CN1453180A - 用于自行车变速器的促动器 - Google Patents

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Abstract

用于自行车变速器的促动器装置，包括：铰接四边形机构(11)，其有通过四个销钉元件按照四个销钉轴而铰接在一起的四个连杆，第一连杆与自行车车架固定成一体，第二连杆在铰接四边形中与第一连杆相对，并固定在变速器换档器支架上；马达部件有沿驱动轴线(13)的可变长度，并在两个相对销钉元件(41、42)之间起作用而使这两个销钉元件彼此接近和离开，从而使该铰接四边形变形。驱动轴线(13)与这两个销钉元件的销钉轴线(31、32)中的至少一个完全交叉，驱动部件(12)在这两个销钉元件之间起作用，且驱动轴线(13)与销钉轴线(31、32)都至少基本交叉，驱动部件(12)在这两个销钉元件之间起作用。

Description

用于自行车变速器的促动器
技术领域
本发明涉及一种用于自行车变速器的促动器，该促动器是使链条在不同齿轮之间移动的机械装置，用于使引导链条自身的换档器(derailleur)移动。
背景技术
在本专利的说明书以及随后的权利要求书中，所涉及的变速器可以同样是后部变速器或前部变速器，该后部变速器使链条在与自行车的后轮相连的不同链轮之间移动，而该前部变速器使链条在与踏板曲轴相连的不同齿轮之间移动。
通常，变速器的促动器装置包括铰接四边形机构(通常为铰接平行四边形)，具有通过四个销钉元件根据四个销钉轴铰接在一起的四个连杆，其中，第一连杆与自行车车架固定成一体，第二连杆(在铰接平行四边形中与该第一连杆相对)固定在变速器的换档器的支架上；该铰接平行四边形的变形确定了该换档器的移动，从而进行齿轮变速。
铰接平行四边形的前述变形可以手动实现，即通过使控制操作杆的运动通过一种波顿型(Bowden)钢丝软轴传递给促动器，或者该变形可以通过电马达实现，在骑车人通过合适机构发出合适指令之后，该电马达使铰接平行四边形的不同部分相互移动，并使该铰接平行四边形变形，从而使换档器移动。
变速器制造商的目的总是提高驱动的准确性，而这使得变速器容易使用和可靠。当变速器将更多地用于高水平自行车竞赛时，这样的要求就更迫切。电马达的采用使得该要求更迫切，因为这时的变形动作完全直接进行，而不通过中间的钢丝软轴。
发明内容
因此，本发明涉及一种用于自行车变速器的促动器装置，它包括：铰接四边形机构，该铰接四边形机构有通过四个销钉元件按照四个销钉轴铰接在一起的四个连杆，其中，第一连杆将与自行车车架固定成一体，第二连杆在铰接四边形中与第一连杆相对，并将固定在变速器换档器的支架上；
马达部件，该马达部件有沿驱动轴线的可变长度，并在两个相对销钉元件之间起作用，以便使这两个销钉元件彼此接近和离开，从而使该铰接四边形变形；
其特征在于：
驱动轴线与这两个销钉元件的销钉轴线都基本交叉，驱动部件在这两个销钉元件之间起作用。
术语“基本交叉”的意思是驱动轴线和销钉轴线之间的距离小于销钉元件的直径。
这样，变形作用基本沿铰接四边形的一个对角线进行，这保证了控制它的变形的最佳条件，从而保证了控制第二连杆和换档器的运动的最佳条件。
在优选方法中，驱动轴线完全与至少一个销钉轴交叉，这时用于控制变形的条件甚至更好，这意味着所述轴线之间的距离变得最小，只包括机械处理的普通工差。
更优选是，驱动轴线与两个销钉元件的销钉轴线都完全交叉，驱动部件在这两个销钉元件之间起作用。这样，真正恰好沿铰接四边形的一个对角线产生变形作用。
优选是，铰接四边形是铰接平行四边形。实际上，通常希望换档器相对于自行车车架进行平移运动，不过，并没有排除在特殊用途中也使得换档器进行可控制的旋转运动，这时，合适的是使用铰接四边形，而不是平行四边形。
具有可变长度的马达部件可以为各种类型；实际上，怎样获得沿驱动轴线的长度变化与本发明的目的并不相关。不过，优选是马达部件包括：电马达，该电马达装于支架时，该支架安装在第一销钉元件上；螺钉，该螺钉沿着驱动轴线而轴向布置，并通过该电马达而旋转；螺母，该螺母与螺钉啮合，并固定在与第一销钉元件相对的第二销钉元件上，其中，驱动轴线与第二销钉元件的轴线完全交叉。旋转螺母螺钉方法适于使它的结构简化，并使得驱动部件的长度变化容易控制，实际上，旋转角度(或者更好为转动圈数)和长度变化之间成正比。
通常，连杆沿销钉轴方向有较大宽度，从而通过该宽度确定了铰接四边形的内部空间；对于该内部空间，驱动部件可以布置在外部(合适延伸该销钉元件)或者(优选是)内部。内部定位实际上使促动器的阻碍更小，并更平衡，从而能够更精确地驱动该驱动部件。
为了能够进行驱动部件的前述内部定位，同时使驱动轴线与销钉元件的轴线完全交叉，优选是螺母包括内螺纹的管形本体以及垂直于管形本体的两个相对销钉部分。因此，实际上螺母部件自身成为第二销钉元件的一部分。
优选是，对于该螺母，第二销钉元件还包括两个相对销钉，每个销钉插入形成于连杆中的铰接孔内，该连杆交汇于(converge in)第二销钉元件，并交汇于螺母的销钉部分。该方法使得销钉元件和连杆易于装配。
优选是，在马达和铰接四边形之间提供有自由度，这意味着在马达和铰接四边形之间允许进行至少相对运动-甚至允许进行适度运动。该自由度保证马达运动传递给四边形，同时不会由于部件的形状或装配的较小误差而引起异常应力。
这样的自由度能够以各种方式获得。根据一种优选方法，该自由度通过间隙提供，该间隙使得螺母能够沿第二销钉元件的轴线方向进行较小移动。根据另一优选方法，该自由度通过在螺钉和马达之间的万向接头(Hooke’s joint)来提供。第一方法明显更便宜(甚至非常高效)；第二方法当然更高效，但是更昂贵。
优选是，螺母的管形本体在其一端封闭，并且它的长度为能在驱动部件最大收缩时容纳螺钉。封闭管形本体保证了在安装有促动器的自行车的使用过程中，螺钉和螺母之间的螺纹连接能够更好地防止灰尘和杂质。
优选是，该装置包括在驱动元件和铰接四边形机构之间的连接中的机械保险装置。机械保险装置的意思是在马达和铰接四边形之间的动态链系中的机械元件提供了有限和预定的应力阻力，该阻力低于所有其它元件的阻力。这样，当在促动器上有非常高的应力时(例如由自行车跌倒引起的撞击)时，在机械保险装置上产生屈服，而不是产生在其它元件上，因此其它元件受到保护。
机械保险装置可以以多种方式实现。
根据一个优选实施例，机械保险装置包括在电马达和它的支架之间的、具有标准干涉的连接，从而只有在超过预定保持应力时才允许进行相对轴向移动。当撞击时，因为马达从它的支架中轴向退出，因此，四边形将能够在没有损坏的情况下自由变形。
根据另一优选实施例，机械保险装置包括在与马达的螺钉啮合的螺纹衬套和在螺母的管形元件中的衬套安装座之间的、具有标准干涉的连接，从而只有在超过预定保持应力时才允许进行相对轴向移动。当撞击时，因为衬套从螺母中轴向退出，因此，四边形将能够在没有损坏的情况下自由变形。
根据另一优选实施例，机械保险装置包括在马达或螺钉中的至少一个和万向接头之间的、具有标准干涉的连接。当撞击时，因为万向接头的轴向退出，因此，四边形将能够在没有损坏的情况下自由变形。
附图说明
通过下面对一些优选实施例的说明并参考附图，将更清楚本发明的其它特征和优点。附图中：
图1和2是本发明第一实施例的促动器装置在处于两个不同操作位置时的局部剖视图；
图3是图1和2的装置在处于另一操作位置(在图1和2所示位置的中间处)时沿箭头III的方向的局部剖视图(其中省略了部分部件)；
图4是图3的细节部分的放大图；
图5是与图4相同的细节部分的视图，它处于不同的操作状态；
图6和7是本发明第二实施例的促动器装置在处于两个不同操作位置时的局部剖视图；
图8是图6和7的装置的细节部分的沿箭头III方向的放大局部剖视图。
具体实施方式
参考图1至5，自行车变速器的促动器装置整个由参考标号10表示，变速器甚至自行车都不是本发明的发明部分，因此并没有表示。
促动器装置10包括由四个连杆组成的铰接四边形机构11：第一连杆21，该第一连杆21将与自行车车架固定成一体；第二连杆22，该第二连杆22与铰接四边形11的第一连杆21相对，并将固定在变速器换档器的支架上；第三连杆23；以及第四连杆24。这四个连杆21、22、23和24通过四个相应的销钉元件41、42、43和44并根据四个平行的销钉轴31、32、33和34而铰接在一起，以便形成上述铰接四边形11。
应当知道(图3)，连杆21、22、23和24具有沿销钉轴31、32、33和34的方向的较长宽度，由于该宽度，内部空间确定于四边形11内，并在连杆21、22、23和24以及销钉元件41、42、43和44之间。
还应当知道，连杆21、22、23和24以及销钉元件41、42、43和44可以为任意形状，并可以为不同的复杂程度。例如，第一连杆21有相对粗大的结构，就象第二连杆22一样；相反，连杆23为基本板形结构，而连杆24形成为具有两个通过桥接装置243连接的平行臂241和242的整体结构。同样，销钉元件43和44为简单销钉，而销钉元件41和42具有更复杂的结构，如后面将简要介绍。
至于尺寸，在所示促动器装置10中，销钉轴31、32、33、34之间的距离成对相等，即：轴31和33之间的距离等于轴32和34之间的距离，而轴31和34之间的距离等于轴32和33之间的距离。这意味着更准确地说，该铰接四边形11为铰接平行四边形，因此，如果固定在自行车车架上的连杆21处于固定状态，铰接四边形11的变形意味着连杆22沿由连杆23和24限定而沿圆轨道而平移运动。当四边形11不为平行四边形时，连杆22的运动不仅有平移分量，而且有转动分量，通常并不希望出现这种情况，但是在某些情况下也可能有用，以便使变速器的换档器进行特殊运动。
促动器装置10还包括驱动部件12，该驱动部件12具有沿驱动轴线13的可变长度。该驱动部件12又包括安装在第一销钉元件41上的开口摇篮形(open-cradle)形支架51。尤其是，该支架51形成为具有两个通过桥接装置514连接在一起的侧部件512、513的整体结构；这两个侧部件512和513有相应的孔眼514和515，该孔眼514和515彼此相对且对齐，从而能安装普通的锁定装置，例如螺栓(图中未示出)。
通过如下方式将支架51装配在销钉元件41上。连杆21有两个翼板211和212，这两个翼板211和212包围连杆24的臂241和242，该臂241和242再包围侧部件512和513；销钉元件41包括两个销钉411和412，各个销钉411和412分别插入沿轴线31形成于元件211、241和512以及212、242和513中的孔内。
驱动部件12还包括电马达52，该电马达52装于支架51内并固定在其中。马达52有输出轴，该输出轴由螺钉53构成，该螺钉53与安装在第二销钉元件42上的螺母54啮合，该第二销钉元件42在铰接四边形11中与第一销钉元件41相对。螺钉53的旋转确定了螺母54在螺钉53上的滑动，因此确定了驱动部件12的长度变化，该长度认为是在固定于销钉元件41上的马达52和固定于相对的销钉元件52上的螺母之间的长度。驱动部件12的长度变化再确定了铰接四边形11的相应变形。
螺母54包括：管形本体541，该管形本体541有内螺纹，并与螺钉53啮合；以及两个销钉部分542和542，这两个销钉部分542和543彼此相对，并垂直于该管形本体541。管形本体541在其端头544处封闭，并沿轴线13延伸，以便当驱动部件12处于其最大收缩状态时能容纳整个螺钉53(图2)。
螺母54在铰接四边形11中的装配以如下方式进行。连杆22有两个翼板221和222，这两个翼板221和222包围连杆24的臂241和242，该臂241和242再包围螺母54的两个销钉部分542和543；销钉元件42包括两个销钉421和422，各个销钉分别插入沿轴线32形成于元件221、241和542以及222、242和543中的孔内。
根据本发明，驱动轴线13基本与销钉轴线31以及销钉轴线32交叉，这意味着驱动轴线13和销钉轴线31之间的距离小于销钉元件42的直径。而且，在优选方法中，驱动轴线13很好地与销钉轴线31或销钉轴线32交叉，或者与销钉轴线31和销钉轴线32都交叉，这意味着所述轴之间的距离将最小，只包括机械处理的普通工差。
在马达12和铰接四边形11之间的连接中，提供了一定的自由度，即，在马达12和铰接四边形11之间至少允许相对运动-甚至允许适度的相对运动。在图1-5所示的实例中，该自由度通过在螺母54(更准确地说螺母的两个销钉部分542和543)和连杆24的翼板241和242之间留下小间隙而获得，因此，螺母54能够沿轴线32的方向运动。该间隙在图4和5的放大图中能够更好地看见，该图4和5表示了螺母54由于前述间隙而可能存在的两个不同位置。在未示出的可选形式中，提供有自由度，且预知螺钉53与驱动轴52不同，并通过万向接头(Hooke’s joint)与它相连。在任何情况下，前述自由度将防止部件之间的较小未对齐产生有害机械应力，该有害机械应力是发生故障或者甚至断裂的潜在根源。
图6-8表示了自行车变速器的另一促动器装置100，该促动器装置100与图1-5的促动器10类似，除了提供有机械保险装置(fuse)。为了简便，只说明促动器100的、与促动器10不同(或者附加)的部件；促动器100的、与促动器10的部件和元件相同的部件和元件将以与前面所用相同的参考标号表示。
螺母54的管形本体541并没有内螺纹，而是有管形衬套545，该管形衬套545有内螺纹，并与马达52的螺钉53啮合。该衬套545强行插入形成于管形本体541中的轴向安装座546中，衬套545的外径和座546的内径仔细选择，从而使得可以将衬套545从座546中取出的力为预定值。在任何情况下，为了保证衬套545不能在座546中旋转，可以使至少一个接触表面有轴向划痕(该划痕只在图8中表示)。
图6和7表示了当沿箭头U进行撞击时(通常在自行车跌倒的情况下发生撞击，促动器装置100安装在该自行车上)，衬套545从座546中退出，从而吸收撞击，这样能保护马达52和促动器的其它元件。因此，在衬套545和座546之间的、具有标准干涉的前述连接构成机械保险装置。应当知道，通过将衬套545放回座546中，能够很容易地重新设置成正确的工作状态。
在未示出的可选方法中，机械保险装置可以包括在马达52和它的支架51之间的、具有标准干涉的连接。该方法并不需要附加零件(例如上述方法的衬套545)，但是另一方面，它需要控制马达52的外部尺寸的结构工差，而这通常是不需要的。
在通过万向接头获得自由度的情况下，另一未示出的可选方法是在驱动轴52或螺钉53的侧部提供有在该接头上的、具有标准干涉的连接。

Claims (17)

1.一种用于自行车变速器的促动器装置(10、100)，它包括：
铰接四边形机构(11)，该铰接四边形机构有通过四个销钉元件(41、42、43、44)按照四个销钉轴(31、32、33、34)而铰接在一起的四个连杆(21、22、23、24)，其中，第一连杆(21)将与自行车车架固定成一体，第二连杆(22)在铰接四边形(11)中与第一连杆(21)相对，并将固定在变速器换档器的支架上；
马达部件(12)，该马达部件有沿驱动轴线(13)的可变长度，并在两个相对销钉元件(41、42)之间起作用，以便使这两个销钉元件彼此接近和离开，从而使该铰接四边形(11)变形；
其特征在于：
驱动轴线(13)与这两个销钉元件(41、42)的销钉轴线(31、32)都基本交叉，驱动部件(12)在这两个销钉元件(41、42)之间起作用。
2.根据权利要求1所述的装置，其中：驱动轴线(13)完全与两个销钉元件(41、42)的至少一个销钉轴(31、32)交叉，驱动部件(12)在这两个销钉元件(41、42)之间起作用。
3.根据权利要求2所述的装置，其中，该马达部件(12)包括：电马达(52)，该电马达装于支架(51)上，该支架安装在第一销钉元件(41)上；螺钉(53)，该螺钉沿着驱动轴线(13)而轴向布置，并通过该电马达(52)而旋转；螺母(54)，该螺母与螺钉(53)啮合，并固定在与第一销钉元件(41)相对的第二销钉元件(42)上，其中，驱动轴线(13)与第二销钉元件(42)的轴线(32)完全交叉。
4.根据权利要求3所述的装置，其中：连杆(21、22、23、24)沿销钉轴(31、32、33、34)方向有较大宽度，从而通过该宽度确定了在铰接四边形(11)中的内部空间，其中，马达部件(12)布置在该内部空间内部。
5.根据权利要求4所述的装置，其中：该螺母(54)包括内部有螺纹的管形本体(541)以及两个销钉部分，这两个销钉部分彼此相对，并垂直于管形本体(541)。
6.根据权利要求5所述的装置，其中：第二销钉元件(42)还包括两个相对销钉(421、422)，每个销钉(421、422)插入形成于连杆(22、23)中的铰接孔内，该连杆(22、23)交汇于第二销钉元件(42)中，并交汇于螺母(54)的销钉部分(542、543)。
7.根据权利要求3所述的装置，其中：连杆(21、22、23、24)沿销钉轴(31、32、33、34)方向有较大宽度，从而通过该宽度确定了在铰接四边形(11)中的内部空间，其中，马达部件(12)布置在该内部空间的外部。
8.根据权利要求3所述的装置，其中：在马达(52)和铰接四边形(11)之间提供有自由度。
9.根据权利要求8所述的装置，其中：该自由度通过间隙提供，该间隙使得螺母(54)能够沿第二销钉元件(42)的轴线(32)方向进行较小移动。
10.根据权利要求8所述的装置，其中：该自由度通过在螺钉(53)和马达(52)之间的万向接头来提供。
11.根据权利要求5所述的装置，其中：螺母(54)的管形本体(54)在其一端(544)封闭，并且它的长度能在马达部件(12)最大收缩时容纳螺钉(53)。
12.根据前述任意一个权利要求所述的装置，还包括：在马达元件(12)和铰接四边形机构(11)之间的连接中的机械保险装置。
13.根据权利要求3和12所述的装置，其中：机械保险装置包括在电马达(52)和它的支架(51)之间的、具有标准干涉的连接，从而只有在超过预定保持应力时才允许进行相对轴向运动。
14.根据权利要求3和12所述的装置，其中：机械保险装置包括在与马达(52)的螺钉(53)啮合的螺纹衬套(545)和在螺母(54)的管形元件(541)中的衬套安装座(546)之间的、具有标准干涉的连接，从而只有在超过预定保持应力时才允许进行相对轴向移动。
15.根据权利要求10和12所述的装置，其中：机械保险装置包括在马达(52)或螺钉(53)中的至少一个和万向接头之间的、具有标准干涉的连接。
16.根据前述任意一个权利要求所述的装置，其中：驱动轴线(13)与两个销钉元件(41、42)的销钉轴线(31、32)都完全交叉，驱动部件(12)在这两个销钉元件之间起作用。
17.根据前述任意一个权利要求所述的装置，其中：该铰接四边形(11)是铰接平行四边形。
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