CN1059692A - 变速自行车的自动变扭器传动装置 - Google Patents

Abstract

一种全自动变扭器传动装置，可从低速高扭矩状 态转变为可无级连续变化的低扭矩高速驱动状态。 自行车脚蹬链轮驱动链环连接的三个链轮组成的链 轮组，第一链轮为从动轮，其余两链轮作惰轮保持链 长度恒定。速比约1∶6为最佳传动，第一链轮与自 动定心弹簧加载变节矩V形皮带轮固定。二者可绕 车架的固定中心旋转。V形皮带有内齿在低速高扭 矩状态下与皮带轮的齿啮合，从摩擦传动变为低挡强 制传动。从动皮带轮最后通过传统链条驱动后轮。

Description

本发明一般涉及自行车变速传动系统，具体涉及一种全自动变扭器传动装置，具有可将低速高扭矩强制驱动状态转变为高速驱动状态下的无级变速转换机构。

过去已有尝试，提出自行车无级变速传动取代自行车的有级变速传动，诸如传统的“十速齿轮变速器”。这些试探以美国专利第3，972，244号“自行车无级变速传动装置”为典型，本发明人即为该专利的共同发明人，通过使用安装在自行车架上的可旋转的V形传动带定节矩皮带轮，和与之以V形皮带相互连接一变节矩皮带轮，使机械增益变化。在这结构中，通过脚蹬链轮的作用引起变节矩皮带轮旋转，使变节矩皮带轮相对于定节矩皮带轮移动，改变两者间的机械增益。使用第二“V”形皮带轮增加皮带与皮带轮之间的摩擦损耗，在这种传动方法在高速状态下没有强制传动。本申请人的新传动方法，为使用者提供了对传统“十速齿轮变速器”的优良的取代，因为有全自动变扭矩传动装置，其中有新型的V形与内齿结合的皮带，有无级变速传动和强制的传动并与无级变速自动转换机构结合。骑车人不需操纵多个柄杆以取得适当的速比，而仅需按所愿使力踏车，全自动传动装置便可按地面的坡度变化，调节瞬时速比。这一点可连续实现，不像手力传动装置，为了换档需暂时减少使力。用本发明人的新颖传动装置时，扭矩相对于时间的曲线平稳，骑车人使力平稳而轻松，用力的大小完全取决于其本人，而如用手变速的多速传动装置，便需要暂时减少用力以作换档。提高自行车安全性也是一个重要问题，因为这新颖的传动方法完全自动，连续自动调节，不因为需操作复杂的柄杆换档而分散骑车人对交通状况的注意力。设置这种新颖传动装置的自行车，是有控制程度的优良健身器，可避免体力的暂时迸发和/或紧张。

因此本发明的主要目的，是提出一种全自动变扭器传动装置，有低速强制驱动与上述自行车用无级变速自动平稳过渡结合。

本发明的另一目的，是在自行车中取消一种传动装置，诸如必须将多个杠杆推向多个位置，以取得适当的传动比。

另一目的是提出一种自行车传动装置，骑车人仅需按所愿出力踏车，有全自动传动装置，调节瞬时速比，以适当地面的坡度变化。

本发明的另一目的是提供一种自行车传动装置，其中新颖的传动装置完全自动，并连续自动调节，骑车人不因需操作复杂的换档杆而分散对交通状况的注意力，从而大大提高安全性。

另一目的是提出一种优良的自行车键身器，用于执行有控制的健身程序，可避免暂时的体力迸发和/或紧张。

本发明的可实现上述目的特征，包括一种换档机构，在从强制传动转换为变速自行车的自动变扭矩传动时，一个全自动变扭器传动装置使用有内齿的V形皮带轮，与变节矩皮带轮心的齿啮合，从低速高扭矩状态转变为高速状态下的无级变速。自行车脚蹬链轮驱动有三个小链轮的一组旋转链轮，有一条驱动链环，将其相互连接，将第一链轮作为从动件驱动，其余两链轮作惰轮，保持链的恒定长度。脚蹬链轮与从动链轮的速比约为1∶6，使系统的扭矩传动能力最佳化，从动链轮固定在自动定心的弹簧加载变节矩皮带轮上。这皮带轮有一个中心部分形状与同步皮带轮相似，表面有槽（或齿）。变节矩皮带轮驱动的V形皮带进一步驱动与自行车架固定的中心轴上旋转的同步皮带型皮带轮，V形皮带内表面上有齿，可在低速高扭矩状态下，与变节矩皮带轮中心部分啮合。这样可将摩擦V形皮带驱动转变为低档（低速齿轮）强制驱动。最后从动皮带轮通过传统自行车链条驱动后轮。当加在自行车脚蹬链轮上的扭矩增大时，链条施加的切向力使链轮组试图绕其枢轴旋转增大变节矩皮带轮与固定皮带轮之间的中心距。V形皮带使变节矩皮带轮膨胀，相应改变传动比，并使传动比有无级变化变扭器的特点。扭矩增大时动力传动转为低档，扭矩减小时，动力传动自动回向高档，传动装置的几何形状可立刻与传统自行车架适应。可提供相当于十速齿轮变速传动的换档范围，而不需换档杆，钢索等等。运转完全自动，不需骑车人操心;这是自行车运转的一个重要特点。在变节矩皮带轮中使用不同的弹簧，使器件可适合不同骑车人的喜好而“专用化”。

下面结合附图说明实现目前本发明的最佳实施例。附图内容如下：

图1表示有新颖变速的自动变扭器传动装置的自行车侧视图;

图2为安装在有用虚线表示的保护罩的自行车上的新颖传动装置的局部切剖细节侧视图，以便观察细节，传动装置处于低速高扭矩的强制驱动状态;

图3为与图2相似的局部剖切细节侧视图，但传动装置处于高速低扭矩自动转换状态;

图4为与图2观察方向相反的局部剖切侧视图，示出传动装置的另一部分细节;

图5为图3中弹簧加载变节矩皮带轮沿线5-5的局部剖视图，示出V形与内齿结合的变速强制传动皮带处于高速低扭矩状态;

图6为图4中沿线6-6的局部细节剖视图，示出由强制传动皮带驱动的皮带轮，与传统自行车链条作传动连接，驱动自行车后轮;

图7为弹簧加载变节矩皮带轮，与图5中之链传动链轮组的分解透视图;

图8为有新颖传动装置与多速十档齿轮变速传动装置经过一换档变速过程的扭矩变化比较曲线图，两者都通过大致相同的扭矩和时间间隔。

参看附图，图1所示自行车10有车架11，连接在前轮12与后从动轮13之间，上面安装车座14，把手15和驱动脚蹬结构16。驱动脚蹬结构16有驱动链轮17，传动链18。传动链18与保护罩20后面的无级变速传动装置19（参看图2-7）连接。一个传统自行车链21从传动输出链轮22伸到后轮13的传动链轮23。骑车人脚向脚蹬24及25传递的扭矩驱动链轮17，然后通过传动链18向用枢轴安装在板29上的可旋转的三个小链轮组成的链轮组26，27及28的传动。板29又被安装在枢轴上，可绕链轮组安装架31上的枢轴安装结构30旋转，安装架31用螺栓固定在车架件32上。自行车脚蹬链轮17驱动用传动链18相互连接的三小链轮组26，27及28，第一链轮26作为从动件被驱动，其余两链轮27及28作为惰轮，以保持链18的恒定长度。脚蹬链轮17与从动链轮26的速比约为1∶6，可使系统的扭矩传递能力最佳化。从动链轮26通过管34及突盘35作传动连接，突盘35用螺栓38安装在皮带轮39的轮毂结构安装件中的毂板36R及轮毂件37上，皮带轮39为自动定心弹簧加载的变节矩皮带轮。毂板36L用另外的螺栓38在轮毂件37上固定。有内滚针（或滚子）轴承40L及40R的轮毂件37可转动地安装在轴管41上，其不能旋转地安装在板29上。用一个尼龙止动件与止推轴承的组合件42在轴管41的外端中压紧配合。头端突盘43与滚针轴承40L内表面44的外端接触，而作为其止动件。

变节矩皮带轮39的具有相互成镜象的内斜表面45的槽轮构件46L及46R，安装在轮毂件37上以作内外方向的相对滑动，轮毂件37上成形有齿形外表面47。每一毂板36L及36R上安装三个杆48，用铆钉49铆定。杆48伸入有齿的表面47的槽中，并部分伸入槽轮构件46L及46R的内孔51的槽50中，以防相对于轮毂件37旋转，但可在其间作相对纵向滑动。变节矩皮带轮39的特殊处，在于轮毂件37有与同步皮带轮相似的齿形表面形状。在这结构中使用V形皮带52，其内表面54上有齿，与变节矩皮带轮毂（或毂心）37啮合，将V形皮带52的摩擦驱动变为低档（低速齿轮传动）的强制驱动。这样，当在脚蹬链轮17上施加最大扭矩，通过传动装置19向固定位置的有齿56的传动皮带轮55传动，并与V形皮带52的内齿53作与同步皮带相似的传动啮合时，可以防止滑动。皮带轮55用螺栓57在皮带轮与链轮22的轴58上固定到位，并可用支架组合件60中的轴承59支承作旋转，组合件60用螺栓61安装在架32上。一个小直径辊62安装在无螺纹部分63和有螺纹端部64的螺栓65上，有助于保证V形皮带52的皮带齿53与皮带轮55的齿56进入正确的传动啮合。链轮22的轴毂67中的螺栓66在离开皮带轮55，位于轴承59的相对侧的地方将齿轮22在皮带轮延长部68及链轮轴58上固定。

变节矩皮带轮39的两侧的槽轮构件46L及46R，各用若干（弹性）压缩弹簧69压在一起。弹簧安装在分别用铆钉71铆在毂板36L及36R上的弹簧柱70上，并伸入槽轮构件的护套的孔72中。弹簧69将槽轮构件46L与46R弹性地压在一起，槽轮构件的内斜表面45分别压在V形皮带52的斜侧面73L及73R上，在自动定心的弹簧加载的变节矩皮带轮39的作用下，从图2与4所示的低速高扭矩的强制驱动状态，自动通过无级变速调整范围内的高速低扭矩状态变为图3与5中的高速低扭矩状态。空转链轮27用轴承74安装在轴75上旋转，轴75有一个延长部76，安装在枢轴摆动板29中，空转链轮28以相似的方式，可旋转地安装在枢轴摆动板29（细节未示）上。请注意图示轴承74为单座圈轴承，但为了稳定的目的，更可能使用双座圈轴承或滚柱轴承。

应注意当骑车者在脚蹬上加较大的驱动扭矩时，扭矩增大的V形皮带52将连续向内移动，从图3及5中的低扭矩高速状态，最后达到图2及4所示低速高扭矩状态。当V形皮带52从图3及5的最外状态向内移动时，在槽轮构件斜表面45相反一侧上的V形斜侧面73L及73R上的单位面积载荷因两个原因而增加，因为V形皮带迫使槽轮构件46L及46R加大其相互间距时，侧面的接触面积减小，随其压力增高而弹簧的弹性偏压力也增高。又请注意杆48的两内端77之间有足够的间距，因而在图2及4的低速高扭矩的强制传动状态中，不致干扰皮带52的齿54在强制传动中与轮毂件37的有齿表面47作完全的啮合。图8中的扭矩变化比较曲线，说明本申请人的无级变速强制驱动机构，有相当平稳的扭矩传动特点，骑车人仅需按心愿出力，踏车前进，自行车的自动传动装置便配合地面坡度变化调节瞬时速比。图示变速齿轮型传动装置曲线，在一个换档点代表扭矩变化的曲线下降，然后陡升，再在回复到合理的扭矩以前又再下降。

这种可从强制驱动向无级变速驱动自动转换的变矩传动装置可以安装在图示的自行车上，也可安装在其它的骑车人驱动的车辆上，或机动车辆上，及工业用途中。

再复述一次，脚蹬链轮驱动一个枢轴安装的三个小链轮组成的链轮组。第一链轮为从动件。另两链轮用作惰轮，以保持链条的恒定长度。脚蹬链轮与从动链轮的速比约为1∶6，使系统的扭矩传动能力达到最高。从动链轮在自动定心的弹簧加载的变节矩皮带轮上固定。这皮带轮的独特点在于中心部分形状像同步皮带轮。即表面上有槽（或齿）。一条特殊的皮带用于将变节矩皮带轮和一个旋转中心上旋转的同步皮带类型的皮带轮连接，旋转中心相对于自行车架固定。特殊皮带为内表面有齿的V形的皮带。低速状态时皮带齿与变节矩皮带轮中心部分啮合。这样便在低档中将摩擦传动转变为低速“强制传动”，防止在脚蹬链轮上加最大扭矩时的滑动。从动皮带轮通过传统自行车链驱动后轮。

当加在脚蹬链轮上的扭矩增大时，由于加在链条上的切向力，链轮组试图绕枢轴旋转。这样便增大了变节矩皮带轮和固定皮带轮的中心距。V形皮带使变节矩皮带轮膨胀，从而改变传动比。即动力传递有无级变速变扭转换器的全部特点。扭矩增大时，传动转为“低档”，扭矩减小时，传动自动变回“高档”。传动装置的几何形状可迅速适应传统自行车车架。可提供的换档范围相当于十速齿轮变速传动，不需要换档杆，钢索等。运转完全自动化，不需骑车人操心，为自行车提供一个重要的安全特点。在变节矩皮带轮中使用不同的弹簧，可使器件“专用化”，安装不同弹性偏压力的弹簧69，使扭矩传动适合不同骑车人的能力。由于降低了对操纵自行车的应变能力的要求，便又可有效用于康复及锻练程序。

虽然对本发明已就其一个实施例进行叙述，但应理解可作各种变化，而不脱离本文中公开的发明精神和对本领域技术革新所作的重要贡献。

Claims (20)

1、一种变速的自动变扭器传动装置，可从低速高扭矩状态，转变为可无级连续变化的低扭矩高速状态；包括一个有内齿的V形皮带；一个有齿输出皮带轮，其相对于传动装置安装件固定的中心线旋转，与该V形皮带的内齿作连续的啮合；一个变节矩皮带轮具有相对侧上的相互成镜象的斜面的槽轮构件，其与该V形皮带的斜侧面接触，并可轴向滑动地安装在一个轮毂件上，并可随轮毂件旋转，槽轮构件在自动定心的弹性偏压定中作用下，沿纵向往复移动；每一该槽轮构件的护套结构中安装的弹性偏压装置，将该两槽轮构件在最靠外的高扭矩低速状态和最靠内的低扭矩高速状态之间互相压在一起；该轮毂件有一个有齿外表面，当该变节矩槽轮构件处在最靠外的高扭矩低速的强制驱动状态下，与该V形皮带的内齿啮合，当槽轮构件互相靠近时，则经过无级变速范围，达到最向内的低扭矩高速状态；该轮毂件安装在一个枢轴摆动安装件上，以调节与皮带轮毂和可变皮带轮毂之间的中心距的长短变化相应的V形皮带的长度；链轮装置的驱动装置在该可变皮带轮毂件上固定；驱动链轮通过传动链与该链轮装置连接；动力驱动装置又与该驱动链轮连接。

2、如权利要求1之变速的自动变扭器传动装置，其特征在于用各该槽轮构件与该轮毂件之间的键销装置保持该变节矩皮带轮的该相对侧槽轮构件固定在轮毂件上随该轮毂件旋转。

3、如权利要求1之变速的自动变扭器传动装置，其特征在于该弹性偏压装置有各槽轮构件的若干弹性压缩弹簧用于偏压槽轮构件使之互相靠紧。

4、如权利要求3之变速的自动变扭器传动装置，其特征在于有毂板安装在该轮毂件的各端上;若干弹簧安装柱与各毂板连接;弹簧安装在分别的弹簧安装柱上，安装柱伸入相对侧的槽轮构件的护套结构的孔中，被弹性压缩在分别的槽轮构件与相邻的毂板之间。

5、如权利要求2之变速的自动变扭器传动装置，其特征在于该每一侧的该槽轮构件与轮毂件间的键销很短，从而当该V形皮带转移到高扭矩低速的强制传动状态时，不干扰该V形皮带内齿与该轮毂件的齿之间的啮合。

6、如权利要求5之变速的自动变扭器传动装置，其特征在于与该变节矩皮带轮毂件固定的该链轮装置驱动件，用穿过该链轮装置的毂延长部上的突盘紧固的螺栓装置紧固，再通过一个该毂板，紧固在该轮毂件的一端上。

7、如权利要求6之变速的自动变扭器传动装置，其特征在于，将该变节矩皮带轮与该链轮装置作为组合件，可旋转地安装在该枢轴摆动安装件的轴管装置上。

8、如权利要求7之变速的自动变扭器传动装置，其特征在于通过该枢轴摆动安装件安装传动链长度维持装置，使其转过该枢轴摆动安装件的转程。

9、如权利要求8之变速的自动变扭器传动装置，其特征在于该传动链长度维持装置，有三个链轮组合的链轮组，其一个链轮为第一链轮从动件，链轮组的其余两链轮为空转链轮，用于保持传动链的恒定长度。

10、如权利要求9之变速的自动变扭器传动装置，其特征在于该三链轮组成的链轮组的位置控制使得由驱动该第一链轮的该驱动链施加高扭矩，且随着链施加的切向力增大时，枢轴摆动安装件旋转从而使该变节矩皮带轮与该固定位置皮带轮之间的中心距增大。

11、如权利要求10之变速的自动变扭器传动装置，其特征在于该传动装置安装在自行车架上;该传动链轮是自行车脚蹬驱动的传动链轮;该动力传动装置为自行车骑车人驱动的自行车脚蹬。

12、如权利要求11之变速的自动变扭器传动装置，其特征在于该有齿的输出皮带轮与可旋转地安装在自行车架上的输出轴固定;一个输出链轮固定在该输出轴上;自行车有后轮驱动链轮;一条传统自行车链在该输出链轮与该后轮驱动链轮之间伸展。

13、如权利要求1之变速的自动变扭器传动装置，其特征在于该传动装置安装在自行车架上;该传动链轮为自行车脚蹬驱动的传动链轮;但动力驱动装置为自行车骑车人驱动的自行车脚蹬。

14、如权利要求13之变速的自动变扭器传动装置，其特征在于该有齿的输出皮带轮与可旋转地安装在自行车架上的输出轴固定;一个输出链轮固定在该输出轴上;自行车有后轮驱动链轮;一条传统自行车链在该输出链轮与该后轮驱动链轮之间伸展。

15、如权利要求13之变速的自动变扭器传动装置，其特征在于将该变节矩皮带轮的该相对侧的槽轮构件，用各该槽轮构件与该轮毂件间的旋转互锁装置，保持槽轮构件的可旋转的固定位置，以随该轮毂件旋转。

16、如权利要求15之变速的自动变扭器传动装置，其特征在于当将该V形皮带转移到高扭矩低速强制驱动状态时，该槽轮构件与轮毂件间的旋转互锁装置，不干扰该V形皮带内齿与该轮毂件的齿之间的啮合;该弹性偏压装置包括各槽轮构件的若干弹性压缩弹簧，将槽轮构件相互压向一起;毂板安装在该轮毂件的各端;若干弹簧安装柱与各毂板连接;上面安装有相应弹簧的弹簧安装柱，伸入相对侧的槽轮构件的护套结构的孔中，并弹性地压缩在相应的槽轮构件与相邻的毂板之间。

17、如权利要求16之变速的自动变扭器传动装置，其特征在于与该变节矩皮带轮件固定的该链轮装置驱动件，用穿过该链轮装置的轮毂延长部上的突盘紧固的螺栓装置紧固，再通过一个该毂板，紧固在该轮毂件的一端上。

18、如权利要求17之变速自动变扭器传动装置，其特征在于将该变节矩皮带轮与该链轮装置作为组合件，可旋转地安装在该枢轴安装件上的轴管装置上;通过该枢轴摆动安装件安装传动链长度维持装置，使其转过该枢轴摆动安装件的全部转程。

19、如权利要求18之变速自动变扭器传动装置，其特征在于该传动链长度维持装置，包括三个链轮组合的链轮组，其一个链轮为第一链轮从动件，链轮组的其余两链轮为空转链轮，用于保持传动链的恒定长度。

20、如权利要求19之变速自动变扭器传动装置，其特征在于该三链轮组成的链轮组的位置控制使得由驱动该第一链轮的该传动链施加高扭矩，且随着链施加的切向力增大时，枢轴摆动安装件旋转，使该变节矩皮带轮与该固定位置皮带轮之间的中心距增大。

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