美国专利No.5,921,139号公开了一种使用惰轮件来设定收紧 元件的位置的自行车控制装置的实例。该装置包括：底座件，其带 有多个第一定位件；操作件，其围绕车把安装，以相对于底座件沿 第一和第二方向旋转；收紧元件，可旋转地围绕底座件安装以拉紧 或松开变速器控制元件，以及惰轮件，其带有多个第二定位件，该 多个第二定位件与底座件上的多个第一定位件啮合。惰轮件连接至 收紧元件，使惰轮件随收紧元件整体旋转，但是惰轮件能够与底座 件一起在啮合位置和脱开位置之间轴向移动，为收紧元件设定不同 的操作位置。惰轮件包括第一凸轮面(cam surface)，当操作件沿第 一方向旋转以拉紧变速器控制元件时，该凸轮面与底座件上的凸轮 面配合，从而在啮合位置与脱开位置之间移动惰轮件。惰轮件还包 括第二凸轮面，当操作件沿第二方向旋转以松开变速器控制元件 时，该凸轮面与操作件上的凸轮面配合，从而在啮合位置与脱开位 置之间移动惰轮件。
收紧元件的旋转位置是由多个第一和第二定位件的旋转节距 (pitch)来确定的。因而、如果希望减少收紧元件的连续旋转位置 之间的间隔，就有必要相应减少该多个第一和第二定位件的旋转节 距。如果定位件具有棘轮齿的形状，由于旋转节距减小，底座件和 惰轮件的制造就会变得更加困难。旋转节距减小，通常还要求第一 和第二定位件之间的接触面减小，因此惰轮件和底座件之间的接合 力减小，收紧元件就有在线的退绕方向上进行不希望的转动的危 险。
自行车控制装置的另一个设计考虑是在操作件和收紧元件之 间传递操作力的能力。常规设计中的操作力是通过惰轮件在操作件 和收紧元件之间传递的。结果，操作力大会相应导致施加到各个凸 轮面上的磨损力大，因而会减少控制装置的使用寿命。

本发明涉及自行车控制装置的不同特征。在一个实施例中，自 行车控制装置包括：第一位置设定件，其具有多个具有第一节距的 第一定位件；操作件，围绕旋转轴线相对于该位置设定件沿第一和 第二方向旋转，以及第二位置设定件，该件构造成能和操作件一起 旋转，并且可轴向移动。第二位置设定件具有多个具有第二节距的 第二定位件，其中第一节距不同于第二节距。当操作件旋转时，第 二位置设定件在啮合位置和脱开位置之间移动，其中在啮合位置， 多个第二定位件中至少有一个与多个第一定位件中的至少一个啮 合，在脱开位置，第二位置设定件与第一位置设定件分离。设定第 一节距和第二节距，使操作件旋转所引起的第二位置设定件的第一 啮合位置和第二位置设定件的第二啮合位置之间的接合节距小于 第一节距和第二节距。
在另一个实施例中，自行车控制装置包括：位置设定件；操作 件，其围绕旋转轴线相对于位置设定件沿第一和第二方向旋转；收 紧元件，其相对位置设定件可旋转地安装，用以控制变速器控制元 件的拉紧和松开，其中在变速器控制元件的拉紧操作中，收紧元件 直接由操作件转动。惰轮件与操作件以及位置设定件啮合，从而在 操作件沿第一方向旋转时，使惰轮件旋转，并且当操作件沿第二方 向旋转时，惰轮件随位置设定件在啮合位置和脱开位置之间轴向移 动。
另外的发明特征通过下面的说明将会显而易见，并且这些特征 可以独自或与上述特征结合形成权利要求和其等同方案的基础。

图1是结合有具体实施例的换档控制装置的自行车的侧视图；
图2是连接到车把的换档控制装置的后视图；
图3是图2所示的右侧换档控制装置的分解图；
图4是位置设定件上的定位件的具体实施例的平面图；
图5是惰轮件上定位件和连接件的具体实施例的平面图；
图6A-6C是显示当操作件沿第一方向旋转时换档控制装置的 操作的示意图；
图7A-7C是显示当操作件沿第二方向旋转时换档控制装置的 操作的示意图。

图1示出了自行车10，该自行车设置有具体实施例的连接到车 把16上的左右换档控制装置14L和14R(图2)。自行车10装配有： 前轮18，后轮22，踏板26，前拨链器30以及后拨链器42，其中 前拨链器由换档控制装置14L通过Bowden型控制线缆44操作， 用于在多个前链轮38之间转换链条34，后拨链器由换档控制装置 14R通过Bowden型控制线缆32操作，用于在多个后链轮46之间 转换链条34。
图2是连接到车把16的换档控制装置14L和14R的后视图， 图3是换档控制装置14R的分解图。除了所容纳的齿轮数目以外， 换档控制装置14L在构造上与换档控制装置14R基本相同，所以只 说明换档控制装置14R。通常，使用控制杆54围绕轴线X旋转操 作件50使金属线收紧元件58旋转，收紧元件58进而拉紧和松开 控制线缆32的内部金属线32a以操作后拨链器42。定位单元62包 括第一位置设定件66，第二位置设定(惰轮)件70以及一对弹性 垫圈74，将收紧元件58维持在与后拨链器42的链轮位置相对应的 多个预定旋转位置上。
更具体而言，换档控制装置14R包括下部壳体78，其以常规 方式使用螺钉82通过环形夹80固定到车把16上。下部壳体78包 括：连接到环形夹80的底壁84，从底壁84垂直向上延伸的带有螺 纹孔90的安装杆88，以及位于底壁84和安装杆88的相交处的一 对沿直径相对的固定凸起92。近似半圆形的侧壁96从底壁84的外 围弓状边缘100向上垂直延伸。侧壁96支撑线缆引导件104，线缆 引导件104将控制线缆32的内部金属线32a引导到收紧元件58。 常规的线缆调节筒108旋合到线缆引导件104的末端。线缆调节筒 108包括：线缆通道112，用来接收通过其中的内部金属线32a线 缆，和外壳止挡件116，用来通过已知方式限定控制线缆32的外壳 32b。顶盖118通过使用螺钉119旋进螺纹孔90而连接到安装杆88、 用于封闭操作件50、金属线收紧元件58和定位装置62。下部壳体 78和顶盖118限定一个开口117(图2)，用于接收通过其中的控制 杆54并容纳控制杆54的运动范围。
收紧元件58包含环状收紧鼓轮120和操作件支撑元件124。收 紧鼓轮120包括中心开口128和金属线卷绕槽132，其中收紧鼓轮 120可旋转地环绕安装杆88，中间有间隔，而金属线卷绕槽132卷 绕和退绕内部金属线32a。收紧鼓轮120还包括常规线缆终端开口 (未示出)，用来支撑连接到内部金属线32a末端的常规线缆球形 末端(未示出)，以将内部金属线32a的末端固定在金属线卷绕槽 132上。操作件支撑元件124是堞形件(castellated member)，包括 从收紧鼓轮120所形成的底壁138向上垂直延伸的侧壁136。侧壁 136形成了与多个垛口144交替的多个城齿(merlon)140，其中垛 口144a延伸到底壁138，并且形成特定的尺寸以容纳其中的控制杆 54。由于施加到控制杆54的转动力在拉紧内部金属线32a时直接 传递到收紧元件58，施加到定位件上的额外磨损力被消除，这些定 位件在下文说明。
操作件50包括：带有中心开口152的环状体148，环状突出部 分156以及多个以连接齿160形式的连接件。控制杆54从环状体 148向外径向延伸。环状体148和环状突出部分156可旋转地环绕 安装杆88，中间有间隔。连接齿160从环状体148向上延伸并且环 绕环状体148。在该实施例中，每个连接齿160都包括凸轮面164， 基本平的顶面168，以及连接表面172。凸轮面164从由环状体148 形成的连接齿底面176向上倾斜延伸，顶面168从凸轮面164延伸， 通常平行于连接齿底面176，而连接表面172从顶面168延伸到连 接齿底面176，通常与顶面168和连接齿底面176垂直。
第一位置设定件66包括圆柱形衬套180和位置设定圆盘184 形式的环状位置设定件。衬套180包括中间开口188和一对沿直径 相对的凹口192(图3中只示出一个凹口)，其中开口188形成特定 的尺寸以在其中容纳安装杆88，而凹口192与下部壳体78的底壁 84上的固定凸起92啮合，使第一位置设定件66不可旋转地固定在 安装杆88上。因此，衬套180被设置在安装杆88和操作件50以 及安装杆88和收紧元件58之间，使操作件50和收紧元件58通过 衬套180可旋转地支撑到安装杆88。
如图3和图4所示，定位齿198形式的多个定位件从位置设定 圆盘184向上延伸，并环绕位置设定圆盘184。在该实施例中，每 个定位齿198都包括凸轮面202，基本平的短的顶面206，以及定 位表面210。凸轮面202从由位置设定圆盘184形成的定位齿底面 214向上倾斜延伸，顶面206从凸轮面202延伸，通常平行于定位 齿底面214，而定位表面210从顶面206延伸到定位齿底面214， 通常与顶面206和定位齿底面214垂直。多个定位齿198环绕在具 有第一节距P1的位置设定圆盘184上。
如图3和图5所示，惰轮件70包括环状固定圆盘218，连接齿 222形式的多个连接件，以及定位齿226形式的多个定位件。固定 圆盘218包括：中心开口230，其形成特定的尺寸以与安装杆88配 合，多个向内径向延伸的花键234，以及多个向外径向延伸的花键 238。每个向内径向延伸的花键234与操作件支撑元件124上的相 应城齿140啮合，而每个向外径向延伸的花键238与操作件的支撑 元件124上的相应垛口144啮合。因此，惰轮件70不可旋转地固 定在收紧元件58上，但是能够在旋转轴线X方向上相对于收紧元 件58移动。
连接齿222从固定圆盘218向上延伸，并且环绕固定圆盘218。 在该实施例中，每个连接齿222包括凸轮面242，基本平的顶面246， 以及连接表面250。凸轮面242从由固定圆盘218所形成的连接齿 底面254向上倾斜延伸，顶面246从凸轮面242延伸，通常平行于 连接齿底面254，而连接表面250从顶面246延伸到连接齿底面254， 通常与顶面246和定位齿底面254垂直。
定位齿226从固定圆盘218向上延伸，并且环绕固定圆盘218。 在该实施例中，每个定位齿226都包括凸轮面258，基本平的短的 顶面262，以及定位表面266。凸轮面258从由固定圆盘218所形 成的定位齿底面270向上倾斜延伸，顶面262从凸轮面258延伸， 通常平行于定位齿底面270，而定位表面266从顶面262延伸到定 位齿底面270，通常与顶面262和定位齿底面270垂直。多个定位 齿226环绕在具有第二节距P2的固定圆盘218上。在本实施例中， 第二节距P2不同于第一节距P1。优选但不是必需地，第二节距P2 要比第一节距P1大大约50％，原因将在下面讨论。
弹性垫圈74设置在顶盖118和惰轮件70的固定圆盘218之间， 并且沿轴线X方向朝操作件50和第一位置设定件66向下偏压惰轮 件70。因此，操作件50上的连接齿160与惰轮件70上的连接齿 222啮合，而第一位置设定件66上的定位齿198和惰轮件70上的 定位齿226啮合。如图6A中最清楚看到的，连接表面172和250 具有宽度W1，而定位表面210和266具有宽度W2，其中宽度W1 大于宽度W2。
当操作件50响应控制杆54的逆时针旋转在金属线拉紧方向旋 转时，操作件50、第一位置设定件66和惰轮件70移动，其移动方 式如图6A-6C所示。在图6A所示的静止位置上，操作件50的连 接表面172紧靠惰轮件70的连接表面250。另一方面，因为惰轮件 70上定位齿226的节距P2不同于第一位置设定件66的定位齿198 的节距P1，所以不是所有的第一位置设定件66的定位表面210都 与惰轮件70上相应的定位表面266接触。而是，第一位置设定件 66的定位齿198a的定位表面210与惰轮件226的定位齿226a的定 位表面266接触，然而第一位置设定件66的定位齿198b和198c (该定位齿198b和198c在图6A各只示出一个)的定位表面210 不与惰轮件70的定位齿226b的定位表面266接触(图6A只示出 一个该定位齿198b)。在该结构中，第一位置设定件66的定位齿 198b的凸轮面202被设置于相应的定位齿226b的凸轮面258的邻 近处。
当操作件50沿金属线拉紧方向(图6B中向上的箭头所示)旋 转时，操作件50上的连接齿172挤压惰轮件70上的连接齿250， 因而沿图1和图3中的逆时针方向旋转惰轮件。同时，惰轮件70 的定位齿226b的凸轮面258挤压第一位置设定件66的定位齿198b 的凸轮面202。因为第一位置设定件66被固定到安装杆88上，所 以第一位置设定件66保持静止，而惰轮件70由于定位齿198b和 226b的凸轮面202和258的滑动，沿轴线X方向(在图6B中朝左) 向上移动。
操作件50沿金属线拉紧方向的进一步转动使定位齿198b和 226b的顶面206和262彼此相互滑动，直到惰轮件70的定位齿226b 跳过第一定位件66的定位齿198b，并且如图6C所示，惰轮件70 的定位齿226b的定位表面266与第一位置设定件66的定位齿198b 的定位表面210接触。同时，第一位置设定件66的定位齿198c的 凸轮面202被设置于靠近惰轮件70的定位齿226a的凸轮面258的 邻近处。由于操作件50和惰轮件70的连接表面172和250的宽度 W1大于第一位置设定件66和惰轮件70的定位表面210和266的 宽度W2，惰轮件70绝对不会与操作件50完全脱开，所以惰轮件 70只是回到相对于操作件50的相同轴向位置。
由操作件50的旋转引起的在如图6A所示的惰轮件70的第一 啮合位置和如图6C所示的惰轮件70的第二啮合位置之间的啮合节 距P3显然小于第一定位件66的定位齿198的节距P1和惰轮件70 的定位齿226的节距P2。相应地，操作件50，以及收紧元件58转 动的总距离同样小于定位齿198的节距P1和定位齿226的节距P2。 在该实施例中，因为节距P2比节距P1大大约50％，所以啮合节距 P3大约是节距P1的一半。本文所述的是通过实际增大定位齿的节 距来减小啮合节距，而不是如现有技术中通过减小定位齿节距来减 小啮合节距的。这就避免了制造成本和复杂性的增加以及由传统技 术引起的可靠性的降低。
当操作件50响应控制杆54的顺时针旋转而沿金属线松开方向 旋转时，操作件50、第一位置设定件66以及惰轮件70移动，其移 动方式如图7A-7C所示。图7A所示的静止位置与图6A中所示的 静止位置相同。当操作件50沿金属线松开方向(图7B中向下的箭 头所示)旋转时，操作件50的连接齿160的凸轮面164挤压惰轮 件70的连接齿222的凸轮面242。因为第一位置设定件66固定在 安装杆88上，所以惰轮件70此时由于定位齿198a和226a之间的 啮合而不能旋转。但由于操作件50和惰轮件70的连接齿160和222 的凸轮面164和242的相应滑动，惰轮件70可沿轴线X方向(图 7B中朝左侧)向上移动。
操作件50沿金属线松开方向的进一步旋转使第一位置设定件 66和惰轮件70的定位齿198a和226a的顶面206和262彼此相互 滑动，直到惰轮件70的定位齿226a跳过第一定位件66的定位齿 198a，并且如图7C所示，惰轮件70的定位齿226b的定位表面266 与第一位置设定件66的定位齿198c的定位表面210接触。同时， 第一位置设定件66的定位齿198a的凸轮面202被设置于靠近惰轮 件70的定位齿226a的凸轮面258的邻近处。再者，由于操作件50 和惰轮件70的连接表面172和250的宽度W1大于第一位置设定 件66和惰轮件70的定位表面210和266的宽度W2，惰轮件70绝 对不会与操作件50完全脱开，因此惰轮件70只是返回到相对于操 作件50的相同旋转位置。最终结果是操作件50和收紧元件58又 一次通过大约是节距P1的一半的啮合节距P3旋转。
尽管以上对本发明特征的不同实施例作了描述，但是在不脱离 本发明的精神和范围的情况下，还可以对其作进一步的修改。例如， 一些运转(play)或松弛(slack)可以被设计到收紧元件58和惰轮 件70之间的机械连接中，从而以已知的方式实现拨链器的过位换 档(overshift)。各部件的尺寸，形状，位置或方向可以根据需要加 以改变。所示出的彼此之间直接连接或接触的部件之间可以设置一 些中间结构。一个元件的功能可以通过两个元件执行，反之亦然。 一个实施例的结构和功能可以用在另一个实施例中。在一个特殊实 施例中没有必要同时体现所有的优点。每个与现有技术相比独一无 二的特征，不论独自还是与其它特征相结合，还应该考虑在申请者 的进一步的发明中进行单独的描述，包括这些特征所体现的结构和 /或功能原理。因而，发明的范围不应该受限于公开的特殊结构或明 显的发明初衷所集中或侧重的特殊结构或特征。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发 明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。 凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进 等，均应包含在本发明的保护范围之内。