CN1798681A - 变速机构 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于用于操纵在具有多重链轮齿轮系的车辆上的前及后变速齿轮传动机构钢缆的变速机构的装置及相应方法。该变速器包扩一基本中空的手柄构件(16)，该手柄构件(16)具有在其基本圆柱形表面的镗孔中的第一及第二凸轮引导通路(22)。该第一及第二凸轮从动件优选是位于手柄构件的镗孔内部，分别接合第一及第二手柄引导通路(22)。该第一及第二凸轮从动件(26)耦联至前及后变速齿轮传动机构钢缆(14)，因此手柄的单次旋转同时调整第一及第二凸轮从动件(26)的位置以及前及后变速齿轮传动机构钢缆(14)的位置。

Description

变速机构
技术领域
本发明涉及一种用于在具有多重链轮可变比例动力传动装置中致动变速机构的装置。本发明可在自行车变速机构中具体实施。
背景技术
典型的多速自行车有链传动设备，该链传动设备使踏板驱动的曲柄连接到从动轮上。该链传动设备可有几个具有不同节距直径的前链轮(链环)以及几个具有不同节距直径的后链轮。该前链轮与曲柄连接，并与踏板一起旋转。后链轮是耦联到自行车的从动轮上。一链条将一个前链轮耦联到一个后链轮上。可通过移动链条来选择不同的齿轮比例，以便链条将选定的前链轮耦连到选定的后链轮上。
这种自行车通常具有钢缆致动的前及后变速齿轮传动机构。自行车手可操纵前变速齿轮传动机构以便将链条移动到选定的一个前链轮上。自行车手可操纵后变速齿轮传动机构以便将链条移动到一个选定的后链轮上。
有多种安装于把手的机构，自行车手可使用该安装于把手的机构来操作前及后变速齿轮传动机构，以便实习期望的齿轮比。例如一些自行车在把手两边各安装有一可枢转拉杆。一根拉杆与操作前变速齿轮传动机构的钢缆连接，而另一拉杆与可操作后变速齿轮传动机构的钢缆连接。自行车手通过枢转该拉杆来选定期望的齿轮比。
GRIP SHIFTTM变速机构提供一对安装于把手的轴环。一个轴环是安装于自行车的右把手，而另一轴环是安装于自行车的左把手。一个轴环与操作前变速齿轮传动机构的缆线连接。另一轴环与操作后变速齿轮传动机构的缆线连接。自行车手可以相对于自行车把手旋转轴环来选用期望的齿轮比。
Cirami的美国专利第4,201,095号描述一种自行车变速器，其具有可操作前及后变速齿轮传动机构来获得渐进且经过规划的一系列齿轮比的单个拉杆。Cirami的机构有两个平坦面凸轮。由拉杆的最低至最高传动比位置以连续增量顺序获得中间传动比。Cirami提出一种变速类型，其可避免导致交叉链接的齿轮比。
Ross的美国专利第4,279,174号公开了另一种自行车变速器，其允许自行车手通过操纵单个控制器来操作前及后变速齿轮传动机构。Ross变速器需要两型变速齿轮传动机构：一弹簧偏压的前变速齿轮传动机构以及一“推拉式”后变速齿轮传动机构。Ross变速器构造成可提供渐进变速类型。Ross描述一种变速类型，其中四种变化包含同时变速或移动两个变速齿轮传动机构位置，来提供一系列渐进齿轮比。
Watarai的美国专利第5,577,969号公开了一种用于控制自行车的前及后变速齿轮传动机构的电子装置。自行车手通过操作一拉杆可让装置在不同的齿轮间变换。
Brix的美国专利第1,114,400号说明一种用于调整杆位置的机构，该机构可控制摩托车的点火控制、节流阀、消音器控制及引擎离合器。各个控制杆可独立分别调整。Brix的机构采用两个圆柱形套筒，该套筒与摩托车把手耦联且设置于摩托车把手内部。各个套筒与一个控制杆相关联且于其圆柱形表面具有螺旋凹槽特征。当摩托车手旋转把手时，旋转其中的一个套筒，而防止另一个套筒旋转。凸轮从动件在旋转套筒的螺旋凹槽内行进，造成相关联的控制杆的纵向移动。
Savard的美国专利笫5,970,816号说明一种自行车变速器，其提供一种用于控制前及后变速齿轮传动机构的机构。该机构通过旋转一个手柄而操作。一圆柱形管筒是附着于手柄内端。该管筒在其内面及外面各有一个导轨。来自前及后变速齿轮传动机构的钢缆分别连接至一对凸轮从动件中对应的一个从动件上。凸轮从动件各自在一个导轨中滑动。当管筒旋转时，构件移动变速齿轮传动机构钢缆来选择不同的齿轮比。凸轮从动件及从动件导件在把手外侧布置成彼此靠近。这导致在单个可旋转的手柄内侧上的大型球根状组件。单个制动机构将轴环保持在对应于选定的齿轮比的位置。Savard的机构类似Cirami、Ross等机构，可构造成提供最佳变速类型，其中可避免非期望的或冗余的齿轮组合。类似Savard机构的机构由法国EGS公司以商标SYNCHRO SHIFTTM出售。但SYNCHRO SHIFTTM机构的体积庞大不合需要。其尺寸使得与标准自行车刹车杆不相容。
Socard的美国专利第5,447,475号公开了两种分开的且相当不同的自行车变速机构。该机构提供可避免交叉链接的最佳变速类型。该机构通过钢缆致动，该钢缆连接至安装了把手的变速机构上，该变速机构设置了两个拉杆；一个拉杆用于向上变速，而另一拉杆用于向下变速。该机构包括一凸轮，该凸轮每次变速旋转90度。
Wechsler的美国专利第4,530,678号公开了一种自行车变速机构，其使用具有凸轮从动件的圆柱形凸轮来控制后变速齿轮传动机构。凸轮并入后变速齿轮传动机构中，且具有切于其外表面的凸轮凹槽。第二旋转凸轮用来控制前变速齿轮传动机构。第二凸轮并入前变速齿轮传动机构中。有一钢缆以机械方式连接前及后变速齿轮传动机构，因此当一个变速齿轮传动机构移动时，另一个也跟着移动。Wechsler’s的前变速齿轮传动机构凸轮是成形于为每次连续变速时，前变速齿轮传动机构在大链环与小链环间转换。
Patterson的美国专利笫4,900,291号公开了一种自行车变速机构，其具有旋转手柄致动器凸轮，该凸轮透过钢缆与变速齿轮传动机构耦联。设置分开的独立凸轮来控制前及后变速齿轮传动机构。在各凸轮边缘的凸轮表面毗邻一固定柱。凸轮面具有峰及谷，凸轮面使用钢缆张力来指示变速器。当凸轮旋转时，凸轮纵向滑动。钢缆末端是附着于凸轮。
Ethington的美国专利第5,681,234号公开了“早期自行车的自动传动变速器”，其采用速度传感器及力传感器以及可编程逻辑控制器及两个伺服马达来根据操作条件自动变速自行车的传动。Ethington公开了一种沿上升顺序使用全部齿轮的变速类型。多种速度改变包含前及后变速齿轮传动机构二者的同时变速。
Nier的美国专利第5,803,848号公开了一种变速器系统，其采用于Socard等人使用的相同的变速类型。该系统使用平坦径向凸轮，该凸轮与把手连接且可旋转地安装于把手上。Nier’s的系统组合一个通过机械连杆操作前变速齿轮传动机构的凸轮以及另两个具有节点的凸轮，该具有节点的凸轮可致动电动马达以预定量拉动或释放后变速齿轮传动机构。组合使用三凸轮可获得最佳变速类型。
Lahat的美国专利笫5,865,062号公开了几个控制前及后变速齿轮传动机构来得到最佳变速类型的机构。这些机构显示有两个凸轮面的单个工作缸，以及有单个凸轮面的双缸的几个结构。在所有情况下，凸轮及从动件位于把手外侧。在一些情况下，凸轮及从动件组件安装在单个壳体内，而没有可旋转地安装在把手上。在所有情况下，这些机构是针对同步控制前及后变速齿轮传动机构来实现前及后齿轮的预定顺序组合。
尽管自行车已经有很长的发展历史，且已经提出大量的各种变速机构来用于自行车，但仍然需要有适合用于自行车及其它踏板动力车辆的实用的变速机构。特别需要有允许使用者可选择期望的齿轮比而无需分开控制两个变速机构的变速机构。
发明内容
本发明提供了比值选择机构及相关方法。比值选择机构可用于自行车及其它踏板动力机构。比值选择机构也可用于其它用途，其中齿轮比通过控制两个机构而选定。
本发明的一方面提供一种变速机构。该机构包含可旋转的手柄构件，在手柄构件在其镗孔内部的内表面上具有第一及第二引导通路。第一及第二从动件是组构造成可分别接合第一及第二引导通路，第一及第二钢缆锚件分别耦联第一及第二从动件。手柄构件的旋转可同时调整第一及第二钢缆锚件位置。
第一及第二从动件位于镗孔的相对侧。
第一及第二引导通路可以包括在手柄构件表面上的凹槽。一个或多凹槽可以包括多个在其一侧的凹口，该凹口可位于制动位置。该凹口可方便地设置于控制前变速齿轮传动机构的操作的凹槽中。或者，凹口可设置于控制后变速齿轮传动机构的操作的凹槽中或凹口可分布于控制前及后变速齿轮传动机构的操作的凹槽间。或者，可设置单独的制动机构来将手柄构件对应于选定齿轮比保持在位。
手柄构件可旋转地安装在中空把手上。第一及第二从动件通过穿过把手镗孔延伸的构件而分别耦联第一及第二钢缆锚件。通过该具体实施例，第一及第二从动件可穿过在把手中纵向设置的狭槽延伸。各个从动件可以包含一头部和一颈部，该头部穿过相应的狭槽延伸，该头部比相应的狭槽的颈部宽。该从动件的颈部相对于从动件的头部为细长的。各个狭槽有一放大部，相应的从动件的头部可穿过该狭槽放大部。该放大部位于从动件的正常移动范围外。
手柄构件也可以包括一个或多个基本圆柱形的凸轮构件。该凸轮构件的内侧壁可抵压第一及第二引导通路。该凸轮件可固定在基本为管状的外手柄构件的镗孔内部。第一及第二引导通路包含在一个或多凸轮件表面上的凹槽。该凹槽可穿透一个或多个凸轮构件壁面。
钢缆锚件通过在把手中的纵向布置的额外狭槽而从所述构件中伸出。变速机构可以包括在各个钢缆锚件上的托架。该托架的宽度大于相应的额外狭槽的宽度。
变速机构可组合一种传动机构使用，该传动机构包含：多个前链轮；链条；多个后链轮；钢缆致动的前变速齿轮传动机构，其可以接合链条和前链轮中选定的一个；钢缆致动的后变速齿轮传动机构，其可接合链条与多个后链轮中的一个；第一钢缆，其连接第一钢缆锚件与该前变速齿轮传动机构；以及第二钢缆，其连接第二钢缆锚件与该后变速齿轮传动机构。
手柄构件可旋转地安装在把手上，第一及第二从动件可分别通过在把手中的纵向延伸的凹口中滑动的构件而耦联第一及第二钢缆锚件。
本发明的另一方面提供了一种变速机构，包括：中空把手；安装成可在把手内部纵向移动的构件；钢缆锚件，其通过在把手壁中的狭槽而从该构件凸起；以及致动机构；其耦联成在多个选定的位置间移动该构件。
本发明的另一方面提供了一种自行车，其包含：车架；把手；多个安装于该车架上的前链轮；链条；多个后链轮；钢缆致动的前变速齿轮传动机构，其可接合该链条与前链轮中选定的一个；钢缆致动的后变速齿轮传动机构，其可接合该链条与多个后链轮的一个；第一钢缆，该第一钢缆在其第一端连接前变速齿轮传动机构；第二钢缆，该第二钢缆在其第一端连接后变速齿轮传动机构；以及变速机构。该变速机构包括可旋转地安装在该把手上的手柄构件。该手柄构件在其镗孔的基本圆柱形内面上具有第一及第二引导通路。第一从动件接合第一引导通路，且于其第二端耦联第一钢缆；第二从动件接合该第二引导通路，且于其第二端耦联第二钢缆。手柄构件相对于把手的旋转同时调整前及后变速齿轮传动机构。
本发明的另一方面提供一种沿纵轴控制第一构件以及第二构件的位置的方法。该方法包括在分别环绕该纵轴的第一和第二角度位置将该第一构件及第二构件布置在一手柄的镗孔内部。第一构件及第二构件制成分别接合在该手柄内面的第一引导通路及第二引导通路。该方法也涉及绕纵轴旋转手柄，同时维持基本固定的第一角度位置及第二角度位置。通过该方式，第一构件及第二构件沿纵轴的位置分别由第一引导通路及第二引导通路的形状决定。
该方法也包含调整第一钢缆及第二钢缆的位置，第一钢缆及第二钢缆分别耦联第一构件及第二构件。
下面描述本发明的其它方面和特征及本发明的特定实施例的。
附图说明
附图中，说明本发明的非限制性实施例，
图1为根据本发明的一具体实施例，安装于自行车把手上的变速机构的等角视图。
图2为图1的变速机构的靠近视图；
图3为图1的变速机构的部分切除视图；
图4为图1的变速机构的分解视图；
图5及6为图1的变速机构的平面图；
图5A为图1的变速机构沿图5的平面5A-5A的纵向剖面图；
图6A、6B、6C及6D分别为图1的变速机构沿图6的平面6A-6A、6B-6B、6C-6C及6D-6D的横向剖面图；
图7为图1的变速机构的凸轮缸的等角视图；
图8为图1的部分把手的等角视图；
图8A及8B分别为图8的部分于区域8A及8B中的放大视图；
图9为去除了凸轮从动件的图1的部分把手的放大等角视图；
图9A及9B分别为图9的部分于区域9A及9B中的放大视图；
图10为变速机构的一个具体实施例，钢缆延伸为手柄旋转角的函数的线图；
图11为显示根据本发明的一具体实施例的变速机构的操作的示意图；
图12A为根据本发明的一具体实施例，一变速器的引导通路的视图；以及图12B为图12A的部分引导通路的放大视图；
图13为根据本发明的另一具体实施例的变速器的正视图；以及图13A-13D为贯穿图13的变速机构的剖面图；以及
图14为根据本发明的另一具体实施例的变速器的正视图；以及图14A-14D为贯穿图14的变速机构的剖面图。
具体实施方式
下面描述本发明的具体实施例，其可用于踏板动力装置选择齿轮比。特别是下面描述一种自行车，其具有钢缆致动的前变速齿轮传动机构以及钢缆致动的后变速齿轮传动机构，前变速齿轮传动机构可将一传动链条置于多个前链轮的中选定的一个上，后变速齿轮传动机构可将该传动链条置于多个后链轮中选定的一个上。但本发明并不仅限于该具体实施例。
在本说明书中，编号后接着字母“F”表示与前变速齿轮传动机构相关的元件。编号后接着字母“R”的表示与后变速齿轮传动机构相关的元件。仅有编号通常表示与前及后变速齿轮传动机构都相关的元件。
图1至图3显示安装于自行车把手12上的变速机构10。变速机构10分别通过钢缆14F及14R控制前及后变速齿轮传动机构(图中未显示)。变速机构10可通过旋转手柄16操作。手柄16沿第一角向方向旋转，变速机构10以协同方式移动钢缆14F及14R，因此选定逐渐递增的齿轮比。当手柄16沿与第一角向方向相反的第二角向方向旋转时，变速机构10以协同方式移动钢缆14F及14F，因此选择递减的齿轮比。
手柄16可以弹性材料覆盖。手柄16外侧的形状可适合抓握。例如手柄16外侧可为圆柱形或大致圆柱形。手柄16优选具有不超过约38毫米的直径，因此方便由儿童使用者及成人使用者以一般大小的手掌抓握。手柄16包括凸轮缸20，凸轮缸20耦联成与手柄16一起相对于把手12旋转。凸轮缸20可与手柄16形成一体或可包含分开部件。
凸轮缸20有一镗孔21，镗孔21容纳把手12的一端。凸轮缸20的内端20′是靠压在防止凸轮缸20沿把手12向内侧滑动的表面上。在镗孔21中确定了一对引导通路22。在所示具体实施例中，引导通路22F及22R各包括一凹槽。
于所示具体实施例(参考图4)中，低摩擦塑胶材料例如DelrinTM制成的垫圈23设置于凸轮20的内侧端。垫圈23与凸轮20一起旋转且压靠在壳体23A的平坦面上，壳体23A又压靠刹车柱45，刹车柱45夹到把手12上。垫圈23可防止凸轮20及壳体23A彼此摩擦的位置磨耗，且给凸轮20及壳体23A提供了增大的接触面积。
各钢缆14位置由一对构件24中的一个来控制(参见图5A)，各构件24包括一从动件26。从动件26分别与相应的引导通路22接合。构件24相对于把手12位于固定圆周位置，但可沿纵向方向自由前进。当手柄16相对于把手12旋转时，从动件26使构件24沿箭头27F及27R指示的纵向方向移动。在所示具体实施例中，从动件26包含销，销伸进相应的引导通路22的凹槽内部。从动件26为圆柱形，从动件26的直径是略小于其伸入的凹槽宽度。如第6C图最清楚地显示，从动件26的径向最外端可弯曲以便与引导通路22的底部曲线一致。这使得从动件26与引导通路22表面间的接触面积加大。
各钢缆14耦联至对应的一个构件24。在所示具体实施例中，各构件24有一钢缆锚件28，其容纳一个钢缆14。
钢缆14通过任一种用于将钢缆附着到钢缆锚件上的适当装置来附着到钢缆锚件28上。在图8及图9的具体实施例中，各钢缆14穿过相应钢缆锚件28的孔口29。钢缆14有不能穿过孔口29的放大部30(参见图4)。其它装置也可用来将钢缆14附着于钢缆锚件28。例如具有放大端部的钢缆14可通过在钢缆锚件中的狭槽；或可在钢缆锚件上设置一机械夹具来保持钢缆。
各钢缆14在鞘套32内运动。可通过一调整螺帽34来调节钢缆14相对于鞘套32的位置，该调整螺帽34与钢缆引导件35可调节地接合。钢缆引导件35可以通过例如夹紧而附着于把手12。在所示具体实施例中，钢缆导管35未固定在把手12上。钢缆引导件35通过钢缆14保持在位，钢缆14通过凸轮从动件22保持在位。允许钢缆引导件35略微浮动使得变速机构10可以移动，这样变速机构10可吸收一些冲击不会造成损坏。钢缆14的张力将钢缆引导件35紧密地抵靠在刹车柱45上。设置盖36(参考图2)来保护钢缆锚件28，且避免尘土及其它污染物接触变速机构。
构件24是构造成移动时不会彼此互相干扰。这可通过将构件24沿圆周方向间隔开而实现。如图所示，构件24可彼此相对，或可环绕把手12的圆周更加紧密地间隔开。例如构件24可彼此圆周间隔90度或一些其它角度。
如图8所示，构件24位于把手12内侧。从动件26通过把手12的狭槽33向外伸出。如图8A及图9A所示，各个从动件26包含一头部37，该头部37比相应的狭槽33更宽；以及包含一颈部38，该颈部38经过相应的狭槽33。如具体实施例所示，颈部38相对于头部37可为细长。狭槽33可以有放大部33′，头部37可通过该放大部。所示构造确保从动件26与导槽面22完全接合。放大部33′优选是位在离开引导通路22提供的正常移动范围的短距离处，以便让从动件36的头部37于正常操作期间不会遇到放大部33′。
钢缆锚件28也伸过把手12的狭槽39。在所示具体实施例中，托架40安装到各钢缆锚件28上。托架40构造成容纳钢缆14的放大端30。托架40比狭槽39更宽并防止钢缆锚件28沿径向方向向内滑过狭槽39。托架40将钢缆锚件28保持在位，因此钢缆14被支承，因此当变速机构10操作时，钢缆14不会在调整螺丝34和钢缆引导件35的镗孔内的表面上过度摩擦。由于各钢缆14通过托架40中的孔以及钢缆锚件28中的孔，所以当钢缆14处于张紧状态下时，钢缆14可将托架40与钢缆锚件28保持在一起。因此从动件构件24被局限成只沿纵向方向移动。托架40对于变速机构10的操作不是必需的。
引导通路22跟随沿控制前及后变速齿轮传动机构(或其它变速机构)所需的纵向方向移动从动件26，接着移动钢缆14的轨迹，从而当手柄16旋转通过其移动范围时可切换通过一序列齿轮比。对手柄16的给定旋转，构件24的纵向行进取决于所讨论的区域的引导通路22的螺旋斜率(亦即每一旋转单位的纵向位移)决定。若引导通路22的特定角区域是大致圆周方向(即在螺旋斜度相对较低的区域)延伸，则当从动件26位于该特定角区域时，手柄16的旋转会引起相应构件24的极小的或没有纵向移动。相反地，如果从动件26在该处引导通路22有较大螺旋斜率的角区域，则手柄16的旋转将造成相应构件24较大的纵向移动。前及后引导通路22通常形成为彼此有不同的形状。因此，手柄16旋转通过一定角度范围，造成构件24F与构件24R移动通过不同距离和/或沿不同方向移动。
所示具体实施例中，引导通路22是成形为当手柄16位于多个不连续的角度位置中的任一位置时，钢缆14定位成提供对应该角度位置的特定齿轮比。
变速机构10优选包括一制动机构，从而当手柄16位于这些不连续的角度位置中的一个时，沿任一角度方向旋转手柄16有一些阻力。在优选具体实施例中，至少一钢缆14是维持于张紧状态下，且相应的一个引导通路20有沿着该引导通路的方向布置的多个凹口41。凹口41的所在位置使得当手柄16位于多个不连续的角度位置中的一个时，从动件26接合凹口中的一个。凹口41成形为如果手柄16沿任一角度方向旋转时，从动件26必须移动来拉动相应的钢缆。钢缆14是通过弹簧或其它偏压元件(图中未显示)而维持于张紧条件下。偏压元件可为相应的前及后变速齿轮传动机构的部件、或其它由钢缆14所操作的变速机构的部件。目前的前及后变速齿轮传动元件通常包括作为偏压元件的弹簧。在变速装置10的机构内部可存在单独的制动机构。在本发明的所示实施例并不需要分单独的制动机构。
变速装置10可制作成极为紧凑。如图2所示，变速机构10可足够紧凑而不会干扰通常自行车刹车杆44的使用。如图3所示，支承刹车杆44的柱45可与变速装置10形成一体。柱45可以是标准刹车夹具的一部分。
自行车理论上可使用多种不同的齿轮比。例如有3个前链轮及8个后链轮的自行车理论上应该有3×8＝24种不同的齿轮比。采用传统的变速器，通常可以得到所有可能的齿轮比。实际上，并非所有前链轮与后链轮的组合都适合使用。多种可能的齿轮组合提供了冗余的齿轮比和/或导致严重的交叉链接情况。需要避免“交叉链接”。交叉链接例如出现于链条接合于最大前链轮及最大后链轮(或最小前链轮及最小后链轮)时。此外，一些不同的前链轮与后链轮组合通常提供了极为类似的齿轮比。用于一组指定的前链轮及后链轮，通常有一组可提供最佳变速类型的成对的前链轮及后链轮。例如，表1显示用于具有3个前链轮(分别有28、38及48齿)以及8个后链轮(分别有11、12、15、17、20、23、26及30齿)的自行车的齿轮比。
                       表I齿轮比
  齿(前-后)   比值   包括   备注
  28-30   0.93   Y   1-最低齿轮
  28-26   1.08   Y   2
  28-23   1.22   Y   3
  38-30   1.27   N   交叉链接
  28-20   1.4   Y   4
  38-26   1.46   N   交叉链接
  48-30   1.6   N   交叉链接
  38-23   1.65   Y   5
  28-17   1.65   N   交叉链接
  48-26   1.85   N   交叉链接
  28-15   1.87   N   交叉链接
  38-20   1.9   Y   6
  48-23   2.09   N   交叉链接
  28-13   2.15   N   交叉链接
  38-17   2.24   Y   7
  48-20   2.40   N   交叉链接
  38-15   2.53   Y   8
  28-11   2.55   N   交叉链接
  48-17   2.82   Y   9
  38-13   2.92   N   交叉链接
  48-15   3.2   Y   10
  38-11   3.45   N   交叉链接
  48-13   3.69   Y   11
  48-11   4.36   Y   12-最高齿轮
如表I“包括”栏所示，通过删除具有不需要的的交叉链接的前-后链轮对、以及提供的齿轮比类似其它前后链轮对提供的齿轮比的前-后链轮对，可获得一系列表示所需的变速类型的前-后链轮对。所得最佳变速类型具有较少数量齿轮比。例如表I的变速类型包括24种可能的前-后链轮对中的12种。引导通路22可以成形为提供最佳变速类型，例如表I所示变速类型，其中沿一个角度方向连续旋转手柄16，渐进操作钢缆14以顺序选择包含在最佳变速类型中的的成对链轮。
图10为表示用于手柄16的给定旋转角(θ)的钢缆14F和14R的纵向位移(x)的图。图10显示用于3×7种组配状态(其中使用21种可能的齿轮组合中的11种)的最佳变速类型。由图10可知，手柄16的不连续的角度位置不需要彼此间隔相等角度。由图10也可知，引导通路22可以环绕手柄16延伸超过360度，因此为了移动通过引导通路22所提供的整个范围，手柄16需要旋转超过一个完整的转圈。
转动手柄16所需扭矩随着钢缆14的张力而增加，以及随着钢缆14为了手柄16旋转指定角度(θ)(亦即引导通路22的螺旋斜度)而被拉过的位移(x)增加。各个组成元件间的摩擦力也影响所需扭矩。通常当两根钢缆14都被拉动时，使用者在不连续的角度位置间变速所需作的功较大(例如当前及后变速齿轮传动机构都将链条移动至最大链轮的变速，该种变速例如为表I及图10所示的变速系列中第8齿轮比与第9齿轮比之间的变速，其中由38-15链轮对变速至48-17链轮对)。使用者必需施加来做出此种困难变速的扭矩可通过成形引导通路22来减少，这样当进行该种困难的变速时，手柄16旋转过的旋转角(θ)比需要较少机械功即可完成的变速时手柄16所旋转过的旋转角更大。该种引导通路22的形状在图10由具有较低相对斜度的线表示。相反地，引导通路22可成形为当需要较少作功的变速时，手柄16旋转通过较小角度。该种在不连续的角度位置间的旋转角的变化使得引导通路22有多种螺旋斜度，根据所需作功量，该螺旋斜度范围从较为平缓到较不平缓。
本发明的一些具体实施例中，引导通路22是成形为当从动件26经过引导通路22位于相邻的不连续角度位置之间的部分时，从动件26沿纵向方向的移动距离不超过0.06毫米每手柄16旋转角度。在一些实施例中，从动件的移动在整个变速过程中平均不超过0.03毫米每旋转角度。
图11显示本发明的一个特定实施例，其中前变速齿轮传动机构60F是由钢缆14F控制，以及后变速齿轮传动机构60R是由钢缆14R控制。通过将前变速齿轮传动机构60F设置于其位置FD-1、FD-2、及FD-3中的一个对应位置，链条61可接合前链轮FS-1、FS-2及FS-3中选定的一个链轮。类似的，后变速齿轮传动机构60R有多个位置RD-1至RD-7，其将链条设置于后锭轮RS-1至RS-7中的相应的一个链轮上。
使用者施加来旋转手柄16的扭矩可进一步通过在引导通路22控制变速(包含前及后变速齿轮传动机构位置改变)的部分调整该部分引导通路22的形状加以控制。如图12A及12B所示，引导通路22构造成在该变速时一次只移动一个变速齿轮传动机构。角向部分65对应于一次变速，其中引导通路22F变速前变速齿轮传动机构60F(参考图11)，以及引导通路22R变速后变速齿轮传动机构60R(参考图11)。由图12B最清楚显示，在角向部分65的第一部分66中，引导通路22R改变角度，故后变速齿轮传动机构60R变速，而引导通路22F不具有斜度，故前变速齿轮传动机构60F不会变速。在角向部分65的第二部分67中，引导通路22F改变角度，故前变速齿轮传动机构60F变速，而引导通路22R不具有斜度，故后变速齿轮传动机构60R不会变速。
若干特殊变速包含改变前及后变速齿轮传动机构的位置。例如如图10及11所示，笫4齿轮比与笫5齿轮比间以及第8齿轮比与第9齿轮比间的变速包含改变前变速齿轮传动机构60F及后变速齿轮传动机构60R的位置。本发明的一些实施例中，该多重变速齿轮传动机构变速可能包含移动一个变速齿轮传动机构，然后再移动另一个变速齿轮传动机构。例如当从第4齿轮比转换至第5齿轮比时，引导通路22R及22F可成形为让后变速齿轮传动机构60R先移动，这样链条61由第4后链轮(RS-4)移动至较大的第3后链轮(RS-3)；以及接着前变速齿轮传动机构60F移动，这样链条61由第一前链轮(FS-1)移动至较大的第二前链轮(FS-2)。当由第5齿轮比朝向笫4齿轮比向下变速时，前变速齿轮传动机构60F及后变速齿轮传动机构60R的移动顺序颠倒。其它多重变速齿轮传动机构变速可以类似方式实施，因此让一个变速齿轮传动机构在另一之前移动。
可以理解前述具体实施例提供了可以在紧凑的崎岖的单元中制作的自行车变速器。有助于将变速机构10制作成紧凑的一个特征为钢缆锚件28相对于刹车柱45定位于内侧，而凸轮缸20及从动件26相对于刹车柱45是位于外侧。凸轮从动件24在刹车柱45的法向镗孔内部沿纵向方向移动。
虽然已经参照示意实施例说明本发明，但本发明并非因限于此处所述具体实施例。前述公开对于本领域技术人员是显而易见的，在不背离本发明的主旨及范围下可以对本发明的实施例做出多种变化及修改。例如：
·根据本发明的变速机构可用于控制“推拉式”变速齿轮传动机构；
·本发明可用于选择除了自行车传动以外的传动比。本发明可应用于踏板动力车辆，例如踏板动力三轮车、踏板车、踏板动力水艇等。本发明可应用于在其它装置种选择齿轮比，其它装置包括手柄及合适的可变比例动力传动装置；
·变速齿轮传动机构以外的其它变速机构可通过变速齿轮机构控制。例如根据本发明的变速齿轮机构可用来在一传动机构中选择传动比，该传动机构包括一前或后变速齿轮传动机构以及在从动轮毂内部的可变比例齿轮系；
·使用额外引导通路22以及相关耦联至第三钢缆，根据本发明的变速机构可用来于有三个变速机构的传动机构中选定齿轮比。例如，一传动机构具有前及后变速齿轮传动机构以及在从动轮毂内部的额外可变比例齿轮系；
·虽然附图显示的变速机构10与右手柄相关联，但根据本发明的变速机构也可与左手柄相关联，或未安装在把手上的手柄相关联；
·各齿轮选择机构的不连续的角度位置的数目可改变(亦即于所示具体实施例中，前及后链轮数目可改变)；以及
·特定齿轮比的选择对本发明并不是必需的。使用的齿轮比优选是可提供最佳变速类型。对任何变速齿轮传动系统决定最佳变速类型相当简单，将齿轮比以升序排列，选出可最小化交叉链接的顺序。这对本领域技术人员而言并不困难，是任一种一体变速器设计显而易见的起点。
·构件24不是位于把手镗孔内部，而是在例如图13所示的把手的外表面上的纵向凹槽70中滑动。或者，把手12可以包括平坦面70A，构件24可以在该平坦面上滑动，如图14所示。
根据本发明的变速器不是使用钢缆14来控制变速齿轮传动机构的操作，而是包含液力机构或气压机构，该液力机构或气压机构对应于从动件26的移动来控制变速装置例如变速齿轮传动机构的操作。
由此，本发明的范围是由如下权利要求所界定。

Claims (34)

1.一种变速机构，包括：
可旋转的手柄构件，该手柄构件在其镗孔内部的内表面上具有第一及第二引导通路；
第一及第二从动件，该第一及第二从动件分别与第一及第二引导通路接合；以及
第一及第二锚件，该第一及第二锚件分别与该第一及第二从动件耦联；
其中，该手柄构件的旋转可同时调节该第一及第二锚件的位置。
2.如权利要求1所述的变速机构，其中，该第一及第二从动件位于所述镗孔的相对侧。
3.如权利要求1所述的变速机构，其中，该第一及第二从动件环绕镗孔圆周隔开少于180度。
4.如权利要求1所述的变速机构，其中，该第一及第二引导通路包括在所述手柄构件的内表面上的凹槽。
5.如权利要求4所述的变速机构，其中，该第一及第二引导通路各具有超过360度的角度范围。
6.如权利要求1所述的变速机构，其中，所述手柄构件可旋转地安装在一把手上，且所述手柄构件的镗孔直径大于把手直径。
7.如权利要求4所述的变速机构，其中，所述手柄构件可旋转地安装在一中空把手上，且所述第一及第二从动件通过穿过该把手的镗孔延伸的构件而分别与第一及第二锚件耦联。
8.如权利要求7所述的变速机构，其中，所述第一及第二从动件穿过在该把手中纵向布置的狭槽延伸。
9.如权利要求8所述的变速机构，其中，各个从动件包括一头部和一颈部，该头部比所述狭槽中相应的一个狭槽宽，该颈部通过该相应的狭槽。
10.如权利要求9所述的变速机构，其中，该从动件的颈部相对于该从动件的头部是细长的。
11.如权利要求9所述的变速机构，其中，各所述狭槽有一放大部分，相应的从动件的头部可通过该放大部分。
12.如权利要求4所述的变速机构，其中，所述第一及第二从动件在安装于该把手上的一刹车柱的外侧，该第一及第二锚件在该刹车柱的内侧。
13.如权利要求1所述的变速机构，其中，所述手柄构件包括一个或多个基本圆柱形的凸轮构件，该凸轮构件具有压靠该第一及第二引导通路的壁面，且该凸轮构件固定在基本管形的外手柄构件的镗孔内。
14.如权利要求13所述的变速机构，其中，该第一及第二引导通路包括在一个或多个凸轮构件表面上的凹槽。
15.如权利要求14所述的变速机构，其中，所述凹槽穿透一个或多个凸轮构件的壁面。
16.如权利要求1所述的变速机构，其中，所述手柄构件可旋转地安装在一把手上，且所述第一及第二从动件穿过在该把手的壁面中纵向布置的狭槽延伸。
17.如权利要求16所述的变速机构，其中，所述把手为中空的，且所述第一及第二从动件分别通过穿过把手的镗孔延伸的构件而与所述第一及第二锚件耦联。
18.如权利要求17所述的变速机构，其中，所述第一及第二从动件在安装于该把手的一刹车柱的外侧，所述第一及第二锚件在该刹车柱的内侧。
19.如权利要求17所述的变速机构，其中，各个从动件包括一头部和一颈部，该头部比所述狭槽中相应的一个狭槽宽，该颈部通过该相应的狭槽。
20.如权利要求19所述的变速机构，其中，所述从动件的颈部相对于所述从动件的头部是细长的。
21.如权利要求19所述的变速机构，其中，各所述狭槽有一放大部分，相应的从动件的头部可通过该放大部分。
22.如权利要求8所述的变速机构，其中，所述锚件通过在所述把手中纵向布置的额外狭槽而从所述构件中伸出。
23.如权利要求22所述的变速机构，其中，该变速机构包括在各个锚件上的托架，该托架的宽度大于相应的额外狭槽的宽度。
24.如权利要求1所述的变速机构，该变速机构组合一种传动机构，该传动机构包括：
多个前链轮；
链条；
多个后链轮；
前变速齿轮传动机构，其可接合该链条与前链轮中的选定的一个链轮；
后变速齿轮传动机构，其可接合该链条与多个后链轮中的一个链轮；
第一连接机构，其耦联该第一锚件和该前变速齿轮传动机构；以及
第二连接机构，其连接该第二锚件和该后变速齿轮传动机构。
25.如权利要求24所述的变速机构与传动机构的组合，其中，该锚件包括钢缆锚件，该第一及第二连接机构分别包括：
第一钢缆，其连接该第一钢缆锚件和该前变速齿轮传动机构；以及
第二钢缆，其连接该第二钢缆锚件和该后变速齿轮传动机构。
26.如权利要求24所述的变速机构与传动机构的组合，其中，该第一及第二连接机构中的至少一个包括液压联杆，该液压联杆连接成可对应于所述锚件中相应的一个锚件的运动来操作变速齿轮传动机构中的相应的一个。
27.如权利要求24所述的变速机构与传动机构的组合，其中该第一及第二连接机构中的至少一个包括一气动联杆，该气动联杆连接成可对应于所述锚件中相应的一个锚件的运动来操作变速齿轮传动机构中的相应的一个。
28.如权利要求4所述的变速机构，其中，所述凹槽中的至少一个包括在其一侧的多个凹口，该凹口位于制动位置。
29.如权利要求1所述的变速机构，其中，该手柄构件可旋转地安装在一把手上，该第一及第二从动件分别通过在该把手中纵向延伸的凹部中滑动的构件而与第一及第二锚件耦联。
30.如权利要求1所述的变速机构，其中，所述手柄构件可旋转地安装在一把手上，该把手包括纵向延伸的平坦部，所述第一及第二从动件通过在该平坦部与该手柄构件间延伸的构件而分别与第一及第二锚件耦联。
31.一种变速机构，包括：
中空把手；
构件，该构件安装成在该把手内部纵向运动；
钢缆锚件，该钢缆锚件经过在该把手壁面中的狭槽而从该构件伸出；以及
致动机构，该致动机构耦联成在多数个选定的位置间纵向移动该构件。
32.一种自行车，包括：
框架；
把手；
多个安装到该框架上的前链轮；
链条；
多个后链轮；
钢缆致动的前变速齿轮传动机构，其可接合所述链条与所述前链轮中选定的一个；
钢缆致动的后变速齿轮传动机构，其可接合所述链条与所述多个后链轮中的一个；
第一钢缆，该第一钢缆在其第一端与该前变速齿轮传动机构连接；
第二钢缆，该第二钢缆在其第一端与该后变速齿轮传动机构连接；以及
变速机构，该变速机构包括：
手柄构件，该手柄构件可旋转地安装在该把手上，该手柄构件在其镗孔的基本圆柱形内表面上具有第一及第二引导通路；
第一从动件，其与该第一引导通路接合，并在其第二端与该第一钢缆耦联；以及
第二从动件，其与该第二引导通路接合，并在其第二端与该第二钢缆耦联，
其中，该手柄构件相对于该把手的旋转可同时调整前及后变速齿轮传动机构。
33.一种控制第一构件和第二构件沿纵轴的位置的方法，包括：
在分别环绕该纵轴的第一和第二角度位置将该第一构件及第二构件布置在一手柄的镗孔内部，这样该第一构件及第二构件分别与在该手柄表面的第一引导通路及第二引导通路接合；
维持该基本固定的第一和第二角度位置；以及
以如下方式绕该纵轴旋转该手柄，使得第一构件及第二构件沿纵轴的位置分别由第一引导通路及第二引导通路的形状独立确定。
34.如权利要求33所述的方法，包括：调整分别与该第一构件及第二构件耦联的该第一钢缆及第二钢缆的位置。
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