專利名稱：自行車的高效傳動和無級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)動的自行車傳動及變速裝置。
現(xiàn)有自行車的動力傳遞是通過人蹬踏兩個腳蹬來帶動鏈輪，以鏈傳動方式帶動車輪前進的。在這種傳動方式中，兩腳蹬各作360°的圓周運動，人的雙腳作過大的往復運動，容易疲勞，且腳蹬在作圓周運動時，因有上、下死點等不合理因素而使動力傳遞功率損失30%左右。另外，現(xiàn)有自行車因傳動機構(gòu)所限，絕大多數(shù)無變速機構(gòu)。為解決這些缺陷，已有很多改進方案相繼公開，但這些方案有的只強調(diào)了腳蹬的杠桿作用，盡量縮小飛輪直徑，其阻力臂極短，從而使靠機械傳遞的動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，致使該處部件的機械強度大幅度下降，因此這類方案縱能實施，亦不能實用，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)均太復雜，制造和維修都比較困難。此外，由于輸出的動力通過多次轉(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，具有高效傳動性能，沒有傳動死點，帶有變速機構(gòu)，且結(jié)構(gòu)簡單，易于實施、實用的自行車高效傳動和無級變速裝置。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的它有一副左、右對稱的杠桿式腳蹬(1)、內(nèi)齒板(2)、飛輪(6)、變速滑動總成、變速支點軸(9)、變速桿總成、變速拉桿機構(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)齒板通過中心轉(zhuǎn)軸(34)固裝在車架支撐座(21)上，內(nèi)齒板直接傳動飛輪(6)，飛輪(6)裝在后輪軸上，帶動車輪轉(zhuǎn)動，杠桿腳蹬上有一杠桿調(diào)距槽(10)，變速支點軸(9)的一端穿入杠桿調(diào)距槽(10)內(nèi)，變速支點軸(9)可通過變速機構(gòu)在杠桿調(diào)距槽內(nèi)前后移動，從而實現(xiàn)自行車的高效傳動和無級變速。
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作詳細說明附

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為固定鋼繩滑輪機構(gòu)總成示意圖;
附圖8為變速拉桿機構(gòu)和變速桿總成裝配示意圖;
附圖中，各序號表示為(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)的滾動齒節(jié);(8)后軸承座;(9)變速支點軸;(10)杠桿調(diào)距槽;(11)短拉桿;(12)轉(zhuǎn)角叉;(13)長拉桿;(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，杠桿中部開有杠桿調(diào)距槽10。
內(nèi)齒板的弧形槽內(nèi)裝有滾動齒節(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37，參見附圖4。
飛輪為左、右對稱的一對，右側(cè)飛輪螺紋為順時針螺紋，左側(cè)螺紋為逆時針螺紋。
變速滑動總成由變速滑槽3、滑板4及變速支點軸9組成，支點軸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，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14一端連接拉桿機構(gòu)，其彈簧銷16可在定位齒板上移動，以便改變其位置，拉動拉桿前后移動。
變速拉桿機構(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構(gòu)的裝配示意圖參見附圖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)。其裝配程序請參見附圖5，附圖2。
本發(fā)明所述的裝置機構(gòu)，實現(xiàn)高效轉(zhuǎn)動的主要工作原理是杠桿腳蹬的動力臂超過現(xiàn)有自行車腳蹬長度的2倍左右，阻力臂或內(nèi)齒板半徑超過現(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)齒板的滾動齒節(jié)直接與飛輪嚙合而帶動自行車后輪轉(zhuǎn)動，因此只需踏動杠桿腳蹬另一端的腳踏板上下運動60°(即水平線±30°)時，后車輪即可獲得現(xiàn)有自行車腳蹬上下運動180°的同等轉(zhuǎn)速?，F(xiàn)有自行車的腳蹬上下轉(zhuǎn)動180°，其傳動效率只有70%，而本發(fā)明的杠桿式腳蹬傳動效率則是95%左右。另外，現(xiàn)有自行車腳踏板運動180°的時候，其運動距離約等于55cm，而本發(fā)明腳踏板運動60°時其運動距離只有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)明是通過杠桿的形式，直接連動內(nèi)齒板推動后車輪前進的，從而減少了更多動力傳遞的損失。
在本發(fā)明裝置中，變速是這樣實現(xiàn)的，參見附圖3，設腳蹬踏板處為F點，變速支點軸(9)處為B點，杠桿腳蹬與內(nèi)齒板的連接處為C點，內(nèi)齒板固定點為A點，杠桿FB為動力臂，杠桿BC為阻力臂，由于B點可在杠桿腳蹬上的調(diào)距槽(10)中作前后移動，因此，當滑板(4)上的B點移動到與內(nèi)齒板固定點相重合時，即A點與B點重合，杠桿動力臂上施加一個力使F點向下移動一個距離L，則C點移動到E點，內(nèi)齒板繞固定點(即圓心)旋轉(zhuǎn)了一個角度α，從而使飛輪轉(zhuǎn)動，將力傳給了車輪，見圖3中的(一)。若設這一情況為中速傳動情況，那么，當提起變速桿14上的彈簧銷16，把變速桿向前推，則使B點向后移動，移至A點之后，此時動力臂變長，阻力臂變短，而內(nèi)齒板的半徑并未改變，若F亦移動一個相同的距離L時，其結(jié)果是α′1小于α1，則α2小于α1，內(nèi)齒板轉(zhuǎn)動距離變小，傳動效率變大，車速變慢，此時車子處于低速省力狀態(tài)，參見附圖3中的(二)。反之，B點向前移到A點之前，其結(jié)果將使α″1大于α1，則α3大于α1，內(nèi)齒板的轉(zhuǎn)動距離變大，杠桿阻力臂變大，動力臂變小，車速變快，傳動效率變小，此時車子處于高速費力狀態(tài)，參見附圖3中的(三)。在本發(fā)明中，依靠支點軸(9)在調(diào)距槽內(nèi)的前后移動來改變杠桿腳蹬的動力臂和阻力臂比值，也改變了內(nèi)齒板(2)的轉(zhuǎn)角與轉(zhuǎn)動距離，從而實現(xiàn)了自行車的無級變速。
實施例
參照附圖1，設飛輪直徑為6cm，內(nèi)齒板半徑為23cm，杠桿全長63cm，當滑板上的支點軸(9)移動到與內(nèi)齒板的圓心相重合時，杠桿的動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)。當支點軸9向后移動7cm時，其內(nèi)齒板轉(zhuǎn)角將減少 1/2 ，動力傳遞效率亦同時提高1倍;當支點軸9再向后移動4cm時，其內(nèi)齒板2的轉(zhuǎn)角只轉(zhuǎn)動了原角度的 1/3 ，此時動力傳遞效率將提高2倍。反之，當支點軸9離開內(nèi)齒板圓心向前移動時，車速增快，動力傳遞效率相應降低。
為了控制左右腳蹬上下運動的距離和能上下交替運動，在自行車后三角架上安裝了一個鋼索滑動機構(gòu)，圖7為該機構(gòu)的示意圖。
在本實施例中，由于飛輪直徑比原自行車的飛輪縮小了25%，這使得傳動效率損失了25%左右，但由于本實施例中的杠桿腳蹬傳動機構(gòu)、結(jié)構(gòu)比較合理，經(jīng)實際測定，其傳動效率比現(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，在本實施例中，在單位時間內(nèi)，人踏動腳蹬上、下一次，所輸入的功比現(xiàn)有自行車節(jié)省了33%，由此可見本發(fā)明裝置比現(xiàn)有自行車提高的傳動效率為33%+5～10%≈40%，這種推算與發(fā)明人多次實際測定的數(shù)字是一致的。
本發(fā)明將傳動與變速組合在一起，結(jié)構(gòu)極簡單，性能可靠，機械強度好，制造、維修均很方便，可在現(xiàn)有自行車的基礎上進行改裝，因此為實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和無級變速裝置，它由一副左、右對稱的杠桿式腳蹬(1)、內(nèi)齒板(2)、飛輪(6)、變速滑動總成、變速支點軸(9)、變速桿總成、變速拉桿機構(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)齒板通過中心轉(zhuǎn)軸(34)固裝在車架支撐座(21)上，內(nèi)齒板直接傳動飛輪(6)，飛輪(6)裝在后輪軸上，帶動車輪轉(zhuǎn)動，杠桿腳蹬上有一調(diào)距槽(10)，變速支點軸(9)的一端穿入調(diào)距槽(10)內(nèi)，變速支點軸(9)可通過變速拉桿機構(gòu)在調(diào)距槽內(nèi)前后移動。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自行車高效傳動和無級變速裝置，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和無級變速裝置，其特征在于內(nèi)齒板的弧形槽內(nèi)裝有滾動齒節(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和無級變速裝置，其特征在于飛輪為左、右對稱的一對，右側(cè)飛輪螺紋為順時針螺紋，左側(cè)螺紋為逆時針螺紋。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自行車高效傳動和變速裝置，其特征在于變速滑動總成由變速滑槽3，滑板4及變速支點軸9組成，支點軸9固定在滑板4上，滑板4可以在滑槽3內(nèi)前后移動，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構(gòu)相連，其彈簧銷16可在定位齒板上移動。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的自行車高效傳動和無級變速裝置，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和無級變速裝置，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和無級變速裝置。它由一副左、右對稱的杠桿式腳蹬、內(nèi)齒板、飛輪、變速支點軸等機件組成。杠桿腳蹬上有一調(diào)距槽，變速支點軸可在調(diào)距槽內(nèi)前后移動，從而實現(xiàn)自行車的高效傳動和無級變速，比現(xiàn)有自行車提高傳動效率40％左右。該裝置結(jié)構(gòu)簡單實用，機械強度好，便于維修與制造。
文檔編號B60R1/00GK1038058SQ8810307
公開日1989年12月20日 申請日期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 申請人:陳德華