CN1146799A - 自行车换档机构和变速系统 - Google Patents

Abstract

一种自行车换档变换系统，它具有一通过一控制线系统连接于一换档变换机构以对该换档机构加以控制的可转动的把手操纵器。该换档机构(50)包括一弧形的拉线传送面(78)，它能大大降低控制线的线性移动和换档机构p-关节点(88)的运动之间的操纵比的变化和幅度。一b-关节点凸缘(160)，在可使传动链(48)于自由轮上的各链轮(46)之间移动的过程中达到最大横向柔度的同时，可防止传动链从上导轮中脱出。可设置一个作为b-关节点(170)的延伸部刚性弧形面(174)来代替Bowden拉线套壳(38)的一部分，以避免水分和外界物质的积聚。

Description

自行车换档机构和变速系统

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。

传统的换档机构另外还有一个缺陷，那就是采用导轮支架(它用来使链条保持与导轮的配合)来将传动链向内推到自由轮中较大的链轮上。由于在传统的换档系统中导轮支架的角度位置是根据导轮对准自由轮中哪一个链轮而定的，所以导轮支架经常会阻止传动链的横向挠曲，而这种挠曲又是链条从一个链轮(即齿轮)移动到另一个链轮所必需的。在上述传统的系统中，导轮支架将传动链横向地推到较大的链轮上。从机械角度而言，这种通过蛮力使传动链的移动会造成一个需要相对较大力量的粗糙而且有磨损的移动。本技术领域的熟练人员都知道，在快速地多级变速时这一问题显得更为严重。

一些传统换档机构的生产厂商已经作了这样一些尝试，即，通过对导轮支架的种种改进(例如支架的几何形状)而使得传动链的横向挠曲度最优化。由于导轮支架的转动(由于变速)会相反地改变导轮支架和传动链之间的关系，所以这些改进也不是很理想。

如上所述，一传统的后换档机构的控制拉线通常是沿其长度方向而被容纳在一拉线套壳部分中的。如图2所示，靠近后换档机构的拉线套壳部分250通常是从撑杆252起向后换档机构的b-关节点上的一套箍232转一个180°的圈。当使用在山地自行车时，业已发现这种Bosden型的拉线套壳在长度方向上会聚集有水、泥浆、砂砾等等。这些外界物质有聚集在Bowden型拉线套壳内的趋势，这便导致拉线被阻塞或卡住，因而增加了驱动换档机构的驱动力。拉线在其暴露于水的点上还有生锈的倾向。因此，需要设计一种能避免水和外界物质在拉线套壳中聚集的控制拉线。

设计一种较佳的换档机构/自由轮的另一目标在于，无论上导轮对准哪个链轮，在上导轮和每个链轮之间都具有一相对恒定的自由轮间隙。传统上，这是通过这样一种手段来达到的，即，使上导轮的轴线从p-关节枢点和b-关节枢点上移开。然而，建立在后换档机构中的每个额外的自由度会使自行车在经过一系列颠簸后产生另一个链条共振频率。在一些极端情况下，这种共振会使链条颤动并从链轮环上脱离。此外，导轮从p-枢点上的偏移会使得链条的间隔不能达到最优化；对某一特定的前链轮环可以规定一相对恒定的链条间隔，而变速到另一个链轮环便意味着链条间隔不再是最佳的了。由于存在着这些问题，所以需要对后换档机构/自由轮有一个新的设计，以便能更有助于山地赛车运动。

发明概要

鉴于已有技术中存在的这些问题，本发明的一个总的目的在于解决这些已有技术中自行车换档机构和变速系统中存在的问题。

本发明的另一个目的在于，提供一种自行车变速系统，其后换档机构具有一基本上均匀和低的操纵比，并具有一结构特别简单、制造较为经济的变速操纵器，该操纵器与换档机构结合，在各方面都优于大多数已有技术的换档机构变速系统的性能。

本发明的另一个目的在于，提供一种自行车换档变速系统，在b-关节点的运动范围内它具有一操纵比基本均匀而且不超过1.5∶1的换档装置。

本发明的另一目的在于，提供一种自行车换档变速系统，它具有一操纵比平均为1.4-0.5∶1的换档机构。

本发明的又一目的在于，提供一种自行车换档变速系统，它具有一方便地、可转动地安装在把手上的单卷绕轴的、手转动的变速操纵器。

本发明的又一目的在于，提供一种自行车换档变速系统，它具有一手转动变速操纵器，该操纵器具有一单卷绕轴装置，以相应操纵器的转动来拉动或释放拉线。

本发明的又一目的在于，提供一种自行车换档变速系统，它的后换档机构具有一超过65°/英寸的操纵器转动对换档机构移动的比率。

本发明的自行车换档和变速系统包括一变速操纵器、一拉线系统和一换档机构。根据本发明，该换档机构包括一连接于自行车车架的b-关节点、一可操纵地连接于b-关节点的p-关节点、一可操纵地连接于p-关节点的操纵调节器、以及一可操纵地连接于该操纵调节器的控制拉线。在p-关节点的运动范围内，该换档机构一般具有基本上均匀的不超过1.5∶1的驱动率。在一变化实施例中，该换档机构的平均操纵比为1.4-0.5∶1。

本发明的变速操纵器最好采用单卷绕轴方法以便于拉线移动。该操纵器还包括一定位在把手上的保护套筒。

本发明的变速操纵器和换档机构具有一超过65°/英寸的操纵器转动/换档机构移动的比率。更好的是，操纵器转动相对换档机构移动的比率是在92°-97°/英寸之间。

根据本发明的一个方面，p-关节点至少包括一个可转动地安装于其上的导轮。b-关节点是相对于控制拉线的套壳的端部连接于自行车车架。在b-关节点和p-关节点之间铰接有至少一个侧板。控制拉线的一端连接于该侧板。有一个拉线传送面，例如一弧形卷绕面从侧板起向外延伸，并且朝着拉线端部弯曲。靠近其连接端的一段拉线与该弧形面相一致。因此，p-关节点的移动量和拉线的线移动量之间的操纵比是该弧形面半径的函数。弧形面的半径可以设计成恒定的，或者可以是从拉线的固定端算起的距离的函数。在一较佳实施例中，操纵比基本上是均匀的并且保持得低于1.5∶1，因而使得本发明的换档机构对于采用了拉线卷绕筒的手转动变速操纵器而言是非常理想的。

附图的简要说明

本发明的其它方面及其优点将通过下文结合附图所作的详细描述而得以显现。附图中：

图1是一已有技术的换档机构的立体图；

图2是一已有技术的换档机构的放大的局部视图；

图3是采用了本发明的后换档机构的一多级变速自行车的相关部分的正视图；

图3a是根据本发明的一后换档机构的等角视图；

图4是图3a中所示后换档机构的正视图；

图5是上述后换档机构的一详细的正视图，特别是示出了p-关节点、b-关节点、诸侧板和控制拉线传送面；

图5a是图5中所示后换档机构的一详细的正视图，示出了一个更为向外的位置；

图6是相应于图5的一换档机构的正视图，示出了一拉线传送器的一个变化实施例；

图7是采用圆柱形凸柱来作为控制拉线传送面的一后换档机构的第二变化实施例；

图8a，8b和8c说明了本发明的变化实施例，特别示出了根据本发明的控制拉线有效半径的变化；

图9a，9b和9c说明了各种不同的拉线传送表面，示出了控制拉线有效半径的另一些变化；

图10a-10d示出多个已有技术的换档机构和一个根据本发明的换档机构的操纵比相对链轮位置变化的曲线图；

图11是根据本发明的后轮毂、自由轮和后换档机构的详细的俯视图，示出了导轮相对自由轮的移动角度；

图12是根据本发明的换档机构的一详细的俯视图，示出了p-关节点凸缘的位置；

图13是示出p-关节点凸缘和换档机构的上导轮之间关系的细节放大的等角视图；

图14是图13中所示结构的俯视图；

图15a和15b是示出当已有技术的换档导轮支架处于一对不同的导轮支架角度位置时，其位置(以虚线示出)相对于导轮、传动链和一啮合的链轮之间关系的示意图；

图16a和16b是示出在一对不同的导轮支架取向上，p-关节点凸缘(以阴影线剖视图表示)、上导轮和一啮合的链轮之间相对位置的示意图；

图17a，17b和17c是示出已有技术的换档机构使链条从一自由轮上的一较小链轮移到一较大链轮上的操作过程的示意图；

图18a，18b和18c说明了采用本发明的p-关节点凸缘使链条从一较小链轮移到一较大链轮上的操作步骤；

图19是采用了根据本发明的一第二刚性且弯曲的拉线传送面的一后换档机构的等角视图；

图19a是一变化实施例的视图，示出了一缩短了的第二刚性且弯曲的拉线传送面；

图20是在各种变速操纵器系统中，变速操纵器的转动角度相对于换档机构运动的图形表示；

图21是根据本发明一较佳实施例的一可转动把手操纵器的立体图；

图22是图21中所示的可转动操纵器的分解立体图；以及

图23是沿图21中线23-23剖取的剖视图。

对本发明的详细描述

本发明的自行车换档机构和变速系统能基本上减少或消除已有技术的变速系统中存在的问题和缺陷。本发明设置了具有一p-关节点、一b-关节点和一换档操纵调节器的换档机构、一变速操纵器和一控制拉线，以相应控制拉线的移动而将一链条定位于一多链轮自由轮中的各链轮上。下文中将要详细讨论，该换档机构最好是有一个非常均匀的操纵比，其值为小于或等于1.5∶1，而在p-关节点的整个运动范围内的平均操纵比为1.4-0.5∶1。术语“操纵比”意指换档机构的垂直于自由轮各链轮的移动量/控制拉线的单位位移量。

首先请参见图3，结合了本发明的自行车由标号10总的来表示。自行车10包括一车架12和一插入在一前叉管16内的把手14。车架12的另件包括一设置在由标号20总地标示的曲柄和一后轮毂22之间的平叉18、一设置在轮毂22和车架立管26之间的立叉24、以及一设置在前叉管16和曲柄20之间的车架下管28。

如图3所示，在把手14的端部设有一固定的把手套30。紧靠把手套30的内侧最好是有一个手转式的变速操纵器32，骑行者可以通过该操纵器来使控制拉线34。根据本发明，可以采用各种不同的移动操纵器；例如，美国专利5,197,927和5,102,372以及1994年8月24日申请的美国专利申请号08/295,370中所揭示的那些移动操纵器。这些美国专利和美国专利申请都将援引在此以作参考。

上述的移动操纵器中有两种传统的方法可以用来达到所需的“拉线拉动率”，它们是：铲形凸轮和起重式卷绕轴。虽然在本发明的范围内每一种方法均可使用，但是如下文将要详细描述的那样，在本发明的较佳实施例中，移动操纵器32所使用的是一种单卷绕轴方法，以使变速器的转动和换档机构的操纵之间的相对关系(每次变速时把手的转动角度)达到最佳状态。

最好是由多股合金线或钢缆制成的控制拉线34是Bowden型的；也就是说，该控制拉线的各部分是被容纳在一外套壳或护套中的。例如，拉线34的上端驻留在一套壳部分36中。拉线套壳38内的其它拉线部分都处于自行车10的后轮毂22附近。

在公路自行车中，曲柄20通常都只有两个链轮环40和42。然而，在山地自行车中，曲柄20可以有第三个链轮环43，而这个直径最小的链轮环43与直径最大的链轮环40有着很大的不同。这便给保持一相对恒定的链间距带来一些问题，其详情如下文所述。

由标号44总的来标示的自由轮具有多个不同尺寸的链轮46。如同在曲柄20处一样，当自行车10是一辆山地自行车时，链轮的尺寸彼此有很大的区别。传统的自行车传动链48是从围绕曲柄20的链轮环40，42，43中所选定的一个被引向自行车后部上诸链轮46中所选定的一个，这样就使骑行者可以从不同的链轮环和链轮尺寸的组合中获得所需的变速比。

由标号50总地标示的一换档机构可向内(朝着自行车的中心线方向)或向外(离开自行车的中心线)移动，以在自由轮44内的各链轮46之间进行移动。换档机构的移动是通过拉动或释放控制拉线34来加以驱动的，而所述控制拉线又是通过一移动操纵器来操纵的。

下面将结合图3a所示的等角视图来详细地描述本发明的换档机构50。换档机构50通过一换档机构吊挂器52和螺栓54而连接于自行车。在本发明的一些实施例中，换档机构50可围绕其吊挂器联接螺栓54转动。然而，在一较佳实施例中，换档机构50并不是围绕螺栓54活动联接。出于其它一些考虑，与链条48接触的自行车另件的活动接头数量应该是越少越好，以防止链条48在经受了山地赛车运动路线中各种严酷的“技术”部分后发生颤动共振，否则在回踏踏板时，便会导致链条48从链轮环中脱出。

较佳的是，刚性连接于换档机构吊挂架52的那些换档机构部分被叫作b-关节点或b-枢点56。b-关节点56最好是铸造或模制成一单个的整体部件。一臂58通过螺栓54而提供与换档机构吊挂架52的连接。b-关节点56还包括一底部或交联件60。有一个外连接臂或凸缘62从交联件60上延伸出去，而内连接臂或凸缘58也同样如此，因此便可以接收一对侧板64和66。底部60的一延伸部分68上有一个小孔70，在图3所示的实施例中，该小孔中接收了拉线套壳的套箍或收座72。它使下部拉线套壳38一端终止在此(未示出)。

外或上侧板64上安装着(或是最好整体成形有)一个支架74，该支架在垂直于侧板64的活动连接平面的方向向外延伸。在支架74的外端，一向下或是向内(取决于观察者的参考框架)延伸的支承凸缘或传送板76成形在平行于侧板64的活动连接平面的一个平面上。在所述实施例中，凸缘76与支架74大约成90°。在其它实施例中凸缘的角度也可以大于或小于90°。

凸缘76是作为一弧形槽或传送面78的结构性支承件而设置的，如下文将详细描述的那样，传送面夹带或引导着拉线34从拉线34由小孔70中穿出时的第一方向转到拉线到达侧板的拉线夹头80时的第二方向。传送面78可以开槽，例如79处所示，以接收拉线34。在下面将要描述的本发明的另外一些实施例中，传送面78可以包括一系列凸柱或弓形块。在所述实施例中，拉线夹头80也是安装在凸缘76上的。

拉线夹头80通过一螺栓81固接于支承凸缘86。拉线夹头80在接近拉线34的端部处将拉线34固定在侧板64上。如图3所示，拉线34通常有一个“猪尾形引线”部分从夹头80中延伸出来。

如上所讨论的那样，凸缘或腿部58形成了侧板64和66的一个支架。侧板64通过一销子或枢轴82而可转动地连接于b-关节点56。内或下侧板66的端部通过销子84而可转动地连接于b-关节点。在所述实施例中，侧板64和66、销子82和84、以及b-关节点56是借助于扣环86装配在一起的；当然，也可以采用其它紧固件，例如铆钉或螺栓和螺母。

外和内侧板64和66的另端可转动地连接于一可动的p-关节点88(参见图4)。与b-关节点56相类似，p-关节点88包括一基部或交联件90，从该交联件上延伸了一外凸缘或臂92，与此相对的是一内凸缘或臂94。凸缘或臂92和94从基部或交联件90的相对端起向后延伸。臂92和94与基部或交联件90一起形成了一个用来接收侧板64和66之另一端部的支架；侧板的这些端部通过相应的销子96和98而可转动地连接于p-关节点88，并且在所述实施例中是用扣环100固定在位的。b-关节点56、p-关节点88、外侧板64和内侧板66如同传统的换档机构一样形成了一个平行四边形。

一导轮支架104通过一枢销102而可转动地连接于p-关节点88。在一较佳实施例中，导轮支架104上可转动地连接着一下导轮106和上导轮108(参见图10)。导轮支架104包括一外导轮支架板110和一内导轮支架板112(图3a)；上、下导轮108和106的轮轴在支架板110和112之间延伸，并且由它们加以支承。

图5和图5a中详细示出了b-关节点56、p-关节点88、侧板66和导线传送面78之间的几何关系。特别是请参见图5，其中设置了一个拉力弹簧(未示出)，以促使拉线34在侧板64的方向上被拉出小孔70。这样的拉力弹簧可以是例如连接在销子或轮轴82和98之间的一线弹簧。或者，可以在轮轴82或轮轴98或是两轮轴上套设一盘簧，以推动平行四边形(由点A、B、C和D所限定)成为一个更为斜交的关系，从而使枢轴96、82和84之间连线的夹角，以及枢轴96、98和84之间连线的夹角呈现为更大的钝角。拉力弹簧趋向于将p—关节点88向左或外侧推动。

请参见图5a，拉力弹簧的力(和摩擦力)被总地称作“偏压力”，并且由Fb来表示。由拉线所施加的力通常被叫作驱动力，它是由Fa来表示的。

传统的换档机构不采用弧形的拉线传送面78或支承凸缘76。因此，在传统的换档机构中，拉线34通常是在从b-关节点的小孔70直接拉到拉线夹头80，如图5中的虚线114所示。这样的话有几个缺陷。首先，当p-关节点向外移动时(见图5)，直线114与枢轴82及96间连线的夹角(变得越来越尖锐。在需要向较小的或外侧的链轮移动时，这便会导致操纵比增大。关于上述的问题可以参见图10c的曲线图中所示，图中的特定曲线116，117和118表示的是几个传统换档机构中操纵比相对于链轮位置的曲线，其中的第一链轮(No.1)是链轮组中最小的、最外侧的一个链轮。

其次，将p-关节点88拉回右侧或内侧位置时所需要的力随其最初向外侧偏移的量成函数增长；p-关节点88越是向外偏移，在向内方向上可获得的推动侧板64进而是p-关节点的分矢量就越小。第三，当换档机构50处于其较外侧位置中的一个时，拉线34从小孔70中穿出时成锐角。这便导致了一个滞后效应，因此增加了拉线34的摩擦和磨损，并最终导致拉线34过早地失效。

通过设置一控制拉线传送面78在向内方向上使拉线从线114上偏离，并且与枢轴82相对地移开，本发明可以基本上减少或消除上述的这些问题。在图5所示实施例中，拉线传送面78是一个具有一第一端120和一第二端122的圆弧形构件，第二端122靠近拉线34的端部，而该端部则由拉线夹头80夹持。第一端120最好是比第二端122更接近b-关节点的小孔70。在这种构造下，操纵比是拉线传送面78之有效半径的函数，而这个有效半径是在拉线于传送面78上出发的那一点测得的。在图5所示的位置上，所述的出发点就是端点120。

术语“有效半径”意指：当传送面迫使拉线在一个与枢点C等距离的路径中运动的情况下，有效半径R_EFF就是将传送面的外侧半径加上拉线厚度的一半。在更通常的情况下，传送面并不是迫使拉线在一个与枢点C等距离的路径中运动(参见图9a和9c)，这时的有效半径是从拉线的中间到枢点C的中心的垂直距离。

参见图5a，拉线34的移动量相对p-关节点88在平行于自由轮轴方向上的移动量之比，也就是操纵比为： $\frac{1}{R}\cos \mathrm{\ω}\cos \mathrm{\θ}$

其中的1是枢点96和83之间的侧板长度；R是有效半径；(是换档机构平行四边形中的直线96-82和直线121之间的夹角，而直线121是竖直的，并平行于包含自由轮中任何一个链轮46的平面(见图3)；而θ(见图11)则是形成在如图5a中所示的根据本发明的平行四边形平面(包括侧板64)和平行于自由轮轮轴148的一(水平)直线之间的夹角。根据本发明，如图5a所示，这里R是不变的，因此在p-关节点的运动范围内，操纵比基本保持不变。

如图5所示，在传统的换档系统中，拉线是沿着虚线114(见图5)来拉动的。这时，p-关节点的移动量是作为直线114的延长线与枢点82到96之间连线的夹角φ的正弦函数来变化的。由于当拉线被拉动较多时角度φ会发生变化，因而其正弦函数值也会发生变化，从而导致操纵比也会有不利的变化。

图5中还示出了一个较佳形式传送面78。在传送面78上垂直形成了一个竖直的弧形唇部117，以形成一个可以夹带拉线34的通道或槽。否则，拉线传送面78最好是开放的，以便于去除外界杂物并防止拉线被弄脏。

只要拉线34沿与枢点82相对的方向上从直线114上移开，图5中所示的弧形拉线传送面78还可以替换成一个或多个拉线传送面或是其它操纵调节器。图6中示出了这样的变化型实施例。可以设置多个呈连续弧线设置的弓形体123，124，125和126来代替整体的拉线传送面，这些弓形体使拉线34基本定位在与传送面78(图5)相同的路径上。弧线形的(或者甚至是平的)弓形体123-126沿着控制拉线的路径彼此间隔地设置，以缓解外界物质的积聚。每一弓形体123-126都是从夹带板76上垂直突伸的。

图7示出了另外一个实施例，它是用多个销子或凸柱127，128，129和130来代替图5中的传送面78，这些销子或凸柱沿着所需的拉线夹带路径间隔设置。由于传送面不再成一个连续的圆弧，所以在该实施例中操纵比会略微“跳动”，尽管如此，基本上还是能获得一个较为恒定的操纵比。在需要将操纵比保持得更为恒定的情况下，可以另外设置销子127-130；在需要将水和外界物质的积聚降至最低限度的情况下，销子127-130的数量应该少一点。和成弧形面的弓形体(图6)一样，诸销子或凸柱127-130最好是从垂直于夹带板76的方向上突伸。诸销子或凸柱127-130的形状可以是圆柱形的，以便于制造和装配。销子或凸柱127-130是通过例如夹带板76上的配合或接合孔(未画出)之类的传统装置而连接于夹带板76。

图8a-8c示出了另几个实施例，其中的操纵比是通过减少或增加拉线传送面78的有效半径REFF来改变的。参见图8a，这里的有效半径R_EEF已经是缩减过的，而小孔70则已经被向外(左)移动过了。因此最终获得的操纵比(1/R)cosωcosθ是增大的。参见图8b，这里的有效半径R_EEF被进一步地缩减，小孔70也被进一步地向外侧移动，因而使得操纵比更进一步的增大。在图8c中，有效半径R_EEF比图5所示实施例有所增大，因此操纵比是降低的。根据本发明，为了消除拉线34的受阻，b-关节点的小孔70被定位成对准拉线传送面78的端部120。传送面78最好是这样定位，即，拉线34相对于包含拉线孔70的平面所成的角度不低于80度。在另一些实施例中，拉线的角度可以低于80度。

图9a-9c示出了本发明的另一些实施例。在图9a中，拉线传送面由一个导轮500替代，该导轮最好是可转动地安装在支承凸缘76的端部，而且可以包括一周向槽(未示出)以便于夹带拉线34。由于导轮500可将拉线从夹头80和p-关节点小孔70的连线上拉开，所以能起到均匀操纵比的作用。在图9b中，拉线传送面78朝着p-关节点的小孔70延伸(亦即增大了有效半径R_EEF)。与图8a-8c所示的实施例相比，图9c中拉线传送面的面积减小了。图9a和9c所示实施例中，有效半径R_EEF不是恒定不变的。

现请参见图10a-10d，其中的各曲线表示：若干传统换档机构中的每一个所展现的操纵比与链轮位置之间的关系。在图10a-10d中的每一幅图内，一类似的曲线132都表示本发明的换档机构。

图10a中的曲线133-135说明：传统的换档机构的操纵比在各不同链轮位置之间的变化是相当大的，而且在各链轮位置的最外侧和最内侧之间大致呈现一个陡峭的下坡。而由曲线132所表示的本发明的操纵比则可以保持得低于1.5∶1(对最外侧的链轮位置大约是1.1，对最内侧的链轮位置大约是0.9)，而且其平均操纵比在1.4-0.5∶1，较好的是1.2-0.7∶1，最好是1.1-0.9∶1。采用了本发明之后，不但是操纵比大大低于传统的换档机构，而且操纵比的“带宽”或变化幅度也比传统换档机构的要小得多。

现请参见图10b，其中示出了三个采用了手转动变速操纵器的传统换档机构的操纵比和链轮位置之间的关系曲线。应注意的是，这些换档机构中的每一个的操纵比都高于本发明的操纵比，并且显示了较高的平均操纵比。且每个换档机构都联系于一直接支承在把手上(没有保护卷筒或套筒)的移动操纵器。

参见图10c，其中示出的是几个采用了曾经流行的小型下管变速杆(down-tube levers)的公路自行车换档机构中操纵比和链轮位置之间的关系曲线。下管变速杆上的小卷绕轴可以转换达到较高的换档操纵比，根据链轮不同的位置，这些传统变速杆的所能达到的操纵比范围可以从约2.6到约1.6∶1。它们也有一个较大的操纵比“带宽”。

图10d示出了另外两个传统的公路自行车的换档机构的曲线。曲线152所表示的换档机构中的“b”关节点上有某一可被称作拉线卷绕面的部分。曲线153所表示的换档机构中的“p″关节点上有某一可被称作拉线卷绕面的部分。尽管有了这些卷绕面，但是这些换档机构还是不能在整个链轮位置的范围内提供一相对均匀或恒定的操纵比。此外，这两个传统换档机构的操纵比都大大地大于本发明的操纵比。

与图10a-10d中所示的传统换档机构相比，本发明的驱动机构在各链轮位置上的操纵比是大致均匀的(或者说，操纵比具有一较小的“带宽”)，而且是显著地低于任何一种由传统换档机构所获得的操纵比。根据本发明，无论导轮的位置如何，操纵比均不超过1.5∶1，最好是不到1.2∶1，而且在p-关节点的运动范围内(图5所示实施例)是大致均匀的。因此，本发明的换档机构更适合于与上文提到过的单卷绕轴变速操纵器一起使用。

现请参见图11，自由轮44包括一个最小、最外侧的链轮140，一个最大、最内侧的链轮142，以及多个尺寸和位置都在该两链轮140和142之间的链轮144。从最外侧链轮140的边缘到最内侧链轮142的边缘所划出的直线被标示为146。直线146和后轮毂22的轮轴轴线148之间的夹角被称作自由轮角，该角度是链轮140和142之间的间隔除以链轮140和142之半径差的数值的反余切。任一链轮140，142，144的最外侧边缘和上导轮108的齿的外侧边缘之间的距离“d”被定义为自由轮的链间距(chain gap)。希望的是，不管上导轮108的链轮位置如何，都能使该链间距尽可能地保持恒定。

山地自行车的自由轮角度趋向于在44到50(之间，这比传统的公路自行车中所见的33到34(的角度要陡峭得多。一些传统的山地自行车的换档机构中没有将这个较陡的自由轮角度考虑在内，因此它们的链间距小于最佳的恒定值。除了使平行四边形倾斜以控制链间距以外，其它的传统换档机构中还采用了各种不同的方法。这些方法包括：在“B枢点”上设置一个弹簧关节点；使上导轮的轮轴线从p-枢点上偏离。当使链条从一个链轮环移到另一个齿数相差较大的链轮环上时会造成链条张紧或放松，因而会对这些方法带来反面影响。本发明的换档机构50中形成了角度较尖锐的平行四边形，因此导轮108可以沿着大致平行于直线146的一直线150运动。因此，在该换档机构50的整个运动范围内，链间距基本上是恒定的。

图12是本发明的换档机构50的俯视图。其中的p-关节点88具有一凸缘160，该凸缘正好处于链条(未示出)从上导轮108上脱离的那一个点的前方和外侧。p-关节点凸缘替代了已有技术中导轮支架板110和112的延伸凸缘，如下文所示，这将大大改进链条的移动。

图13是p-关节点88和可转动地安装于其上的上导轮108的放大的等角视图，示出了这两个构件88和108的相对位置关系。p关节点凸缘160具有一前边缘162，该前边缘正好位于链条从上导轮108上脱离的那一个点的前方和外侧，因此基本上是靠近导轮的。凸缘160是不可转动地连接于p-关节点的其余部分，而且最好是与p-关节点的其余部分成形为一体。图14从另一个角度详细示出了p-关节点和上导轮108。在p-关节点88上采用一导向凸缘来代替导轮支架凸缘可避免传统的换档机构所遇到的链条阻滞现象。

图15a和15b是根据已有技术的一换档机构的示意图，其中的内侧导轮支架板164是用虚线示出的。该导轮支架板164具有一上延伸部或凸缘166，该凸缘根据已有技术的换档机构的变速功能来迫使链条48从一外侧链轮移到一内侧链轮上。当链条啮合了自由轮44中不同的链轮时，导轮支架将围绕导轮108之轮毂经历一个相当大的角位移，这可以由图15a和15b中链条48位置的变化来加以说明。当导轮支架从一个位置移到另一个位置时，上部导轮支架板凸缘的前边缘168的位置便会从图15a所示的位置转变为图15b所示的位置。

图16a和16b是与图15a和15b相对应的示意图，它们说明了本发明的操作情况。如图可见，尽管在与不同的链轮环位置对齐时上导轮支架的角位移量很大，但是p-关节点160和其前边缘162相对于传动链离开的那一个点并不改变其位置。

图17a-17c是示出传统的换档机构操作情况的示意图。图17a-17c所示的情况极可能发生在导轮支架凸缘的前导缘168处于其最前位置之时，也就是可能发生在正使用一个较小链轮环的情况下。图16a中示出了移动之前的状况。上导轮108对准了一链轮46a。在这种情况下，导轮支架的导向凸缘164不与链条48接触。图17b中示出了向内移动过程中的情况。导轮支架164已经从对准一较小链轮46a的位置移到一个对准一较大链轮46b的位置。当这些完成之后，并且在链条48移动之前，导缘168会与链条48摩擦接触，因此在该两构件之间产生摩擦。虽然利用链条48的横向柔性可使之从一个链轮46a移到另一个链轮46b，但导缘168则利用了较强的力将链条48传送到较大的链轮上。图17c说明了链条48、上导轮108、以及支架板164在移动发生之后的位置。用这种已有技术的方法进行的移动会导致支架板164的磨损，并增大了向内移动所需的力。

图18a-18c示出了根据本发明的换档机构的操作情况。如上所述，不管使用了何种链轮和链轮环的组合，p-关节点凸缘160的导缘162都保持在一个相对于链条48从上导轮108上脱离的那一点的静止的位置上。由于上导轮108和自由轮44之间的链间距不因凸缘160而减小，因此链条48可以如图18b中所示的那样可柔性地横向扩展到最大限度。设置p-关节点凸缘160的导缘162仅仅是为了防止链条48从上导轮108上脱出。与已有技术的换档机构相比，本发明换档机构的变速过程是令人吃惊地平滑和不费力。用p-关节点凸缘160来代替已有技术中的导轮支架板凸缘166，使得本发明的换档机构更适用于山地自行车中经常遇到的多级链轮环的变速。

图19说明了本发明的另一个方面，其中的例如图3a，4和5所示的b-关节点56已经由一b-关节点170替换了。b-关节点170是同以前一样藉挂接螺栓54而固定于自行车车架，并且同b-关节点56一样铰接于侧板64和66。拉线34的一端通过一支承凸缘26固定于侧板64。或者，拉线的端部可以固定于p-关节点88或侧板66。b-关节点170和b-关节点56的不同之处在于，b-关节点170包括一终止在一刚性、光滑、开槽或者是凹的表面174处的凸缘或延伸部172。面174从拉线孔70起延伸，通过一段预定的且基本成弧形的路径后终止在一拉线套箍176处。小孔70可以用一个不封闭的出口，例如一U形通道来代替。拉线34的套壳38的一端部178终止在套箍176处。弧形导向面174通过该段弧代替了套壳38的一部分，以解决传统的后换档机构的拉线套壳中经常遇到的这样一个问题：水和脏东西在拉线套壳的较低点上积聚。上述的现象会导致拉线34在套壳38内粘住(或卡住)，因而使得变速所需的力有所增加。导向面174可以做得比套壳38的内部更为刚性和光滑。导向面174最好是留有开口，以使泥浆、灰尘、水和其它外界物质可滑出而不发生积聚。

此外，由于套壳38的端部现在是朝下方向的，所以任何积聚在套壳38内的物质都趋向于直接掉下来。虽然图19中示出的弧为90°，拉线34从一个向后的、基本水平的方向转到一个向上的、基本垂直的方向，但也可以制造出大于或小于90°的弧度。图19a所示实施例中的弧度仅有15°。可以通过涂敷一层例如Teflon之类合适的涂层来使得开槽的导向面174更为光滑，或者，也可以通过一由可机加工、低摩擦的聚合物材料，例如Teflon，Nylon或最好是如Dupont(杜邦)公司出品的商标为DELRIN500的乙缩醛树脂所成形的整体型b-关节点170来提供一个低摩擦的导向面。

如上所述，本发明所揭示的换档机构的操纵比是非常均匀的，而且保持在低于1.5∶1的水平上，所以使本发明的换档机构可用于手转动的“单卷绕轴”变速操纵器。参见图20，它是一个统计图，示出的是在几个驱动系统中每次换档运动时变速操纵器的转动角度。图20中所示的数值是一个自由轮或链轮组中的平均值。

如图20中所示以及下文中将要详细描述的那样，本发明的单卷绕轴变速操纵器具有很独特的性质，这些性质非但是上面讨论的换档机构中最佳的，而且也有利于所有其它的系统。

总之，在一分度的手转动变速系统中，有几个参数必需达成一个正确的关系，以使系统的性能最优化。这些参数包括：每次移动时操纵器的转动角度、反抗换档回动弹簧进行移动所需输入的力矩、朝着换档回动弹簧移动所需的起动力矩、以及换档回动弹簧的偏压力。

通常，为了获得最佳的性能，操纵器为反抗换档偏压力而进行移动所需的输入力矩应最小化，而偏压力应最大化。在输入力矩和偏压力之间显然有一个折衷的选择。

为了在输入力矩和偏压力之间达到最佳的平衡，对换档机构运动来说，变速操纵器机械上的优点必需最佳化。为了消除因偏压力和链轮间隔的差别所造成的变化，文中使用了几何的描述“每次换档运动时操纵器的转动角度”来说明操纵器和换档机构之间的机械运动的关系。

如图20所示，其中的操纵器转动是用角度来表示的；换档运动—上导轮或支架在平行于轮轴或心轴的方向上(或是垂直于诸链轮或链轮环的平面上)的移动量—是一个恒定值(1英寸)。每次换档移动时操纵器的转动角度是这样推算出来的，即，用换档操纵比除以操纵器拉线的拉动率，而操纵器拉线的拉动率是：拉线的拉动量/操纵器的转动角度。

曲线400表示的是一个传统的平行四边形换档机构以及一个例如美国专利5,197,927中所揭示的铲形凸轮变速操纵器。通常，可以通过选择主、次卷绕直径来将铲形凸轮的拉线拉动率设定为任一数值。然而，次级直径必需至少是1英寸，以便在自行车把手上使用一保护套筒。通常，拉线的拉动率和主、次直径之间的差成正比。因此，通过将主、次直径的差值设定在0.6-0.65英寸的范围内，就可以使每次换档移动时系统的净操纵比转角达到约97°/英寸。本申请人发现，因为有了这样一种转动对移动的比，所以能获得一个最佳的系统。

曲线401表示一个起重式卷绕型变速操纵器和一个传统的换档机构。在这种设计中，主卷绕件必需有足够大的直径，以去除套在把手上的一保护卷筒。然而，业已发现，采用一带有两个任意直径的卷绕件的单独的起重轴可以使变速器具有任意的拉线拉动率。因此，这样得到的系统的转动对移动的比大约为110°/英寸。

曲线402表示另一个变速操纵器系统。在该种设计中，没有采用铲形凸轮或起重式卷绕件来控制拉线的拉动率，而是通过在把手上不使用保护套筒并且将扭转手柄和卷绕体直接置于把手上而使拉线拉动率降到最小。在这种方式下，卷绕件的直径达最小化。

该系统中采用的换档机构是传统的平行四边形设计，其操纵比被尽可能地降低了。最终获得的系统的转动对移动的比大约是82°/英寸。

由于移动比较低，故能进行快速变速，但是用操纵器进行换档的机械效率较差，所以在操纵器中必需借助于一个弹簧来对抗换档的偏压力。因此最终所得的系统非常笨重而且复杂。

曲线403表示的是一个与曲线402所示系统非常相似的系统，它具有一个传统的换档机构，该机构具有一较小的操纵比而且具有一直接安装在把手上以使卷绕体的直径最小化的单卷绕轴(扭转手柄)操纵器。最终所得系统的转动对移动的比约为75°/英寸。

曲线404表示的是一个采用了非传统换档设计的系统，该换档机构中使用了一个具有顶点和谷点以将拉线的移动转换成换档运动的转动式换档凸轮。然而。在该系统中采用了一个可转动地安装在一保护套筒上的单卷绕轴操纵器。该变速操纵器的拉线拉动率大大高于曲线402和403所表示的情况，但是所述换档凸轮可将系统的转动对移动的比率调节到约81°/英寸。由于换档机构的设计较为复杂，所以最终得到的系统很不灵敏。

曲线405和406与曲线407有着非常类似之处，后者代表了本发明的单卷绕轴的变速操纵器。从拉线拉动的立场来看，曲线405，406和407所表示的三个系统使用的是类似的变速操纵器。每个变速操纵器都采用了一个能在一保护套筒上(保护把手用)转动的操纵器卷绕体，并且呈现一个较高的拉线拉动率。曲线405和406所示系统的总转动对移动的比约为62°/英寸。

曲线407表示本发明的单卷绕轴变速操纵器和换档机构。如下文将要详细描述的那样，该操纵器采用了一个可在一保护套筒上转动的卷绕件。如图20所示，该变速操纵器的拉线拉动率只是略小于曲线405和406所表示的系统。然而，系统的总的转动对移动的比却达到了约95°/英寸，与曲线405和406所示的单卷绕轴变速操纵器系统相比，其机械效率提高53％。

现请参见图21和22，其中示出了一较佳的手转动的、单卷绕轴变速操纵器300的各构件。如图21所示，操纵器300有两个主要的构件，其一是固定在把手14上的壳体316，其二是一扭转手柄318。壳体316包括一细长的管子或套筒320，它最好紧密地配合在把手14上。壳体316右方成形有一个凹处(未示)，以如图22所示的那样接收一可将壳体316固定于把手14上的夹头322。该U形的夹头322是通过一传统的螺栓324固定到把手14上的，所述螺栓松配合地穿过夹头322的一腿部上的一孔326并且螺纹啮合在夹头另一个腿部上的一孔328中。

拉线导向管330是作为壳体316的一部分成形的，该导向管的末端设有外螺纹332，以与一联接件334上的内螺纹332a螺旋相配。联接件334将一拉线管336固定于拉线导向管330。有一弹簧保持部分340围绕套筒320设置，并且紧挨着壳体316的一径向延伸壁338。

弹簧保持部分340的周向面上形成有一个长的凹槽342，该凹槽可放置一成形弹簧346的第一部分344，弹簧346的另一部分与扭转手柄318相配合以限定扭转手柄318的选定位置。弹簧346的第一部分344设置在凹槽342中，而弹簧346延伸部的一个凸弯头348则与扭转手柄318的壁356之内周面356上的多个凹槽或制动件350相配合。根据本发明，弹簧36的第一部分344和凹槽350之间的相互作用限定了扭转手柄318相对于壳体316的位置，而该位置又是和所需的换档位置相对应的。

扭转手柄318上形成有一外握部分358和一相邻且加大的部分360，如图21所示，在该部分360上可以印有从1到8的数字，当这些数字对准壳体310上的一刻度标记362时，便可限定把手组件的多个操作位置。如图22所示，向把手部分358的左侧延伸的不仅仅只有壁356，而且还有一扭转手柄318的拉线配合部分364。一操纵拉线366被保持在该拉线配合部分364的一径向延伸壁部分368以及所述加大部分360的一径向延伸面370的后面。操纵拉线366靠在一半径大致均匀的卷绕件372上，如图22所剖示，该卷绕件形成在壁部分368和径向延伸面370之间。扭转手柄318作用于操纵拉线366的转动半径被称作“卷绕半径”。因此，在壁部分368和径向延伸面370之间形成了一个具有一定径向高度的狭槽。

如图22所示，在拉线366的端部设有一加大的保持部分376，以防止拉线被拉出狭槽。将拉线366固定在把手部分318的狭槽内，在凹槽342内放置弹簧344，并且在箭头所示的方向上将扭转手柄装配到壳体316中，这样就可以使壁356接合在壳体316的外壁382和弹簧保持部分340之间的空间380内。为了完成这种装配，在拉线导向管330的开口部分上设置了一个端盖384，并且通过一螺丝386固定到位，所述螺丝螺旋啮合在从壳体316延伸的一突伸部分390上的一孔388内。

现请参见图23来进一步描述本发明的单卷绕件372的操作情况。在拉线366完全从壳体316中延伸出来情况下，图中表示了扭转手柄318，特别是卷绕件372相对于壳体316的位置。如图23所示，当拉线366围绕卷绕件372转动时，它保持着从把手14的中心算起的半径R₁。半径R₁基本上和卷绕件372的外直径相对应。

在本发明的一较佳实施例中，半径R₁(亦即卷绕半径)保持在约0.3到1.0英寸，最好是在0.5到0.6英寸之间。因此，该单卷绕轴操纵器的拉线拉动率等于2乘以“π”(拉线拉动量/转动的角度)乘以R₁除以360°。

总之，文中已经揭示和描述了一种最适合于山地自行车使用的换档和驱动系统。该换档机构的卷绕用拉线传送面确保了一个更为恒定的操纵比，并且降低了摩擦和变速力，延长了控制拉线的寿命。其中设置的p-关节点凸缘可防止传动链从上导轮中脱出，并且在将链条从自由轮中的一个链轮移动到另一个链轮上时不妨碍传动链的横向柔性。选择了一定的换档平行四边形的运动角度，以与自由轮部分的角度相配合，从而使链条间隙保持相对恒定。另外还为控制拉线设置了一个弧形导向面，来代替拉线壳体中的一相应部分，从而防止了外界物质的积聚。

手转动变速操纵器的设计可使换档机构，进而使变速系统达到最佳的性能和效率。该操纵器显示了一较高的拉线拉动率，并且采用了拉线卷绕轴套筒来保护把手，加强了系统的整体性能。

尽管上面结合附图详细描述了本发明的较佳实施例及其技术上的优点，但本发明不应受此限制，其范围和实质仅应该受到所附权利要求的限制。

Claims (83)

1.一种用来使链条相应于一控制拉线的移动而在一多级链轮自由轮的链轮上定位的自行车换档机构，它包括：

一p-关节点；

一连接于自行车车架的b-关节点，所述b-关节点可操纵地连接于所述p-关节点；

一可操纵地连接于所述p-关节点以控制换档机构之操纵比的操纵调节器，所述操纵调节器在所述p-关节点的运动范围内具有一不超过1.5∶1的操纵比；以及

一可操纵地连接于所述操纵调节器的控制拉线。

2.一种用来使链条相应于一控制拉线的移动而在一多级链轮自由轮的链轮上定位的自行车换档机构，它包括：

一p-关节点；

一连接于自行车车架的b-关节点，所述b-关节点可操纵地连接于所述p-关节点；

一可操纵地连接于所述p-关节点以控制换档机构之操纵比的操纵调节器，所述操纵调节器在所述p-关节点的运动范围内具有一1.4-0.5∶1的平均操纵比；以及

一可操纵地连接于所述操纵调节器的控制拉线。

3.一种用来使链条相应于一控制拉线的移动而在一多级链轮自由轮的链轮上定位的自行车换档机构，它包括：

一p-关节点；

一连接于自行车车架的b-关节点，所述b-关节点可操纵地连接于所述p-关节点；

一可操纵地连接于所述p-关节点以控制换档机构之操纵比的操纵调节器，所述操纵调节器在所述p-关节点的运动范围内具有一大致均匀的操纵比；以及

一可操纵地连接于所述操纵调节器的控制拉线，所述控制拉线具有一第一和一第二端。

4.如权利要求3所述的换档机构，其特征在于，所述操纵调节器的操纵力大致等于所述操纵调节器的偏压力。

5.如权利要求3所述的换档机构，其特征在于，所述操纵调节器的操纵比不超过1.5∶1。

6.如权利要求3所述的换档机构，其特征在于，所述操纵调节器可以提供一个1.4-0.5∶1的操纵比。

7.如权利要求3所述的换档机构，其特征在于，所述p-关节点包括至少一个可转动地安装于其上的导轮。

8.如权利要求3所述的换档机构，其特征在于，所述控制拉线包括一个套壳，所述套壳包括一第一端和一第二端。

9.如权利要求8所述的换档机构，其特征在于，所述b-关节点是以与所述套壳第一端相固定的关系而连接于自行车车架。

10.如权利要求3所述的换档机构，其特征在于，所述换档机构还包括：

至少一个铰接地连接于所述b-关节点和所述p-关节点的侧板；

所述侧板包括一向所述第一拉线端延伸的传送面，靠近所述第一拉线端的一段所述控制拉线与所述传送面相一致，因此所述操纵比是所述传送面之有效半径的函数，以及

用以将所述第一拉线端连接到所述侧板上的装置。

11.如权利要求10所述的换档机构，其特征在于，所述传送面包括一用来接收所述控制拉线的槽。

12.如权利要求10所述的换档机构，其特征在于，所述传送面是弧形的。

13.如权利要求12所述的换档机构，其特征在于，所述传送面的有效半径是作为离所述第一拉线端的距离的函数来变化的。

14.如权利要求13所述的换档机构，其特征在于，当离所述第一拉线端的距离增大时，所述有效半径减小。

15.如权利要求10所述的换档机构，其特征在于，所述操纵比大致等于： $\frac{1}{R}\cos \mathrm{\ω}\cos \mathrm{\θ}$

其中的1是所述侧板在所述p-关节点和所述b-关节点的连接点之间的长度，R是所述有效半径，ω是所述侧板相对于一包含了一自由轮链轮的平面之间的夹角，θ是所述侧板相对于自由轮的一轮轴轴线的夹角。

16.如权利要求10所述的换档机构，其特征在于，所述b-关节点上有一个小孔，以接收所述控制拉线，所述小孔设置在所述弧形面附近。

17.如权利要求10所述的换档机构，其特征在于，它还包括一铰接在所述p-关节点和所述b-关节点之间的第二侧板。

18.如权利要求10所述的换档机构，其特征在于，所述侧板是铰接在所述p-关节点和所述b-关节点之间的一对侧板中的一外侧板。

19.一种用来使链条相应于一控制拉线的移动而在一多级链轮自由轮的链轮上定位的自行车换档机构，它包括：

一p-关节点；

一连接于自行车车架的b-关节点，所述b-关节点可操纵地连接于所述p-关节点；

一可操纵地连接于所述p-关节点以控制换档机构之操纵比的操纵调节器，所述操纵调节器提供了一调节偏压力，以使操纵比在1.4-0.5∶1的范围内；以及

一可操纵地连接于所述操纵调节器的控制拉线，所述控制拉线具有一第一和一第二端。

20.如权利要求19所述的换档机构，其特征在于，所述操纵调节器在所述p-关节点的运动范围内提供了了一个大致均匀的操纵比。

21.如权利要求19所述的换档机构，其特征在于，所述操纵调节器提供了一个在1.4-0.5∶1范围内的平均操纵比。

22.如权利要求19所述的换档机构，其特征在于，所述p-关节点包括至少一个可转动地安装于其上的导轮。

23.如权利要求19所述的换档机构，其特征在于，所述控制拉线包括一个套壳，所述套壳包括一第一端和一第二端。

24.如权利要求23所述的换档机构，其特征在于，所述b-关节点是以与所述套壳第一端相固定的关系而连接于自行车车架。

25.如权利要求19所述的换档机构，其特征在于，所述换档机构还包括：

至少一个铰接于所述b-关节点和所述p-关节点的侧板；

所述侧板包括一向所述第一拉线端延伸的传送面，靠近所述第一拉线端的一段所述控制拉线与所述传送面相一致，因此所述操纵比是所述传送面之有效半径的函数，以及

用以将所述第一拉线端连接到所述侧板上的装置。

26.如权利要求19所述的换档机构，其特征在于，所述传送面包括一用来接收所述控制拉线的槽。

27.如权利要求19所述的换档机构，其特征在于，所述传送面是弧形的。

28.如权利要求27所述的换档机构，其特征在于，所述传送面的有效半径是作为离所述第一拉线端的距离的函数来变化的。

29.如权利要求28所述的换档机构，其特征在于，当离所述第一拉线端的距离增大时，所述有效半径减小。

30.如权利要求19所述的换档机构，其特征在于，所述操纵比大致等于： $\frac{1}{R}\cos \mathrm{\ω}\cos \mathrm{\θ}$

其中的1是所述侧板在所述p-关节点和所述b-关节点的连接点之间的长度，R是所述有效半径，ω是所述侧板相对于一包含了一自由轮链轮的平面之间的夹角，θ是所述侧板相对于自由轮的一轮轴轴线的夹角。

31.如权利要求19所述的换档机构，其特征在于，所述b-关节点上有一个小孔，以接收所述控制拉线，所述小孔设置在所述弧形面附近。

32.如权利要求19所述的换档机构，其特征在于，它还包括一铰接在所述p-关节点和所述b-关节点之间的第二侧板。

33.如权利要求19所述的换档机构，其特征在于，所述侧板是铰接在所述p-关节点和所述b-关节点之间的一对侧板中的一外侧板。

34.一种响应一细长的控制拉线的操纵而将一传动链从一个自由轮链轮传送到另一个链轮上的自行车换档机构，它包括：

至少一个链条导向装置，以用来将一传动链从一先前选定的自由轮链轮换档到一现在选定的链轮上；

设有一个用来供控制拉线穿过的小孔的装置，控制拉线的轴线在所述小孔内的取向为第一方向；

一相对于所述小孔连接于自行车车架的b-关节点；

一连接于所述链条导向装置的p-关节点；

一铰接于所述p-关节点并且在一个枢点上铰接于所述b-关节点的侧板，用来将所述控制拉线的一端连接到所述侧板上的装置，所述控制拉线在所述连接装置中的取向为第二方向；以及

一使控制拉线从所述第一方向转到所述第二方向的控制拉线传送器，所述传送器被定位成可以减少所述侧板的转动与控制拉线的单位移动量的比。

35.如权利要求34所述的换档机构，其特征在于，所述传送器还包括一连接于所述侧板并且从侧板上延伸的传送器板，所述传送面连接于所述传送器板并且从所述传送器板上凸伸。

36.一种通过一沿其部分长度具有套壳的控制拉线来操纵的自行车换档机构，所述换档机构包括：

一连接于自行车车架的b-关节点，所述b-关节点形成了一个换档拉线出口，该出口适于滑动地接收从中穿过的控制拉线；

至少一个铰接于所述b-关节点的侧板，一铰接于所述侧板的p-关节点，用以连接控制拉线的一端的装置，该装置安装在所述侧板和所述p-关节点中预先选定的一个上；

一刚性的拉线承载面，它具有一设置在所述出口附近的第一端和一远离所述出口的第二端，所述承载面将控制拉线从所述第一端的第一方向引导到所述第二端的第二方向；以及

用以接收所述拉线套壳一端的装置，所述接收装置设置在靠近所述拉线承载面的所述第二端处。

37.如权利要求36所述的换档机构，其特征在于，所述用来接收所述拉线套壳的所述端部的装置包括一拉线套壳的套箍。

38.如权利要求36所述的换档机构，其特征在于，所述b-关节点是不可转动地连接于自行车车架。

39.如权利要求36所述的换档机构，其特征在于，所述刚性的拉线承载面是和所述b-关节点整体形成的。

40.如权利要求36所述的换档机构，其特征在于，所述刚性的拉线承载面是弧形的。

41.如权利要求40所述的换档机构，其特征在于，所述刚性的拉线承载面延伸的弧度约为90度。

42.如权利要求40所述的换档机构，其特征在于，所述刚性的拉线承载面延伸的弧度约为15度。

43.如权利要求36所述的换档机构，其特征在于，所述刚性的拉线承载面将控制拉线从所述面的所述第一端处的一个大致水平的方向引导到所述面的所述第二端处的一个大致垂直的方向上。

44.如权利要求36所述的换档机构，其特征在于，所述刚性的拉线承载面是这样引导拉线的，即，拉线在所述第二端的取向比在所述第一端的所述拉线承载面的取向基本上更倾向水平方向。

45.如权利要求36所述的换档机构，其特征在于，所述刚性的拉线承载面包括用来从所述拉线承载面上排除外界物质和水分的装置。

46.如权利要求36所述的换档机构，其特征在于，所述刚性的拉线承载面包括一用来接收拉线的槽。

47.如权利要求36所述的换档机构，其特征在于，所述刚性的拉线承载面是用一种光滑的聚合物成形的，所述聚合物可以从Nylon，Teflon和乙缩醛树脂中加以选择。

48.一种可以使自行车的传动链在一自由轮的各链轮之间切换的换档机构，它包括：

一连接于自行车车架的b-关节点；

一铰接于所述b-关节点的侧板；

一铰接于所述侧板的p-关节点，至少一个接收所述传动链并可转动地连接于所述p-关节点的导轮，所述p-关节点可操作地向内和向外移动，以对准所述诸链轮中被选定的一个；

一不可转动地连接于所述p-关节点并且沿所述导轮外侧的方向设置的凸缘，当所述-关节点在向内方向上移动时，所述凸缘可防止所述传动链从所述导轮上脱出。

49.如权利要求48所述的换档机构，其特征在于，所述凸缘包括一边缘，该边缘基本上接近所述传动链从所述导轮上脱离的那一个点。

50.一种可以使自行车的传动链在一自由轮的各链轮之间向内和向外切换的换档机构，它包括：

一连接于自行车车架的b-关节点；

一铰接于所述b-关节点的侧板；

一铰接于所述侧板的p-关节点，所述p-关节点可被操纵地向内和向外移动；

至少一个可转动地连接于所述p-关节点并且可由所述p-关节点定位成对准所述诸链轮中被选定的那一个链轮的导轮；以及

一在向外方向上并邻近所述导轮设置的凸缘，该凸缘并可以在所述p-关节点于向内方向移动时，防止所述传动链从所述导轮中脱出，不管是啮合了所述自由轮中哪一个链轮，所述凸缘相对于所述传动链从所述导轮上脱离的那一个点是固定的。

51.一种自行车变速系统，它包括：

一具有一p-关节点、一b-关节点和一操纵调节器的换档机构，所述b-关节点连接于自行车车架，所述b-关节点可操纵地连接于所述p-关节点，

所述操纵调节器可操纵地连接于所述p-关节点以控制换档机构的操纵比，所述操纵调节器可在所述p-关节点的运动范围内将换档机构的操纵比保持在不超过1.5∶1；

一变速操纵器；以及

一可操纵地连接于所述换档机构和所述变速操纵器的控制拉线。

52.如权利要求51所述的自行车变速系统，其特征在于，所述操纵器包括一安装在自行车把手上的、并基本上和把手同轴的转动元件。

53.如权利要求52所述的自行车变速系统，其特征在于，所述转动元件包括一单卷绕元件，所述控制拉线可操纵地连接于所述单卷绕元件。

54.如权利要求53所述的自行车变速系统，其特征在于，所述变速操纵器和所述换档机构具有-操纵器转动对换档机构移动之比超过65°/英寸的比率。

55.如权利要求53所述的自行车变速系统，其特征在于，所述变速操纵器和所述换档机构具有一操纵器转动对换档机构移动之比约在92°-97°/英寸范围内的比率。

56.一种自行车变速系统，它包括：

一具有一p-关节点、一b-关节点和一操纵调节器的换档机构，所述b-关节点连接于自行车车架，所述b-关节点可操纵地连接于所述p-关节点，

所述操纵调节器可操纵地连接于所述p-关节点以控制换档机构的操纵比，所述操纵调节器将换档机构的操纵比保持为平均1.4-0.5∶1；

一变速操纵器；以及

一可操纵地连接于所述换档机构和所述变速操纵器的控制拉线。

57.如权利要求56所述的自行车变速系统，其特征在于，所述操纵器包括一安装在自行车把手上的并基本上与把手同轴的转动元件。

58.如权利要求57所述的自行车变速系统，其特征在于，所述转动元件包括一单卷绕元件，所述控制拉线可操纵地连接于所述单卷绕元件。

59.如权利要求58所述的自行车变速系统，其特征在于，所述变速操纵器和所述换档机构具有一操纵器转动对换档机构移动之比超过65°/英寸的比率。

60.如权利要求58所述的自行车变速系统，其特征在于，所述变速操纵器和所述换档机构具有一操纵器转动对换档机构移动之比约在92°-97°/英寸范围内的比率。

61.一种自行车变速系统，它包括：

一具有一p-关节点、一b-关节点和一操纵调节器的换档机构，所述b-关节点连接于自行车车架，所述b-关节点可操纵地连接于所述p-关节点，

所述操纵调节器可操纵地连接于所述p-关节点以控制换档机构的操纵比，所述操纵调节器可在所述p-关节点的运动范围内保持一个大致均匀的操纵比；

一变速操纵器；以及

一可操纵地连接于所述换档机构和所述变速操纵器的控制拉线。

62.如权利要求61所述的自行车变速系统，其特征在于，所述操纵器包括一安装在自行车把手上并基本上与把手同轴的转动元件。

63.如权利要求62所述的自行车变速系统，其特征在于，所述转动元件包括一单卷绕元件，所述控制拉线可操纵地连接于所述单卷绕元件。

64.如权利要求63所述的自行车变速系统，其特征在于，所述变速操纵器和所述换档机构具有一操纵器转动对换档机构移动之比超过65°/英寸的比率。

65.如权利要求63所述的自行车变速系统，其特征在于，所述变速操纵器和所述换档机构具有一操纵器转动对换档机构移动之比约在92°-97°/英寸范围内的比率。

66.如权利要求61所述的换档机构，其特征在于，所述操纵调节器的操纵力大致等于所述操纵调节器的偏压力。

67.如权利要求61所述的换档机构，其特征在于，所述操纵调节器保持换档机构的操纵比不超过1.5∶1。

68.如权利要求61所述的换档机构，其特征在于，所述操纵调节器可以保持一个1.4-0.5∶1的平均操纵比。

69.如权利要求61所述的换档机构，其特征在于，所述p-关节点包括至少一个可转动地安装于其上的导轮。

70.如权利要求61所述的换档机构，其特征在于，所述控制拉线包括一个套壳，所述套壳包括一第一端和一第二端。

71.如权利要求61所述的换档机构，其特征在于，所述b-关节点是以与所述套壳第一端相固定的关系而连接于自行车车架。

72.如权利要求61所述的换档机构，其特征在于，所述换档机构包括：

至少一个铰接地连接于所述b-关节点和所述p-关节点的侧板；

所述侧板包括一向所述第一拉线端延伸的传送面，靠近所述第一拉线端的一段所述控制拉线与所述传送面相一致，因此所述操纵比是所述传送面之有效半径的函数，以及

用以将所述第一拉线端连接到所述侧板上的装置。

73.如权利要求72所述的换档机构，其特征在于，所述传送面包括一用来接收所述控制拉线的槽。

74.如权利要求72所述的换档机构，其特征在于，所述传送面是弧形的。

75.如权利要求74所述的换档机构，其特征在于，所述传送面的有效半径是作为离所述第一拉线端的距离的函数来变化的。

76.如权利要求75所述的换档机构，其特征在于，当离所述第一拉线端的距离增大时，所述有效半径减小。

77.如权利要求72所述的换档机构，其特征在于，所述操纵比大致等于： $\frac{1}{R}\cos \mathrm{\ω}\cos \mathrm{\θ}$

其中的1是所述侧板在所述p-关节点和所述b-关节点的连接点之间的长度，R是所述有效半径，ω是所述侧板相对于一包含了一自由轮链轮的平面之间的夹角，θ是所述侧板相对于自由轮的一轮轴轴线的夹角。

78.如权利要求72所述的换档机构，其特征在于，所述b-关节点上有一个小孔，以接收所述控制拉线，所述小孔设置在所述弧形面附近。

79.如权利要求72所述的换档机构，其特征在于，它还包括一铰接在所述p-关节点和所述b-关节点之间的第二侧板。

80.如权利要求72所述的换档机构，其特征在于，所述侧板是铰接在所述p-关节点和所述b-关节点之间的一对侧板中的一外侧板。

81.一种自行车变速系统中的变速方法，所述系统包括一变速操纵器；一具有一p-关节点、一b-关节点的换档机构，所述b-关节点可操纵地连接于所述p-关节点，而一控制拉线则可操纵地连接于所述换档机构和所述变速操纵器，所述方法包括如下步骤：

为所述换档机构设置一个操纵调节器，所述操纵调节器可操纵地连接于所述p-关节点，以控制换档机构的操纵比，

所述操纵调节器在所述p-关节点的运动范围内保持一个基本均匀的操纵比。

82.一种自行车变速系统中的变速方法，所述系统包括一变速操纵器；一具有一p-关节点、一b-关节点的换档机构，所述b-关节点可操纵地连接于所述p-关节点，而一控制拉线则可操纵地连接于所述换档机构和所述变速操纵器，所述方法包括如下步骤：

为所述换档机构设置一个操纵调节器，所述操纵调节器可操纵地连接于所述p-关节点，以控制换档机构的操纵比，

所述操纵调节器在所述p-关节点的运动范围内保持一个不超过1.5∶1的操纵比。

83.一种自行车变速系统中的变速方法，所述系统包括一变速操纵器，一具有一p-关节点、一b-关节点的换档机构，所述b-关节点可操纵地连接于所述p-关节点，而一控制拉线则可操纵地连接于所述换档机构和所述变速操纵器，所述方法包括如下步骤：

为所述换档机构设置一个操纵调节器，所述操纵调节器可操纵地连接于所述p-关节点，以控制换档机构的操纵比，

所述操纵调节器在所述p-关节点的运动范围内保持一个1.4-0.5∶1的换档机构的平均操纵比。

Images