前特斯拉设计师将推出曲柄组换挡系统？

近日，前特斯拉和沃尔沃设计师瑞安·布莱克-麦肯（Ryan Black-Macken），带来了一项新型自行车传动系统的专利。它采用了前所未有的换挡机构，将换挡功能从后轮转移到曲柄组。

传统传动系统采用锥形飞轮，每个齿轮轴向排列或相邻。将链条横向移动会将其移到相邻的齿轮上，根据其相对大小，齿轮比会增加或减少。瑞安·布莱克-麦肯提出的传动系统概念则截然不同：换挡时，链条实际上会被推到一个扁平版的飞轮上，或者说贯穿全片的载体。

有一点需要注意：链条在系统中不断移动，如果后轮在转动，后齿轮也在转动，链条则不断被送入构成“承载体”的两个板块——你可以把它看作是链环，但它有多个齿轮呈径向排列。曲柄组上的单向离合器会切断曲柄组和承载体之间的联轴器，避免像单速车那样表现。载体可以向前旋转，而曲柄保持静止，就像正常操作一样。这有点像HXR使用的机构——两种设计都有一个优点，就是用户可以在不踩踏板的情况下换挡。

瑞安的发明取消了传统的滚动链条，改用混合皮带链条，拥有专用换挡接口和驱动接口。

换挡工作原理如下：

外板（131）保持静止，内板能沿中轴轴面侧滑。由钢索驱动的换挡机构（125）决定内板的位置。现在看链条放置的内外板间隙，你会发现两片板之间的距离随着距离中心越远而变大。

想象你在最简单的档位踩踏，链条放在承载体最小的“齿轮”上。当你换到更难的档位时，承载体的内侧板被推向主轴外侧。由于混合皮带链条在与对向板接触处略微倾斜，链条被推向承载体上方，滑动到远离中心的径向位置。

内侧护板起到变速器的作用，同时通过传动系统传递力量。惰轮（500）安装在连接该内板的支架（122）上，确保链条始终以正确角度进入机构。后轮只有一个齿轮，因此随着换挡所需的所有硬件移至前三角，系统的无簧质量得以减少。

这是一个广为认可的优势，尤其适用于全避震山地车，因为它允许更理想的重量分布和更高效的悬挂。这一优势以及无需踩踏即可换挡的优势，也是变速箱固有的优势。不过，瑞安的概念可以比变速箱更轻更紧凑，而且在没有行星齿轮啮合的情况下，效率也会更高一些。

当然，外部保护也至关重要，因为需要考虑许多因素：比如鞋跟间隙、轮胎间隙、中轴主轴长度、主枢轴位置等等。在某些方面，瑞安认为他的发明可能带来优势。

链条设计对该机制至关重要，可以允许使用非常小的齿轮以实现所需的航程。

传统滚子链条在超过一定最小齿轮尺寸后就不可靠了。随着圆圈变小，齿数减少，链条更容易受到所谓的多边形效应影响。随着圆点减少，它本质上变得不那么圆形，更多是八角形或六边形等，具体取决于齿数。链条在齿轮旋转时会承受速度和张力的剧烈振荡，导致链条保持力差，磨损加速。

瑞安建议使用一种混合式皮带链条，基本上夹在机构的两片板之间。他说它对牙齿数量少的负面影响较小。他正在努力打造一个能支持最小7T齿轮的系统。再加上后轮20T齿轮，他就能打造出接近我们大多数人习惯的500%续航力的传动系统。

还有另一个优势。链条的位置在齿轮间变化不大。这意味着无论你换哪个档位，链条线都会保持相对笔直，减少摩擦损失。想象一下标准1X传动系统配普通12速飞轮的情况，轴向上，最小的齿轮距离最大齿轮大约4.5厘米，这个范围让连锁处理得太宽了。

这种设计对全避震山地车还有进一步的影响。由于它依赖惰轮滑轮来决定链条进入角度，因此在常规低枢轴悬挂设计中，这种选择不太可能成为可行的选择。

不过，它也可以被改装，以更好地适用于中枢或高枢轴悬挂平台，因为惰轮滑轮对于防止链条过度膨胀至关重要，否则会导致踏板反弹。

在传统传动系统中，你所处的档位决定了山地车的抗蹲行为。随着链条在飞轮处的位置变化（上下），它对悬挂的影响也会略有变化。因此，使用传统飞轮和变速器的自行车设计师必须妥协惰轮皮带轮的位置，以考虑飞轮的全范围。

在瑞安的设计中，没有任何妥协。这是因为链条中受拉以驱动后齿轮的部分，随着齿轮比变化而变化——这都要归功于惰轮滑轮的使用者，防蹲不受装备选择影响。同样，这种优势对变速箱同样适用。

链条下段的双滑轮张紧器逆时针旋转，增加链条缠绕，并在换到较小的“齿轮”（或更高齿比齿轮）时收集多余的链条。这种张紧器对于链条固定至关重要。

瑞安还在围绕这个设计做大量原型制作。除了换挡杆操作系统外，他还将研究完全机械自动换挡系统的可能性。

它利用位于内板内的滚轮重物（123）。主轴中的磁铁使滚子配重偏向中心。随着板子转速随后轮转速增加，离心力开始超过磁铁的反向力，使滚轮重物向外移动——离中心更远。在此过程中，它们使内侧板材向外偏移，增加两板之间的距离。结果是链条沿载体滑动以改变齿轮比。

瑞安承认加工零件和链条制造过程中存在的挑战，他已经开发该概念九年了，并对获得保护其设计所需的知识财产感到宽慰。

编辑：滨