CN1054942A - 自行车的驱动机构和配有这种机构的自行车 - Google Patents

Abstract

自行车驱动机构，其中前轮装在配有驱动装置 (10)的导向前车叉(16)上，该驱动装置(10)由骑车人 驱动并带动后轮(2)，其特征是，这种驱动机构包括驱 动前轮(14)的传动装置(18)，该传动装置(18)与驱动 装置相配合。装有上述驱动机构的自行车。

Description

本发明是关于使后轮驱动自行车的前轮也驱动的传动装置。

公知的自行车包括后驱动轮和前导向轮。骑车人利用脚踏板驱动后轮，脚踏板配置在曲柄臂端部，曲柄臂连接于与链条啮合的脚踏齿盘，链条带动后轮上的齿轮。齿盘上的齿数与齿轮上的齿数之比决定传动系数。

根据需要，自行车公为两大类，一种称为“公路”自行车，另一种称为“土路”自行车，尤其称作“土路脚踏车”。

许多改进措施都对这两类自行车有所改善，而且进行得非常认真。这样，尤其是自行车配有不同的变速齿轮时，链环，齿轮轮齿都成型弯曲以提高效率，减少摩擦，变速时能降低时耗。同样，椭圆形脚踏齿盘、滚针轴承，双凸轮，呈特殊几何形状的车把都有助于提高效率。至于构成不同配件和车架的材料，所有解决办法，组合方法都已试验过或在加以试验，以减轻自行车的重量。

然而，这些自行车有很大的缺陷，运动性能差。对于公路自行车，当公路路面附着力不很大（铺石路面，路面有水，沥青路面上有泥浆）时，或者如果在坡路上因骑车人重量移至前部而骑车摇晃，减轻了后轮的负重乃至引起后轮打滑时，缺陷尤其明显。至于土路自行车，因为骑行的路面附着力不太大，并有一些自然界的障碍物（石子，泥浆，积水，树叶）要越过，运动性能差是明显的。

另一个是制动系统的缺陷，因为两个轮子上的制动系统是独立的，而且制动系统的逐渐制动的分配有赖于骑车人的判断和机敏。

本发明的目的是提出一种驱动机构，它尤其要解决运动性能差的问题，可使前后轮的制动系统相互依赖，能在稍加改进的现有自行车上采用，使外加重量与自行车的重量协调整一致，成本低，具有制动系统与自行车其它零部件相当的安全可靠性及简单性。

为此，根据本发明的自行车驱动机构，它配有可带动后轮及安装在前叉上的前轮的骑车人脚踏驱动装置，其特征在于，它包括使前轮与驱动装置配合的传动装置。

由这一特殊特性，传动装置包括万向节，其中第一半轴安装成可相对于本架转动，第二半轴安装成可相对于车前叉转动。

在这一情况下，第一半轴在其端部装有从动齿轮以及与驱动装置相配合的传动机构，第二半轴在其端部装有主动齿轮以及与从动齿轮相配合的传动机构，从动齿轮连接于前轮以便带动该前轮转动。

由具体实施例，驱动装置包括至少有一个齿盘的一个脚踏盘，至少一个装于后轮一侧并与后轮连接在一起的齿轮，以及一个把后述齿盘与所述齿轮连接起来的传动机构;后轮也包括一个与该轮相连的同传动机构相配合的主动齿轮，传动机构连接于万向节第一半轴的从动齿轮。

根据本发明的一个变型实施例，驱动装置包括一个至少有两个齿盘的脚踏盘，一个与后轮相连的齿轮，以及一个把两个齿盘中的第一个齿盘连接于所述齿轮的传动机构，第二个齿盘与连接到万向节第一半轴的从动齿轮上的传动机构相配合。

在所述的变型实施例中，变速箱置于脚踏齿盘和两个齿盘之间，包括一个由脚踏盘的第一轴驱动的第二轴，一个由传动机构把第二轴与第三轴相互连接，以及一个支承两个齿盘的由第三轴驱动的第四轴。

根据不同的实施例和变型实施例，车轮中一个轮子的从动齿轮可以装飞轮，可脱开的直接传动瓜形离合器可置于前轮的从动齿轮和所述前轮之间，不同齿轮可加以组合，使后轮的从动齿轮的转速略大于前轮的从动齿轮的转速，这样，后轮打滑时，就由前轮驱动。

本发明也是涉及装有上述驱动机构的自行车。

根据所述自行车的一个特性，成套传动机构安装在链罩中。

根据另一特性，所述链罩取代车架，并直接支承所有配件，尤其是前轮的车叉，转向装置，车座，后轮和驱动机构。

本发明在后文中根据一个具体的实施例及其变型实施例加以说明，这些实施例应用于土路自行车，但是这种自行车可在这种公路上直接骑行。说明是对照附图进行的，其中：

图1是装有本发明传动机构的自行车的侧视图，

图2是前轮传动机构转角传动装置的部分剖面正视图，

图3是前轮传动机构转角传动装置的零件侧视图，

图4是图3中4-4线前轮传动机构的剖面图，

图5是装有本发明传动机构的自行车的一个变型实施例的部分剖面侧视图，

图6是图5变型实施例中前轮的传动机构转角传动装置的中线纵剖面图，

图7是通过图6中导向装置转动轴C-C的横剖面图，

图8是按照图7中8-8线通过沿万向节转动轴水平面的剖面图。

图1所示为本发明自行车驱动机构的侧视图。所述自行车包括由骑车人脚踏驱动后轮12的驱动装置10。前轮14安装在导向前叉16上。驱动机构也包括使前轮驱动的传动装置18。

本发明的自行车有众所周知的车架20，导向柱22，导向柱的上面是车把24，车把上装有传动机构的各种操纵装置26，此外还有高度可调的车座28。

驱动装置10包括至少具有一个齿盘32的脚踏盘30，从动齿轮系统34，可变换从动齿轮系统34的齿轮的换速叉36，以及把齿盘32连接到齿轮系统34上的传动机构38。

后轮12也包括与传动装置18相配合使前轮驱动的主动齿轮40。所述的传动装置18主要包括配置在导向柱22下方的万向节42，使连接于后轮12的主动齿轮40同万向节42相连的传动机构44，配置在万向节42与连接于前轮14的从动齿轮48之间另一传动机构46。链条收紧器45导引车链44，并校正车链的下垂度，避免摇晃。

图2详细示出万向节42。万向节42的第一半轴50在直角形支架54支承的轴承52中转动，直角形支架54与车架20相连接，更具体地说，是与导向柱22的导向管相连接。

与车链44相配合的从动齿轮58由螺栓固定在半轴50的端部，主动齿轮40连接于后轮。

万向结42也包括在轴承62中转动的第二半轴60，轴承62通过焊接处64连接于前叉16。

主动齿轮66由螺栓68固定在第二半轴60上，与传动机构46和连接于前轮的从动齿轮48相配合。

轴承52和62在所示的实施例中包括滚针轴承。第二半轴60在轴承62内转动，由伸出的罩70保护齿轮66。

图3详细示出直角形支架54，直角形支架54固定在导向柱22上，也固定在斜杠23上，众所周知，斜杠23是确保车架的刚度的。其他与图1和图2中相同的零件采用相同的标号。

图4详细示出沿图3中4-4线的水平截面。从该图可推断罩70的形状，并确认万向节的中心位置，万向节的轴向设置成与导向柱的中心线成直角。

现在来叙述本发明驱动机构的功能。

骑车人蹬脚踏盘30，驱动后轮，脚踏盘30使齿盘32转动，带动传动机构38，传动机构38与连接于所轮的齿轮系统34中齿轮之一相配合，所用的换速叉是众所周知的。

同时，齿轮40因为连接于后轮12，所以也被驱动转动起来。然后传动机构44就沿着箭头方向被带动，使连接于万向节42的半轴50上的齿轮58转动。连链收紧器45可校正车链的下垂度，并且在自行车行进中避免各种晃动。

半轴50带动第二半轴60转动，从而使齿轮66转动，齿轮66与传动机构46相配合，以使连接于前轮14的齿轮48转动。

这样，后轮12的转动导致前轮14的转动。

各种齿轮的尺寸保证前后轮传动比相同，因此两个车轮严格按同速转动。在这种情况下，自行车就是两个驱动轮连续工作。

另一方面，人们都知道飞轮系统的作用，飞轮一般安装在后轮上，使骑车人不蹬脚踏板即可利用积聚的惯性让后轮12自由转动。飞轮配置在后轮的轮毂中，一般由一个可起落的棘爪构成，所述的棘爪配置在作相对于与车架连接的固定轴转动的第一部分和作相对于第一部分转动的第二部分之间。

由本发明的一个变型实施例，也可以把飞轮安装在前轮14上，以便在自行车行进时，骑车人可暂停蹬脚踏盘驱动传动机构44和46。为了获得这一结果，也必须把后轮的主动齿轮40和前轮的从动轮48安装在相应的飞轮部件上。

由另一个变型实施例，也可以考虑一种传动机构，使前轮的转速小于后轮的转速。在这种情况下，考虑到飞轮的作用，只有后轮是驱动轮，前轮的飞轮只有在后轮打滑时才使齿轮啮合。

这样的驱动机构从制造自行车的同时就安装好了，当然也可以安装在进行过一些简单改进的现有自行车上，至多把原有的车叉换成新的车叉。

由本发明的一种变型驱动机构，在下文中对照图5至图8加以描述。

图5中的自行车包括形成罩113的车架120，罩113中配置所有传动机构，尤其是驱动装置110，后轮112的传动装置和前轮114的传动装置118。

该自行车也包括导向前叉116，前叉116形成前轮传动装置的罩117。

车架120直接支承车把124，各种传动机构的操纵装置126和车座128。

驱动装置110包括带有一副脚踏板的脚踏盘130，骑车人蹬脚踏板带动第一轴133，第一轴133与第二轴135相结合，第二轴135上固定有至少一个齿轮137。传动机构139把该齿轮137连接于同第三轴141相连接的另一个齿轮。

所述的第三轴与第四轴143直接结合，第四轴143上固定有两个齿盘132和140，这两个齿盘132和140分别与传动机构138和144相配合，传动机构138与连接于后轮的从动齿134相啮合，传动机构144连接于万向节142。

这套轴四个轴以及相应的齿轮构成变速箱131。万向节142以及导向柱122在图6和图7中予以详细示出。

万向节142包括两个半轴150和160，这两个半轴分别在连接于车架120和车叉116的轴承152和162中转动。

更具体地说，传动机构即车链144与从动齿轮158连接，其中转动轴穿过C-C方向的中心轴。该齿轮158连接于半轴150。

半轴160也支承主动齿轮166，主动轮166由传动机构146与连接于前轮的从动齿轮148相连接。

图7示出形成罩的车架的形状以及所述的变型实施例的特殊导向柱。

在车架端部的上构件145和下构件147上装有转动夹具，转动夹具分别包括按照车架外形成形的限位块149和151，其内拧入螺栓153和155，螺栓顶端分别位于同车叉相连的滚珠轴承157和159的内套圈上。

垫圈161，163置于轴承内套圈和限位块之间。

在导向柱的上部配置有众所周知的安装车把杆167的杆座165，车把杆167用楔子169加以紧固。

图6中，相同的零件采用相同的标号。配置在车叉116和导向柱122内以便使车叉绕导向轴转动的凹槽可以用防尘罩173加以封闭。

车叉116以不对称的单支杆方式加以实现，以限制车重和零件数目。实际上，车叉具有的强度就其一部分而言，足以承受全部应力。

更具体地说，所采用的材料是具有众所周知的强度一重量比的合成材料。此外在某些需要提高强度（即刚度）的部位可以安装加固件;对于导向柱滚珠轴承座，齿轮的轴承座，万向节轴承座以及轮轴或脚踏盘的轴和变速箱的轴尤其如此。

就变速箱而言（其操纵装置因公知而未示出），可以用相互并联且联结到第二轴和第三轴上的齿轮，以类似于摩托车变速箱的方式改善传动比的变化方式。在这种情况下，换速叉以及齿轮变换时链条斜向工作的缺陷即可得到克服。

至于各种传动机构，就是自行车领域公知的环链，但它们可以用开槽皮带予以取代，在这种情况下，皮带轮取代齿轮。这一改变是现有技术可以办得到的。

在图5至图8所示的变型实施例中，可以使用飞溅润滑法。只要很少的油就够了。而且因为车架-罩是密封的，所以不会存在油污染的问题。这个优点是不可忽视的，众所周知，转动构件，轴承及轴的损耗在自行车上达30%的数量级。

必须配置一些通车架-罩各种构件的孔。为了使图面清晰，且因为这些孔是现有技术可以办到的，因此这些孔在图上未示出。

图5至图8中自行车变型实施例的驱动机构110的功能基本上同先前一样，为此，相同的构件或功能相同的构件在同一数字前加个“1”字予以标出。至于不同的构件，采用百位数序中的奇数标示。

骑车人运用脚踏板上的转矩，使第一轴以及变速箱的第二、第三和第四轴转动。由它们的转动驱动传动机构138和144，使前轮和后轮转动。

就前述实施例而言，可以在该变型实施例中使两个转子同时成为驱力轮或前轮内装飞轮和直接传动爪形离合器，只有在后轮打滑时前轮才是驱动轮。

当两个车轮同时是驱动轮时，制动系统同时起作用，而且前后轮相互作用。

同样，可以配置机器脚踏两用车领域中公知的用以驱动前轮的惯性重块离心离合器。

所述变型实施例的另一个优点是，由于不用通常的齿盘而增加了距地面安全高度，对于土路自行车来说，这个优点尤其大。

实际试验表明，所述自行车使用更为方便，运动性能得到提高，在坡路滑溜的路面上，当骑车人的重量前倾时尤为如此。至于驱动机构连同前轮驱动的外加重量，估计可达500克至800克。

在所述变型实施例的情况中，因为考虑到没有什么额外重量，所以对于自行车的重量问题重视使用合成材料，尤其是采用塑料制造传动构件而在重量方面得到的好处。

此外，鉴于传动机构和轴承可以得到润滑，及传动机构，链条式皮带上的力可以理想地作用在轴上，总效率得到提高。

关于前轮只有在后轮打滑时才实现驱动这一问题，只要后轮传动装置（40，134）比前轮传动装置少一齿，即可改变传动比。在这种情况下，后轮比前轮转动得稍快一些。只有后轮的飞轮的齿啮合，前轮飞轮只有在后轮打滑时才使齿啮合。

Claims (14)

1、一种自行车驱动机构，它的驱动装置(10，110)通过有效地作用与装在导向车叉(16，116)上的前轮相配合，并驱动后轮(12，112)，其特征在于该驱动机构包括传动装置(19，119)，以驱动与驱动装置相配合的前轮(14，114)。

2、根据权利要求1的驱动机构，其特征在于，传动装置（18，118）包括万向节（42，142），其中，第一半轴（50，150）安装成可相对于车架（20，120）转动，第二半轴（60，160）安装成可相对于车叉（16，116）转动。

3、由权利要求2的驱动机构，其特征在于，第一半轴（50，150）在其端部装有从动齿轮（58，158）以及与驱动装置（10，110）相配合的传动机构（44，144），其特征还在于，第二半轴（60，160）在其端部装有主动齿轮（66，166）以及与从动齿轮（48，148）相配合的传动机构（46，146），从动齿轮（48，148）连接于前轮（14，114）以便带动该前轮转动。

4、由权利要求3的驱动机构，其特征在于，驱动装置（10）包括一个至少具有一个齿盘（32）的脚踏盘（30），至少一个配置于后轮（12）一侧并与之相连的齿轮（34），一个使所述齿盘与所述齿轮相连接的传动机构（38），其特征还在于，后轮（12）也包括与该轮相连接且与传动机构（44）相配合的一个主动齿轮（40），所述传动机构（44）连接到万向节（42）的第一半轴（50）的从动齿轮（58）上。

5、根据权利要求3的驱动机构，其特征在于，驱动装置（110）包括一个具有至少两个齿盘（132）的脚踏盘（130），一个与后轮（112）连接的齿轮（132），以及一个把两个齿盘中的第一个齿盘连接到所述的齿轮上的传动机构（138），其特征还在于，第二齿盘（132）同连接于万向节第一半轴的从动齿轮（158）的传动机构（144）相配合。

6、由前述权利要求中任何一个权利要求的驱动机构，其特征在于，一个变速箱（131）配置在脚踏齿盘和两个齿盘之间。

7、由权利要求6的驱动机构，其特征在于，变速箱包括一个由脚踏盘的第一轴驱动的第二轴（135），一个传动机构（139）连接第二轴与第三轴（141）以及一个支承两个齿盘（132）的由第三轴驱动的第四轴（143）。

8、由权利要求7的驱动机构，其特征在于，第二轴（135）和第三轴（141）包括几个齿轮，以便改变传动比。

9、由前述权利要求中任一权利要求的驱动机构，其特征在于，车轮中一个轮子的从动齿轮（34，134，47，148）至少装有一个飞轮。

10、由权利要求9的驱动机构，其特征在于，各种齿轮的传动比是，后轮的从动齿轮（40，134）的转速略大于前转的从动齿轮（148，166）的转速，以便所述前轮在后轮打滑时就成为驱动轮。

11、由权利要求1至8中任一权利要求的驱动机构，其特征在于，该驱动机构包括一个配置在前轮的从动齿轮和所述前轮之间的可分离爪形离合器。

12、装有根据权利要求1至11中任一权利要求所限定的驱动机构的自行车。

13、由权利要求12的自行车，其特征在于全套传动机构配置在罩（117）中。

14、由权利要求13的自行车，其特征在于罩（117）起到车架的作用，并直接支承所有配件，尤其是前轮的车叉（116），导向装置（122），车座（128），后轮（112）和驱动机构（110）。

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