TW201333349A - 自行車單作用換檔裝置及其單向控制機構 - Google Patents

Abstract

本發明係提供一自行車單作用齒輪換檔裝置12包含一個前或後變速器10、20，耦合到僅有一個單作用連接器110、120作用的引導棘輪機構13上，且這一單作用連接器連接至上述引導棘輪機構13，並由帶可選多功能單向控制單元15的單向控制機構30進行操作。上述引導棘輪機構13可以進行移動，意味著每個變速檔位的變速器導板102、202可以擁有多個預定運動穩定位置，且包含棘齒輪1和棘爪系統。上述單向控制機構15包含與唯一單作用連接器110、120並聯的可選單向控制單元30，以便通過長效驅動分支回路115、123進行任意操作，這一回路可以採用推動的液壓回路115、115'、115”，或採用拉拔的撓性導線123、123'和導管124。

Description

自行車單作用換檔裝置及其單向控制機構

當前發明是一種用於鏈條傳動系統地自行車單作用換檔裝置，結合多種齒圈或鏈輪，以獲取不同的齒輪比。它包括耦合到由一個引導裝置的變速器，並通過使後變速器的鏈條從一個鏈輪轉換到另一個鏈輪，或使前變速器的鏈條從一個轉換到另一個齒盤，由單向控制機構驅動實現換檔。

大部分自行車使用一個鏈條傳動系統，其中踏板力通過連接在曲柄上的齒盤傳輸至連接在後輪的飛輪。通常後輪上有一組飛輪，這組飛輪與曲柄上的多個齒盤相結合，以獲得廣泛的齒輪速比。換檔裝置用於切換車輪不同曲柄和/或鏈輪之間的鏈條。

自行車上將鏈條從一個鏈輪切換至另一個鏈輪的機構稱為後變速器，而將鏈條在不同齒盤之間切換的機構稱為前變速器。後變速器作用於鏈條的非驅動部分，因其包括兩個功能：首先，切換後鏈輪之間的鏈條，其次，確保鏈條沒有鬆動。為了達成第二個保持鏈條張力的目標，後變速器需要通過帶多個滑輪和至少一個彈簧的導板拉動鏈條的缺失部分。否則，這兩種變速器工作原理一樣：有一個浮動鏈籠或導板，根據騎自行車者控制換檔桿進行橫向運動。

後變速器的控制位置數與後輪附著的飛輪數一樣多，但前變速器並以一定遵循此標準，因為有時同一個齒盤關聯不同的變速器位置，以避免十字鏈在摩擦時產生噪音，如使用外齒盤和內飛輪時。使自行車鏈條在不同飛輪間移動的有效機械裝置稱為後變速器，但在西班牙通常稱為“換擋”。

支撐上述浮動導板需要可移動部件，其通常作為一個平行四邊形結構的搖臂，包含兩個平行的半搖臂，形成導板的軸承結構。換檔動 作對可移動部件和上述導板的橫向位移產生一個動作，通常是轉動。

在先前技術中，利用Bowden拉線手動操作變速器非常常見。在這些拉線換檔系統中，主彈簧推動可移動部件在第一方向上移動，直至其工作範圍的一端，而拉線則作用與第一方向相反的方向上，以確定變速器嚙合齒輪的工作位置。為了能夠進行拆卸且保持齒輪的不同位置，引導棘輪機構連接至常用的手把的換檔桿上。這些引導棘輪機構基本的元件包括：基座構件，用於支撐確定變速器工作位置的棘齒輪；滑輪，連接至上述棘齒輪以便向上拉動拉線；鎖定組件，用於固定棘齒輪相對於主彈簧作用力的位置，彈簧位於變速器拉線的另一端；以及驅動元件，鏈結在第一個換檔桿上，並向棘齒輪偏置。上述驅動元件推動棘齒輪拉線，從而使變速器導板在上述第二方向上移動。此驅動元件由於釋放元件在上述第一換檔桿回到靜止位置時分離。

上述棘齒輪通常作為完全或部分齒輪。鎖定組件和棘齒輪的輪齒形狀能夠讓車輪在上述方向自由轉動，與主彈簧的作用力相反。此外，為了使棘齒輪在第一方向上轉動，必須讓換檔桿控制推出元件，或釋放鎖定元件以便嚙合下一個棘齒輪的輪齒。控制推出元件的換檔桿可能在雙作用控制裝置作為第二個換檔桿，或在但單作用控制裝置中用作上述的第一個換檔桿，即單換檔桿。有很多份檔已經說明這些功能，例如Shimano EP0485955中的雙作用操作，或Armstrong US3972247中的單作用操作。

此外，必須一提的是在替換方案中，雙作用棘齒輪並不用作車輪，而是用作一個線性齒輪元件，如檔US2008115616中的說明，引導機構已被連接至車版上的換檔桿。

自行車配備至少一個連接前後變速器的接合，使車把能夠轉動，還配備至少一個其他接頭，其拉鏈片功能作用於後變速器。如此配置，使拉伸的變速線需要靈活的導管提供支援。需要讓拉線承受張力，無論何種導管形狀，都盡可能地固定在換檔裝置和變速器。

但是導管和變速線並不精確，一方面是由於變速線/導管設置在拉壓下出現彈性形變，另一方面是由於變速線和其導管之間存在空隙、受磨損、潤滑狀態和污垢的影響，在裝配過程中該空隙大小也各不相同。此外，由於其操作精度，以及在保護上述所有拉線工作壽命期，內鋼 索的剛度是一個重要參數。因此，拉線穿過滑輪，並適當彎曲以符合所使用的元件，其內鋼索遭到永久變形，從而改變了其在工作方向上的剛度，使得性能精度降低。

所以在通過Bowden拉線連接至變速器的換檔桿上使用引導機構的換檔系統缺乏精確度。

值得一提的是，多份檔提到了車把控制解決方案，但這些變速器方案是通過液壓回路實現的，而不是拉線。例如Shimano US2007163378A1的雙作用換檔控制。

此外，DE19514267A1描述了一種雙作用液壓換檔系統，帶一個耦合到變速器的引導機構，但沒有採用上述那樣的棘輪機構，同Acros公司及其山地車雙作用A-GE系統相似。

另一方面，在近期的賽車和高端自行車中，也有電池供電並用CPU控制的電子變速器，例如檔EP1832504中的系統。通過這些系統，我們可以獲得非常優異的性能，但重量，尤其是價格，非常具有挑戰。日常使用時，它們還會帶來其他缺點，例如忘記充電或由於不良防水性造成的故障。

上述發明的背景是阿姆斯壯的US3972247，其中提出在一個優選方案中，一個Bowden拉線換檔系統中的變速器作為響應單一換檔桿的單向運動。這樣一來，桿的短衝程將改變變速器在上述第一方向的位置，而長衝程中，上述桿將移動相反方向的變速器，並通過主彈簧載入，同時將導板移動一個預設的距離，以便切換到相應的鏈輪鏈或齒盤。單作用操作被SRAM EP1698550成功採用。在這兩個檔中的引導機構已連接控制桿，包括位於車把上的換檔裝置。

在上述US3972247中，阿姆斯壯也曾考慮過放置一個引導棘輪機構連接到變速器上，增加操作準確性、避免常見鬆動和Bowden拉線系統紊亂。但是，這種替換方案並沒有最終成形為產品。

阿姆斯壯披露的另一個替換方案是考慮增添引導棘輪機構，將其基座構件連接至自行車車架換檔桿和變速器的中間位置，並用Bowden拉線連接。

後兩個示例基本採用了相同的單作用引導棘輪機構，其元件 包括上述的常見元件：主彈簧、棘齒輪、鎖定組件等，和以及咬合驅動組件的作用構件。上述驅動組件在上述作用構件由單一換檔桿控制時，咬合棘齒輪。上述引導棘輪機構的基本特點是，無論是作用構件或驅動元件都帶有推出元件，用於釋放鎖定元件，因此無需第二個換檔桿。

在作用構件開始按照第二方向產生位移的初期(對應換檔桿位移範圍的初期)，以及驅動組件咬合棘齒輪之前，上述推出元件釋放鎖定元件，並分離先前固定的棘齒輪。於是，主彈簧移動的棘齒輪按照上述第一方向，即向後的方向，向驅動組件移動，並等待換檔桿重新接合鎖定組件。當單換檔桿向下移動較短距離時，此棘齒輪會在第一方向上移動，嚙合之後的齒輪，或當單換檔桿向上移動較長距離時，在上述第二方向上移動，嚙合之後的一個或多個齒輪。

為了控制引導棘輪機構，騎行者通常握住位於車把上的變速裝置，如果是手動系統則轉動變速手把，如果是電子系統則按下按鈕。左手控制前變速器，右手控制後變速器。這些桿裝置或按鈕通常裝在順手位置以達到安全性和有效性。因此，它們一般耦合了制動桿，如果是公路賽車，則裝於制動拉線的同一導管組，這樣一組封裝的操作部件對應兩隻手，包括一個制動桿和一個換檔桿。

但是計時賽中的自行車(通常出現在三項全能運動中)，其手把包含兩個用於抓握的分區：第一個是原始轉向支撐，其雙手握在牛角形把手上的末端(稱之為把基)；另一個則是把手的前部延伸，連接了把基區域的中央，讓騎行者在氣動位置時能夠抓握。在這種情況下，刹車把位於牛角形把橫的兩端，因為此處穩定性最強且握把控制最佳；而手動變速通常在延伸把上進行，因為這是符合氣動力學性能的自然握把處。在這裏，電子系統更有優勢，因為它們能夠為一個驅動提供多個按鈕，從而實現在兩個抓握區域內進行換檔，進而在比賽中提供更高的安全性和效率性。

本發明旨在整體提升自行車的換檔系統，對運行精度、價格、維護、可靠性、安全性、成本效益和重量減輕等方面產生積極影響。因此，我們提出了一種“單作用換檔裝置”，由“單向控制機構”驅動。

上述單作用換檔裝置包含一個變速器(前或後)，並耦合了引導棘輪機構，該機構受控於連接上述引導棘輪機構的單一單作用連接器。

上述單向控制機構包含一個或多個單向把手控制單元，每個單元都含有一個單換檔桿，並耦合有單作用主連接器和單作用驅動回路。

首先來瞭解一下上述單作用換檔裝置。

上述變速器包含：變速箱、可移動部件和鏈條導軌或浮動導板。變速箱負責支撐承載上述導板的可移動部件。

上述單作用引導棘輪機構包含基座構件，用於咬合棘齒輪，以及鎖定元件和驅動元件，用於按順序鎖定和釋放棘齒輪位置。通過主彈簧，棘齒輪在第一個方向上受到偏置，直到其位移範圍的末端；相反，鎖定組件反作用與棘齒輪，從而阻礙上述第一方向上的移動。上述棘齒輪機械連接至變速器的可移動部件，以便確定導板相對於不同檔位的位置。此外，上述驅動元件位於作用構件之上，從而能夠在第一方向上相對於棘齒輪進行移動，而在相反的第二方向上，由於上述單作用連接器的驅動，能夠進行機械耦合從而控制單作用引導棘輪機構。此外推出組件也受上述作用構件驅動，以便將鎖定組件在每次換檔動作的初期從其鎖定位置釋放，即作用構件完全向前位移，被稱為彈出範圍。

其次，上述單向控制機構可能包含多個單向把手控制單元，這些單元通過單作用驅動分支回路並聯連接至上述自行車換檔裝置，並由液壓或Bowden拉線組件控制，用自行車換檔裝置的單作用連接器連接上述單向把手控制單元。

每個單向控制單元包含一個單換檔桿或按鈕，並耦合了單作用主連接器。上述單換檔桿只能作用於回應單向移動，因此其短衝程可以讓變速器的導板產生向下的位移，長衝程則可以產生向上的位移。

此外，每個上述單向控制單元還可以集成在一個把手殼體中，制動桿緊鄰換檔桿；因此一個單元對應一隻手，包括制動控制桿和變速器控制桿。

因此，在推薦方案中，建議液壓單作用換檔裝置帶液壓單向控制機構，並可能配備多個單向把手控制單元，以便隨意操作同一個變速器和液壓單作用驅動分支回路。在這種情況中，上述單作用從動連接器包 括一個液壓從動活塞和主缸。每個上述控制單元通常位於車把上，由單向單一換檔組成，並耦合了一個由液壓主活塞和主缸的主連接器。為了控制單作用驅動回路，換檔桿控制主缸內的活塞，因此推動液壓油進入回路，從而將動力傳輸至單一單作用連接器。

在替換方案中，自行車換檔裝置帶有拉線單向控制機構，包括拉線單作用驅動分支回路和多個單向控制單元，來分別控制一個變速器。這一排佈方式與自行車越野賽中廣泛使用的制動桿相似。上述單作用從動連接器包括一個拉線滑輪或環形連接桿。每個上述控制單元通常位於車把上，由單向單一換檔組成，以便拉動拉線，耦合一個由拉線主滑輪的單作用主連接器。

在上述拉線方案中，與液壓方案相比，單向控制機構摩擦更大、維護更多，且在連接分支拉線時無法提供更優秀的解決方案。但有意思的是，它依然是自行車行業最為普遍的技術，大概是因為價格便宜。

當前發明的一個基本要素是採用多個控制單元來個別控制同一個自行車換檔裝置，如同在電子系統中一樣，來增加騎行者的安全度和效率性。這一功能的實現通過換檔系統的單向操作：首先是只作用在一個方向上的單換檔桿；其次是單作用驅動回路分流到上述單向驅動組件；最終單作用引導棘輪機構至需要操作一個作用元件通過從動連接器。

對於自行車公路比賽的把手控制單元，由於人體大小，其體積是一個關鍵因素，因此在一個把手殼體內同時集合制動和換檔控制單元。這是一個先前技術中液壓換檔系統沒有解決的問題，但是此發明的液壓方案公佈了一種解決方案，即通過移除換檔元件中的引導機構，或在主連接器中使用單作用主缸，從而比一個雙作用主缸或兩個單作用主缸佔用更小的空間。

另一個改進是通過在單作用驅動回路末端將引導棘輪機構連接至變速器，增加了換檔精確度。這種方法更推薦在拉線操作結構中，因為不受裝配導線/導管的彈性或其間隙、清潔度及潤滑狀態影響。此外，其準確度能與電子變速系統相似，我們可以通過後動操作機械系統獲得相似的準確度和成本。而且，這種準確度不依附於液壓或拉線單作用驅動回路，電子系統可能受水和電池壽命不確定性的影響，而該系統無此顧慮， 因此可靠性更高。

最後，我們還良好地控制了傳統機械系統的重量，使用鋼材拉線和導管，因為我們可以針對單向控制機構使用更纖細或人造材料。而至於液壓單作用驅動回路，我們減輕了其本身回路的重量，其中包括塑膠管和油液，比鋼材拉線和導管重量更輕。

10‧‧‧前變速器

20‧‧‧後變速器

12‧‧‧單作用換檔裝置

13‧‧‧引導棘輪機構

15‧‧‧單向控制機構

202、102‧‧‧導板

101、201‧‧‧變速箱

303、403‧‧‧可移動構件

103、104、203‧‧‧半搖臂

105、205‧‧‧主彈簧

104'、203'‧‧‧可移動構件延長件

0‧‧‧基座構件

1‧‧‧棘齒輪

2‧‧‧鎖定組件

21‧‧‧鎖定組件延長件

211‧‧‧鎖定元件週邊楔形

212‧‧‧鎖定組件側面楔形

3‧‧‧驅動組件

4‧‧‧主軸

5‧‧‧作用構件

6‧‧‧推出組件

60‧‧‧滑簧

61‧‧‧主要週邊楔形

62‧‧‧次要側面楔形

7‧‧‧釋放組件

8‧‧‧變速器總成

80‧‧‧牽引組件

81‧‧‧軌道

82‧‧‧小齒輪

83‧‧‧調整組件

84‧‧‧液壓變速器主連接器

840‧‧‧液壓變速器主缸

841‧‧‧液壓變速器主活塞

85‧‧‧液壓變速器從動連接器

850‧‧‧液壓變速器從動缸

851‧‧‧液壓變速器從動活塞

86‧‧‧液壓變速器回路

9‧‧‧極限元件

14‧‧‧靜止方法構件

30‧‧‧單向控制單元

116‧‧‧液壓單向換檔桿

126‧‧‧拉線單向換檔桿

32‧‧‧單作用主連接器

311‧‧‧主缸

312‧‧‧主活塞

321‧‧‧拉線主滑輪

123、123'‧‧‧拉線單作用驅動回路

115、115'、115"‧‧‧液壓單作用驅動回路

110‧‧‧液壓單作用從動連接器

111‧‧‧從動缸

112‧‧‧從動活塞

113‧‧‧從動軌道

114‧‧‧從動活塞齒輪

120‧‧‧拉線單作用從動連接器

121‧‧‧拉線從動滑輪

122‧‧‧次彈簧

124、124'‧‧‧變速導板

410‧‧‧液壓制動桿

411‧‧‧液壓制動主缸

412‧‧‧液壓制動主活塞

40‧‧‧制動主連接器

416‧‧‧控制桿

420‧‧‧拉線制動桿

421‧‧‧制動拉線

第一圖(A)和第一圖(B)：是耦合引導棘輪機構13的前變速器10，用於確定導板102的位置。我們還可以看到變速箱101、作為兩個半搖臂機構103和104的可移動部件303、主彈簧105、靜止元件14和可移動部件延長件104'。

第二圖(A)和第二圖(B)：關於自行車液壓單作用換檔裝置12，其中包括引導棘輪機構13、前變速器10、以及包含從動主缸111和從動活塞112的液壓單作用從動連接器110，作為上述引導棘輪機構13的驅動元件。此外，液壓從動活塞112咬合從動軌道113，作用於連接在主軸4上並集成移動作用構件5的從動小齒輪114。

第三圖(A)和第三圖(B)和第三圖(C)：關於自行車液壓單作用換檔裝置12的替換方案，其中包括前變速器10、引導棘輪機構13、以及包含從動主缸111和從動活塞112的液壓單作用從動連接器110，作為上述引導棘輪機構13的驅動元件。此外，液壓從動活塞112咬合從動軌道113，作用於連接在作用構件5的從動小齒輪114。此外還有一個彈簧122，用於促使從動活塞112保持在其靜止位置上。

第四圖(A)和第四圖(B)：關於液壓自行車單作用換檔裝置12的另一個方案，包括前變速器10、引導棘輪機構13的線性方案和液壓單作用從動連接器110，其中包括作為控制元件的上述引導棘輪機構13、從動缸111和從動活塞112，集成在作用構件5一同作用。此外還有一個彈簧122，用於促使從動活塞112保持在其靜止位置上。

第五圖(A)和第五圖(B)：關於自行車單作用換檔裝置12的拉線 方案，其中包括耦合引導棘輪機構13的前變速器10，以及包含拉線123和相應拉線從動輪121的單作用從動連接器120，作為上述引導棘輪機構13的驅動區間。此外還有一個彈簧122，用於促使從動滑輪121保持在其靜止位置上。

第六圖(A)和第六圖(B)：是耦合引導棘輪機構13的後變速器20，用於確定導板202的位置。我們還可以看到變速箱201、作為兩個半搖臂機構203和204的可移動部件403、主彈簧205、靜止元件14和可移動部件延長件203'。

第七圖(A)和第七圖(B)：關於引導棘輪機構13的優先方案，包括以下元件：基座構件0、棘齒輪1、帶鎖定組件延長件21的鎖定元件2、驅動元件3、主軸4、作用構件5、帶次要側面楔形62的推出元件6、作為基座構件0突出件的釋放組件7，以及變速箱總成8，其包括：牽引元件80、導軌81和小齒輪82、調整元件83和極限元件9。

第八圖：顯示使用第七圖中的引導棘輪機構部分，其移動序列T01、T02...至T08與其完整向上位移對應，尤其偏向驅動元件3、棘齒輪1、釋放組件7的不同位置，作用構件5的靜止位置由靜止元件14確定，而後者固定至基座構件0、鎖定組件2和鎖定組件延長件21，其中兩個功能面稱為鎖定元件週邊楔形211和鎖定組件側面楔形212。

第九圖：對應引導棘輪機構的移動序列T01、T02...至T08，與第八圖中的完整向上唯一對應，另有前一個正交視圖，顯示鎖定元件2的元件運動作用，通過以滑簧60和作用構件5支援作用的推出組件6的主週邊楔形61接觸的鎖定元件側面楔形212推出。

第十圖：是引導棘輪機構13線性方案的細節，與第四圖對應，包括以下組件：基座構件0、棘齒輪1、鎖定元件2、驅動元件3、與液壓從動活塞112集成作用的作用構件5、推出元件6、釋放元件7和變速箱總成8。此外還可以看到其液壓單作用從動連接器110c包括上述液壓從動活塞112、從動缸111和相應的單作用驅動回路115。

第十一圖(A)：是帶有單換檔桿116和液壓單作用主連接器32的液壓單向控制單元30，包含液壓主缸311和主活塞312，連接至液壓單作用驅動回路115。在第十一圖(B)、第十一圖(C)和第十一圖(D) 中我們可以看到拉線單向控制單元30的剖面圖，其帶有單換檔桿126和連接在單作用驅動回路123的拉線主滑輪321。

第十二圖(A)和第十二圖(B)：所示當前發明的其他方面有用於自行車公路比賽的單向液壓控制單元30帶有一個單一換檔桿116，與液壓單作用主連接器32耦合，由液壓主缸311和液壓主活塞312組成，並集成至一個把手殼體和制動器主連接器40中，液壓制動主缸411和液壓制動器主活塞412連接至單一換檔桿116旁邊的液壓制動桿410上。

第十三圖(A)和第十三圖(B)：是由拉線控制的單向控制單元30，包括一個單控制桿416和單作用主連接器32，其中包括一個拉線主滑輪321和一個單作用驅動回路123。在這個特定的方案中，此控制桿416根據騎行者對其產生的作用產生兩種不同的功能：一個是轉動以便控制自行車換檔裝置，另一個是推動以便空盒子自行車制動系統。

第十四圖：是帶獨立液壓自行車單作用換檔裝置s12的自行車：一個帶有耦合了引導棘輪機構13和液壓單作用從動連接器110的後變速器20；另一個則帶有耦合了引導棘輪機構13和液壓單作用從動連接器110的前變速器10。此外，每個自行車單作用換檔裝置12都連接有一個液壓單向控制機構15，用於通過其相應的液壓單作用驅動回路115連接，且每個液壓單作用從動連接器110及其相應的單向控制單元30位於自行車車把上。

第十五圖：是帶有第二圖所示液壓自行車單作用換檔裝置12的自行車，其中液壓單作用從動連接器110連接至液壓單向控制機構15，其元件包括液壓單作用驅動分支回路115、115'、115"，連接兩個並聯的液壓單向控制單元30，且位於車把上(一個與計時位置對應的延伸把，另一個是原始把基位置)。

第十六圖：是採用液壓自行車單作用換檔裝置12替換方案的自行車，元件包括前變速器10、引導棘輪機構13和一個液壓單作用從動連接器110，後兩者固定自行車車架上。上述液壓單作用從動連接器110連接至液壓單向控制機構15，後者帶有一個連接至兩個並聯單向控制單元30的液壓單作用驅動分支回路115、115'、115"，位於 車把上。我們還可以看出，變速箱總成8替換方案包括：一個液壓變速器主連接器84、一個液壓變速器從動連接器85和一個液壓單作用變速器回路86。

第十七圖：是帶有第五圖所示單作用換檔裝置12的自行車，其中拉線單作用從動連接器120連接至拉線單向控制機構15，其元件包括拉線單作用驅動分支回路123、123'及其相應的導管124、124'，連接至兩個並聯的單向控制單元30，且位於車把上(一個與計時位置對應的延伸把，另一個是原始把基位置)。

我們建議液壓自行車單作用換檔裝置12的元件包含前或後變速器10、20，只連接至一個單作用引導棘輪機構13，因此也只有一個從動連接器，即液壓單作用從動連接器110活動耦合至上述引導棘輪機構13。上述單作用換檔裝置12受控於液壓單向控制機構15，後者的元件包括：可選多個手把單向控制單元30，以便隨意操作同一個自行車換檔裝置12和相應的可選液壓單作用驅動分支回路115。

上述前或後變速器10、20的功能是執行齒盤或鏈輪相應的換檔，元件包括：帶與不同檔位對應的可變工作位置的浮動導板102、202；承載上述浮動導板102、202的可移動部件303、403；和連接至自行車架並耦合上述可移動部件303、403的變速箱101、201。這一可移動部件303、403通常以兩個半搖臂103和104、203和204決定的平行四邊形內移動，並被偏置至主彈簧105、205確定的位移範圍的一端。

上述單作用引導棘輪機構13可以進行移動，意味著可移動部件303、403和導板102、202可以擁有多個預定運動穩定位置，其中包括：沒有耦合至變速箱101、201、也沒有集成在一個元件中的基座構件0；基座構件0上的主軸4；一個棘齒輪1，其可以完整佈置或按照車輪按比例嚙合，且能夠圍繞著主軸4正向或反向轉動，並機械連接至上述可移動部件303、403，從而使上述主彈簧105、205偏置上述棘齒輪1至第一方向；鎖定組件2耦合至基座構件0上， 以便鎖定無論哪個棘齒輪1；受到主軸4支撐的作用構件5，且能夠將對於棘齒輪1向前或向後轉動、根據上述第一方向向後移動，此外，還有一個次彈簧122用於向後偏置這種作用構件5至其由靜止構件14決定的靜止位置；驅動組件3耦合至作用構件5，以便嚙合棘齒輪1並將其作用構件5集成在一起，以便更改棘齒輪1的預定位置；由上述作用構件5驅動推出組件6，以便將鎖定組件2盡在每次換檔動作的初期從其鎖定位置釋放，即作用構件5完整向前位移，被稱為彈出範圍；釋放元件7，通常是一個基座構件0的楔形突出部分，用於在作用構件5回到靜止位置時，將驅動元件3從棘齒輪1分離；變速箱總成8通過棘齒輪1機械連接至可移動部件303、403，從而將棘齒輪1的內部位移轉換為可移動部件303、403的外部位移，隨後再轉換導板102、202。

上述變速箱總成8包含一個牽引元件80，可以操作可移動部件303、403和棘齒輪1以及調整元件83，用於調節棘齒輪1位置和可移動部件303、403位置之間的停滯階段。此推薦方案中的牽引元件80包含一個導軌81和小齒輪82。這種小齒輪82和棘齒輪1上集成在一起移動，且上述導軌81與可移動部件303、403連接。因此，棘齒輪1的輸入角位移被轉換為上述牽引元件80的線性移動，同時也成為可移動部件303、403的轉動，形成導板102、202的橫向位移。

上述牽引元件80可能還有含有相同功能的不同配置，例如備用方案：活結連桿、帶拉線的滑輪等。

上述液壓單作用連接器110由液壓方法操作，以便通過液壓油壓力向前推動作用構件5。上述液壓單作用連接器110包含一個液壓從動缸111和一個液壓從動活塞112，這些都是機械耦合至作用構件5，以便確定其位置，從而最後操作單作用引導棘輪機構13。在非限制性的方案中，上述次彈簧122可以棄用，其中從動缸111偏置上述液壓從動活塞112至從動缸111中，從而在偏置作用構件5向後至其靜止位置。此外，上述單作用從動連接器110通過從動軌道113轉動嚙合的從動小齒輪114，從而機械耦合至作用構件5。這種從動軌道113集成在從動活塞112上，上述從動活塞齒輪114與作用構件5 耦合集成在一起。

上述單作用換檔裝置12由液壓單向控制機構15控制，後者包括至少一個單向把手控制單元30，通常位於自行車車把(如第十四、十五圖)，為了由騎行者操作同一個自行車換檔裝置12，並相應地選擇性操作通過一個液壓單作用連接器110連接至單向控制單元30液壓單作用驅動分支回路115。

每個單向控制單元30都只有一個耦合單作用主連接器32的單向單一換檔116或按鈕，包括一個液壓主缸311和一個液壓主活塞312。為了操作液壓單作用驅動回路115，單向單一換檔116將主活塞312在主缸311內移動，從而推動液壓油進入單作用驅動回路115。上述單向換檔桿116只有在回應單向移動時發生，因此這是一個耦合至液壓主活塞312的一對一機構，只需要推動液壓油。因此，騎行者操作單向控制機構15，以便驅動自行車換檔裝置12，將騎行者的力從換檔桿116、126傳輸至位移回路末端的一個液壓單作用從動連接器110，再傳輸至引導棘輪機構13的作用構件5，才能夠進行移動。因此單一換檔桿116、126的短衝程在可移動部件303、403產生向下的位移；而單向單一換檔116的長衝程在可移動部件303、403內產生一個向上的衝程。

自行車換檔裝置12的引導棘輪機構13的操作如下：棘齒輪1通過齒輪引導不同的換檔位置。主彈簧105、205偏置可移動部件303、403朝著向下的方向移動到轉動範圍的一端，並促使棘齒輪1轉至向前確定的相應的方向。

作用構件5圍繞主軸4轉動，其靜止位置由基座構件0中限制轉動而決定。上述作用構件5承載推出元件6和驅動元件3，並連接至使其向後移動至靜止位置的次彈簧122(如第三圖(A))。釋放組件7固定至基座構件0，且當作用構件5回到靜止位置時，僅鬆開驅動組件3。當作用構件5移動，首先驅動元件3離開由釋放組件7確定的靜止位置，因此驅動元件3可以作用於棘齒輪1，然後鎖定元件2從先前固定的棘齒輪1齒輪中探出，驅動組件3咬合併固定棘齒輪1，直至更換至另一個棘齒輪1位置。

鎖定組件2鎖定棘齒輪1齒輪，且阻止主彈簧105、205的作用，固定棘齒輪1的換檔位置；鎖定元件2有一個鎖定元件延長件21，其帶有兩個楔形接觸面，稱為鎖定元件週邊楔形211和鎖定組件側面楔形212。鎖定元件週邊楔形211通過主週邊楔形61被推出元件6推動，以便在作用構件5如同每次換檔開始那樣向前移動，將鎖定組件2從鎖定位置釋放，即意味作用構件5完整位移的第一部分。(與第八圖相對應的順時針方向)，稱為彈出移動範圍，從T02開始，結束於T04。鎖定元件側面楔形212通過次要側面楔形62橫向移動推出組件6，如第九圖所示，在T06和T07之間，當作用構件5向後移動時(與第八圖相對應的逆時針方向)，從而停用上述彈出組件6。

上述推出元件6連接作用構件5，並一同轉動。此外，這種連接讓推出元件6可以圍繞主軸4相對滑簧60轉動桿，以便從其自動彈出位置橫向移動。上述推出元件6也包含兩個楔形接觸面，一個是形成主要週邊楔形61，另一個形成次要側面楔形62。

為了使棘齒輪1改變向下作用的鎖定位置，作用構件5在彈出作用範圍內向前移動，然後回到靜止位置。因此，推出組件6在上述向前移動過程中首先彈出鎖定元件2，然後驅動元件3咬合棘齒輪1不受主彈簧105、205影響，並在最後的向後移動過程中，在作用構件5避免彈出後，鎖定組件2可準備好鎖定另一個棘齒輪1齒輪，釋放組件7分離驅動元件3，作用構件5回到靜止位置，從而讓鎖定組件2固定棘齒輪1的下一個齒輪。

另一方面，在向上移動的過程中，需要作用構件的長衝程，以便防止上述彈出作用力範圍，從而使鎖定組件2固定另一個棘齒輪1。 之後，此作用構件5向後移動，且推出元件6通過相應的楔形接觸面，被鎖定元件2橫向釋放，也就是說，次要側面楔形62和鎖定組件側面楔形212。

從第八圖和第九圖中可以看出，作用構件5的向前(順時針)移動(T01-T02-T03-T04-T05)及向後(逆時針)移動(T05-T06-T07-T08)，在執行向上移動的時候，起始和(T01)和停止(T08)在同一個靜止位置。此外，第九圖顯示了推出元件6的作用，用於在作用構件5向前移動時彈 出鎖定組件2，並在作用構件5由於次要側面楔形62而向後移動時，避免其向後移動。

最終，當可移動部件303、403到達其向上唯一的極限時，與之前的第二方向對應，騎行者再次作用於相應的單向控制單元30時，會尋找較上的齒輪，當前機構則會回應一個向下的力，與所設定的相反。為了解決這一問題，我們為單作用引導棘輪機構13提供一個彈性元件，稱為極限元件9，受制於作用在單作用從動連接器110上的過壓，以便使作用構件5繼續向前移動，抑制推出力，讓鎖定組件2能夠鎖定棘齒輪1的同一活塞，鎖定後，即可避免不必要的向下位移。

此極限元件9可以耦合至任何補償引導棘輪機構13的機械部件上，用於連接驅動元件3和作用構件5，如同連接棘齒輪1和可移動部件303、403的牽引元件8，如同第七圖所示。

因此單一換檔桿116、126的短衝程造成作用構件5在彈出作用範圍內向前位移，與向下移動對應；同時，單向單一換檔116的長衝程造成作用構件5的長位移，與向上移動對應。因此，作用構件5在鎖定組件2彈出後移動，意味著當作用構件向後移動時，產生向下的力；如果作用構件5推動棘齒輪1，產生向上的力，造成位移大於棘齒輪1之間的間隙。這一向上的力可能包含一個或多個棘齒輪1齒輪，當向下的力通常單一，即每個換檔桿116只有一個齒輪。

第十二圖所示當前發明的其他方面有單向液壓控制單元30帶有一個單一換檔桿116，與液壓單作用主連接器32耦合，由液壓主缸311和液壓主活塞312組成，並集成至一個把手殼體和制動器主連接器40中，液壓制動主缸411和液壓制動器主活塞412連接至單一換檔桿116旁邊的液壓制動桿410上。因此每個單手把單元與每個手對應，包括制動器控制桿和變速器控制桿。

其他實施方案

在此發明的液壓替代方案中，如同第十四圖所示，上述的單作用換檔裝置12通過一個單向控制單元30和一個液壓單作用驅動回路115由液壓單向控制機構15進行驅動。

根據此發明，另一個自行車單作用換檔裝置12的液壓方 案，如第四圖(A)-第四圖(B)和第十圖所示，是嚙合棘齒輪1以線性而非環形排佈，從而能夠沿著其主縱向軸作用於兩個相反的方向。此外，作用構件5與隸屬單作用從動連接器110中的液壓從動活塞112的同一元件同時作用。

根據現有發明，另一個自行車單作用換檔裝置12的液壓替換方案，如第十六圖所示，是引導棘輪機構13的基座構件0固定至自行車車架，單麼有連接至變速器，且棘齒輪1也是一個液壓機構，連接至可移動部件303、403。上述自行車單作用換檔裝置12包含一個前或後變速器10、20以及一個引導棘輪機構13，耦合至僅一個液壓單作用從動連接器110，包括一個液壓從動缸111和從動活塞112。在此替換方案中，連接變速器可移動部件303、403和棘齒輪1的變速箱總成8包含：一個液壓變速器主連接器84，包括液壓變速器主缸840和液壓變速器主活塞841；一個液壓變速器從動連接器85，包括一個液壓變速器從動缸850和液壓變速器從動活塞851；以及一個液壓單作用變速器回路86。因此，棘齒輪1的輸入位移被轉換為可移動部件303、403的輸出轉動，形成導板102、202的橫向位移。

在此發明的替代方案中，如同我們從第十七圖看到的，拉線自行車換檔裝置12包含一個前或後變速器10、20，並連接有一個僅帶一個拉單作用從動連接器120的引導棘輪機構13，該連接器又包含一個拉線從動滑輪121和一個次彈簧122，由包含多個通過拉線單作用驅動分支回路123、123'將單向把手控制單元30並聯連接至自行車換檔裝置12的拉線單向控制機構15組成，以便進行任意操作。每個上述控制單元30通常位於車把上，由單向單一換檔126組成，以便拉動拉線，耦合一個由拉線主滑輪321的單作用主連接器32。

根據此發明，其他可替代的導線替代方案(如第十三圖(A)和第十三圖(B)所示)是帶一個控制桿416的單向拉線控制單元30，耦合有兩個單作用主連接器32，其中一個用於操作換檔系統，而另一個則用於控制制動系統。第一個包含拉線主滑輪321，其集成在單一把手殼體中，另一個則包含控制桿416的一端，其用作穿過上述導線主滑輪321軸空心表面的制動拉線421連接桿。此外，上述控制桿416根 據騎行者對其產生的作用產生兩種不同的功能：騎行者在圍繞著主滑輪321軸方向旋轉控制桿416時，操作自行車換檔裝置12，又在將控制桿416向把手殼體推動的同時，操作自行車制動系統(如同傳統自行車制動桿)。

10‧‧‧前變速器

12‧‧‧單作用換檔裝置

13‧‧‧引導棘輪機構

15‧‧‧單向控制機構

30‧‧‧單向控制單元

115、115'、115"‧‧‧液壓單作用驅動回路

110‧‧‧液壓單作用從動連接器

111‧‧‧從動缸

112‧‧‧從動活塞

Claims (19)

1. 一種鏈式傳動系統的自行車單作用換檔裝置12結合了多種齒盤或鏈輪，以便獲得不同的齒輪比，其中包括：前或後變速器10、20一個，其中包括一塊用於實現不同齒輪位置產生的不同工作位置的浮動導板102、202；一個用於承載上述浮動導板102、202的可移動部件303、403；以連接至自行車架且可操作地連接至上述可移動部件303、403的變速箱101、201；主彈簧105、205；次彈簧122；單作用引導棘輪機構13可以進行移動，意味著可移動部件303、403和導板102、202可以擁有多個預定運動穩定位置，其中包括：一個用於將棘齒輪1機械連接至上述可移動部件303、403的嚙合基座構件0，以及和主彈簧105、205第一方向(即向後)有差別；鎖定組件2耦合至基座構件0上，以便鎖定無論哪個棘齒輪1，使棘齒輪1無法在第一方向上移動；作用構件5能夠相對棘齒輪1向前或向後移動，與反向偏置至上述此彈簧122的靜止位置；靜止構件14限制了作用構件5的位移，從而確定了上述的靜止位置；驅動組件3耦合至作用構件5，以便嚙合棘齒輪1並將其作用構件5集成在一起；由上述作用構件5驅動推出組件6，以便將鎖定組件2盡在每次換檔動作的初期從其鎖定位置釋放，即作用構件5完整向前位移，被稱為彈出範圍；釋放組件7用於在作用構件5回到靜止位置時，將驅動元件3從棘齒輪1分離；變速箱總成8通過棘齒輪1機械連接至可移動部件303、403，從而將棘齒輪1的內部位移轉換為可移動部件303、403的外部位移，隨後再轉換導板102、202；只有一個單作用連接器110耦合至作用構件5，以便有選擇性地進行操作，從而最終控制單作用引導棘輪機構13；其特點是上述唯一的單作用從動連接器110包含液壓從動缸111和液壓從動活塞112，機械耦合或集成在作用構件5內的同一組件上；上述由液壓方法控制的單作用從動連接器110由於向前方向和向後方 向的油壓，從而能夠移動作用構件5，並依靠次彈簧122回到靜止位置。
2. 根據申請專利範圍第1項，自行車單作用換檔裝置12的特點是單作用引導棘輪機構13進一步包含位於基座構件0上的主軸4，其並沒有耦合至變速箱101、201，也沒有集成在一個元件中，這種棘齒輪1完整佈置或按照車輪按比例嚙合，且能夠圍繞著主軸4正向或反向轉動，與上述第一方向和第二方向對應；作用構件5也受到主軸4支撐，憑藉單作用連接器110的作用力能夠相對於棘齒輪1進行轉動。
3. 根據申請專利範圍第2項，自行車單作用換檔裝置12的特點是這種單作用從動連接器110通過嚙合從動小齒輪114的從動軌道113機械耦合至作用構件5上，這種從動軌道113集成在從動活塞112上，上述從動活塞齒輪114與作用構件5耦合集成在一起。
4. 根據申請專利範圍第2至3項，自行車單作用換檔裝置12的特點是鎖定元件2有一個鎖定元件延長件21，擁有兩個楔形接觸面，稱為鎖定元件週邊楔形211以及鎖定組件側面楔形212，上述鎖定元件週邊楔形211被推出組件6推動，以便在作用構件5如同每次換檔開始那樣向前移動，將鎖定組件2從鎖定位置釋放，即意味作用構件5完整位移的第一部分；此外，上述鎖定組件側面楔形212在作用構件5向後移動時，橫向移動推出組件6。
5. 根據申請專利範圍第4項，自行車單作用換檔裝置12的特點是推出元件6與作用構件5連接且一同轉動，因此使推出元件6圍繞主軸4垂直轉動，而不受滑簧60移動影響，從而從其自動彈出位置橫向移動。
6. 根據申請專利範圍第4至5項，自行車單作用換檔裝置12的特點是其推出元件6包含兩個楔形接觸面，一個是形成主要週邊楔形61，另一個形成次要側面楔形62，主要週邊楔形61推動鎖定元件週邊楔形211，使鎖定組件2彈出鎖定位置，並將作用構件5向前移動，但是當作用構件5向後移動且鎖定組件2嚙合棘齒輪1時，上述次要側面楔形62會被鎖定組件側面楔形212推動，以避免推出組件6自動彈出位置。
7. 根據申請專利範圍第1項，自行車單作用換檔裝置12的特點是變速箱 總成8包含一個調整元件83，用於調節棘齒輪1位置和可移動部件303、403位置之間的停滯階段。
8. 根據申請專利範圍第2至7項，自行車單作用換檔裝置12的特點是其變速箱總成8包含一個用於耦合棘齒輪1和可移動部件303、403牽引元件80，元件包括一根導軌81和小齒輪82，這種小齒輪82集成在棘齒輪1上；導軌81與可移動部件303、403連接；因此，棘齒輪1的輸入角位移被轉換為上述牽引元件8的線性移動，同時也成為可移動部件303、403的轉動，形成導板102、202的橫向位移。
9. 根據申請專利範圍第1至7項，自行車單作用換檔裝置12的特點是其變速箱總成8包含：一個液壓變速器主連接器84，其中包括一個液壓變速器主缸840和液壓變速器主活塞841；一個液壓變速器從動連接器85其中包括一個液壓變速器從動缸850和液壓變速器從動活塞851；以及一個液壓單作用變速器回路86，用於連接上述液壓變速器主連接器84和液壓變速器從動連接器85。
10. 根據申請專利範圍第1至9項，自行車單作用換檔裝置12的特點單作用引導棘輪機構13進一步集成了極限元件9，且當可移動部件303、403達到其向上位移範圍的極限時，受制於作用在單作用從動連接器110上的過壓，騎行者再次作用於相應的單向控制單元30時，會尋找較上的齒輪；也因此使作用構件5繼續向前移動，抑制推出力，讓鎖定組件2能夠鎖定棘齒輪1的同一活塞，鎖定後，即可避免不必要的向下位移。
11. 根據申請專利範圍第10項，自行車單作用換檔裝置12的特點是連接棘齒輪1和可移動部件303、403的極限元件9被棄用，從而形成變速器總成8的一部分。
12. 根據申請專利範圍第10項，自行車單作用換檔裝置12的特點為連接驅動元件3和作用構件5的極限元件9被棄用。
13. 根據申請專利範圍第1項，自行車單作用換檔裝置12的特點是其上述棘齒輪1放置在一個線性單元中，能夠沿著其主要的縱向軸在兩個相反的方向上移動，且上述推出元件6連接在作用構件5；而這種作用構件 5和液壓從動活塞112的同一單元同時作用，並且由於液壓的作用，使唯一的單作用從動連接器110能夠與棘齒輪1進行縱向相對移動。
14. 一種單向控制機構15用於操作自行車單作用換檔裝置12，後者包含一個前或後變速器10、20，而這種變速器反之由浮動導板102、202、一個用於承載上述浮動導板102、202的可移動部件303、403、連接至自行車架且可操作地連接至上述可移動部件303、403的變速箱101、201；單作用引導棘輪機構13可以進行移動，意味著可移動部件303、403可以擁有多個預定運動穩定位置，且僅一個單作用從動連接器110耦合至單作用引導棘輪機構13，以便有選擇性地進行操作；包含多個單向把手控制單元30和一個單作用驅動回路115、123，通過一個單作用從動連接器110、120連接至單向把手控制單元30，其特點是每個單向把手控制單元30都只有一個耦合單作用主連接器32的單向單一換檔116、126或按鈕，且上述單作用驅動回路115、123進行了分支，以便通過上述單作用連接器110、120機械並聯至每個單作用主連接器32，從而有選擇性地或任意操作手把，單向單一換檔116、126可以單向手動操作，從而將驅動力傳輸至單作用驅動回路115、123，使單一換檔桿116、126的短衝程在單作用換檔裝置12產生一個向下的作用力，同時單一換檔桿116、126的長衝程在單作用換檔裝置12產生一個向上的作用力。
15. 根據申請專利範圍第14項，單向控制機構15用於操作自行車單作用換檔裝置12，其特點為單作用主連接器32包含一個液壓主缸311和一個液壓主活塞312，因此單一換檔桿116的單向移動可以推動主缸311內的主活塞312，從而將液壓油推入液壓單作用驅動分支回路115，再通過回路將作用力傳輸至液壓單作用從動連接器110。
16. 根據申請專利範圍第14項，單向控制機構15用於操作自行車單作用換檔裝置12，其特點為上述單作用驅動回路123、123'通過撓性導線及其對應導管124、124'進行佈置，且單作用主連接器32包含 一個導線主滑輪321，因此單一換檔桿126的單向移動推動導線主滑輪321，從而拉動導線單作用驅動回路123、123'，通過導線從動滑輪121或活結連桿將動力傳輸至導線單作用從動連接器120。
17. 根據申請專利範圍第16項，其中該單向控制機構15用於操作自行車單作用換檔裝置12，其特點是單向控制單元30只包含一個控制桿416，而這一控制桿耦合至集成在一個把手殼體中的雙導線單作用主連接器32上，其中一根導線連接有導線主滑輪321，而另一根導線則連接在上述控制桿416的末端，用作穿過上述導線主滑輪321軸空心表面的制動拉線421連接桿；因此，上述控制桿416根據騎行者對其產生的作用產生兩種不同的功能：騎行者在圍繞著主滑輪321軸方向旋轉控制桿416時，操作自行車換檔系統，又在將控制桿416向把手殼體推動的同時，操作自行車制動系統。
18. 根據申請專利範圍第14至17項，其中該單向控制機構15用於操作自行車單作用換檔裝置12，其特點是其中有兩個把手單向控制單元30，其中一個位於與計時位置相對應的延伸把上，另一個則位於把基的末端。
19. 一種單向控制機構15用於操作自行車單作用換檔裝置12，後者包含一個前或後變速器10、20，而這種變速器反之由浮動導板102、202、一個用於承載上述浮動導板102、202的可移動部件303、403、連接至自行車架且可操作地連接至上述可移動部件303、403的變速箱101、201；單作用引導棘輪機構13可以進行移動，意味著可移動部件303、403可以擁有多個預定運動穩定位置，且僅一個液壓單作用連接器110耦合至單作用引導棘輪機構13，以便有選擇性地進行操作；僅包含一個把手控制單元30和一個單作用驅動回路115，通過一個液壓單作用連接器110連接至上述單向把手控制單元30；其特點為單向控制單元30僅包含一個單向單一換檔116，且耦合在通過制動器主連接器40集成在一個手柄殼體中的液壓單作用主連接器32上，其包含一個液壓制動主缸411和液壓制動器主活塞412 ，連接至液壓制動桿410，用於操作位於另一個單一換檔桿116旁邊的制動系統。