自行车换挡器及自行车的制作方法

本发明涉及自行车技术领域，具体地说，是涉及一种自行车换挡器以及使用这种换挡器的自行车。

背景技术：

现有的自行车换挡器的换挡结构通常包括棘轮组、定位棘爪和释放棘爪，其中，棘轮组包括同步转动的定位棘轮和释放棘轮。当自行车进行退档操作时，定位棘爪进行转动并解除对定位棘轮当前位置的锁定，使棘轮组在复位弹簧的作用下进行回退，且在棘轮组回退时使释放棘爪向释放棘轮移动直至与释放棘轮啮合，以保证定位棘轮在回退一个齿位后不再进行回退。在定位棘爪进行复位时，定位棘爪重新与定位棘轮的一个新的齿位扣合，并对棘轮组的当前状态进行定位，而释放棘爪解除与释放棘轮的啮合，以解除对棘轮组的锁定，从而完成对自行车的退档操作，此时，与棘轮组固定连接的绕线盘和棘轮组一起按照预设行程进行转动，进而使绕线盘对变速线进行释放，使变速线对前拨链器或后拨链器进行调节，实现自行车的退档。

但是，现有一部分自行车换挡器的定位棘爪和释放棘爪是呈分体设置，且棘轮组需要分别设置一个与定位棘爪配合的定位棘轮和一个与释放棘爪配合的释放棘轮，导致在结构上不够紧凑，联动性差，占用空间大，结构复杂且生产成本高。中国专利文献cn1097542c的一种自行车的变档装置中，其换挡器虽然将定位棘爪和释放棘爪一体成型成棘爪构件，并将定位棘轮和释放棘轮整合呈一个通用棘轮，但由于棘爪构件的两个棘齿均设置于相配合的棘轮的一侧，使得棘爪构件与棘轮上配合的棘齿仅为一端受力，容易导致棘爪构件从与自身连接的转轴上偏出，因此，需要额外设置一个固持板对棘轮和棘爪构件进行辅助固定，增加了自行车换挡器的结构复杂程度。中国专利文献cn1765694b的一种自行车变速器，其变速器的棘轮上设有三排齿，其中两排齿与棘爪构件的定位棘爪和释放棘爪相配合，另一排齿与推杆的推动爪相配合，这样增加了棘轮制造的复杂性，且增大了棘轮的体积与成本。

技术实现要素：

为了解决上述问题，本发明的主要目的是提供一种结构简单且操作可靠的自行车换挡器。

本发明的另一目的是提供一种结构简单且工作可靠的自行车。

为了实现本发明的主要目的，本发明提供一种自行车换挡器，包括壳体、卷绕构件、棘轮和第四弹性件，壳体内固定安装有托架，托架上设置有转轴，卷绕构件绕转轴的轴线与转轴可转动地连接，棘轮固定套装在卷绕构件上，棘轮的周向上设置有第一齿部和第二齿部，第四弹性件设于卷绕构件上，给卷绕构件提供一个复位的作用力，其中，自行车换挡器还包括棘爪构件、第五弹性件释放杆和推杆，棘爪构件与托架可移动地连接，棘爪构件位于棘轮的周向上，棘爪构件的两端分别设置有定位棘爪和释放棘爪，定位棘爪和释放棘爪位于棘轮相对的两侧，定位棘爪朝向第一齿部设置，释放棘爪朝向第二齿部设置，第五弹性件设于棘爪构件上，给其提供一个复位的作用力，释放杆与托架铰接，释放杆可拨动棘爪构件相对托架移动，使定位棘爪与第一齿部脱开、释放棘爪与第二齿部啮合，松开释放杆时，在第五弹性件的作用下，使定位棘爪与第一齿部的下一个齿啮合、释放棘爪与第二齿部脱开，推杆绕转轴的轴线与转轴可转动地连接，推杆上铰接有推动爪，推动爪朝向第二齿部设置，推杆可绕转轴转动并驱动推动爪与第二齿部啮合。

由上可见，通过对自行车换挡器的结构设计，使得定位棘爪和释放棘爪一体成型为棘爪构件，从而保证了定位棘爪和释放棘爪之间的联动性，避免自行车换挡器退档过程中出现脱档，而通过对定位棘爪和释放棘爪的相对位置设置，避免定位棘爪和释放棘爪集中于棘轮的一侧，保证棘轮两侧受力均匀，从而避免需要设置固持板来对棘轮和棘爪构件进行辅助固定，简化自行车换挡器的结构，并降低自行车换挡器的制造成本。

一个优选的方案是，棘爪构件呈弧形设置，棘爪构件半环绕于棘轮外，定位棘爪和释放棘爪相对地设置。

由上可见，将棘爪构件设置成弧形并使其半环绕于棘轮外，使得能够在最大程度上节省棘爪构件占据的空间，并避免棘爪构件与棘轮发生干涉。

进一步的方案是，棘爪构件的第一端还设置有第一滑槽，棘爪构件的第二端还设置有第二滑槽，托架上设置有第一销轴和第二销轴，且第一销轴与第一滑槽相连接，第二销轴与第二滑槽相连接。

由上可见，第一滑槽和第二滑槽对棘爪构件的滑动起到导向作用，而通过对第一滑槽和第二滑槽的结构设计，使得棘爪构件在相对托架滑动时，还能够具有一定角度的摆动，从而使得释放棘爪能够与第二齿部顺利地脱开、定位棘爪能够与第一齿部进行可靠的啮合，并保证棘轮在退档时具有足够的转动空间，提高退档可靠性，同时，还能避免棘轮在退档过程中出现脱档或卡档的情况。

更进一步的方案是，释放杆上设置有推块，棘爪构件上设置有突出部，推块与突出部邻接。

由上可见，释放杆上的推块和棘爪构件上的突出部能够提高释放杆推动棘爪构件滑动的可靠性，而突出部对棘爪构件的滑动起到一定的导向作用，避免当推块直接作用于棘爪构件上时，对棘爪构件施加垂向于第二滑槽的力，从而避免棘爪构件被卡死而无法沿第二滑槽滑动。

更进一步的方案是，释放杆与壳体之间连接有第一弹性件。

由上可见，第一弹性件用于辅助释放杆进行复位。

另一个优选的方案是，托架在推动爪处设置有导向部，导向部与推动爪邻接。

由上可见，导向部用于对推动爪起引导、限位作用，当推杆复位后带动推动爪与棘轮脱开，避免推动爪在复位后与棘轮的第二齿部啮合，防止退档过程中推动爪对棘轮的转动造成阻碍。

进一步的方案是，推杆与托架之间连接有第二弹性件，推动爪与推杆之间连接有第三弹性件。

由上可见，第二弹性件用于辅助推杆进行复位，第三弹性件用于辅助推动爪进行复位。

更进一步的方案是，壳体上设置有一个窗口，卷绕构件上设置有导向槽，自行车换挡器还包括指示构件，指示构件与壳体铰接，指示构件包括驱动端和指示端，驱动端上设置有导柱，导柱沿导向槽的延伸方向可滑动地设置在导向槽内，指示端朝向窗口设置，卷绕构件驱动指示端在窗口处摆动。

由上可见，导向槽能够在卷绕构件转动过程中驱动指示构件的导柱在导向槽内滑动，进而使指示构件的指示端能够对自行车换挡器的档位情况进行显示。而壳体上设置窗口，并使指示构件的指示端朝向窗口设置，使得骑行人员能够从窗口处更加直接得知自行车换挡器的当前档位。

更进一步的方案是，导向槽呈弧状设置，指示构件和壳体之间连接有第六弹性件。

由上可见，弧状的导向槽为指示构件的驱动端的轨迹线，通过轨迹线精确控制指示构件的每指示到一个档位时所摆动的角度的准确性，且使得卷绕构件与指示单元之间的联动更加可靠。第六弹性件用于辅助指示构件进行复位。

为了实现本发明的另一目的，本发明提供一种自行车，包括车架、拨链器、变速线和自行车换挡器，拨链器安装在车架的后平叉上或安装在车架的中部，变速线的第一端与拨链器连接，自行车换挡器包括棘爪构件、第五弹性件、释放杆和推杆，棘爪构件与托架可移动地连接，棘爪构件位于棘轮的周向上，棘爪构件的两端分别设置有定位棘爪和释放棘爪，定位棘爪和释放棘爪位于棘轮相对的两侧，定位棘爪朝向第一齿部设置，释放棘爪朝向第二齿部设置，第五弹性件设于棘爪构件上，给其提供一个复位的作用力，释放杆与托架铰接，释放杆可拨动棘爪构件相对托架移动，使定位棘爪与第一齿部脱开、释放棘爪与第二齿部啮合，松开释放杆时，在第五弹性件的作用下，使定位棘爪与第一齿部的下一个齿啮合、释放棘爪与第二齿部脱开，推杆绕转轴的轴线与转轴可转动地连接，推杆上铰接有推动爪，推动爪朝向第二齿部设置，推杆可绕转轴转动并驱动推动爪与第二齿部啮合。

由上可见，通过对自行车的自行车换挡器的结构设计，使得定位棘爪和释放棘爪一体成型为棘爪构件，从而保证了定位棘爪和释放棘爪之间的联动性，避免自行车换挡器退档过程中出现脱档，而通过对定位棘爪和释放棘爪的相对位置设置，避免定位棘爪和释放棘爪集中于棘轮的一侧，保证棘轮两侧受力均匀，从而避免需要设置固持板来对棘轮和棘爪构件进行辅助固定，简化自行车换挡器的结构，并降低自行车换挡器的制造成本，并降低自行车的生产成本。

附图说明

图1是本发明自行车实施例的自行车换挡器的结构图。

图2是本发明自行车实施例的自行车换挡器的第一省略部分组件后的结构图。

图3是本发明自行车实施例的自行车换挡器的第二省略部分组件后的结构图。

图4是本发明自行车实施例的自行车换挡器的卷绕构件与棘轮的相对位置结构图。

图5是本发明自行车实施例的自行车换挡器的省略部分组件后的分解图。

图6是本发明自行车实施例的自行车换挡器的第三省略部分组件后的结构图。

图7是图6中a处的放大图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

自行车包括车架、拨链器、变速线和自行车换挡器100，拨链器安装在车架的后平叉上或安装在车架的中部，变速线的第一端与拨链器连接。

参照图1至图3，自行车换挡器100包括壳体1、卷绕构件2、棘轮3、棘爪构件4、释放杆5、推杆6和指示构件7。其中，壳体1安装在车架的把手上，壳体1包括上壳体和下壳体，且上壳体和下壳体之间围成一个容纳腔11。下壳体上固定安装有托架12，托架12位于容纳腔11内，托架12上设置有转轴13。

结合图4，卷绕构件2套装在转轴13上，且卷绕构件2绕转轴13的轴线与转轴13可转动地连接，变速线9的第二端与卷绕构件2连接。卷绕构件2上设置有接线部21，接线部21用于与变速线9进行连接，并用于对变速线9进行卷绕或释放，以使得变速线9能够控制自行车上的拨链器的拨链单元移动，从而拨动自行车上的链条与不同的链轮进行啮合，从而实现对自行车的变速操作。

卷绕构件2上还设置有限位部22，棘轮3的中部设置有限位槽33，棘轮3通过限位槽33套装在卷绕构件2的限位部22上，以实现棘轮3与卷绕构件2之间的固定连接，保证棘轮3能够跟随卷绕构件2进行同步转动。此外，棘轮3的周向上设置有第一齿部31和第二齿部32，且卷绕构件2与托架12之间连接有第四弹性件81，第四弹性件81用于对卷绕构件2进行复位。

参照图5，并结合图1和图2，壳体1上设置有一个窗口16，窗口16能够显示指示构件7指示的档位，以便骑行人员能够更加直观的得知自行车换挡器100的当前档位状态。具体地，卷绕构件2上还设置有导向槽23，该导向槽23优选呈弧状设置。指示构件7位于壳体1的容纳腔11内，且指示构件7与壳体1的上壳体铰接。指示构件7包括驱动端71和指示端72，其中，驱动端71设置有导柱711，导柱711朝向卷绕构件2延伸地设置，导柱711位于卷绕构件2的导向槽23内。且导柱711沿导向槽23的延伸方向与导向槽23可滑动地连接。而指示端72朝向窗口16设置并延伸至窗口16处，卷绕构件2用于驱动指示构件7相对上壳体转动，并使指示端72在窗口16处摆动，从而进行档位指示。此外，指示构件7与壳体1的上壳体之间连接有第六弹性件86，第六弹性件86用于辅助指示构件7进行复位。

当卷绕构件2转动时，转动的卷绕构件2会通过导向槽23和指示构件7的驱动端71上的导柱711驱动指示构件7进行转动，即导向槽23能够在卷绕构件2转动过程中驱动导柱711在导向槽23内滑动，进而使得指示构件7能够跟随卷绕构件2的转动而转动，使指示端72能够对自行车换挡器100的档位进行指示。通过对指示构件7和卷绕构件2之间的连接机构的设计，使得卷绕构件2和指示构件7之间的联动更加可靠，并使得指示构件7的指示端72能够根据卷绕构件2转动的幅度准确指出自行车换挡器100的当前档位状态。

此外，为了防止外部灰尘、水分进入壳体1内部，并避免对卷绕构件2、棘轮3、棘爪构件4等造成损坏，在窗口16处设置透明罩体，且透明罩体覆盖整个窗口16。进一步地，透明罩体上设置有档位标示，使得能够更加清楚地标识出指示端72所指的档位，以便于骑行人员能够更加直观、清楚的读取自行车换挡器100的当前档位信息。

参照图6和图7，并结合图3，棘爪构件4与托架12可滑动地连接，且棘爪构件4位于棘轮3周向上。具体地，棘爪构件4的第一端设置有第一滑槽43，棘爪构件4的第二端设置有第二滑槽44，且托架12上设置有第一销轴14和第二销轴15，且第一销轴14位于第一滑槽43内并与第一滑槽43相连接，第二销轴15位于第二滑槽44内并与第二滑槽44相连接。

棘爪构件4包括连接部和设置于连接部两端的定位棘爪41和释放棘爪42，其中，棘爪构件4的连接部呈弧形设置，且棘爪构件4的连接部半环绕于棘轮3外，定位棘爪41和释放棘爪42位于棘轮3的相对的两侧，且定位棘爪41和释放棘爪42相对地设置。此外，定位棘爪41朝向棘轮3的第一齿部31设置，释放棘爪42朝向棘轮3的第二齿部32设置。托架12与棘爪构件4之间设置有第五弹性件82，第五弹性件82用于辅助棘爪构件4进行复位。

定位棘爪41、释放棘爪42和连接部一体成型，从而保证了定位棘爪41和释放棘爪42之间的联动性，避免自行车换挡器100退档过程中出现脱档，而通过对定位棘爪41和释放棘爪42的相对位置设置，避免定位棘爪41和释放棘爪42集中于棘轮的一侧，保证棘轮3两侧受力均匀，从而避免需要设置固持板来对棘轮3和棘爪构件4进行辅助固定，简化自行车换挡器100的结构，并降低自行车换挡器100的制造成本。

释放杆5与托架12铰接，释放杆5用于拨动棘爪构件4相对托架12进行滑动，使定位棘爪41与第一齿部31啮合或使释放棘爪42与第二齿部32啮合。其中，释放杆5上设置有推块51，而棘爪构件4上设置有与推块51相配合的突出部45，推块51与突出部45邻接，而释放杆5上的推块51和棘爪构件4上的突出部45能够提高释放杆5推动棘爪构件4滑动的可靠性，而突出部45对棘爪构件4的滑动起到一定的导向作用，避免当推块51直接作用于棘爪构件4上时，对棘爪构件4施加垂向于第二滑槽44的力，从而避免棘爪构件4被卡死而无法沿第二滑槽44滑动。释放杆5与壳体1之间连接有第一弹性件83，第一弹性件83用于辅助释放杆5进行复位。

此外，棘爪构件4在相对托架12滑动时，能够具有一定角度的摆动，从而使得释放棘爪42能够与第二齿部32进行可靠的啮合、脱开；定位棘爪41能够与第一齿部31进行可靠的啮合、脱开，并保证棘轮3在退档时具有足够的转动空间，提高退档可靠性，同时，还能避免棘轮3在退档过程中出现脱档或卡档的情况。

推杆6绕转轴13的轴线与转轴13可转动地连接，推杆6上铰接有推动爪61，推动爪61朝向第二齿部32设置，且推杆6可绕转轴13转动并驱动推动爪61与第二齿部32啮合。其中，托架12在推动爪61处设置有导向部121，且导向部121与推动爪61邻接，导向部121用于对推动爪61起引导、限位作用，避免推动爪61在复位后与棘轮3的第二齿部32啮合，防止退档过程中推动爪61对棘轮3的转动造成阻碍。推杆6与托架12之间连接有第二弹性件，第二弹性件用于辅助推杆6进行复位，而推动爪61与推杆6之间连接有第三弹性件，第三弹性件用于辅助推动爪61进行复位。

自行车换挡器100的换挡过程如下：

如图2和图6所示，当需要对自行车换挡器100进行进档操作时，拨动推杆6，使推杆6沿方向x1转动，并对第二弹性件进行蓄能，同时，推杆6带动推动爪61移动，使得推动爪61逐渐脱离与导向部121的邻接，并使推动爪61在第三弹性件的弹性势能作用下转向棘轮并与棘轮3的第二齿部32啮合，而随着推杆6推动棘轮3沿方向x1绕转轴13转动，卷绕构件2跟随棘轮3进行同步转动，对变速线9进行卷绕，并对第四弹性件81进行蓄能。在棘轮3转动过程中，棘轮3的第一齿部31推动棘爪构件4相对托架12滑动，使定位棘爪41脱离与棘轮3的第一齿部31的啮合，并对第五弹性件82进行蓄能。当棘轮3在推杆6的推动下使定位棘爪41越过第一齿部31的一个齿位后，棘爪构件4在第五弹性件82的弹性势能作用下进行复位，使得定位棘爪41重新与棘轮3的第一齿部31啮合，从而完成自行车换挡器100的进档操作。此时，松开推杆6，推杆6在第二弹性件的弹性势能作用下进行复位，且推动爪61重新与导向部121邻接，对第三弹性件进行蓄能并脱离与第二齿部32的啮合。

在自行车换挡器100进档操作过程中，卷绕构件2转动过程中会同步驱动指示构件7的指示端72沿方向x1进行转动，使得指示构件7的指示端72相对窗口16摆动，并指出相应的档位，同时，指示构件7对第六弹性件86进行蓄能。

当需要对自行车换挡器100进行退档操作时，拨动释放杆5，使释放杆5沿方向x2转动，并使释放杆5推动棘爪构件4相对托架12滑动，并对第一弹性件83进行蓄能。在棘爪构件4滑动过程中，首先，定位棘爪41逐渐远离棘轮3并脱离与棘轮3的第一齿部31的啮合，同时，释放棘爪42逐渐向棘轮3移动并与棘轮3的第二齿部32进行啮合，此时，第五弹性件82进行蓄能。

当定位棘爪41脱离与棘轮3的第一齿部31的啮合且释放棘爪42与棘轮3的第二齿部3啮合时，卷绕构件2、棘轮3在第四弹性件81的弹性势能作用下进行复位，而由于定位棘爪41、释放棘爪42和棘轮3的结构设计和位置设置，使得棘轮3相对定位棘爪41回退一个齿位。当松开释放杆5时，释放杆5在第一弹性件83的弹性势能作用下进行复位，且棘爪构件4在第五弹性件82的弹性势能作用下进行复位。在棘爪构件4进行复位过程中，释放棘爪42逐渐远离棘轮3并脱离与棘轮3的第二齿部32的啮合，同时，定位棘爪41逐渐向棘轮3移动并与棘轮3的逐渐向棘轮3移动并与棘轮3的第一齿部31的进行啮合，此时，定位棘爪41与棘轮3的新的一个齿位进行啮合，从而完成自行车换挡器100的退档操作。

在自行车换挡器100退档操作过程中，卷绕构件2转动过程中会同步驱动指示构件7沿方向x2进行转动，使得指示构件7的指示端72相对窗口16摆动，并指出相应的档位，同时，指示构件7在第六弹性件86的弹性势能作用下进行复位。

综上可见，本发明提供的自行车换挡器具有结构简单且操作可靠的优点。

最后需要强调的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种变化和更改，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。