CN1167062A - 脚踏车换档控制单元 - Google Patents

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Abstract

一种脚踏车换档控制单元，包含一由用者操作的控制构件，及一转动体，该转动体可于一方向转动卷绕一换档线而于另一方向解绕换档线。一第一传动装置以第一传动比将控制构件的移动传送成转动体的转动，一第二传动装置以第二传动比将控制构件的移动传送成转动体的转动。第二传动比大于第一传动比。提供一耦合机构供控制构件选择性耦合于第一及第二传动装置。

Description

脚踏车换档控制单元
本发明涉及一种脚踏车换档控制单元，尤其是这样一种脚踏车换档控制单元，它可经由一可变传动装置连通一控制杠杆的移动至一卷线构件。
日本实用新型7-40390揭示了一种换档控制杠杆，其中用者借助换档杠杆单一操作一次换一档或一次换多档。然而当一次换多档时，杠杆摆动距离很大，这使得换档困难且必须紧握把手。若调整换档控制单元减少杠杆换多档所必须行走的距离，则当一次换一档杠杆所行走的距离就会太小而不适于人体工程学。因此，杠杆通常设定为方便地一次换一档或一次换多档，但非二者。
本发明涉及一种脚踏车换档控制杠杆，其中杠杆可用以一次换一档及一次换多档，换档杠杆的动作范围极合适。在本发明的一个实施例中，脚踏车换档控制单元包含一个由用者操作的控制构件，及一个可在一个方向转动卷绕换档线而在另一方向转动解绕换档线的转动体。一个第一传动装置以第一传动比将控制构件的移动传送成转动体的转动，一个第二传动装置以第二传动比将控制构件的移动传送成转动体的转动。第二传动比大于第一传动比。提供一耦合机构供控制构件选择地耦合于第一传动装置及第二传动装置。
在一个较具体的实施例中，第一传动装置包含第一传动齿轮，第二传动装置包含第二动齿轮。第一从动齿轮耦合于转动体以啮合第一传动齿轮，第二从动齿轮耦合于转动体以啮合第二传动齿轮。一控制齿轮置于控制构件一端以选择地啮择合第一传动齿轮及第二动齿轮。
在另一实施例中，第一爪置于控制构件一端上以便当控制构件沿驱动路径在第一方向移动时选择地传送动作至第一及第二传动装置，第二爪置于控制构件一端以便当控制构件沿驱动路径在第二方向移动时选择地传送动作至第一及第二传动装置。需要时可提供一第一凸轮以便在控制构件在第二方向移动时固持第一爪不与第一及第二传动装置接触，及提供一第二凸轮以便在控制构件在第一方向移动时固持第二爪不与第一及第二传动装置接触。在凸轮的结构中，第一及第二爪当控制构件位于沿驱动路径的中间位置时不与第一及第二传动装置接触。
图1为本发明脚踏车换档控制单元特定实施例的立体图；
图2为图1所示换档控制单元的截面图；
图3为换档控制单元沿图2线III-III截取截面图；
图4为本发明一位置固定机构特定实施例的分解图；及
图5为本发明换档控制单元替换实施例类似图3的截面图。
图1为本发明脚踏车换档控制单元的特定实施例的立体图。如图1所示，摆动地支承一刹车手柄2的刹车支架3相邻模制于脚踏车把手1的握柄1a，及一个用于拉紧及放松换档线4的内线4a的换档控制单元联接至刹车支架3。此例中，换档控制单元5的控制体20可由握住握柄1a的拇指及食指进行操作。
如图2及3所示，换档控制单元5包含一固定轴8，该轴由一螺栓7转动地固定于一个与刹车支架3一体模制的支架6；一联接至固定轴8的基部的转动体10；一套入一模制于此转动体10中的压痕11内的位置固定机构50；一作为一第一传动机构以传送控制体20的移动至转动体10而使其转动的第一齿轮传动装置；及一作为第二传动机权以传控制体20的移动至转动体10而使其转动的第二齿轮传动装置40，其传动比大于第一齿轮传动装置30的传动比，即借助增加控制体20的移动超过第一齿轮传动装置30。
由图2及3可见，控制体20经由一个支承轴61可摆动地联接至一支持片60，支持片60由第一间隔/固定组件9a及第二间隔/固定组9b固定到固定轴8的一特定位置。控制体20包含一模制于控制体一端的扇形齿轮，一形状适合手指控制而模制于控制体另一端的握柄部23，及一位于齿轮21与握柄23之间的区域中的轴套部22。轴套部22具有一球关节，球关节22a的内座圈固定于支承轴61，齿轮21可自由摆动于支承轴61的周边方向及轴向，这取决于握柄23的操作。
特别是在图2中可清楚地见到，在平行支承轴61轴向的第一方向上摆动控制体20可允许齿轮21啮合齿轮传动装置30的驱动齿轮31或齿轮传动装置40的驱动齿轮41，下面将对此作详细说明。当控制体20在平行支承轴61的周边方向的第二方向上摆动，而齿轮21啮合所选的驱动齿轮时，控制体20的控制移动经由所选的齿轮传动装置30或40传送至转动体10，而转动体10则转动于卷绕或解绕方向，这取决于控制体20摆动于第二方向的方向。如下面详细说明的那样，当齿轮21啮合齿轮传动装置30的驱动齿轮31时可实现适合于单阶换档的控制移动传送，当齿轮21啮合齿轮传动装置40的驱动齿轮41时，可实现适合于多阶换档的控制移动传送。控制体20受一弹簧(未图示)作用至齿轮21啮合齿轮传动装置30的驱动齿轮31的位置，通常保持于单阶换档位置。
第一齿轮传动装置30作为第一传动机构，具有一驱动齿轮31转动地联接至一个由支承片60延伸的辅助支架64上所固定的支承轴62上，并具一从动齿轮32位于转动体10的外周边而啮合驱动齿轮31。第二齿轮传动装置40作为第二传动机构，具有一驱动齿轮41转动地联接至固定于支承片60上的支承轴63，并具一从动齿轮42位于转动体10的外周边而啮合驱动齿轮41。
根据此例，第一齿轮传动装置30的驱动齿轮31与从动齿轮32的齿轮比为1/3，而第二齿轮传动装置40的驱动齿轮41与从动齿轮42的齿轮比为1/1。再者，控制体的齿轮21为扇形，但若计算为一圆齿轮，第一齿轮传动装置30的齿轮21对驱动齿轮3 1的齿轮比为3/1，而第二齿轮传动装置40的齿轮21对驱动齿轮41的齿轮比为2/1。
根据此结构，当控制体20在已选定了第一齿轮传动装置30的状态下以第二方向的转角计，结果转动体转动1 0度的转角。相反，当控制体20在已选定了第二齿轮传动装置40的状态下以第二方向的转角计时，结果转动体10转动20度的转角。简言之，当选定第二齿轮传动装置40时，在相同的控制位移角度下，所得转动体10的转动位移为当选定第一齿轮传动装置30所得位移的二倍。为此，应选择第二齿轮传动装置40用以多阶换档，应选择第一齿轮传动装置30用以单阶换档。传动装置间的此传动比可自由设定，当然是在某一些结构限制范围内。
转动体10具有一鼓，其构造成使换档线4的内线4a由脚踏车(未图示)前或后换档单元沿线槽12卷绕。转动体10在相对固定轴8的前或后转动方向上卷绕或解绕内线4a。
位置固定机构50包含套在转动体10内部的固定轴8上的第一及第二位置固定片51及52，及在第一位置固定片51及压痕11底之间套在固定轴8上的一对碟形弹簧53。如图4所示，一圆通孔51a位于第一位置固定片51的中央，且花键突起51b位于该固定片的外周边。固定轴8插过此通孔51a，此时前述花键突起51b啮合位于一圆柱13内周面上的多个径向突起间的间隙，圆柱13形成转动体10的压痕11，故第一位置固定片51可绕固定轴8摆动，并与转动体10一体转动，第二位置固定片52啮合穿过一花键孔52a的固定轴8，并以一间隔/固定组件9b固定于上限位置。碟形弹簧53作用于第一位置固定片51使其滑动于第二位置固定片52的方向，从而产生这样的状态，即第一位置固定片51上的多个脊51c啮合位置固定片52上的多个槽52b。
当位置固定机构50啮合时，固定于固定轴8的第二位置固定片52经由第一位置固定片51停止转动体10的转动。然而，当转动体10受转动的控制力大于由碟形弹簧53的弹力所决定的特定力时，第一位置固定片51在与第二位置固定片52分开的方向上顶着碟形弹簧53滑动，脊51c脱离第二位置固定片52上的槽52b，以使转动体10可以转动。换言之，位置固定机构50达到脱离啮合状态，其中施加了大于前述设定力的控制力，而转动体10转动；当位置固定机构随后达成啮合状态时，转动体10乃固定于另一换档位置。
使用图2及3说明此换档控制单元5的换档动作。若为单阶换档，当手指握住柄而置于握柄23上，而控制体20摆动于支承轴61的周边方向，即于第二方向的箭头UP方向，齿轮21经由第一齿轮传动装置30，即经由驱动齿轮31及从动齿轮32传送此摆动位移为转动体10的转动位移，如此使位置固定机构50置于脱离状态，并使转动体10在换档操作前其所占的换档位置转动于卷绕方向，如此再导致内线4a被卷动。当转动体10达到特定换档位置时，停止控制体20的摆动操作。此时，转动体10达到其目的是进行换档操作的新换档位置，完成内线4a特定长度的卷绕，位置固定机构50由脱离阶段转换成啮合阶段，转动体10位于新换档位置，从而完成换档动作至相邻上一档的换档位置。相反，进行下换档时摆动控制体20于第二方向的箭头DOWN方向，故解绕内线4a一特定长度。
若为多阶换档，握住柄的手指置于握柄23上，控制体20摆动于支承轴61的轴向，即朝向第二方向中标示多阶换档方向的箭头，直至齿轮21脱离第一齿轮传动装置30的驱动齿轮31并啮合第二齿轮传动装置40的驱动齿轮41。在此种状态下，当控制体20摆动于第一方向的箭头UP方向时，齿轮21经由第二齿轮传动装置40即经由驱动齿轮41及从动齿轮42传送摆动位移为转动体10的转动位移，故位置固定机构50置于脱离状态，而使转动体10从换档操作之前其所占换档位置于卷绕方向转动，因而卷绕内线4a。此时，如上面所述那样，因第一齿轮传动装置30与第二齿轮传动装置40的齿轮比之差，转动体10转动二倍于单阶换档操作的情形，即使控制体摆动位移相同，即可跳过相邻换档位置，并且可使内线4a越过毗邻的换档位置卷绕到下一个换档位置上。一旦完成卷绕至所要求的位置，以位置固定机构50的作用支持转动体10于新换档位置，如上述那样，实现上换档至所要求换档位置。若骑者释放握柄23，控制体20因弹簧的弹力摆动于第一方向朝向箭头单阶换档，而齿轮21返回其啮合第一齿轮传动装置30的驱动齿轮31的位置。下换档时，当控制体20摆动于第一方向朝向标示多阶换档的箭头后，控制体20应再摆动于第二方向朝向DOWN箭头。
图5显示本发明换档控制单元中另一实施例。本例与前例不同在于以二棘爪取代控制体的齿轮。控制体80包含一第一棘爪81及一第二爪82，两棘爪彼此相对位于齿轮传动装置的端部处。第一棘爪81可由支承销85摆动，模制于此爪的端部的爪头81a由一弹簧87作用于图5顺时针方向，故其可啮合齿轮传动装置的驱动齿轮31及41。再者，第一棘爪81构造成，当控制体80置于本位HP摆动于DOWN箭头方向的范围中，以凸轮构件83抬起爪头81a，使其与齿轮传动装置的驱动齿轮31及41脱离。同样地，第二棘爪82可由一支承销86摆动，而模制于爪端的爪82a由一弹簧88作用于图5可见的反时针方向，使其可啮合齿轮传动装置的驱动齿轮31及41。再者，第二棘爪82构造成，当控制体80置于由本位HP摆动于UP箭头方向的范围中时，以凸轮构件84抬起爪头82a，使其与齿轮传动装置的驱动齿轮31及41脱离。控制体80受一弹簧作用至中立位置，未图示，故其总是返回设定于第二方向摆动范围中央的本位HP，其为支承轴61的周边方向。
以下说明此换档控制单元的换档操作，特别是控制体80与齿轮传动装置的驱动齿轮间的连结。握住柄的手指置于握柄23上，摆动控制体于平行于摆动控制体80的支承轴61的第一方向而选择单阶换档或多阶换档。此例中，考虑已选择单阶换档。然后摆动的控制体80由本位HP摆动在第二方向的UP箭头方向，而由凸轮构件83支持向上的第一棘爪81脱离凸轮构件83并摆动于顺时针方向。第一棘爪81的爪头81a然后啮合第一齿轮传动装置30的驱动齿轮31，而转动体10转动以解绕内线4a。因第一齿轮传动装置30，转动体10及位置固定机构50的连结与前例相同，故不再赘述。
当完成上换档操作，骑者手指由控制体80移开，控制体80因弹簧而被作用于中立位置而返回本位HP。此时，因驱动齿轮31的齿形及第一棘爪81的爪头81a的众所周知的构形，控制体80有效地摆回HP，而未施加力矩至驱动齿轮31，最后再以凸轮构件83抬起爪头81a至本位HP。上换档操作中控制体80由其本位HP摆动的过程中，以凸轮构件84抬起第二棘爪82的爪头82a，中断与齿轮传动装置的驱动齿轮的连结。
同样地，当摆动的控制体80由本位HP摆动于DOWN箭头方向的第二方向，由凸轮构件84上抬的第二棘爪82脱离凸轮构件84并因而摆动于反时针方向。第二棘爪82的爪头82a然后啮合第一齿轮传动装置30的驱动齿轮31，而转动体10转动卷绕内线4a。当完成下换档操作而控制体80由弹簧的中立作用返回本位HP，控制体80摆回本位，无力矩作用于驱动齿轮31，此乃因驱动齿轮31齿形及第二棘爪82的爪头82a的众所周知的构形导致的。最后，再以凸轮构件84抬起爪头82a而返回至本位HP。下换档操作时控制体80由本位HP摆动的过程中，以凸轮构件83抬起第一棘爪81的爪头81a，中断与齿轮传动装置的驱动齿轮的连结。
以类似过程进行多阶换档，虽因第一齿轮传动装置30与第二齿轮传动装置40之间的差异，一相同的控制体80摆动位移角导致转动体10的转动位移角为3倍那么大，因此再导致较大的内线4a操作量。
虽然上面对本发明各实施例进行了说明，但在不脱离发明的精神范围的情况下，还可以采用其他的变更型。例如，控制构件可构造成可以摆动，转动或滑动。传动装置可为摩擦式，凸轮式或齿轮式。因此，本发明的范围不应受所公开的具体结构的限制。相反，本发明真实范围应由所附的权利要求书决定。当然，虽权利要求书中使用标号以利参见附图，但是本发明不受限于附图中标号所示的结构。

Claims (20)

1.一种脚踏车换档控制单元，包含：
一转动体(10)，转动于一方向卷绕一换档线，而转动于另一方向以解绕换档线；
一个由使用者操作的控制构件(20，80)；
一第一传动装置(30)，以第一传动比传送控制构件(20，80)的移动至转动体(10)的转动；
一第二传动装置(40)，以第二传动比传送控制构件(20，80)的移动至转动体(10)的转动；
一耦合机构(22，22a，61)，允许控制构件(20，80)选择地耦合于第一传动装置(30)及第二传动装置(40)；其中第二传动比大于第一传动比。
2.如权利要求1所述的控制单元，其特征在于：控制构件(20，80)沿一选择路径移动以选择地耦合控制构件至第一传动装置(30)及至第二传动装置(40)，其中控制构件沿一驱动路径移动可传送控制构件(20，80)的移动成转动体(10)的转动，且其中选择路径不同于驱动路径。
3.如权利要求1所述的控制单元，其特征在于：转动体(10)转动地支承于一固定轴(8)上，另包含一位置决定机构(50)以维持转动体(10)处在相对于对应控制单元各换档位置的固定轴(4)的位置。
4.如权利要求1所述的控制单元，其特征在于：耦合机构(22，22a，61)包含一球窝接头(22a)。
5.如权利要求1所述的控制单元，其特征在于：第一传动装置(30)包含第一传动齿轮(31)，且其中第二传动装置(40)包含第二传动齿轮(41)。
6.如权利要求5所述的控制单元，其特征在于：它还包含一控制齿轮(21)置于控制构件(20)一端上以选择地啮合第一传动齿轮(31)及第二传动齿轮(41)。
7.如权利要求6所述的控制单元，其特征在于：控制构件(20，80)沿一选择路径移动以选择地耦合控制构件至第一传动装置(30)及第二传动装置(40)，其中控制构件沿一驱动路径移动以传送控制构件(20，80)的移动成转动体(10)的转动，且其中选择路径不同于驱动路径。
8.如权利要求7所述的控制单元，其特征在于：耦合构件(22，22a，61)包含一球窝接头(22a)。
9.如权利要求5所述的控制单元，其特征在于：它还包含：
一第一从动齿轮(32)，耦合于转动体(10)以啮合第一传动齿轮(31)；及
一第二从动齿轮(42)，耦合于转动体(10)以啮合第二传动齿轮(41)。
10.如权利要求9所述的控制单元，其特征在于：第一从动齿轮(32)与转动体(10)一体形成，且其中第二从动齿轮(42)与转动体(10)一体形成。
11.如权利要求10所述的控制单元，其特征在于：它还包含一控制齿轮(21)置于控制构件(20)一端上以选择地啮合第一传动齿轮(31)及第二传动齿轮(41)。
12.如权利要求11所述的控制单元，其特征在于：第一从动齿轮(32)的直径大于第二从动齿轮(42)的直径。
13.如权利要求12所述的控制单元，其特征在于：控制构件(20，80)沿一选择路径移动以选择地耦合控制构件至第一传动装置(30)及第二传动装置(40)，其中控制构件沿一驱动路径移动以传送控制构件(20，80)的移动成转动体(10)的转动，且其中选择路径不同于驱动路径。
14.如权利要求13所述的控制单元，其特征在于：耦合机构(22，22a，61)包含一球关节(22a)。
15.如权利要求5所述的控制单元，其特征在于：它还包含：
一第一爪(81)，置于控制构件(80)一端上，用于当控制构件移动于沿一驱动路径的第一方向时选择地传送动作至第一传动装置(30)及至第二传动装置(40)，及
一第二爪(82)，置于控制构件(80)一端上，用于当控制构件移动于沿驱动路径的第二方向时选择地传送动作至第一传动装置(30)及至第二传动装置(40)。
16.如权利要求15所述的控制单元，其特征在于：它还包含：
一第一凸轮(83)，用于当控制构件(80)移动于第二方向时固持第一爪(81)不与第一传动装置(30)及第二传动装置(40)接触；及
一第二凸轮(84)，用于当控制构件(80)移动于第一方向时固持第二爪(82)不与第一传动装置(30)及第二传动装置(40)接触。
17.如权利要求16所述的控制单元，其特征在于：第一爪(81)和第二爪(82)当控制构件(80)置于沿驱动路径的中间位置时固持不与第一传动装置(30)及第二传动装置(40)接触。
18.如权利要求17所述的控制单元，其特征在于：控制构件(20，80)沿一路径移动以选择地耦合控制构件至第一传动装置(30)及第二传动装置(40)。
19.如权利要求18所述的控制单元，其特征在于：耦合机构(22，22a，61)包含一球窝接头(22a)。
20.如权利要求20所述的控制单元，其特征在于：第一方向与第二方向相反。
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