CN100410563C - 变速器 - Google Patents

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Abstract

一种变速器，包括安装在输入轴上的输入齿轮组件和安装在输出轴上的输出齿轮组件。输入和输出齿轮组件包括多个顺序布置的直径不同的输入和输出齿轮。输入装置与输出轴同心并通过第一柔性转矩传递元件连接在输入轴上。输出装置通过第二柔性转矩传递元件连接在输出轴上。链条联接一对输入和输出齿轮，从输入齿轮组件将动力传递给输出齿轮组件。链条在操作中有高和低张紧侧。拨链器与链条低张紧侧接合，将链条从当前输出齿轮横向推至目标输出齿轮。输入和输出齿轮组件紧靠并成互补地设置，输入齿轮成对地与输出齿轮对准，在操作中，在拨链器将链条从当前输出齿轮移到目标输出齿轮后，链条高张紧侧自动地移到与目标输出齿轮直接相对的输入齿轮上。

Description

变速器
技术领域
本发明涉及变速器，更具体地说涉及这样一种变速器，它包括彼此紧靠的输入和输出齿轮组件，以及拨链器(derailleur)，该拨链器在联接输入和输出齿轮组件的链条的低张紧侧上与该链条接合以便使该链条在一对输入和输出齿轮之间横向移动。
背景技术
普通类型的变速器为这样一种自行车变速器，它通常包括：位于踏板或曲柄轴线处的多链环大齿盘(crankset)或输入齿轮；位于后轮轴线处的多链轮盒(cassette)或输出齿轮；以及连接所选链环与所选链轮的驱动链。使用前后拨链器来分别在各个链环和链轮之间推动驱动链，以得到所需的传动比。这种结构的一个缺点是：为了得到某个传动比，即为了将较大的前链环连接在较大的后链轮上或将较小的前链环连接在较小的后链轮上，必须使链条以极端“交叉”的角度定向。交叉骑行会产生不理想的刺耳噪音并导致链条以及大齿盘和盒的过早磨损。该变速器的另一个缺点是：链条松弛量较大，从而导致卡链、链条脱轨和跳齿。该变速器另一个缺点是：需要两个换档器来致动前后拨链器。其它缺点为：换档部件暴露且传动比重叠。例如，传统的二十四速自行车变速器只有十三个单值传动比。因此，需要一种消除了上述缺点的变速器。
发明内容
本发明提供一种变速器，它包括：输入齿轮组件，其安装在输入轴上；输出齿轮组件，其安装在输出轴上并设置成与输入齿轮组件紧靠；输入装置，该输入装置与所述输出轴同心，并且通过第一柔性转矩传递元件连接在所述输入轴上；输出装置，该输出装置通过第二柔性转矩传递元件连接在所述输出轴上；以及链条，其联接输入齿轮组件和输出齿轮组件。输入和输出轴彼此基本上平行地设置。输入和输出齿轮组件包括多个顺序布置的具有不同直径并且相对于彼此成互补布置的齿轮。传动比由一对齿轮，即一个输入齿轮和与输入齿轮基本上对准的一个输出齿轮构成。通过该结构，链条在一对齿轮之间横向移动，使链条保持与所述齿轮基本上平行，从而消除了交叉角。另外，通过使输入和输出齿轮相对于彼此成互补布置，能够使链条长度补偿保持最小值，因为每对输入和输出齿轮具有几乎相同的总齿数。每对输入和输出齿轮的总齿数不必完全相同。
链条通过拨链器在这些齿轮对之间被横向推动。拨链器与链条的低张紧侧接合以从当前输出齿轮将链条横向推动至目标输出齿轮。输入和输出齿轮组件彼此紧靠并且相对于彼此成互补布置地设置，并且多个输入齿轮以成对布置的方式与多个输出齿轮基本上对准，从而在操作中，在拨链器使链条从当前输出齿轮横向移动到目标输出齿轮之后，链条的高张紧侧自动地转换到与目标输出齿轮直接相对的输入齿轮上。
在本发明的一个实施方案中，该变速器用于自行车。该变速器还包括输入装置，即与所述输出轴同心的踏板曲柄组件，以及与输出轴连接的输出装置。曲柄输入齿轮与输出轴同心，并且曲柄输出齿轮安装在输入轴上并且通过第一柔性转矩传递元件或曲柄链条彼此连接，以便从曲柄将转动传递给输入轴。输出装置为自行车车轮，该自行车车轮通过第二柔性转矩传递元件或最终驱动链与输出轴连接，所述第二柔性转矩传递元件或最终驱动链将安装在输出轴上的车轮输入齿轮和安装在车轮轮毂上的车轮输出齿轮联接起来。外壳可安装在自行车车架上并且包围着输出和输入齿轮组件的至少一部分。因此，通过转动曲柄组件来驱动车轮，该曲柄组件使曲柄输入齿轮转动由此通过第一柔性转矩传递元件使曲柄输出齿轮在输入轴上转动，这反过来使输入轴转动，由此通过在一对输入和输出齿轮之间的链条使输出轴转动，这反过来使车轮输入齿轮转动，这样通过联接车轮输入和输出齿轮的第二柔性转矩传递元件使后车轮转动。
本发明的另一个实施方案类似于上面的实施方案，除了通过将曲柄组件设置成与输入轴而不是输出轴同心从而消除了第一柔性转矩传递元件、曲柄输入和输出齿轮。因此，通过转动曲柄组件来驱动车轮，这使得输入轴转动，由此通过联接一对输入和输出齿轮的链条使输出轴转动，这反过来使车轮输入齿轮转动，这样通过联接车轮输入和输出齿轮的第二柔性转矩传递元件使车轮转动。
本发明的一个优点在于，最终驱动链在极端骑行情况下不容易脱落，因为在车轮输入齿轮和车轮输出齿轮之间的链条张力是恒定的。
本发明的另一个优点在于，在车轮输入齿轮和车轮输出齿轮之间的链条线(chain line)基本上校直，从而改善了效率和磨损。
本发明的另一个优点在于，车轮更加坚固，因为只有一个齿轮安装在轮毂上，从而消除了由安装在车轮上的多个齿轮引起的三角形辐条。
本发明的另一个优点在于，施加给后悬架的链条转矩不会在传动比之间变化，因为车轮输入齿轮和车轮输出齿轮的尺寸相同。
本发明的另一个优点在于，只需要一个换档器和一个拨链器来在传动比之间进行切换，而不需要两个换档器和两个拨链器。
本发明的另一个优点在于，在传动比范围中没有任何重叠。只需要十四个传动比就可获得与传统二十四速变速器相同的全部传动比范围。
本发明的另一个优点在于，该自行车变速器可以被封装，从而减少了对该变速器的组成部件的损害。
从以下结合附图给出的对本发明具体实施方案的说明中，将更加全面地理解本发明的这些和其它特征和优点。
附图说明
在这些附图中：
图1为根据本发明一个实施方式的变速器的后视图；
图2为图1的变速器的侧视图；
图3为图1的变速器的前视图，显示出在换档操作开始时与链条的低张紧侧接合的拨链器；
图4为图1的变速器的前视图，显示出在换档操作期间与链条的低张紧侧接合的拨链器；
图5为图1的变速器的后视图，显示出在换档操作期间链条的高张紧侧；
图6为图1的变速器的前视图，显示出在换档操作结束之后与链条的低张紧侧接合的拨链器；
图7为图1的变速器的后视图，显示出在换档操作结束之后链条的高张紧侧；以及
图8为根据本发明另一个实施方案的变速器的后视图。
具体实施方式
图1-7显示出根据本发明一个实施方案的变速器10。虽然这些附图将该变速器显示为自行车变速器，但是要理解的是，该变速器可以用于各种场合。自行车变速器10通常包括：输入装置11；安装在输入轴14上的输入齿轮组件12；安装在输出轴18上的输出齿轮组件16；联接输入齿轮组件12和输出齿轮组件16的链条20；第二柔性转矩传递元件或最终驱动链22，其将在输出轴18上的车轮输入齿轮21和在轮毂或输出装置24上的车轮输出齿轮23联接起来；以及用于在输入和输出齿轮对之间横向推动链条20的拨链器26。
在本发明的这个实施方案中，输入装置11为与输出轴18同心的曲柄组件28。该曲柄组件28可以与自行车踏板(未示出)连接。第一柔性转矩传递元件或曲柄链条30将与输出轴18同心的曲柄输入齿轮32和位于输入轴14上的曲柄输出齿轮34联接起来，以将曲柄转动传递给输入轴14。第一和第二柔性转矩传递元件并不一定为链条，而是可以为任意柔性的机械构件例如皮带。通过提供曲柄输入齿轮32和输出齿轮34，输入轴14比曲柄组件28更快地转动，从而导致链条20在一对输入和输出齿轮之间更快地换档。外壳35包围着拨链器26以及输入组件12和输出齿轮组件16，以防止自行车变速器10弄脏。外壳35可以安装在自行车的后下叉(未示出)上。
输入轴14和输出轴18基本上彼此平行地设置。输入齿轮组件12和输出齿轮组件16包括多个输入齿轮36-49和输出齿轮50-63，它们分别具有顺序布置的变化直径。另外，输入齿轮组件12和输出齿轮组件16彼此紧靠并且相对于彼此成互补布置地设置。在本发明的这个实施方案中，输入齿轮36-49按直径从小到大顺序布置，而输出齿轮组件50-63按直径从大到小顺序布置。或者，输入齿轮组件和输出齿轮组件中的一个可以包括多个具有相同直径大小的齿轮。传动比由一对齿轮构成，例如彼此基本上对准的输入齿轮42和输出齿轮56限定了一传动比。通过这个结构，链条20在两对齿轮42、56和43、57之间横向移动，使链条20保持与齿轮42、43、56、57基本上平行，从而消除了交叉角。另外，通过使输入齿轮36-49和输出齿轮50-63相对于彼此成互补布置，能够使链条长度补偿保持最小，因为每对输入和输出齿轮具有类似的总齿数。每对输入和输出齿轮的总齿数不必相等。
通过拨链器26在输出齿轮50-63之间横向推动链条20。拨链器26可以通过在该拨链器和远程设在自行车把手上的换档器之间延伸的控制缆索(未示出)与该换档器(未示出)操作连接。参见图2-6，在操作中，链条20具有低张紧侧64和高张紧侧66。拨链器26构成为与低张紧侧64接合，以使链条20在输出齿轮50-63之间移动。由于输入和输出齿轮组件紧靠，所以在拨链器使链条20在输出齿轮50-63之间横向移动之后，链条20的高张紧侧66自动地在相应的输入齿轮36-49之间移位。
图3显示出与输入齿轮42和输出齿轮56接合的链条20。参见图4和5，致动换档器后，控制缆索被拉动，从而导致拨链器26和链条20运动。图4显示出在中档处，链条20的低张紧侧已经在拨链器26的作用下从输出齿轮56运动到输出齿轮57。图5显示出，在中档处，链条20的高张紧侧还没有运动离开输入齿轮43。图6和7分别显示出在完成换档操作之后链条20的低张紧侧64和高张紧侧66。链条20的高张紧侧66在没有拨链器帮助的情况下自动地从输入齿轮42运动到输入齿轮43。
来自输出轴18的动力通过最终驱动链22传递给轮毂24。最终驱动链22在安装在输出轴18的端部上的车轮输入齿轮21和安装在轮毂24上的车轮输出齿轮23之间延伸。通过这种结构，在车轮输入齿轮21和车轮输出齿轮23之间的链条对准基本上恒定，从而使得最终驱动链22在极端骑行情况期间脱落的可能性较小。另外，由于车轮输入齿轮21和车轮输出齿轮23直接对准，所以改善了效率和磨损。车轮输入齿轮21和车轮输出齿轮23优选尺寸相同，以防止链条转矩在传动比改变时变化。
图8显示出根据本发明另一个实施方案的自行车变速器70，该实施方案与图1-7的实施方案类似，除了通过将曲柄组件28设置成与输入轴14而不是输出轴18同心从而消除了曲柄链条30、曲柄输入齿轮32和输出齿轮34之外。
虽然已经参照几个实施方案对本发明进行了说明，但是应该理解的是在所述本发明概念的精神和范围内可以作出各种变化。因此，本发明并不限于所公开的实施方案，而其全部范围由下面的权利要求限定。

Claims (14)

1. 一种变速器，它包括：
输入轴；
安装在所述输入轴上的输入齿轮组件，该输入齿轮组件包括多个顺序布置的直径不同的输入齿轮；
输出轴，它设置成与所述输入轴基本上平行；
输入装置，该输入装置与所述输出轴同心，并且通过第一柔性转矩传递元件连接在所述输入轴上；
输出装置，该输出装置通过第二柔性转矩传递元件连接在所述输出轴上；
安装在所述输出轴上的输出齿轮组件，该输出齿轮组件包括多个顺序布置的直径不同的输出齿轮；
链条，它将多个输入齿轮中的一个和与所述多个输入齿轮中的所述一个相对设置的多个输出齿轮中的一个联接起来，用于从输入齿轮组件将动力传递给输出齿轮组件，
该链条在操作中具有高张紧侧和低张紧侧；以及
拨链器，它可以与所述链条的低张紧侧接合，以将所述链条从当前输出齿轮横向推动至目标输出齿轮，
所述输入齿轮组件和输出齿轮组件彼此紧靠，并且相对于彼此成互补布置地设置，并且所述多个输入齿轮以成对布置的方式与所述多个输出齿轮基本上对准，从而在操作中，在拨链器使链条从当前输出齿轮横向移动到目标输出齿轮之后，链条的高张紧侧自动地移位到与目标输出齿轮直接相对的输入齿轮上。
2. 如权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述输入装置包括曲柄组件。
3. 如权利要求2所述的变速器，其特征在于，还包括与所述输出轴同心的曲柄输入齿轮以及安装在所述输入轴上的曲柄输出齿轮，所述第一柔性转矩传递元件联接所述曲柄输入齿轮与曲柄输出齿轮。
4. 如权利要求1所述的变速器，其特征在于，通过彼此基本上对准的一对输入齿轮和输出齿轮限定传动比。
5. 如权利要求1所述的变速器，其特征在于，还包括外壳，它可安装在自行车车架上，用来包围所述变速器的至少一部分。
6. 如权利要求1所述的变速器，其特征在于，所述输出装置为自行车车轮，所述变速器还包括安装在输出轴上的车轮输入齿轮和安装在车轮上的车轮输出齿轮，所述第二柔性转矩传递元件联接所述车轮输入齿轮和输出齿轮。
7. 如权利要求6所述的变速器，其特征在于，所述车轮输入齿轮和输出齿轮彼此基本上对准。
8. 一种变速器，它包括：
输入轴；
安装在所述输入轴上的输入齿轮组件，该输入齿轮组件包括多个输入齿轮；
输出轴，它设置成与所述输入轴基本上平行；输入装置，该输入装置与所述输出轴同心，并且通过第一柔性转矩传递元件连接在所述输入轴上；
输出装置，该输出装置通过第二柔性转矩传递元件连接在所述输出轴上；
安装在所述输出轴上的输出齿轮组件，该输出齿轮组件包括多个输出齿轮；
所述输入和输出齿轮组件中的一个包括顺序布置的直径不同的齿轮；
链条，它将多个输入齿轮中的一个和与所述多个输入齿轮中的所述一个相对设置的多个输出齿轮中的一个联接起来，用于从输入齿轮组件将动力传递给输出齿轮组件，
该链条在操作中具有高张紧侧和低张紧侧；以及
拨链器，它可以与所述链条的低张紧侧接合，以将所述链条从当前输出齿轮横向推动至目标输出齿轮，
所述输入齿轮组件和输出齿轮组件彼此紧靠，并且彼此相对地设置，并且多个输入齿轮以成对布置的方式与多个输出齿轮基本上对准，从而在操作中，在拨链器将链条从当前输出齿轮横向移动到目标输出齿轮之后，链条的高张紧侧自动地移位到与目标输出齿轮直接相对的输入齿轮上。
9. 如权利要求8所述的变速器，其特征在于，所述输入装置包括曲柄组件。
10. 如权利要求9所述的变速器，其特征在于，还包括与所述输出轴同心的曲柄输入齿轮以及安装在所述输入轴上的曲柄输出齿轮，所述第一柔性转矩传递元件联接所述曲柄输入齿轮与曲柄输出齿轮。
11. 如权利要求8所述的变速器，其特征在于，通过彼此基本上对准的一对输入齿轮和输出齿轮限定传动比。
12. 如权利要求8所述的变速器，其特征在于，还包括外壳，它可安装在自行车车架上，用来包围所述变速器的至少一部分。
13. 如权利要求8所述的变速器，其特征在于，所述输出装置为自行车车轮，所述变速器还包括安装在输出轴上的车轮输入齿轮和安装在车轮上的车轮输出齿轮，所述第二柔性转矩传递元件联接所述车轮输入齿轮和输出齿轮。
14. 如权利要求13所述的变速器，其特征在于，所述车轮输入齿轮和输出齿轮彼此基本上对准。
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