專利名稱：自行車的高效傳動(dòng)和無(wú)級(jí)變速裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種人力驅(qū)動(dòng)的自行車傳動(dòng)及變速裝置。
現(xiàn)有自行車的動(dòng)力傳遞是通過(guò)人蹬踏兩個(gè)腳蹬來(lái)帶動(dòng)鏈輪，以鏈傳動(dòng)方式帶動(dòng)車輪前進(jìn)的。在這種傳動(dòng)方式中，兩腳蹬各作360°的圓周運(yùn)動(dòng)，人的雙腳作過(guò)大的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，容易疲勞，且腳蹬在作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，因有上、下死點(diǎn)等不合理因素而使動(dòng)力傳遞功率損失30%左右。另外，現(xiàn)有自行車因傳動(dòng)機(jī)構(gòu)所限，絕大多數(shù)無(wú)變速機(jī)構(gòu)。為解決這些缺陷，已有很多改進(jìn)方案相繼公開(kāi)，但這些方案有的只強(qiáng)調(diào)了腳蹬的杠桿作用，盡量縮小飛輪直徑，其阻力臂極短，從而使靠機(jī)械傳遞的動(dòng)力與阻力在末端部件處成倍地增加，因末端部件的體積被成倍地縮減了，致使該處部件的機(jī)械強(qiáng)度大幅度下降，因此這類方案縱能實(shí)施，亦不能實(shí)用，其使用壽命只等于現(xiàn)有自行車的若干分之一。有的方案涉及到變速裝置，但其結(jié)構(gòu)均太復(fù)雜，制造和維修都比較困難。此外，由于輸出的動(dòng)力通過(guò)多次轉(zhuǎn)換，效率損失較大。
本發(fā)明的目的，在于提供一種能克服以上缺點(diǎn)，具有高效傳動(dòng)性能，沒(méi)有傳動(dòng)死點(diǎn)，帶有變速機(jī)構(gòu)，且結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，易于實(shí)施、實(shí)用的自行車高效傳動(dòng)和無(wú)級(jí)變速裝置。
本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的它有一副左、右對(duì)稱的杠桿式腳蹬(1)、內(nèi)齒板(2)、飛輪(6)、變速滑動(dòng)總成、變速支點(diǎn)軸(9)、變速桿總成、變速拉桿機(jī)構(gòu)、后轉(zhuǎn)軸總成組成，杠桿式腳蹬上的小轉(zhuǎn)軸(5)穿入內(nèi)齒板上的小轉(zhuǎn)軸孔(33)內(nèi)，內(nèi)齒板通過(guò)中心轉(zhuǎn)軸(34)固裝在車架支撐座(21)上，內(nèi)齒板直接傳動(dòng)飛輪(6)，飛輪(6)裝在后輪軸上，帶動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，杠桿腳蹬上有一杠桿調(diào)距槽(10)，變速支點(diǎn)軸(9)的一端穿入杠桿調(diào)距槽(10)內(nèi)，變速支點(diǎn)軸(9)可通過(guò)變速機(jī)構(gòu)在杠桿調(diào)距槽內(nèi)前后移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)自行車的高效傳動(dòng)和無(wú)級(jí)變速。
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作詳細(xì)說(shuō)明附

圖1為本發(fā)明裝置與現(xiàn)有自行車車架組裝后的示意圖;
附圖2為本發(fā)明裝置一側(cè)面裝配程序示意圖;
附圖3為本發(fā)明裝置作變速時(shí)的幾何原理變化圖;
附圖4為內(nèi)齒板部件示意圖;
附圖5為后輪軸組件示意圖;
附圖6為后輪軸軸承座剖面圖;
附圖7為固定鋼繩滑輪機(jī)構(gòu)總成示意圖;
附圖8為變速拉桿機(jī)構(gòu)和變速桿總成裝配示意圖;
附圖中，各序號(hào)表示為(1)杠桿式腳蹬;(2)內(nèi)齒板;(3)變速滑槽;(4)滑板;(5)小轉(zhuǎn)軸;(6)飛輪;(7)內(nèi)齒板弧形槽內(nèi)的滾動(dòng)齒節(jié);(8)后軸承座;(9)變速支點(diǎn)軸;(10)杠桿調(diào)距槽;(11)短拉桿;(12)轉(zhuǎn)角叉;(13)長(zhǎng)拉桿;(14)變速桿;(15)定位齒板;(16)彈簧銷;(17)鋼絲繩;(18)滑輪;(19)緩沖節(jié);(20)鋼絲繩調(diào)節(jié)管;(21)支撐座;(22)車架;(23)定位墊圈;(24)內(nèi)向軸擋;(25)鋼珠;(26)車架連接板;(27)后軸軸承鋼碗;(28)后軸筒;(29)穿銷螺釘;(30)后輪軸;(31)外向軸擋;(32)支點(diǎn)套;(33)小轉(zhuǎn)軸孔;(34)內(nèi)齒板中心轉(zhuǎn)軸;(35)自行車三角架;(36)定位墊圈;(37)螺帽;(38)開(kāi)口銷。
杠桿式腳蹬一端固接有一小轉(zhuǎn)軸5，另一端裝有腳蹬踏板，杠桿中部開(kāi)有杠桿調(diào)距槽10。
內(nèi)齒板的弧形槽內(nèi)裝有滾動(dòng)齒節(jié)7，在內(nèi)齒板的徑向平分線上有一軸孔36，內(nèi)齒板根部(即內(nèi)齒板圓心處)固裝有一中心轉(zhuǎn)軸37，參見(jiàn)附圖4。
飛輪為左、右對(duì)稱的一對(duì)，右側(cè)飛輪螺紋為順時(shí)針螺紋，左側(cè)螺紋為逆時(shí)針螺紋。
變速滑動(dòng)總成由變速滑槽3、滑板4及變速支點(diǎn)軸9組成，支點(diǎn)軸9固定在滑板4上，滑板4可以在變速滑槽3內(nèi)前后移動(dòng)，變速滑槽3連接在車架支撐座21上。
變速桿總成包括變速桿14、定位齒板15和彈簧銷16，變速桿14一端連接拉桿機(jī)構(gòu)，其彈簧銷16可在定位齒板上移動(dòng)，以便改變其位置，拉動(dòng)拉桿前后移動(dòng)。
變速拉桿機(jī)構(gòu)是一種能傳遞推拉力的剛性元件，它可以為一根，也可以包括長(zhǎng)拉桿13、短拉桿11和能改變方向的轉(zhuǎn)角叉12組成的一組，其一端與變速桿14相連，另一端與滑板4相連。變速桿總成與變速拉桿機(jī)構(gòu)的裝配示意圖參見(jiàn)附圖8。
后輪軸總成包括后輪軸30、后軸承鋼碗27、后軸承座8、后軸筒28、穿銷螺釘29組成。后輪軸30的兩端各裝有一軸承座8，8分別固定在車架兩邊的連接板26上，后輪軸的中段穿入后軸筒28內(nèi)，用穿銷螺釘29銷定兩端裝有后軸承，左右飛輪分別裝在后軸的兩端最外側(cè)。其裝配程序請(qǐng)參見(jiàn)附圖5，附圖2。
本發(fā)明所述的裝置機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)高效轉(zhuǎn)動(dòng)的主要工作原理是杠桿腳蹬的動(dòng)力臂超過(guò)現(xiàn)有自行車腳蹬長(zhǎng)度的2倍左右，阻力臂或內(nèi)齒板半徑超過(guò)現(xiàn)有自行車大鏈輪半徑的2倍左右，由于杠桿腳蹬一端的小轉(zhuǎn)軸(5)與內(nèi)齒板的小轉(zhuǎn)軸孔(33)相連接。又由于內(nèi)齒板的滾動(dòng)齒節(jié)直接與飛輪嚙合而帶動(dòng)自行車后輪轉(zhuǎn)動(dòng)，因此只需踏動(dòng)杠桿腳蹬另一端的腳踏板上下運(yùn)動(dòng)60°(即水平線±30°)時(shí)，后車輪即可獲得現(xiàn)有自行車腳蹬上下運(yùn)動(dòng)180°的同等轉(zhuǎn)速。現(xiàn)有自行車的腳蹬上下轉(zhuǎn)動(dòng)180°，其傳動(dòng)效率只有70%，而本發(fā)明的杠桿式腳蹬傳動(dòng)效率則是95%左右。另外，現(xiàn)有自行車腳踏板運(yùn)動(dòng)180°的時(shí)候，其運(yùn)動(dòng)距離約等于55cm，而本發(fā)明腳踏板運(yùn)動(dòng)60°時(shí)其運(yùn)動(dòng)距離只有37cm，相比之下，本發(fā)明所作的輸入功比現(xiàn)有自行車的少33%;此外本發(fā)明是通過(guò)杠桿的形式，直接連動(dòng)內(nèi)齒板推動(dòng)后車輪前進(jìn)的，從而減少了更多動(dòng)力傳遞的損失。
在本發(fā)明裝置中，變速是這樣實(shí)現(xiàn)的，參見(jiàn)附圖3，設(shè)腳蹬踏板處為F點(diǎn)，變速支點(diǎn)軸(9)處為B點(diǎn)，杠桿腳蹬與內(nèi)齒板的連接處為C點(diǎn)，內(nèi)齒板固定點(diǎn)為A點(diǎn)，杠桿FB為動(dòng)力臂，杠桿BC為阻力臂，由于B點(diǎn)可在杠桿腳蹬上的調(diào)距槽(10)中作前后移動(dòng)，因此，當(dāng)滑板(4)上的B點(diǎn)移動(dòng)到與內(nèi)齒板固定點(diǎn)相重合時(shí)，即A點(diǎn)與B點(diǎn)重合，杠桿動(dòng)力臂上施加一個(gè)力使F點(diǎn)向下移動(dòng)一個(gè)距離L，則C點(diǎn)移動(dòng)到E點(diǎn)，內(nèi)齒板繞固定點(diǎn)(即圓心)旋轉(zhuǎn)了一個(gè)角度α，從而使飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)，將力傳給了車輪，見(jiàn)圖3中的(一)。若設(shè)這一情況為中速傳動(dòng)情況，那么，當(dāng)提起變速桿14上的彈簧銷16，把變速桿向前推，則使B點(diǎn)向后移動(dòng)，移至A點(diǎn)之后，此時(shí)動(dòng)力臂變長(zhǎng)，阻力臂變短，而內(nèi)齒板的半徑并未改變，若F亦移動(dòng)一個(gè)相同的距離L時(shí)，其結(jié)果是α′1小于α1，則α2小于α1，內(nèi)齒板轉(zhuǎn)動(dòng)距離變小，傳動(dòng)效率變大，車速變慢，此時(shí)車子處于低速省力狀態(tài)，參見(jiàn)附圖3中的(二)。反之，B點(diǎn)向前移到A點(diǎn)之前，其結(jié)果將使α″1大于α1，則α3大于α1，內(nèi)齒板的轉(zhuǎn)動(dòng)距離變大，杠桿阻力臂變大，動(dòng)力臂變小，車速變快，傳動(dòng)效率變小，此時(shí)車子處于高速費(fèi)力狀態(tài)，參見(jiàn)附圖3中的(三)。在本發(fā)明中，依靠支點(diǎn)軸(9)在調(diào)距槽內(nèi)的前后移動(dòng)來(lái)改變杠桿腳蹬的動(dòng)力臂和阻力臂比值，也改變了內(nèi)齒板(2)的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)動(dòng)距離，從而實(shí)現(xiàn)了自行車的無(wú)級(jí)變速。
實(shí)施例
參照附圖1，設(shè)飛輪直徑為6cm，內(nèi)齒板半徑為23cm，杠桿全長(zhǎng)63cm，當(dāng)滑板上的支點(diǎn)軸(9)移動(dòng)到與內(nèi)齒板的圓心相重合時(shí)，杠桿的動(dòng)力臂與阻力臂的比值正好等于現(xiàn)有自行車腳蹬與大鏈輪半徑的比值(即1.75∶1)。每踏動(dòng)一次杠桿腳蹬(約60°)，后車輪轉(zhuǎn)速同現(xiàn)有自行車腳蹬蹬踏180°的轉(zhuǎn)速相等(后車輪轉(zhuǎn)12周)。當(dāng)支點(diǎn)軸9向后移動(dòng)7cm時(shí)，其內(nèi)齒板轉(zhuǎn)角將減少 1/2 ，動(dòng)力傳遞效率亦同時(shí)提高1倍;當(dāng)支點(diǎn)軸9再向后移動(dòng)4cm時(shí)，其內(nèi)齒板2的轉(zhuǎn)角只轉(zhuǎn)動(dòng)了原角度的 1/3 ，此時(shí)動(dòng)力傳遞效率將提高2倍。反之，當(dāng)支點(diǎn)軸9離開(kāi)內(nèi)齒板圓心向前移動(dòng)時(shí)，車速增快，動(dòng)力傳遞效率相應(yīng)降低。
為了控制左右腳蹬上下運(yùn)動(dòng)的距離和能上下交替運(yùn)動(dòng)，在自行車后三角架上安裝了一個(gè)鋼索滑動(dòng)機(jī)構(gòu)，圖7為該機(jī)構(gòu)的示意圖。
在本實(shí)施例中，由于飛輪直徑比原自行車的飛輪縮小了25%，這使得傳動(dòng)效率損失了25%左右，但由于本實(shí)施例中的杠桿腳蹬傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、結(jié)構(gòu)比較合理，經(jīng)實(shí)際測(cè)定，其傳動(dòng)效率比現(xiàn)有自行車大35%左右，所以抵消其25%損失后還剩余5～10%左右。此外，在本實(shí)施例中，在單位時(shí)間內(nèi)，人踏動(dòng)腳蹬上、下一次，所輸入的功比現(xiàn)有自行車節(jié)省了33%，由此可見(jiàn)本發(fā)明裝置比現(xiàn)有自行車提高的傳動(dòng)效率為33%+5～10%≈40%，這種推算與發(fā)明人多次實(shí)際測(cè)定的數(shù)字是一致的。
本發(fā)明將傳動(dòng)與變速組合在一起，結(jié)構(gòu)極簡(jiǎn)單，性能可靠，機(jī)械強(qiáng)度好，制造、維修均很方便，可在現(xiàn)有自行車的基礎(chǔ)上進(jìn)行改裝，因此為實(shí)施與使用提供了有利條件，是一種快速、高效、省力的自行車裝置。
權(quán)利要求
1.一種自行車高效傳動(dòng)和無(wú)級(jí)變速裝置，它由一副左、右對(duì)稱的杠桿式腳蹬(1)、內(nèi)齒板(2)、飛輪(6)、變速滑動(dòng)總成、變速支點(diǎn)軸(9)、變速桿總成、變速拉桿機(jī)構(gòu)、后轉(zhuǎn)軸總成組成，其特征在于杠桿式腳蹬上的小轉(zhuǎn)軸(5)穿入內(nèi)齒板上的小轉(zhuǎn)軸孔(33)內(nèi)，內(nèi)齒板通過(guò)中心轉(zhuǎn)軸(34)固裝在車架支撐座(21)上，內(nèi)齒板直接傳動(dòng)飛輪(6)，飛輪(6)裝在后輪軸上，帶動(dòng)車輪轉(zhuǎn)動(dòng)，杠桿腳蹬上有一調(diào)距槽(10)，變速支點(diǎn)軸(9)的一端穿入調(diào)距槽(10)內(nèi)，變速支點(diǎn)軸(9)可通過(guò)變速拉桿機(jī)構(gòu)在調(diào)距槽內(nèi)前后移動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自行車高效傳動(dòng)和無(wú)級(jí)變速裝置，其特征在于杠桿式腳蹬一端固接有一小轉(zhuǎn)軸(5)，另一端裝有腳蹬踏板，杠桿中部開(kāi)有調(diào)距槽(10)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自行車高效傳動(dòng)和無(wú)級(jí)變速裝置，其特征在于內(nèi)齒板的弧形槽內(nèi)裝有滾動(dòng)齒節(jié)，在內(nèi)齒板的徑向平分線上有一軸孔33，內(nèi)齒板根部固裝有一中心轉(zhuǎn)軸34。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自行車高效傳動(dòng)和無(wú)級(jí)變速裝置，其特征在于飛輪為左、右對(duì)稱的一對(duì)，右側(cè)飛輪螺紋為順時(shí)針螺紋，左側(cè)螺紋為逆時(shí)針螺紋。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自行車高效傳動(dòng)和變速裝置，其特征在于變速滑動(dòng)總成由變速滑槽3，滑板4及變速支點(diǎn)軸9組成，支點(diǎn)軸9固定在滑板4上，滑板4可以在滑槽3內(nèi)前后移動(dòng)，滑槽3連接在車架支撐座21上。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自行車高效傳動(dòng)和變速裝置，其特征在于變速桿總成包括變速桿14，定位齒板15和彈簧銷16，變速桿一端與變速拉桿機(jī)構(gòu)相連，其彈簧銷16可在定位齒板上移動(dòng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自行車高效傳動(dòng)和無(wú)級(jí)變速裝置，其特征在于變速拉桿為剛性元件，一端與變速桿14相連，另一端與滑板4相連。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自行車高效傳動(dòng)和無(wú)級(jí)變速裝置，其特征在于后輪軸總成包括后輪軸30，后軸承鋼碗27，后軸承座8，后軸筒28，穿銷螺釘29組成，后輪軸30的中段穿入后軸筒由穿銷螺釘銷定，后輪軸的左右兩端裝有后軸承，最外端分別裝有左、右飛輪。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種自行車的高效傳動(dòng)和無(wú)級(jí)變速裝置。它由一副左、右對(duì)稱的杠桿式腳蹬、內(nèi)齒板、飛輪、變速支點(diǎn)軸等機(jī)件組成。杠桿腳蹬上有一調(diào)距槽，變速支點(diǎn)軸可在調(diào)距槽內(nèi)前后移動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)自行車的高效傳動(dòng)和無(wú)級(jí)變速，比現(xiàn)有自行車提高傳動(dòng)效率40％左右。該裝置結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用，機(jī)械強(qiáng)度好，便于維修與制造。
文檔編號(hào)B60R1/00GK1038058SQ8810307
公開(kāi)日1989年12月20日 申請(qǐng)日期1988年5月26日 優(yōu)先權(quán)日1988年5月26日
發(fā)明者陳德華 申請(qǐng)人:陳德華