天津市兴轮生产力促进有限公司

专利转载
Patent Reproduction

    专利巡礼 SRAM的桶轴直装、液压阻尼变速后拨专利


    转载自:美骑网


    桶轴直装式变速后拨


          由于飞轮片数、齿数增加,直径也相应变大,后拨变速需要的力成倍增加,同时也要求后拨的性能更加精确;速别越多、更多的飞轮片通常意味着更少的空间,所以后拨的运动必须非常精确、公差越来越紧;另一个变数是车架和勾爪的设计,不同车架、车款的设计都会有所不同,导致变速后拨要兼容各个不同品牌车架时对设计的需求也更复杂(译注:其实刚好相反,变速品牌都有技术手册,基本上是车架品牌的设计工程师要根据变速品牌的技术要求来设计车架),考虑到这一点,SRAM貌似正在探索新的方法,通过设计整合的直装式后变速来加强变速性能。



          该设计的前提是一个安装基座(20),取代传统的B关节,三明治结构包裹车架勾爪,其实这就相当于取代了勾爪和后拨吊耳,通过桶轴螺纹端直接插入并锁紧,保证了桶轴、花鼓、飞轮和后变速器之间同轴。


          专利中提到的另一个点——“虚变(ghost shifting)” ,特别是对于山地自行车,当受到大的、快速的冲击时,后拨会在骑手没有变速动作的情况下发生轻微左右位移(蹿档),当系统稳定后拨复位从而恢复到原来的档位。这在传统的斜平行四边形后拨中较常见,冲击的垂直分力会作用在后拨而影响它的位置。但是你观察专利图(左)的平行四边形结构(35和36)是垂直于地面的,所以垂直的冲击力也不会影响到后拨进行左右位移。但在右图中的平行四边形本身也与地面平行,而不是向下倾斜,这可能只是为了画图的需要吧。(译注:这就是X-HorizonTM零垂直位移后拨技术)


           这与目前的Eagle后变速器非常相似,它沿着直线运动,并使用偏置的上导轮来调整链条与飞轮的包角。


          如图所示,基座(20)厚度是勾爪的两倍,这意味着SRAM需要发布相关勾爪的技术要求与车架制造商一起来完成这项工作,然后Shimano也需要跟进并设计一个兼容的后变速器。该专利提到这个基座(20),又称“B关节”,可以由金属或复合材料制成而成。多种不同的设计方案显示,不同的螺栓系统将基座固定在框架上,但都采用同样的方式将较大的内外牙螺栓(60/61/62)旋入螺母(66)或基座本身,桶轴杆的螺牙端再通过螺栓(60)内牙锁紧。基于这一点,该直装式后拨可以很容易地适应任何桶轴标准,只需切换出安装螺栓(60),他们提到的半浮动设计能够兼容不同的车架勾爪,同时仍然保持基座与桶轴完美对齐。


          这种设计的好处包括了后拨与飞轮的同轴度非常好;后拨的刚性更高,可以更精确地实现变速;安装和设置更简单;这是否意味着新的山地自行车标准?新功能?


    该专利花了相当长的篇幅描述了15mm桶轴的好处,从理论上讲15mm桶轴的强度更好,这特别有利于电助力山地车。目前,大部分自行车后桶轴的直径都是12mm,但这种新设计允许通过更换安装螺栓来使用不同直径的桶轴。专利中也提到,你可以有不同壁厚的桶轴杆,从1mm的超轻SL版本到2mm的电动自行车版本,依靠更强壮的15mm桶轴来应对额外的负载,使相同的花鼓可以适用于任何类型的自行车。

    专利文中还提到,电池可以塞在镂空的基座内,这样既可以保护电池,又可以让系统看起来非常简洁;取消限位螺丝,要做到这一点,后拨变速器需要设计一个零件,当它与最大的飞轮对齐时防止变速器进一步向内侧(花鼓)移动,以及一个限位挡与基座接触,限制后拨继续外移。

    当然了,这项专利并不能保证里面的任何一项技术都能投入生产,SRAM也提到这个设计的一部分或全部都可能独立于其他方面使用。例如,他们可能将专利中的三明治结构基座做成单边的,或者平行四边形结构仍然是向下倾斜的而不是水平的。由于我们在eTap 12速原型上没有看到这些特性,所以我们猜测它将首先出现在山地车变速产品上。

    后拨导臂的液压阻尼张力离合设计


          专利中也阐述了电变后拨(左)和机械后拨(右)的液压阻尼张力离合设计。后拨除了执行变速外,另一项任务是在崎岖的地形上控制链条抖动,张紧的后变速器使链条啮合更容易,但它也会带来一些问题,换句话说,把后拨变到更大的飞轮上所需要的力增加了。指拨拉动的变速线其实是对抗后拨张力,这是一对矛盾,后拨张力弱则你获得了更容易的变速但却没能很好地控制链条抖动,反之刚好相反。到目前为止,这一直是一个“鱼和熊掌不可兼得”的命题,但是SRAM提出了一种液压阻尼变速器张力离合的解决方案。


    D = 阻尼方向(链条更松),T = 张紧方向(链条更紧)

    传统的变速器张力离合使用摩擦来防止链条抖动,问题是摩擦力大小基本不会变化,本专利由物理摩擦控制改为流体流动控制以改变张力大小。简单地说,它使用一个液压阀来控制变速器在链条松弛方向上旋转的速度,但并没有限制回弹速度。功能上既相同又不一样,相同点在于都是实现大冲击下链条抖动的控制,不同点在于它可以进行调整,这样就不会对慢速运动产生影响……比如换挡。


    这个爆炸图显得比较复杂,但是原理很简单,结合上一张图看,单向阀(188)限制流体流向一个方向(进入回流室,182),但允许完全流回另一个方向(阻尼室,184), 阀弹簧(195)保持阀(188)对旋片(180)中的流口(194)常闭,标准复位弹簧(204)使系统保持紧密。当然你可以通过改变流体的粘度来调节力。专利文中表明它可能被设计成免维护的,并且可能是永久密封的。

    为什么变速器要使用液压张力离合?


    好处不仅仅是改善了换档的感觉,对于电子变速器来说,每次变速耗电量更少,所以电池的使用寿命更长。专利还表明,这种液压设计可能比摩擦离合器更轻、性能更加稳定。最后,它更容易制造和安装,这提高了效率和降低维护成本。唯一担心的是涨油,少量的液体快速循环通过阀门,可能会发热膨胀,所以会有一个补偿室来允许流体膨胀,这个补偿室可以加压,就像后胆的IFP气室一样,这将有助于防止汽蚀,并且在流体或压力损失的情况下,将确保离合器继续按照设计进行正常工作。

    该专利提到,这技术可以被纳入任何类型的链条张力管理,不管是单速还是多速。像有那么多专利一样,本专利文中也有很多看似与所描述的技术无关的东西,如:


    ▲其他与该技术无关的就不展开了


    最后说明:我们在这个赛季的XC世界杯比赛中拍到的eTap Eagle无线山地自行车变速后拨原型的照片并没有使用直装式的设计,但外形显然跟拥有液压阻尼张力离合技术的电变后拨的专利插图已经比较接近了。

    我们在比赛中看到的变速后拨原型,事后看来极有可能是一个3D打印的盖子来掩盖新的液压离合器机构。

    新专利的面世,SRAM速连这回怕是要搞个大事情,后事如何我们拭目以待。