1.本发明涉及自行车技术领域，特别涉及一种自行车、自行车操控装置及其自行车换挡机构。


背景技术：

2.市面上的自行车一般都配置有换挡器。为了适应不同的路况，如上坡、下坡、平路、山路或不平路面，换挡器变换链条与不同链轮的啮合过程，改变车速快慢。换挡器在换挡过程中，拨动进挡杆或退进档杆，链条啮合至上一级的高档位链轮或下一级的低档位链轮，改变车轮之间的传动比，以适应行驶环境。
3.而现有自行车中，换挡器普遍由棘轮和三棘爪组成，三棘爪包括释放棘爪、定位棘爪和进挡棘爪。退档时，锁紧棘轮解除对棘轮的锁定，棘轮在复位弹簧作用下回退，回退至初始位置时，定位棘爪卡住棘轮，此时释放棘爪复位，将棘轮重新锁紧，棘轮完成退档。但是该退档过程中，锁紧棘轮直接回退至初始状态，需要重新逐个换挡，十分麻烦。
4.在现有的其他换挡器中，能够实现逐个档位进退的结构都较为复杂，在退档时采用单棘爪卡紧啮合，会存在换挡不平顺的状态，很容易出现脱档现象，导致后拨链器出现跳档的问题，存在安全隐患。


技术实现要素：

5.本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本发明提出一种自行车换挡机构，提高自行车退档平顺性，实现有序退档。
6.本发明还提出一种具有上述自行车换挡机构的自行车操控装置。
7.本发明再提出一种具有上述自行车操控装置的自行车。
8.根据本发明的第一方面实施例的自行车，包括：基座；卷绕组件，所述卷绕组件包括转轴和固设在所述转轴上的卷绕盘，所述转轴转动连接在所述基座上，所述转轴与所述基座的转动连接处设有弹性复位机构；拨动组件，转动连接在所述转轴上；进挡组件，设置在所述转轴上；退档组件，所述退档组件包括退档棘轮、释放棘爪和定位棘爪，所述退档棘轮固设在所述转轴上，所述释放棘爪和定位棘爪设置在所述基座上；其中，所述拨动组件与所述释放棘爪/所述定位棘爪连接，所述释放棘爪与所述定位棘爪连接，同一时间所述释放棘爪和所述定位棘爪有且只有一个与所述退档棘轮啮合。
9.根据本发明实施例的自行车换挡机构，至少具有如下有益效果：在换挡机构退档时，拨动组件推动释放棘爪离开退档棘爪，转轴在弹性复位机构的作用下带动退档棘轮转动，而释放棘爪在脱离过程中，所连接的定位棘爪转动啮合在退档棘轮上，定位棘爪锁紧转轴，退档棘轮所转角度小于或等于一个退档齿的角度，当松开拨动组件后，释放棘爪重新啮合在退档棘轮上，此时释放棘爪卡紧在退档棘轮的下一退档棘齿上，定位棘爪脱离退档棘轮，将单棘爪释放退档变为双棘爪释放，同一时间内释放棘爪与定位棘爪有且只有一个与退档棘轮相配合，退档棘轮始终保持啮合状态，被释放棘爪和定位棘爪锁住，退档平顺而自
然，使得换挡机构的内部结构之间具有更好的协调性，内部结构紧凑，稳定性强，弥补了旧结构不能适应更多档位的问题，令变档过程更加可靠。
10.根据本发明的一些实施例，所述释放棘爪和所述定位棘爪均铰接在所述基座上，所述释放棘爪与所述基座的铰接处设有第一弹性复位件，所述定位棘爪与所述基座的铰接处设有第二弹性复位件，所述释放棘爪上设有与所述定位棘爪抵接的接触部，所述第二弹性复位件能够推动所述定位棘爪啮合在所述退档棘轮上，所述第一弹性复位件能够克服所述第二弹性复位件的弹性力，令所述释放棘爪啮合在所述退档棘轮上并使所述定位爪脱离所述退档棘轮，所述拨动组件抵接在所述释放棘爪上并能够推动所述释放棘爪啮合在所述退档棘轮上，此时所述接触部推动所述定位棘爪脱离所述退档棘轮。
11.由上可见，为本发明的优选实施方式之一，当松开拨动组件后，释放棘爪在第一弹性复位件的作用下重新啮合在退档棘轮上，第一弹性复位件克服第二弹性复位件的弹性力令定位棘爪脱离退档棘轮，此时释放棘爪卡紧在退档棘轮的下一退档棘齿上。
12.根据本发明的一些实施例，所述拨动组件上设有退档杆和拨动片，所述拨动片包括第一转接部、第二转接部和连接件，所述连接件固定连接在所述第一转接部与所述第二转接部之间，所述第一转接部和所述第二转接部沿着轴线方向设置在所述转轴上，所述退档杆设置在所述第一转接部上，所述第二转接部包括与所述接触部抵接的推力部。
13.由上可见，为拨动组件的优选结构之一，拨动退档杆，令拨动片转动，通过推力部推动释放棘爪上的接触部，释放棘爪转动扣合在退档棘轮上。
14.根据本发明的一些实施例，所述释放棘爪的第一端部设有退档棘齿，所述推力部抵接在所述释放棘爪的第二端部上，所述接触部位于所述释放棘爪的第一端部上，所述定位棘爪的第一端部设有定位棘齿，所述定位棘爪的第二端部与所述接触部抵接。
15.由上可见，为释放棘爪和定位棘爪的优选结构之一，拨动组件推动释放棘爪的第二端部，退档棘齿绕着铰接部分向退档棘轮靠近并啮合在退档棘轮上，释放棘爪与定位棘爪之间相互联动，在退档过程中始终有且有一个棘爪靠在退档棘爪上。
16.根据本发明的一些实施例，所述进挡组件包括进挡棘轮和进挡构件，所述进挡棘轮固定设置在所述转轴上，所述进挡构件上设有与所述进挡棘轮相啮合的进挡棘齿。
17.由上可见，进挡组件利用棘轮结构，进挡棘轮每前进一个档位，释放棘爪将退档棘轮锁死，固定转轴位置，从而将进挡棘轮固定，两个棘轮之间相互协调，进挡可靠性强，实现平滑换挡。
18.根据本发明的一些实施例，所述进挡构件包括锁扣片、转接块和进挡拨杆，所述锁扣片设置在所述转轴上，所述转接块铰接在所述锁扣片内侧，所述进挡拨杆转动连接在所述转接块上，所述进挡棘齿设置在所述转接块的一侧，所述转接块内设置有第三弹性复位件，所述第三弹性复位件令进挡棘齿顶紧在所述进挡棘轮上，所述进挡拨杆的转动轴线与所述转接块的转动轴线相交。
19.由上可见，转接块与锁扣片内侧的进挡棘轮啮合，拨动进挡拨杆，进挡拨杆推动转接块沿着进挡方向驱动进挡棘齿进挡，在进挡完成后，释放棘爪锁紧退档棘轮，固定转轴位置，进挡拨杆在复位件的作用下从进挡棘轮退出并重新啮合在下一档位的棘齿位置。
20.根据本发明的一些实施例，所述转轴包括前半轴和后半轴，所述前半轴上套设有转接套，所述锁扣片转动连接在所述转接套上，所述后半轴的横截面为圆头矩形，所述退档
棘轮和所述进挡棘轮上均设有与所述后半轴相适配的安装孔。
21.由上可见，为转轴的优选结构之一，为锁扣片转动连接在转轴上提供结构基础，进挡构件可相对转轴转动，以便在进挡完成后重新复位至后一档位中。
22.根据本发明的一些实施例，所述进挡拨杆上设有限位楔块，所述锁扣片上设有楔形凸面，所述进挡拨杆与所述转接块的转动连接处设有第四弹性复位件，所述第四弹性复位件使进挡拨杆转动并令限位楔块抵接在所述楔形凸面上。
23.由上可见，限位楔块与楔形凸面相配合限制进挡拨杆的最大转动角度，以限制进挡棘轮每次进一个档位，避免出现跳档现象。
24.根据本发明的一些实施例，所述锁扣片上设有第五弹性复位件，所述第五弹性复位件连接在所述基座和所述锁扣片之间。
25.由上可见，第五弹性复位件将锁扣片保持与基座的相对位置，以配合转接块和进挡拨杆的进挡操作。
26.根据本发明的第二方面实施例的自行车操控装置，包括车把和如上任一项所述的自行车换挡机构，所述自行车换挡机构设置在所述车把上。
27.根据本发明实施例的自行车操控装置，至少具有如下有益效果：采用上述可靠性强的自行车换挡机构，与车把相配合换挡，整个车把结构更加紧凑，换挡平顺，且使用寿命长。
28.根据本发明的第三方面实施例的自行车，包括上所述的自行车操控装置。
29.根据本发明实施例的自行车，至少具有如下有益效果：利用配置换挡机构的车把，与车身上的后拨链器相配合，共同协助完成平顺换挡过程，具有良好的操控协调性。
30.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
31.本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
32.图1为本发明第一方面实施例的自行车换挡机构的整体结构示意图；
33.图2为图1示出的自行车换挡机构的爆炸结构示意图；
34.图3为图1示出的卷绕组件、拨动组件进、进挡组件和退档组件的整体装配图；
35.图4为图3示出的整体结构的全剖视图；
36.图5为图3示出的退档组件的结构示意图；
37.图6为图5示出的拨动片的结构示意图；
38.图7为图5示出的定位棘爪的结构示意图；
39.图8为图5示出的释放棘爪的结构示意图；
40.图9为图3示出的整体结构的俯视图；
41.图10为图9中a-a方向上的结构示意图；
42.图11为图3中进挡组件处于工作状态时的结构示意图；
43.图12为图3示出的退档组件处于锁紧状态时的结构示意图；
44.图13为图3示出的退档组件处于释放状态时的结构示意图；
45.图14为本发明第二方面实施例的自行车操控装置的整体结构示意图。
46.附图标注：
47.基座100、刹车杆110；
48.转轴210、前半轴211、后半轴212、卷绕盘220、弹性复位机构230、转接套240；
49.拨动片310、第一转接部311、第二转接部312、连接件313、退档杆320、推力部330；
50.进挡组件400、进挡棘轮410、锁扣片420、楔形凸面421、转接块430、进挡棘齿431、进挡拨杆440、限位楔块441、第三弹性复位件450、第四弹性复位件460、第五弹性复位件470；
51.退档组件500、退档棘轮510、释放棘爪520、锁紧棘齿521、接触部522、定位棘爪530、定位棘齿531、第一弹性复位件540、第二弹性复位件550；
52.车把600。
具体实施方式
53.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
54.在本发明的描述中，需要理解的是，涉及到方位描述，例如上、下、前、后、左、右等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
55.在本发明的描述中，若干的含义是一个或者多个，多个的含义是两个或两个以上，大于、小于、超过等理解为不包括本数，以上、以下、以内等理解为包括本数。如果有描述到第一、第二只是用于区分技术特征为目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量或者隐含指明所指示的技术特征的先后关系。
56.本发明的描述中，除非另有明确的限定，设置、安装、连接等词语应做广义理解，所属技术领域技术人员可以结合技术方案的具体内容合理确定上述词语在本发明中的具体含义。
57.一并参照图1至图11，以下对本发明第一方面实施例的自行车换挡机构进行说明。
58.参照图1至图4，一种自行车换挡机构，包括基座100、卷绕组件、拨动组件、进挡组件400和退档组件500，卷绕组件包括转轴210和卷绕盘220，退档组件500包括退档棘轮510、释放棘爪520和定位棘爪530。
59.基座100内设有容纳腔，转轴210设置容纳腔内并与基座100转动连接，其转动连接处设置有第一轴承，卷绕盘220固定设置在转轴210上，卷绕盘220上设有接线头，接线头内设有通孔，换挡线穿过通孔并环绕在卷绕盘220上，同时卷绕盘220上还设有定位凸起，该定位凸起能够抵接在基座100上，限制卷绕盘220在基座100上的初始位置。转轴210与基座100的转动连接处设有弹性复位机构230，弹性复位机构230的一端连接在基座100上，另一端连接在转轴210上，当转轴210相对基座100运动时，弹性复位机构230存储形变势能，回退时将形变势能转换为动能，转轴210具有回转能力。其中，弹性复位机构230可以为复位弹簧。
60.实施例一
61.参照图5，退档棘轮510固设在转轴210上，与转轴210同向同速转动，释放棘爪520和定位棘爪530均铰接在基座100上，基座100上设有第一铰接孔和第二铰接孔，第一铰接孔和第二铰接孔内分别设有第一销钉和第二销钉，第一销钉和第二销钉分别穿过释放棘爪520的中部位置和定位棘爪530的中部位置。释放棘爪520上设有锁紧棘齿521，定位棘爪530上设有定位棘齿531，锁紧棘齿521和定位棘齿531均能够啮合在退档棘轮510上，退档棘轮510上设有若干棘齿，相邻棘齿之间形成档位齿槽，每一档位齿槽对应一行车档位。释放棘爪520与基座100的铰接处设有第一弹性复位件540，第一弹性复位件540用于释放棘爪520的复位蓄能，推动释放棘爪520啮合在退档棘轮510上，定位棘爪530与基座100的铰接处设有第二弹性复位件550，第二弹性复位件550用于定位棘爪530的复位蓄能，推动。其中，释放棘爪520上设有锁紧棘齿521，定位棘爪530上设有定位棘齿531，锁紧棘齿521与定位棘齿531均能够啮合在退档棘轮510的档位齿槽上。锁紧棘齿521和定位棘齿531设置在退档棘轮510的周向外侧，本实施例中，锁紧棘齿521和定位棘齿531分别位于定位棘轮转动轴线的两侧。
62.第一弹性复位件540和第二弹性复位件550的施力方向相反，释放棘爪520上设有与定位棘爪530抵接的接触部522，使得两棘爪之间可同向摆动，而拨动组件与释放棘爪520相抵接。非退档状态时，释放棘爪520啮合在退档棘轮510上，第一弹性复位件540克服第二弹性复位件550的弹性力，此时接触部522推动定位棘爪530脱离退档棘爪；退档过程中，拨动组件推动释放棘爪520转动，令锁紧棘齿521脱离退档棘轮510，定位棘爪530转动，定位棘齿531啮合在退档棘轮510上。
63.具体的，参照图6，拨动组件上设有退档杆320和拨动片310，拨动片310包括第一转接部311、第二转接部312和连接片，第一转接部311和第二转接部312平行设置，且第一转接部311和第二转接部312中部设有圆孔，圆孔用于转动连接在转轴210上。连接片固定连接第一转接部311和第二转接部312，第一转接部311、连接片、第二转接部312之间可通过焊接或一体成型的方式形成，整个拨动片310呈桥状，拨动片310上设有推力部330，推动部设置在第二转接部312上并与接触部522抵接，抵接在释放棘爪520的接触部522上，为拨动片310的施力部位。
64.在优选的实施例中，参照图7和图8，释放棘爪520的中部铰接在基座100上，其第一端部设有退档棘齿，接触部522设置在释放棘爪520的第二端部上，退档棘齿和接触部522对立设置在释放棘爪520铰接部位的两端，接触部522转动时，退档棘轮510绕着铰接部同向转动，脱离/啮合退档棘轮510。定位棘齿531的中部铰接在基座100上，整个定位棘爪530成拱形，中部铰接在退档棘爪的底侧，定位棘爪530的第一端部设有可啮合在退档棘轮510上的定位棘齿531，定位棘齿531的第二端部与接触部522抵接，接触部522推动第二端部以驱使定位棘齿531脱离/啮合在退档棘轮510上。
65.第一弹性复位件540和第二弹性复位件550均为扭簧，第一弹性复位件540和第二弹性复位件550的第一端部均固定在基座100上，释放棘爪520上设有与第一弹性复位件540第二端部相卡紧的锁紧限位部，定位棘爪530上设有与第二弹性复位件550第二端部相卡紧的定位限位部。
66.参照图9和图10，进挡组件400包括进挡棘轮410和进挡构件，进挡棘轮410固定设置在转轴210上，进挡构件上设有与进挡棘轮410相啮合的进挡棘齿431，进挡棘轮410固定
设置在转轴210上，进挡构件上设有与进挡棘轮410相啮合的进挡棘齿431。进挡构件利用进挡棘齿431推动进挡棘轮410正向转动，在转动一个档位角度后，因为棘轮结构为可正向转动反向锁死的工作原理，退档棘轮510在同转轴210的作用下同向转动相同角度，释放棘爪520卡紧转动后的退档棘轮510，卷绕盘220驱动后拨链器工作，完成进挡。
67.进挡构件的具体结构包括锁扣片420、转接块430和进挡拨杆440，锁扣片420设置转轴210上，铰接块的上设有对立设置的铰接部，转接块430通过铰接部铰接在锁扣片420上，锁扣片420上设有铰接孔，铰接部成圆头矩形状，其圆弧端与铰接孔相适配。进挡拨杆440转动连接在转接块430上，其转动连接处通过销钉连接，转接块430内设有第三弹性复位件450和第四弹性复位件460，第三弹性复位件450和第四弹性复位件460均可以为扭簧，第三弹性复位件450连接在转动块和锁扣片420之间，令转接块430上的进挡棘齿431顶紧在进挡棘轮410上，第四弹性复位件460套设在销钉上并连接在转接块430和进挡拨杆440之间，用于推动进挡拨杆440复位，进挡拨杆440上设有限位楔块441，锁扣片420上设有楔形凸面421，进挡拨杆440与转接块430的转动连接处设有第四弹性复位件460，第四弹性复位件460使进挡拨杆440转动并令限楔块抵接在楔形凸面421上。基座100上设置在刹车杆110，刹车杆110设置在进挡拨杆440的外侧并位于进挡方向上，刹车杆110上设有与辅助拨杆外轮廓相匹配的凹腔，进挡拨杆440在进行进挡拨动时，套入至凹腔内，凹腔对进挡拨杆440起到限位作用。
68.进挡棘齿431设置在转接块430的一侧，进挡拨杆440的转动轴线相交于转接块430的转动轴线，进挡拨杆440在转接块430的作用下实现了球形转动，而起主要作用的是转接块430绕着锁扣片420的转动过程，参照图1，进挡拨杆440施力于转接块430转动，转接块430沿着x方向的进挡方向转动，在抵达凹腔时进挡棘轮410恰好经过一个档位，此时退档棘轮510在释放棘爪520的作用下固定转轴210从而令进挡棘轮410无法回退，进挡拨杆440和转接块430在第三弹性复位件450和第四弹性复位件460的作用下回退至初始位置，完成进挡操作。
69.转轴210包括前半轴211和后半轴212，前半轴211为圆轴，其横截面为圆形，前半轴211上套设有转接套240，锁扣片420转动连接在转接套240上，转接套240用于锁扣片420和转轴210的转动连接，后半轴212的横截面为圆头矩形，即由两直边和两弧形边形成的矩形，两直角边形成在转轴210上的平直面，退档棘轮510和进挡棘轮410上均设有与后半轴212相适配的安装孔，安装孔的截面同样为圆头矩形，限制了进挡棘轮410和退档棘轮510与转轴210的同步转动。进挡棘轮410和退档棘轮510可通过轴间的轴向装配固定在转轴210上，亦可通过其他方式固定在转轴210上。
70.在本发明的一些实施例中，锁扣片420上设有第五弹性复位件470，定位弹性复位件连接在基座100和锁扣片420之间，令转轴210在转动的同时，第五弹性复位件470始终保持锁扣片420与基座100的相对位置，以配合转接块430和进挡拨杆440的进挡操作。此外，还可令锁扣片420与基座100固定连接，锁扣片420不与转轴210同步转动，同样能够达到本发明中进挡的技术效果。
71.参照图10和图11，进挡时，进挡拨杆440推动进挡棘轮410沿x轴方向转动，同时经转轴210带动退档转轴210转动，在行进一个档位后，释放棘爪520卡紧该档位下的退档转轴210，进挡拨杆440复位并使转接块430回退至下一档位中，进挡完成；参照图12和图13，退档
时，拨动退档杆320，使释放棘爪520释放退档棘轮510，退档棘轮510在弹性复位机构230的作用下朝着x轴的反方向回转，在此过程中，定位棘爪530与退档棘轮510相啮合，固定退档棘轮510的退档位置，退档杆320复位后，第一弹性复位件540令释放棘爪520重新啮合在退档棘轮510中，从而实现自行车的退档过程。释放棘爪520的接触部522推动定位棘爪530绕其转动轴旋转，同一时间内锁紧棘齿521和定位棘齿531之中有且只有其一啮合在退档棘轮510上，保证了换挡机构的退档平稳性，工作可靠，且完美的解决了跳档的问题。
72.实施例二
73.释放棘爪520与定位棘爪530固定连接或一体成型形成棘爪构件，该棘爪构件铰接在基座100上，其铰接处设有弹性复位件，棘爪构件上设有锁紧棘齿521和定位棘齿531，拨动组件与棘爪构件连接，可通过铰接、抵接或其他连接方式带动棘爪构件转动，使得锁紧棘齿521和定位棘齿531有且仅有一个保持与退档棘轮510的啮合状态。当拨动组件推动棘爪构件转动，使棘爪构件上的锁紧棘齿521脱离退档棘爪的过程中，位于棘爪构件上的定位棘齿531与退档棘轮相啮合，直至退档棘轮回退至上一档位，棘爪构件在弹性复位件的作用下回转，锁紧棘齿521重新啮合在退档棘轮510上，定位棘爪531离开退档棘轮510，同样能够实现同一时间释放棘爪520和定位棘爪530有且只有一个啮合与退档棘轮510啮合。
74.参照图14，以下对本发明第二方面实施例的自行车操控装置进行说明。
75.一种自行车操控装置，包括车把600和如本发明第一方面实施例的自行车换挡机构，自行车换挡机构设置在车把600上，车把600的两端设有向下的牛角把手，自行车换挡机构设置在牛角把手上。采用可靠性强的自行车换挡机构，与车把600配合换挡，换挡平顺，提高整个操控装置的可操作性，使用寿命长。
76.根据本发明第三方面实施例的自行车，包括车身、车轮、后拨链器和本发明第二方面实施例的自行车操控装置，自行车操控装置通过换挡线连接并控制后拨链器，后拨链器调节链条在不同链轮之间切换，更换行车档位，具有良好的操控协调性能。
77.上面结合附图对本发明实施例作了详细说明，但是本发明不限于上述实施例，在所属技术领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。