專(zhuān)利名稱(chēng)：尤其適用于自行車(chē)的自動(dòng)無(wú)級(jí)變速的皮帶傳動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自動(dòng)無(wú)級(jí)變速的皮帶傳動(dòng)裝置，尤其適用于自行車(chē)。它有二個(gè)有效直徑可以變化的皮帶輪，其中每個(gè)都裝有幾個(gè)(至少3個(gè))在圓周方向上均勻分布并由彈簧張緊的弓形件，它們鉸接在車(chē)架附屬的可旋轉(zhuǎn)的星輪架上并在徑向方向的內(nèi)側(cè)和外側(cè)擋塊之間活動(dòng)。
普通自行車(chē)常用鏈條傳動(dòng)，換擋時(shí)可用鏈條換擋裝置，通常可達(dá)到21個(gè)固定擋，此時(shí)將鏈條有選擇地轉(zhuǎn)到某一個(gè)主動(dòng)鏈輪和被動(dòng)鏈輪上，并用鏈條張緊器使回空段的鏈條張緊。另外還有一種輪轂換擋裝置，它不用鏈條張緊器，通常有3-7個(gè)固定擋，此時(shí)裝有相應(yīng)的行星輪組用來(lái)有選擇地接到自行車(chē)輪轂上。
權(quán)利要求1前序部分所述的皮帶傳動(dòng)已由DE-PS93896公開(kāi)，在主動(dòng)和被動(dòng)皮帶輪上都裝有弓形件，它們裝在一個(gè)其所屬的星輪架上，可在徑向移動(dòng)，并且每個(gè)弓形件都受到一個(gè)螺旋彈簧的作用力。二個(gè)螺旋彈簧是相反方向纏繞的，并且分別用其徑向方向上的外圈徑向撐開(kāi)地作用在各個(gè)弓形件上，而徑向內(nèi)圈則掛在星輪架上。當(dāng)運(yùn)行阻力增高時(shí)就克服彈簧力使主動(dòng)皮帶輪的有效直徑減小，而被動(dòng)皮帶輪則相應(yīng)加大。
這種公知的皮帶傳動(dòng)裝置需要一個(gè)附加輪，對(duì)并不與皮帶處于嚙合狀態(tài)的弓形件進(jìn)行導(dǎo)向，而且另外還有一個(gè)固定在星輪架上的輪盤(pán)，在這上面裝有螺旋彈簧。所需要的這些另件不能毫無(wú)困難地固定在通常的、在車(chē)架上可旋轉(zhuǎn)的星輪架上。在輪盤(pán)上導(dǎo)向的弓形件的推移導(dǎo)向產(chǎn)生了相應(yīng)的摩擦損失。
可自動(dòng)變速的皮帶傳動(dòng)裝置是公知的，其主動(dòng)皮帶輪上的弓形件按FR1188889為彈性構(gòu)造，并用一個(gè)張緊滾輪張緊空鏈。根據(jù)DE-PS122517，決定皮帶輪有效直徑的弓形件都由一個(gè)在肘連接處彎曲的雙碰頭組成。在雙碰頭的杠桿的兩端頭之間作用一個(gè)拉力彈簧。
DE-PS642664還公開(kāi)了擺動(dòng)連在星輪架上的弓形件，但它不受彈簧夾緊力的作用，因?yàn)檫@種公知的皮帶傳動(dòng)并不是自動(dòng)地通過(guò)提高轉(zhuǎn)矩而改變速比，而是手動(dòng)控制速比。
所要解決的任務(wù)是發(fā)明一種摩擦較小的、自動(dòng)無(wú)級(jí)變速的、尤其適用于自行車(chē)的皮帶傳動(dòng)，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、堅(jiān)固，另件又盡可能少，并且可以裝在市售的星輪架上，星輪架則在車(chē)架上可以旋轉(zhuǎn)。
根據(jù)本發(fā)明的特點(diǎn)解決此任務(wù)的方法是使弓形件擺動(dòng)連接在其所屬的星輪架上，弓形件至旋轉(zhuǎn)軸的徑向間距相等，而且在每個(gè)相鄰的弓形件之間都放了一個(gè)壓力彈簧。
根據(jù)本發(fā)明，皮帶輪上的每個(gè)弓形件都安在其所屬的星輪架上并繞一個(gè)鉸點(diǎn)擺動(dòng)，而且用一個(gè)彈簧撐住下一個(gè)弓形件，因此就不需要附加的導(dǎo)向件了。根據(jù)本發(fā)明，弓形件可以方便地裝在市售的星輪架上(而通常的自行車(chē)鏈傳動(dòng)的鏈輪也固定在這星輪架上)，必要時(shí)還可以后補(bǔ)。由于弓形件在旋轉(zhuǎn)鉸接處的擺動(dòng)鉸接幾乎不存在什么摩擦點(diǎn)，因而效率較高，故障少。每個(gè)皮帶輪幾乎只有一個(gè)非標(biāo)準(zhǔn)件，即各個(gè)弓形件，它根據(jù)所用的星輪架而制造相應(yīng)的數(shù)量，并且不會(huì)混淆地裝在星輪架上。而普通的另件，如彈簧、軸承套、螺絲和皮帶本身都是市售的標(biāo)準(zhǔn)件。
由于每個(gè)弓形件用一個(gè)彈簧，如將本發(fā)明用于自行車(chē)時(shí)，騎車(chē)者可以根據(jù)各自不同的力量大小容易地裝設(shè)此皮帶輪。若騎車(chē)者腳力好，那么無(wú)需拆卸皮帶輪就可方便地使用較高彈簧剛度的彈簧，因而只在蹬力較大時(shí)才使速比變化。
本發(fā)明的其它有利結(jié)構(gòu)是，在主動(dòng)皮帶輪上的每個(gè)弓形件作成單臂杠桿，在旋向前方的一端安在星輪架的旋轉(zhuǎn)鉸點(diǎn)上，而旋向后方的一端則通過(guò)彈簧作用在后面的弓形件上，彈簧位于其杠桿二端之間，離其支點(diǎn)有一定距離。按本發(fā)明的主動(dòng)皮帶輪的結(jié)構(gòu)可使弓形件之間相互制約，如同由皮帶圓周力而產(chǎn)生的作用力那樣，向心的法向力只作用在其中一個(gè)弓形件上就可對(duì)所有弓形件起作用，尤其是對(duì)瞬間不與皮帶嚙合的弓形件進(jìn)行導(dǎo)向，因此離必力或其它作用并不引起不確定指向的運(yùn)動(dòng)，否則的話(huà)由于振動(dòng)可能產(chǎn)生噪聲。
雖有這導(dǎo)向，但每個(gè)弓形件都可以實(shí)現(xiàn)一個(gè)獨(dú)立的、由變化的法向力作用在有效圓周上而產(chǎn)生的擺動(dòng)并因此克服彈簧力對(duì)相應(yīng)于驅(qū)動(dòng)載荷狀況而發(fā)生的皮帶有效直徑的變化進(jìn)行調(diào)節(jié)。
根據(jù)本發(fā)明，在被動(dòng)皮帶輪上每個(gè)弓形件都作成雙臂形杠桿，二端之間的鉸點(diǎn)裝在星輪架上。而且在正常情況下，即平坦道路上不加速騎行時(shí)，就經(jīng)過(guò)其支座的徑向線(xiàn)而言，旋向前面的杠桿拱段比旋向后面的拱段短，而且由這徑向線(xiàn)起向圓周二側(cè)方向來(lái)說(shuō)其有效半徑都變大。按本發(fā)明，被動(dòng)輪上每個(gè)弓形件的杠桿比的設(shè)計(jì)能使其有效直徑的增大大致與圓周力的提高成比例。在優(yōu)先旋向上，與皮帶嚙合的較長(zhǎng)杠桿臂導(dǎo)致被動(dòng)輪上弓形件撐開(kāi);而在相反旋向時(shí)，較短的杠桿臂以同樣方式起作用，因此主動(dòng)輪上的速比變化由于皮帶的嚙合而自動(dòng)地傳遞到被動(dòng)輪上，而且皮帶自動(dòng)地張緊，因而可以傳遞所需功率而不會(huì)打滑。
在共同應(yīng)用要求2和3的特征時(shí)，按本發(fā)明可以在較小的被動(dòng)輪上完全不使用彈簧。
試驗(yàn)表明，主動(dòng)輪或被動(dòng)輪的每個(gè)弓形件上與皮帶嚙合的有效面的最合理結(jié)構(gòu)形狀為漸開(kāi)線(xiàn)面，有效面的這種漸開(kāi)線(xiàn)面使得在每種載荷范圍內(nèi)的多角效應(yīng)降為最小。試驗(yàn)表明，滿(mǎn)載運(yùn)行時(shí)產(chǎn)生的殘余效應(yīng)則通過(guò)皮帶的緩沖作用而吸收。
按本發(fā)明用于自行車(chē)的皮帶傳動(dòng)可以方便地與倒輪閘組合在一起。當(dāng)反向旋轉(zhuǎn)時(shí)，被動(dòng)輪直徑撐開(kāi)小一些。因此旋向相反時(shí)由主動(dòng)輪引起的皮帶張力在制動(dòng)時(shí)就附加增高。
按本發(fā)明，特別有利和合理的其它結(jié)構(gòu)形式的皮帶傳動(dòng)用于自行車(chē)時(shí)與輪轂換擋裝置相結(jié)合。皮帶傳動(dòng)的無(wú)級(jí)變速調(diào)定到輪轂換擋裝置的分級(jí)，那么就可在這裝置里用有控制的腳踏力來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)變速。
自行車(chē)用的鏈傳動(dòng)在實(shí)用中雖有缺點(diǎn)(要有潤(rùn)滑劑、只有用輕質(zhì)材料才能使其重量較輕、沒(méi)有無(wú)級(jí)變速)，但還是站住了腳，因?yàn)橹两駷橹褂闷鲃?dòng)替代鏈傳動(dòng)的嘗試都因?yàn)樾拭黠@較低或結(jié)構(gòu)復(fù)雜而失敗了。
歸納起來(lái)本發(fā)明有以下優(yōu)點(diǎn)a)可以無(wú)級(jí)變速，而且所測(cè)的樣機(jī)效率曲線(xiàn)表明，只在部分載荷范圍內(nèi)比鏈傳動(dòng)效率低4%，并且效率與功率的增高相適應(yīng)。
b)所做的測(cè)定是在以一定腳踏力進(jìn)行加速時(shí)，將樣機(jī)直接與鏈傳動(dòng)比較。在規(guī)定的加速時(shí)間之后，無(wú)級(jí)可調(diào)的皮帶傳動(dòng)的最終速度要高出10%，因而在這段時(shí)間內(nèi)所駛過(guò)的路程也多10%左右。
c)根據(jù)本發(fā)明，皮帶傳動(dòng)一共只有三種非標(biāo)準(zhǔn)新零件，所有其它小另件以及皮帶等都是市售零件。
d)在生產(chǎn)過(guò)程中就可方便地裝配，因?yàn)楸景l(fā)明的皮帶傳動(dòng)代替了鏈傳動(dòng)，但周?chē)慵畿?chē)架、腳蹬軸承或后輪軸承的結(jié)構(gòu)都沒(méi)有變化，可用在著名廠(chǎng)家的通用星輪架上。也可以方便地后補(bǔ)裝到鏈傳動(dòng)的自行車(chē)上而毋需很多的費(fèi)用。
e)本發(fā)明的皮帶傳動(dòng)可以與倒輪閘和(或)輪轂換擋裝置組合起來(lái)而無(wú)須改變這些零件。
f)為適應(yīng)不同的載荷情況，任何時(shí)候甚至在途中都可方便地更換彈簧。
g)將本發(fā)明的皮帶傳動(dòng)裝到通常的有五個(gè)安裝孔的星輪架上時(shí)，也可以在主動(dòng)輪的各弓形件之間采用不同剛度的彈簧，以達(dá)到在二個(gè)腳踏處于死點(diǎn)位置時(shí)降低峰值力的效果，例如在橢圓形鏈輪時(shí)就會(huì)產(chǎn)生這種效果。
下面參照附圖詳細(xì)說(shuō)明按本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例

圖1是本發(fā)明皮帶傳動(dòng)的一個(gè)視圖，皮帶輪調(diào)定的速比為最大;
圖2是本發(fā)明皮帶傳動(dòng)的一個(gè)視圖，皮帶輪調(diào)定的速比為最小;
按圖1和圖2在主動(dòng)皮帶輪1和被動(dòng)皮帶輪2上都分別安設(shè)了一個(gè)五臂的星輪架3和4，它們可繞固定于車(chē)架上的軸A旋轉(zhuǎn)。在主動(dòng)輪1的星輪架3上固定按設(shè)了二個(gè)相對(duì)布置的踏板，這在圖上并未表示。前行時(shí)旋向用V表示。對(duì)轉(zhuǎn)軸A而言，每個(gè)皮帶輪1或2上分別有五個(gè)共同作用的具有作用面9的弓形件5或6就形成3有效直徑可以無(wú)級(jí)變化的皮帶輪1或2。弓形件5或6安在皮帶輪1或2上，在旋向V一側(cè)具有距轉(zhuǎn)軸相同的徑向距離，并可在星輪架3或4的鉸點(diǎn)7上擺動(dòng)。二個(gè)皮帶輪1和2用三角皮帶圍抱住，皮帶嚙入在各個(gè)弓形件5或6上相應(yīng)加工出的槽內(nèi)。所有弓形件5或6與三角皮帶嚙合的楔槽作用面9為漸開(kāi)線(xiàn)形。
主動(dòng)皮帶輪1的弓形件5做成單臂形杠桿51，它在旋向V前方的一端支在鉸點(diǎn)7上，后端則受壓力彈簧8的作用。彈簧8支在后面的弓形件52上，位于杠桿二端之間，離支點(diǎn)7距離為a。每個(gè)弓形件5徑向內(nèi)擺動(dòng)的角度受在后面弓形件上的擋塊限制，而徑向向外擺動(dòng)的角度則受皮帶張緊的限制。
被動(dòng)皮帶輪2的弓形件6安在所屬的星輪架4上，可以自由擺動(dòng)，對(duì)支點(diǎn)7來(lái)說(shuō)是一個(gè)雙臂形杠桿61。按經(jīng)過(guò)支點(diǎn)7和轉(zhuǎn)軸A的在圖1中用S表示的線(xiàn)，旋向V前方為有效杠桿臂，其拱形塊要比旋向后方的短些。對(duì)鉸點(diǎn)7而言，沿著S線(xiàn)的作用面9上的有效半徑為最小，在二側(cè)圓周方向上它都加大了。在圖1這起始位置上，相當(dāng)于不加速，在平坦道路上行駛，對(duì)應(yīng)于拉力段Z上的圓周力U的法向力N就作用在主動(dòng)輪1或被動(dòng)輪2的弓形件51和62上。主動(dòng)輪1的弓形件52正好位于皮帶出口11和入口10之間，在圖1所示的位置上該弓形件52通過(guò)離鉸點(diǎn)7距離為a作用的彈簧8的彈簧力Fa(彈簧承受了法向力N的反力)與由Fa導(dǎo)致的止動(dòng)力Fb保持平衡狀態(tài)。被動(dòng)輪2由于法向力N的作用，星輪架4上的弓形件6形成了可能的最小有效圓周。如果按圖1圓周力U在拉力段和回空段是同樣大小的話(huà)，那么傳動(dòng)裝置就沒(méi)有加速。
按圖2一個(gè)加強(qiáng)轉(zhuǎn)矩M作用在主動(dòng)皮帶輪1的星輪架3上，拉力段Z的圓周力U及法向力N變大，以及由于弓形件5經(jīng)向向內(nèi)偏轉(zhuǎn)，使得彈簧力Fa以及由此導(dǎo)致止動(dòng)力Fb也變大。由于繞軸A的旋轉(zhuǎn)V產(chǎn)生了離必力Ff，它與止動(dòng)力Fb方向相反。止動(dòng)力Fb在每種工況下都大于離必力并且阻止了未處于嚙合狀態(tài)的弓形件52的徑向運(yùn)動(dòng)。
法向力N加大引起弓形件5繞鉸點(diǎn)7徑向向內(nèi)旋轉(zhuǎn)，這就使主動(dòng)輪的有效直徑變小。由此在回空段L內(nèi)產(chǎn)生的皮帶下垂允許被動(dòng)輪2的弓形件6在旋向V上圍繞鉸點(diǎn)7產(chǎn)生旋轉(zhuǎn);同樣，加大拉力段Z的圓周力U也使弓形件6在旋轉(zhuǎn)方向V上圍繞鉸點(diǎn)7產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)。由于上述結(jié)構(gòu)的弓形件6，即雙臂杠桿，在二側(cè)圓周方向上半徑加大，那么每個(gè)與皮帶處于牽引作用的弓形件6的有效半徑以及被動(dòng)輪2的整個(gè)有效直徑都自動(dòng)變大。如圖2所示，與皮帶的摩擦嚙合發(fā)生在每個(gè)弓形件6的前部(從旋向V方向看)較長(zhǎng)拱塊上;而弓形件6的前部(從旋向V方向看)較短拱塊則脫離嚙合。
由于這種撐開(kāi)作用，回空段L的圓周力U加大，一直到被動(dòng)輪2的弓形件6上的撐開(kāi)力和主動(dòng)輪1上的彈簧力Fa之間又重新達(dá)到力的平衡，這二個(gè)力都與拉力段Z的圓周力U有關(guān)并成比例。
當(dāng)主動(dòng)輪1的星輪架上轉(zhuǎn)矩M減小時(shí)就發(fā)生相反的過(guò)程。
如果當(dāng)反蹬剎車(chē)反向旋轉(zhuǎn)(與旋向V反向)時(shí)，由于前述作用使主動(dòng)輪1的弓形件5具有可能的最大有效直徑。被動(dòng)輪2則類(lèi)似于正的旋向V時(shí)，由于處于力作用下的較短的位于旋向V前方的弓形件6的拱段使有效直徑撐開(kāi)。此時(shí)撐開(kāi)所需的力較小，因?yàn)閷?duì)鉸點(diǎn)7的有效半徑只是略有加大。反向旋轉(zhuǎn)時(shí)在輪1和2上同時(shí)引起有效直徑撐開(kāi)造成皮帶張力最大并且阻止了反蹬剎車(chē)時(shí)的皮帶空轉(zhuǎn)桿滑。
權(quán)利要求
1.具有自動(dòng)無(wú)級(jí)變速的皮帶傳動(dòng)裝置，尤其適用于自行車(chē)，具有有效直徑可變化的二個(gè)皮帶輪(主動(dòng)皮帶輪1，被動(dòng)皮帶輪2)，其中每個(gè)輪都有多個(gè)(至少3個(gè))弓形件，弓形件安設(shè)在可在車(chē)架上旋轉(zhuǎn)(軸A)的所屬星輪架(3或4)上，并在徑向內(nèi)外的止擋之間活動(dòng)，它們?cè)趫A周方向是均布的并用彈簧撐緊，其特征是弓形件(5和6)至旋軸(A)的徑向距離相同地、繞鉸點(diǎn)7擺動(dòng)地安裝在所屬星輪架(3或4)上，壓力彈簧(8)都安置在相鄰的弓形件(5或6)之間。
2.按權(quán)利要求1的皮帶傳動(dòng)裝置，其特征是主動(dòng)皮帶輪(1)的每個(gè)弓形件(51)都做成單臂杠桿，位于旋向V前方一端裝在星輪架(3)的鉸點(diǎn)(7)上;位于旋向V后方的一端則通過(guò)彈簧(8)在至杠桿二端之間支點(diǎn)(鉸點(diǎn)7)的距離為(a)處支撐在后面的弓形件(52)上。
3.按權(quán)利要求1或2的皮帶傳動(dòng)裝置，其特征是在被動(dòng)皮帶輪(2)上每個(gè)弓形件(61)都作成雙臂式杠桿，桿二端中間的支點(diǎn)支在星輪架(4)的鉸點(diǎn)(7)上，對(duì)于通過(guò)支點(diǎn)(鉸點(diǎn)7)的徑向線(xiàn)(圖1的s)而言，旋向(V)前方的拱段的杠桿臂比旋向(V)后方的拱段的杠桿臂要短些，而且從這徑向線(xiàn)(s)起向圓周二側(cè)方向，相對(duì)支點(diǎn)(鉸點(diǎn)7)的有效半徑都變大了。
4.按權(quán)利要求2和3的皮帶傳動(dòng)裝置，其特征是被動(dòng)皮帶輪(2)的結(jié)構(gòu)中沒(méi)有彈簧。
5.按權(quán)利要求1至5中之一的皮帶傳動(dòng)裝置，其特征是主動(dòng)輪(1)或被動(dòng)輪(2)上的每個(gè)弓形件(5和6)的用于與皮帶嚙合的作用面(9)是一個(gè)漸開(kāi)線(xiàn)面。
6.按權(quán)利要求1至5中之一的皮帶傳動(dòng)裝置，其特征是該皮帶傳動(dòng)裝置與倒輪閘相結(jié)合。
7.按權(quán)利要求1至6中之一的皮帶傳動(dòng)裝置，其特征是該皮帶傳動(dòng)裝置與輪轂換擋裝置相結(jié)合。
全文摘要
一種主要用于自行車(chē)的皮帶傳動(dòng)裝置，可以無(wú)級(jí) 自動(dòng)變速。在皮帶輪(1)(2)上有五個(gè)弓形件(5或 6)，沿圓周均布，徑向距離相等，鉸接在繞A可旋轉(zhuǎn) 的星輪架(3或4)上，可擺動(dòng)。主動(dòng)輪(1)的弓形件 (5)為單臂形，相鄰件(51，52)之間裝有彈簧(8)。被 動(dòng)輪(2)的弓形件(6)為雙臂形。所有弓形件上與三 角皮帶嚙合的作用面為漸開(kāi)線(xiàn)面。若主動(dòng)輪轉(zhuǎn)矩加 大使速比發(fā)生變化(克服彈簧力使有效直徑變小)，則 被動(dòng)輪弓形件就自動(dòng)撐開(kāi)，并使皮帶張緊。用于自行車(chē)時(shí)可方便地與倒輪閘和(或)多擋輪 轂變速裝置相組合。
文檔編號(hào)F16H55/54GK1100051SQ94106919
公開(kāi)日1995年3月15日 申請(qǐng)日期1994年6月3日 優(yōu)先權(quán)日1993年6月4日
發(fā)明者胡伯特·克雷默 申請(qǐng)人:胡伯特·克雷默