于：其中：所述外壳装置包括一个伸向离开皮带的一个路程段一定距离的末端的支柱元件;

上述压簧装置是在上述末端与上述托架装置之间伸出的。

10、如权利要求9所述这的补偿装置，其特征在于：其中所述压簧装置包括：

一个压簧;

第一和第二相对设置的导向元件，该导向元件用于将上述压簧容纳在其上，

每个上述导向元件包括：

一个在一轴承表面和一台肩之间伸出的顶端;和

一个与上述带有外表面的顶端构成整体并从上述台肩上在离开上述支承表面的方向上伸出并终止于两尖端的细长支柱装置，上述导向元件是可以相互地，配合地，滑动地进行啮合，从而当完全啮合时，上述第一导向元件的上述尖端都接近上述第二导向元件的上述顶端，而且上述第二导向元件的上述尖端都接近上述第一导向元件的上述顶端;

上述压簧是可滑动接触地容纳在上述台肩之间伸展并且上覆在上述支柱装置上的上述导向元件上。

11、如权利要求10所述的补偿装置，其特征在于：其中上述导向元件中的至少一个元件的上述顶端和所述导向元件中另一个元件的支柱装置接近在其内形成有横向伸出键槽的上述尖端以便当相互对正时用以暂时地容纳一个配合键元件，从而将上述弹簧组件保持在缩回状态，而该压簧处于压缩状态并抵靠在上述相对设置的台肩上;

从而，当键元件从键槽中取出时，上述弹簧组件就在上述压簧顶着上述台肩的压紧力作用下处于伸展状态，上述导向元件中的一个元件的上述顶端就与上述构架装置的末端进行啮合，上述导向元件中另一元件的上述顶端就与离开上述凸轮元件一定距离的托架装置相啮合。

12、如权利要求1所述的张紧系统，它包括：

一个在上述构架装置和上述托架之间伸出并用于抵抗上述托架绕上述纵向轴线转动的稳定器装置。

13、一种用于环带驱动装置的张紧系统，该驱动装置是通过至少部分地包绕在至少两个由一构架支承着的皮带轮上的形式被支承着运动，该张紧系统包括：

一个包括至少两个间隔开的用于导引该驱动装置并具有一个基本平行于驱动装置的纵向轴线的导向元件的张紧装置;

一个用于上述张紧装置并位于上述构架上的支承装置，该支承装置距上述导向元件中的一个元件比上述另一个导向元件更靠近些;

一个用于将上述张紧装置朝着上述驱动装置压紧的压紧装置，该压紧装置在上述张紧装置和上述驱动装置上施加一个力，上述压紧力的着力点距上述导向元件中的另一个元件比上述一个导向元件更靠近些;和

一个在构架和上述张紧装置之间伸出并用于抵抗上述张紧装置绕着上述纵向轴线转动的稳定器装置。

14、如权利要求13所述的张紧系统，其特征在于：它包括：

一个用于支承着上述导向元件并带有一个靠近上述导向元件中的一个元件后端的托架;和

其中所述稳定器装置包括一个基本上与上述托架处于一共同平面内的枢转臂，所述枢转臂具有与上述构架装置枢转啮合的第一端部和一个在其内带有一凹槽以便紧贴但可滑动地接纳上述后端的第二端部;

由此，当上述托架和上述枢转臂在其公共构成平面内一起运动时，上述托架绕上述纵向轴线的同步转动就得到抑制。

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