CN1216765C - 单向力传递装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有复位功能的单向力传递装置，用于棘轮机构，以操纵自行车的换档装置，或者用于工具、汽车千斤顶的棘轮机构以及其他使用单向力传递装置和操作件需要返回初始位置的场合。本发明在不影响其整体功能的前提下通过多功能方式减少所使用的换档器零件的数量。例如使操作杆的复位簧也起到预紧单向传动件的作用。将以下换档器零件集成在一起。本发明的优点是，通过巧妙组合多种功能减少了所需零件的数量，从而减少了成本、安装空间和重量。此外还为取代弹簧利用了塑料材料的弹性和柔性。

Description

单向力传递装置

技术领域

本发明涉及一种具有定位闭锁的单向力传递装置。该单向力传递装置用于棘轮机构，例如杠杆式换档器、旋钮式换档器、触发式换档器中，以操纵自行车的换档装置，或者用于工具，汽车千斤顶的棘轮机构以及其他使用单向力传递装置和操作件需要返回初始位置的场合。

背景技术

棘轮机构，例如用于操作自行车换档装置的换档器的棘轮机构已公开在专利文献EP0371429A2、EP0647557B1、FR2701917和GB2012893A中。

以上换档器均包括一个拉紧或卷绕换档拉线的换档杆和一个释放杆或释放钮，用于将定位装置释放。所述换档杆将一个在啮合方向上预紧的单向传动件转动，即驱使卷筒转动，转动时要克服作用在换档拉线上的复位弹力。所述定位装置在未打开的位置上将卷筒固定，因而克服复位簧的力产生作用，而复位簧则作用于换档拉线。经一个由弹簧预紧的释放钮可以将定位作用分级取消。所述换档杆在操作完毕后同样被复位簧带到其初始位置，此时受弹簧作用的单向传动件在卷筒的锯齿轮廓上滑过。

为了实现这种拉紧和释放功能，要使用许多零件，例如具有复位簧的换档杆，具有预紧簧的单向传动件，具有锯齿轮廓的卷筒，具有定位棘爪和预紧簧的定位装置以及具有复位簧的释放钮。

以上这些零件必须精确地配合组装，所以大大增加了制造和装配成本，并且需要换档器外壳内要有相应的安装空间。此外这些零件由于要求寿命长，所以结构要牢固，这也增加了换档单元的重量和成本。

发明内容

本发明的任务是，在不影响其整体功能的前提下减少所使用的零件的数量，降低制造成本和装配成本，减小重量和安装空间。

以上任务的解决方案体现在权利要求的特征部分中，它主要是通过将多种功能组合在一个零件上实现：

a)换档杆复位和单向传动件的预紧仅用一个弹簧，取消了预紧簧，

b)换档杆和单向传动件是同一个零件，取消了独立的单向传动件和预紧簧，

c)换档杆、单向传动件和复位簧是一个零件，取消了独立的单向传动件、独立的复位簧和预紧簧，

d)定位装置和定位棘爪是一个零件，取消了独立的定位棘爪和预紧簧；

e)具有定位棘爪的定位装置，具有复位件的操作钮或者这些零件的组合构成一个零件，取消了预紧簧，独立的操作钮以及独立的复位件，

f)将卷绕零件组合成一个卷绕模块，将定位零件组合成一个定位模块，简化了装配。

在本发明的一个关于a)的优选实施例中，所述复位簧将作为换档杆构成的换档件在完成其换档操作后带回其初始位置，该弹簧并没有向通常那样作用在外壳或支架与换档杆之间，而是铰接在外壳和单向传动件上。通过本发明所述的这种结构，复位簧一方面使单向传动件作为一个可摆动定位棘爪的形式始终作用在齿廓的方向上，该齿廓位于转动件或卷筒上，另一方面该弹簧起到换档杆的复位作用。所述定位棘爪围绕一个与换档杆固定相连的轴摆动，并且受到处在转动圆心和棘爪之间的复位簧的作用，从而压在转动件的锯齿轮廓上。通过这种弹簧装置可以使通常使用的额外的预紧簧成为多余的零件，从而可以省掉不用。作用在定位棘爪上的预加弹力，一方面受到弹簧件弹力的大小和方向的影响，另一方面受到转动圆心的位置或受到有效杠杆臂长度的影响。所述复位簧的铰接点只需按以下方式在定位棘爪上选择，使其朝齿廓的方向预紧，并且作用在卷筒的齿廓和棘爪的转动圆心之间的一个从换档杆转动圆心出发的半径上。这种铰接点在定位棘爪转动圆心和齿廓之间半径上的布置，可实现有效预加弹力在弹力穿过棘爪转动圆心的位置上变化为零，在弹力作用于最小半径，例如作用于齿廓时为最大。

和通常的棘轮机构特别是自行车换档装置开关一样，将该装置的功能分为换档拉线在卷绕方向上的操作，将卷筒定位在所选择的一个档位上，以及朝松开换档拉线的方向将弹簧预加弹力释放。

为了卷绕换档拉线，主要使用一个换档杆形式的操作件，一个或多个定位棘爪形式的单向传动件以及一个具有一种或多种齿廓的卷筒，这些零件安装在一个外壳或支架内。通常还有一个复位簧用于使换档杆恢复到初始位置上，还有一个或多个预紧簧用于使单向传动件更可靠地与卷筒上的锯齿轮廓相啮合。

在本发明的一个关于b)的实施例中，所述单向力传递装置在卷筒上通过一个或多个在径向上预紧的单向传动件与换档杆构成一个零件。这样可实现一种可靠的、节省空间和重量的从换档杆至卷筒的换档力传递装置。

因为单向传动件已经在径向上被预紧，并且与换档杆构成了一个零件，所以在本发明的这个实施例中，一方面取消了通常需要的预紧簧，另一方面取消了复杂的定位棘爪的装配，从而减少了零件数量。

如果换档杆没有动作，则在初始位置上单向传动件支承在外壳或支架上，不与卷筒的齿廓相啮合。该单向传动件呈长条形状，并且一端铰接在换档杆上。其端头部分具有齿形或棘爪形状，它适于与卷筒上的锯齿轮廓相啮合，并且带动其运动。

该单向传动件呈从动舌片形状，或者可以向外或者向内径向预紧。如果它是向外预紧的，则通过其几何形状，例如一个斜面或凸起的形状位于从动齿对面的舌片一端，通过支承在外壳上形成某种强制控制，当操作换档杆时，与卷筒上的齿廓相啮合。如果从动舌片是向内朝着卷筒齿廓的方向预紧的，则在转动换档杆时以及释放了舌片在外壳上的支承时，它将压在卷筒齿廓上，并且卡在锯齿轮廓内。如果增加换档力，使换档拉线开始卷绕，则在径向上呈弹性的从动舌片可在中间部分从切向靠在卷筒的外轮廓上，从而改善了力传递以及支承情况。另一个冗余的改进是，通过采用2个至3个弹性从动舌片的结构，减小了从动齿的负载，并且得到均匀的力传递。

如果换档过程结束，则定位件承担卷筒的定位作用。一个弹簧形状的复位件将换档杆重新带到其初始位置上，其中的从动齿由于又支承在外壳上，所以重新脱离啮合。

在本发明的一个关于c)的优选实施例中，除了从动舌片形状的单向传动件以外，还设置了具有一个或多个弹性复位件的装置。该复位件优选采用设置在换档杆和外壳或支架之间的受压弯簧构成，并且设置在换档杆操作面的背面。其中该复位件的材料或者与换档杆和从动舌片的相同，或者采用具有更高弹性或者更好的弹性材料制成。根据制造方法的不同，该复位件可通过公知的可拆连接件，例如螺钉、卡子连接，或者通过不可拆连接方式构成，例如通过环绕换档杆的注射或注入工艺。

将主要的功能零件如弹性单向传动件集成在一起，无需使用额外的预紧簧以及弹性复位件，对换档杆的重量、结构空间、噪音和制造成本产生有利的影响，而且降低了所需的装配成本。

当转动件或卷筒被操作件或换档杆带动到所要求的位置后，定位件将产生固定作用，直到转动件或卷筒被释放为止。该定位件通常由一个具有棘爪或齿的定位件以及一个预紧簧和一个释放件构成，所述预紧簧的作用是使定位件在卷筒的齿廓内更可靠地啮合，必要时还包括操作杆，从而有目的地朝退绕方向释放所述转动件，还有一个复位件用于将操作件重新带回其初始位置。当换档拉线在退绕方向上将预紧的卷筒释放时，要保证换档位置不再继续转动。为此设置了可绕转动轴摆动的定位件，它具有两个带齿定位杆，其中始终有一个处在啮合状态。如果定位杆从操作件上脱离啮合，则第二根杆的齿将靠在卷筒的齿廓上，从而只允许卷筒做确定的转动。这种分级进行的释放要求在公知的换档器中实现精确配合的几何形状以及较小的制造公差，因为经常出现不同大小的换档路径。为了提高功能的可靠性，也可设置两个独立受弹簧作用的固定杆。

在本发明的一个关于d)的实施例中，为固定卷筒所需的定位件经两个设置在杆端的定位棘爪与定位件的中段弹性相连。所述定位棘爪在安装状态下顶在卷筒上预紧，所以可保证两个定位棘爪靠在转动件上对应的齿廓上。如果此时需要将处在固定位置上的第一定位棘爪从操作件上，优选从操作钮上脱离啮合，则在卷筒完成了确定的转动之后，第二定位棘爪接管该定位功能。松开操作钮后，一个弹簧件将其重新恢复到初始位置，此时正在作用的第二定位棘爪从操作件上脱离啮合，并且所述转动件在完成了另一个确定的转动之后重新被所述第一定位棘爪固定。该确定的转动的定义方式是，全部退绕的换档拉线长度等于所需的各个换档行程。所述定位件与定位棘爪构成一个零件，并且以其柔性和弹性使定位棘爪的啮合面能够完全脱离啮合，而此后另一个定位棘爪的第二啮合面才全全啮合到转动件的锯齿轮廓中。使用弹性材料，优选是塑料可以降低成本，并且无需额外的预紧簧即可得到具有严格公差的定位件。

在本发明的一个关于e)的实施例中，所述定位件和操作钮或操作钮与复位件或定位件与定位棘爪以及操作钮和复位件均构成一个零件。其中的操作钮为保证释放运动制成移动灵活的结构，例如通过一个薄膜铰链或者一个薄的材料带与所述定位件相连。所述复位件的形状为一个弯簧，它铰接在操作钮的范围内，并且支承在外壳上。这种不同的实施例的改进可进一步减少公知换档器结构中的零件数量，因为取消了定位棘爪的预紧簧，并且巧妙地将各个零件组合，因而不必单独安装独立的操作钮和独立的复位件。

在本发明的一个关于f)的实施例中，所建议的方案是，为简化换档器的装配，所述换档零件基本上组成两个功能模块。其中一个由拉紧过程所需的元件组成卷绕模块。该模块由操作件、复位件和单向传动件组成或构成一个整体的零件。在具体的换档器结构中，所述卷绕模块由一个具有一体化复位簧的操作杆以及一个集成的预紧从动舌片组成。另一个是用于定位和释放所需的零件组成的定位模块。该模块由具有两个定位棘爪的定位件、释放件和一个复位簧组成。该模块基本上围绕所述传动件或卷筒构成并且在该处与相应的齿廓啮合。该基本上围绕卷筒同心构成的所述模块或者功能单元，一方面可以安装在非常紧凑的外壳内，另一方面与机械受力的换档器零件，如单向传动件和定位棘爪啮合，并且具有相对较大的作用半径。力的传递是通过设置在卷筒圆周上的锯齿轮廓实现的，由于具有较长的杠杆臂所以可相应减小零件上作用的机械载荷。

通过巧妙地使用塑料材料，并且利用材料的特殊柔性和弹性可以在操作件的复位以及在单向传动件沿径向预紧的过程中，实现弹簧功能的集成。

附图说明

下面对照若干附图所示实施例对本发明作进一步的说明。

图1表示已有技术中的单向力传递装置，特别是换档杆复位簧和定位棘爪预紧簧在一个换档杆上的结构和布置；

图2表示一个具有单向力传递装置的换档杆，特别是本发明所述换档杆复位簧压在定位棘爪上的结构；

图3表示一个具有一体式单向传动件的换档杆处在静止位置；

图4表示单向传动件与卷筒廓啮合并处在换档过程的开始；

图5表示单向传动件与卷筒廓啮合并处在换档过程中；

图6表示换档杆处在静止位置并具有一体式单向传动件和松开的复位簧；

图7表示换档杆处在换档过程中并具有一体式单向传动件和上紧的复位簧；

图8表示换档过程开始前定位件的结构；

图9表示按下换档钮时的定位件的位置；

图10表示换档过程结束后定位件的位置；

图11表示定位件具有一体式换档钮和复位件。

具体实施方式

图1表示一个换档杆1上的弹簧结构，它属于已有技术中的自行车换档器。一个复位簧2的一端铰接在换档杆1上，另一端在装入状态下顶在图中未画出的外壳上。该复位簧2在换档过程结束后将换档杆1重新带到初始位置。所述单向传动件3的形状是一个定位棘爪，它绕轴4摆动，而轴4则与换档杆1相连。预紧簧5围绕轴4布置并且其一端顶在换档杆1上，其另一端将定位棘爪3顶在齿廓6上，所述齿廓位于未画出的转动件或卷筒上。

如图2所述其中取消了用于压紧单向传动件3的预紧簧5。该预紧功能由复位簧2承担，它的一端支承在图中未画出的外壳上，其另一端不仅将单向传动件3压紧在齿廓6上，而且在换档过程结束后使换档杆1复位。复位簧2的铰接点处在定位棘爪3的转动圆心和齿形的定位棘爪端部之间。改变弹簧铰接点的位置可以改变所需的预加弹力。

图3表示一个单向力传递装置通过一个形式为在径向上被弹性预紧的从动舌片7的单向传动件使转动件或卷筒朝卷绕方向转动，所述从动舌片在换档杆1动作时可以与齿廓6啮合。所述从动舌片7一端与换档杆1固定连接。在该图中换档杆1处在静止位置。具有齿形的在径向上为弹性的从动舌片7此时没有进入啮合，而是以其自由端支承在外壳局部8上。该结构可保证从动舌片7的齿在退绕过程中不会卡在卷筒的齿廓6上。

在图4中表示的是换档过程的开始阶段，并且在图5中表示出在换档过程中所述单向传动件的啮合。所述换档杆1从静止位置朝换档方向移动。位于预紧的从动舌片7上的齿与卷筒的齿廓6啮合，并且带动卷筒朝卷绕方向运动。在径向上具有弹性的从动舌片7在传递换档杆1的换档力过程中支承在卷筒上，其中间部位靠在卷筒的一段没有齿廓的外圆周上。包括两个或多个从动舌片7的装置可以减小每个从动舌片传递的换档力，从而使换档轴上的合成换档力能够保持平衡。

图6和图7中表示的换档杆1经一个呈弯簧9形状的复位簧以相对较大的距离向外将操作面10压在对面的换档器侧面上，并且支承在外壳局部8上。复位簧或弯簧9与换档杆1构成同一个零件。在图6中换档杆1处在静止位置，在图7中处在换档过程中的一个动作位置。

图8表示在换档间歇时一个定位件11在换档器内的结构。所述定位件11可围绕一圆心或摆动轴12摆动，所述摆动轴与换档器外壳固定连接。所述定位件11在中间部分是弹性的，并且具有一个第一定位棘爪13和一个第二定位棘爪14，它们在齿廓6的方向上被预紧。在没有按下操作钮15时，第一定位棘爪13与卷筒的齿廓啮合，从而保证进入实际换档位置，并抵销持续作用的由换档拉线传递的弹簧力。

在图9中表示的是操作钮15处在按下的位置。所述定位棘爪14与齿廓6啮合，而定位棘爪13则从对应的齿廓6的范围内摆动出来。两个定位棘爪13和14在对应的齿廓6中的啮合点要相互配合，使得卷筒当一个定位棘爪释放后，直到另一个定位棘爪可靠地进入啮合之前确保朝退绕方向有确定的转动运动。

图10表示换档过程结束后定位件11的位置。松开换档钮15后，一个图中未画出的复位件使操作钮15返回静止位置。定位件11围绕摆动轴12摆动，使得定位棘爪14从齿廓6上脱离，同时定位棘爪13与对应的齿廓6啮合，并且在卷筒完成了旋转运动后对其进行定位。操作钮15和定位件11构成同一个零件。

图11表示的是定位件11、操作钮15和形状为弯簧的复位件16。该复位件16在操作钮15的范围内设置在位于操作面10对面的侧面，并且以其一端顶在外壳上。其中的操作钮15和复位件11构成同一个零件。

Claims (23)

1、具有复位功能的单向力传递装置，由以下部分组成：

—一个外壳或支架，

—一个绕一根转轴以摆动或转动方式布置的操作件，

—一个可在操作完成后使所述操作件返回到其初始位置的复位件，

—一个具有齿形、绕一根转轴以摆动或转动方式布置的转动件，

—一个从所述操作件向转动件传递力的、在啮合方向上被预紧的传动件，

本发明的特征是，所述单向传动件以可摆动方式设置在所述操作件上，并且具有一个弹性零件，它不仅在操作过程完成后用于所述操作件的复位，而且实现所述单向传动件的预紧。

2、如权利要求1所述的单向力传递装置，其特征是，所述弹性零件，其一端支承在所述外壳或支架上，其另一端铰接在所述单向传动件上，它不仅在操作件上施加一个复位力，而且在所述单向传动件施加一个预加弹力。

3、如权利要求2所述的单向力传递装置，其特征是，所述弹簧件在所述单向传动件上的铰接点设置在转动或摆动轴与啮合于所述转动件轮廓内的啮合轮廓之间。

4、如权利要求3所述的单向力传递装置，其特征是，所述弹簧件在所述单向传动件上的铰接点的选择方式是，所提供的操作件的复位弹力比作用于所述单向传动件上的压紧弹力更大。

5、如权利要求2至4所述的单向力传递装置，其特征是，所述弹簧件作为碟形弹簧、盘形弹簧或者螺旋弹簧构成，并且与所述转动件的轴线同轴。

6、如权利要求1至4所述的单向力传递装置，其特征是，所述单向传动件的设计方式是，经所述操作件传递的操作力以可靠和无磨损的方式传递给所述转动件，该转动件同时作为一个自行车变速装置换档拉线的卷筒。

7、如权利要求1至4所述的单向力传递装置，其特征是，变速元件设置在一个换档器外壳内，并且在该外壳上设置一个用于将其固定在自行车上的固定件。

8、具有复位功能的单向力传递装置，由以下部分组成；

—一个外壳或支架，

—一个绕一根转轴以摆动或转动方式布置的操作件，

—一个可在操作完成后使所述操作件返回到其初始位置的复位件，

—一个绕一根转轴以摆动或转动方式布置的转动件，

—一个从所述操作件向转动件传递力的传动件，

本发明的特征是，为带动所述转动件，在所述操作件上设置一个弹性的、可在径向上预紧的单向传动件，并且该转动件与所述操作件构成一个零件。

9、如权利要求8所述的单向力传递装置，其特征是，为可靠地带动所述转动件以及对所传递的力进行分配，在所述操作件上设置多个弹性的、可在径向上预紧的单向传动件。

10、如权利要求9所述的单向力传递装置，其特征是，所述可在径向上预紧的单向传动件在操作件的静止位置上并不与所述转动件的齿廓啮合并且支承在所述外壳或支架上。

11、如权利要求8至10所述的单向力传递装置，其特征是，所述单向传动件在操作过程中以其齿形端部与所述转动件的齿廓相啮合，并且在力传递过程中以其中段切向支承在所述转动件的外轮廓上。

12、如权利要求8至10所述的单向力传递装置，其特征是，所述操作件、单向传动件和复位件共同构成一个支承在所述外壳或支架上的零件。

13、如权利要求8至10所述的单向力传递装置，其特征是，所述单向传动件的设计方式是，经所述操作件传递的操作力以可靠和无磨损的方式传递给所述转动件，该转动件同时作为一个自行车变速装置换档拉线的卷筒。

14、如权利要求8至10所述的单向力传递装置，其特征是，变速元件设置在一个换档器外壳内，并且在该外壳上设置一个用于将其固定在自行车上的固定件。

15、具有复位功能的单向力传递装置，由以下部分组成：

—一个外壳或支架，

—一个绕一根转轴以摆动或转动方式布置的操作件，

—一个可在操作完成后使所述操作件返回到其初始位置的复位件，

—一个绕一根转轴以摆动或转动方式布置的转动件，

—一个从所述操作件向转动件传递力的传动件，

—一个用于将处在选择位置上的转动件固定和释放的定位机构，

本发明的特征是，所述用于固定和有控制释放转动件的定位机构由一个具有复位簧的释放件和一个具有中间弹性区的固定件组成，该固定件具有两个适于与所述转动件的相应齿廓啮合的定位棘爪，并且不仅定位件而且定位棘爪构成一个零件。

16、如权利要求15所述的单向力传递装置，其特征是，所述用于有控制释放转动件的释放件作为操作按钮构成，并与定位件和定位棘爪共同构成一个零件。

17、如权利要求15所述的单向力传递装置，其特征是，所述用于有控制释放转动件的释放件作为操作按钮构成，并且具有一个弹簧件，它可在完成换档后使操作按钮复位，并且所述操作按钮和复位件共同构成一个零件。

18、如权利要求15至17所述的单向力传递装置，其特征是，在所述操作按钮上设置一个复位件，它一方面支承在所述外壳或支架上，另一方面铰接在所述操作按钮的区域内，并且所述固定件与定位棘爪、操作按钮和复位件共同构成一个零件。

19、如权利要求15所述的单向力传递装置，其特征是，所述定位件设置或安装在中段区域，并具有弹性或者可以弯曲，它在装配状态下以下述方式朝转动件方向预紧，即无需附加的弹簧件便可始终与转动件的齿廓中的至少一个定位棘爪啮合。

20、如权利要求19所述的单向力传递装置，其特征是，所述定位件具有相应的弹性和柔性，所以在第二棘爪的啮合轮廓完全进入啮合之前，第一定位棘爪的啮合轮廓完全脱开啮合。

21、如权利要求15至17所述的单向力传递装置，其特征是，所述弹性定位件支承在外壳或支架上，并且以其定位棘爪啮合在作为自行车换档装置拉线卷筒构成的转动件的齿廓上，所以经换档拉线传递的复位力能够以可靠和无磨损的方式被承受。

22、如权利要求15至17所述的单向力传递装置，其特征是，由所述操作件、复位件、单向传动件、转动件以及定位件和具有复位簧的释放件组成的变速元件均设置在一个换档器外壳内，并且在该外壳上设置一个用于将其固定在自行车上的固定件。

23、如权利要求15至17所述的单向力传递装置，其特征是，所述变速元件包括两个基本功能模块，即一个由所述操作件、复位件和单向传动件组成的拉紧或卷绕模块，以及一个定位模块，它由具有定位棘爪的定位件和具有复位簧的释放件组成，并且以上模块围绕所述转动件布置，并在该处与对应的齿廓啮合。

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