CN107529497A - 一种具有离合变速结构的杆传动自行车 - Google Patents

Abstract

本发明属于自行车变速技术设备领域，尤其是涉及一种具有离合变速结构的杆传动自行车，包括踏板，所述踏板通过曲轴连接有第一换向齿轮，所述第一换向齿轮通过第二换向齿轮啮合有传动轴，所述传动轴前、后两端分别连接有离合驱动器，所述传动轴在离合驱动器的带动下可以前后移动。采用本发明的变速系统，采用离合变速方式，可以根据不同需要设置两个或多个变速棘轮，通过不同的传动比，在陡坡或者路况不好的时候可以选择省力(大传动比)，在平地或路况优秀的时候可以选择高速(小传动比)，提高杆传动自行车的骑行体验，为杆传动自行车正名。

Description

一种具有离合变速结构的杆传动自行车

技术领域

本发明属于自行车变速技术设备领域，尤其是涉及一种具有离合变速结构的杆传动自行车。

背景技术

目前的自行车有链条传动和杆传动等几种方式，其中链条传动已经是相当成熟的技术，其衍生出多种变速形式的变速自行车。变速自行车具有良好的通过性，通过调节驱动轮和飞轮的传动比来改变传动比(本文中所述传动比＝输入转速/输出转速)，进而改变速度和脚踏力矩，进而适应不同的地形和速度，保证在不同地形中省力。在一些越野等需要经常切换速度，改变力矩输出的地形，链条在使用一段时间后容易变得松动脱落，需要频繁修理更换，而如果是杆传动自行车的话，则无需上述链条松动麻烦。而杆传动因为其扭矩大、不易断、传动效率高，而广泛应用在汽车等领域，在自行车领域采用杆传动的车体的结构较链传动自行车要坚固，寿命要长很多。但是目前的杆传动自行车都是单一的传动模式，没有变速形式。而一些设计不成熟的杆传动自行车如第一代摩拜单车，其完全不能发挥杆传动自行车优势，反而因为控制成本导致传动比小，相对通过性较差，影响使用者的骑行体验。

发明内容

为了弥补现有杆传动自行车不具备变速功能，传动比单一，通过性差导致骑行体验差的缺陷，本发明提出一种具有离合变速结构的杆传动自行车。

实现上述有益效果的技术方案为，一种具有离合变速结构的杆传动自行车，包括踏板，所述踏板通过曲轴连接有第一换向齿轮，所述第一换向齿轮通过第二换向齿轮连接有传动轴，所述传动轴前、后两端分别连接有离合驱动器，所述传动轴在离合驱动器的带动下可以前后移动；

所述传动轴的后端设有齿轮区，所述齿轮区啮合有至少两个变速棘轮；所述变速棘轮包括与所述齿轮区啮合的内爪轮和套设在所述内爪轮外侧的外棘轮，所述内爪轮包括外齿套和内齿套，所述外齿套内侧设有内齿圈，所述内齿套通过离合爪与所述内齿圈对应连接，所述离合爪的杆体上连接有伸缩杆，所述内齿套上开有一处孔槽，所述伸缩杆通过弹簧穿装到所述孔槽内，且当所述伸缩杆的末端穿过所述孔槽时，所述离合爪离开内齿圈，当所述伸缩杆末端被顶起时，所述离合爪顶住所述内齿圈，所述离合爪通过顶住或放开所述内齿圈实现所述内齿套与所述传动轴的离合传动；

所述齿轮区对应在每个变速棘轮的孔槽位置前方对应设有凸起，所述凸起的个数与所述变速棘轮的个数相同，且设置在前的凸起和孔槽的距离小于设置在后的凸起和孔槽的距离；

所述外棘轮连接有后驱动齿轮轴，所述后驱动齿轮轴通过第三换向齿轮啮合到后轮的转轴上；

所述外棘轮的外轮径由前向后逐渐变大。

优选地，所述离合驱动器为液压杆，所述液压杆连通有液压管，所述液压管与固定在车架上的变速把手连通。

优选地，所述外棘轮连接有外轴承，所述外轴承通过连接件连接到车架上。

优选地，所述外齿套连接有内轴承，所述内轴承通过所述连接件连接到车架上。

优选地，所述离合组件包括挤压在所述传动轴顶端的压簧和连接在传动轴顶端的拉线，所述拉线与车架上的变速把手连接。

优选地，所述连接件包括对应安装到齿轮区的连板和与所述连板连接的底圈，所述外轴承和所述内轴承分别连接到所述底圈上。

优选地，所述传动轴的前端设有前齿轮区，第二换向齿轮套设在所述前齿轮区并与所述前齿轮区啮合，所述传动轴能够相对所述第二换向齿轮发生轴向移动。

采用本发明的变速系统，采用离合变速方式，可以根据不同需要设置两个或多个变速棘轮，通过不同的传动比，在陡坡或者路况不好的时候可以选择省力(大传动比)，在平地或路况优秀的时候可以选择高速(小传动比)，提高杆传动自行车的骑行体验，为杆传动自行车正名。

附图说明

图1为本发明的变速结构的一种实施方式的结构示意图；

图2为本发明变速棘轮结构的一种实施方式的结构示意图；

图3为本发明的变速棘轮与连接件的连接关系的一种实施方式的结构示意图

图中：1：变速箱；11：第一换向齿轮；12：第二换向齿轮；2：传动轴；21：齿轮区；22：前齿轮区；3：变速棘轮；31内爪轮；311：外齿套；312：内齿套；313：内齿圈；314：离合爪；315：伸缩杆；316：孔槽；317：弹簧；32:外棘轮；4:凸起；5：离合驱动器；6：连接件；61：连板；62：底圈；7:后驱动齿轮轴；8:第三换向齿轮；91：外轴承；92：内轴承。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

结合图1，本发明的一种实施方式。一种具有离合变速结构的杆传动自行车，包括踏板，所述踏板通过曲轴连接有第一换向齿轮11，所述第一换向齿轮11通过第二换向齿轮12连接有传动轴2，传动轴2的前、后两端分别连接有离合驱动器5，该传动轴2在离合驱动器5的带动下可以前后移动。

传动轴2的后端设有齿轮区21，该齿轮区21啮合有至少两个变速棘轮3；其中，变速棘轮3包括与齿轮区21啮合的内爪轮31和套设在内爪轮31外侧的外棘轮32，内爪轮31包括外齿套311和内齿套312，外齿套311内侧设有内齿圈313，内齿套312通过离合爪314与内齿圈313对应连接，离合爪314的杆体上连接有伸缩杆315，所述内齿套312上开有一处孔槽316，伸缩杆315通过弹簧317穿装到孔槽316内，且当伸缩杆315的末端穿过孔槽316时，离合爪314离开内齿圈313，当伸缩杆315末端被顶起时，所述离合爪314顶住所述内齿圈313，离合爪314通过顶住或放开内齿圈313实现内齿套312与传动轴2的离合传动；

齿轮区21对应在每个变速棘轮3的孔槽316位置前方对应设有凸起4，凸起4的个数与所述变速棘轮3的个数相同，且设置在前的凸起4和孔槽316的距离小于设置在后的凸起4和孔槽316的距离；

外棘轮32连接有后驱动齿轮轴7，该后驱动齿轮轴7通过第三换向齿轮8啮合到后轮的转轴上。在外棘轮与后驱动齿轮轴7进行啮合的时候，可以做成如图1实施例中显示的一根齿轮轴具有台阶状齿轮区的方式，每个齿轮区外径不同分别与对应的外棘轮32进行啮合构成不同的传动比；还可以采用不同外径的独立齿轮套结一根与第三换向齿轮啮合的转轴构成的齿轮轴，在不同的齿轮与对应轮径的外棘轮32进行啮合构成不同的传动比。采用台阶状齿轮轴的方式好处在于一体结构，机械强度高；采用不同外径齿轮配合齿轮轴的方式好处在于，方便安装，减少自重，方便更换齿轮，减少维修成本。

本实施例中，由于车架、车把手等都是先有成熟技术，此处不再赘述，本文重点解释说明变速结构。本发明的重点在于将传动轴2设置为可以前后往复移动的形式，通过传动轴2的前后移动进而实现不同变速棘轮3的输出，进而实现变速。

在本实施例中，传动轴2的前端设有前齿轮区22，后端设有齿轮区21，前齿轮区22通过齿轮换向与曲轴的转轴连通，具体地，传动轴2的前齿轮区22通过第一换向齿轮11与第二换向齿轮12啮合的方式带动传动轴2转动，第一换向齿轮11与第二换向齿轮12之间无法进行前后移动，因此，优选地，通过前齿轮区22与第二换向齿轮12之间通过套装的方式实现在第二换向齿轮不动的情况下传动轴2可以前后移动，第二换向齿轮12内设有内齿，与前齿轮区22进行啮合传动，保证将第二换向齿轮可以将动力传输到传动轴2上，且传动轴2可以自由的进行往复移动。

本发明的传动轴2的后端齿轮区21一直与变速棘轮3啮合到一起，但是由于在未进行操作的时候，弹簧317将伸缩杆315限制在孔槽316内，离合爪314离开内齿圈313，内齿圈313不转，进而外齿套311和外棘轮32都不转动。当需要变速的时候，传动轴2向后移动，带动凸起4向后移动顶起伸缩杆315，伸缩杆315进而将离合爪314挤压到内齿圈313上，内齿圈313在离合爪314的带动下与传动轴2同步转动，进而带动外棘轮32同步转动，将动力传导到后驱动齿轮轴7上，驱动后轮前进。

本发明由于每个凸起4和孔槽316的距离都不同，而是从前向后逐渐拉大。所述外棘轮32的外轮径也由前向后逐渐变大，导致传动比从前到后逐渐变小。在变速过程中，第一个凸起4先进入第一个变速棘轮3的孔槽316中，将孔槽316中的伸缩杆315顶起，伸缩杆315将离合爪314顶起，使其顶在内齿圈313上，实现内齿圈313与传动轴2的同步，进而驱动第一个变速棘轮3带动后驱动齿轮轴7传动。当需要降低传动比的时候，继续驱动传动轴2向后移动，第二个凸起4进入第二个变速棘轮3的孔槽316中，类似第一个变速棘轮3的传动过程，实现第二个变速棘轮3带动后驱动齿轮轴7的转动。以此类推，传动轴2向后逐渐运动，依次带动后方的凸起4将伸缩杆315顶起，实现传动比由小到大的变化。在变速过程中，随着传动轴2逐渐向后移动，导致传动比逐渐缩小，后驱动齿轮轴7的转速超过了前几个变速棘轮3，而由于变速棘轮3的棘轮结构，在后驱动齿轮轴7转速超过其自身转速后其自身只会空转，不会对后驱动齿轮轴7产生负面影响。

本发明的传动轴2的齿轮区内套在各个内齿套312的内部，内齿套312一直与传动轴2同步运动，凸起4与孔槽316之间形成一个稳定的轨道，提高运行的平稳性，变速过程不会产生链条变速过程中的颤动。

本发明中，之所以采用伸缩杆315顶起离合爪314而不用伸缩杆315直接顶到内齿圈313上是为了提高离合爪314与内齿圈313的结构强度，因为伸缩杆315是活动结构，其与内齿套的连接强度远小于离合爪314，采用伸缩杆315和离合爪314配合的方式，提高了其机械结构强度，进而增强寿命。

本发明的传动轴2在与车架的连接过程中采用轴承配合橡胶垫圈的方式，利用轴承转动固定，而利用橡胶垫圈在保证传动轴2可以在轴承内部前后移动。

所述离合驱动器5为液压杆，所述液压杆连通有液压管，所述液压管与固定在车架上的变速把手连通。本实施例中，在液压杆的顶部安装平面轴承，液压杆顶在平面轴承上，通过平面轴承顶住传动轴2，利用平面轴承抵消传动轴2的转动。由于液压推力较大，采用液压方式保证变速的平稳。液压管配合到变速把手上，变速把手则内置液压油箱，方便对液压杆的液压缸注入液压油。由于传动轴2前后移动范围较小，采用小型的液压系统完全可以满足使用需要，满足了变速省力的需要。

参照图3，本发明中，变速棘轮与传动轴的一种连接实施方式，本实施例中，所述外棘轮32连接有外轴承91，所述外轴承通过连接件6连接到外部车架上。本技术方案中，采用轴承的方式实现外棘轮32与内齿套312的分离结构，内齿套312在空转时不会对外棘轮32产生影响。参照图3，本发明中，变速棘轮与传动轴的一种连接实施方式，本实施例中，所述外齿套311连接有内轴承92，所述内轴承通过所述连接件6连接到外部车架上。本技术方案中，采用内轴承模式实现外齿套311与内齿套312的转动分离，内齿套312在空转过程中不会对外棘轮32产生影响。

上述图3的实施例中，车架采用外轴承91和内轴承92分别固定住外棘轮32和外齿套311，使其固定在车架上，不会随传动轴2前后移动，保证传动轴2在前后运动的时候变速棘轮不会晃动，凸起4的卡接位置准确。

从图1中可以看出多个变速棘轮3与后驱动齿轮轴7之间一直呈啮和关系，其一直为同步转动状态，结合图2，外齿套311与外棘轮32之间为棘轮传动结构，当外齿套311转速高的时候，可以带动外棘轮32进行转动，当外棘轮32转速高的时候，则不能带动外齿套311转动。同时从传动轴2中将动力输出到后驱动齿轮轴7过程中只有离合爪314呈工作状态的外齿套311发生转动，该外齿套311对应的变速棘轮为主动转动输出动力，其他的变速棘轮为从动，不输出动力。

所述离合组件包括挤压在所述传动轴2顶端的压簧和连接在传动轴2顶端的拉线，所述拉线与车架上的变速把手连接。本技术方案中，采用拉线配合弹簧317结构，成本较低，相对液压机构费力一点，适合在停止脚踏自行车依靠惯性前行过程中，传动轴2不转的情况下进行变速。

上述传动轴2可以通过轴承安装在变速箱1内，也可以通过离合驱动器5悬挂起来，因为传动轴2本身除去重力外只受到轴向力，因此即使直接悬挂安装也可以实现稳定。

所述连接件6包括对应安装到齿轮区的连板61和与所述连板连接的底圈62，所述外轴承和所述内轴承分别连接到底圈上。本技术方案中，连接件的连板和底圈不随着传动轴2转动，，在轴承的作用下，外棘轮32和外齿套311都与传动轴相对独立连接，，与传动轴2为独立传动结构，在外棘轮转速32超过传动轴2转速的时候，不会对传动轴2造成影响。通过本连接方式，固定相对简单，同时方便拆装。

所述外棘轮32的外轮径由前向后逐渐变大。本实施例中，外棘轮32逐渐变大，而后驱动齿轮轴为了与其想配合则轮径越来越小，一大一小的变化实现了传动比的变化，实现从低速到高速的切换。

采用本发明的变速系统，采用离合变速方式，可以根据不同需要设置两个或多个变速棘轮，通过不同的传动比，在陡坡或者路况不好的时候可以选择省力(大传动比)，在平地或路况优秀的时候可以选择高速(小传动比)，提高杆传动自行车的骑行体验，为杆传动自行车正名。

以上所述，为本发明的较佳实施案例，并非对本发明作任何限制，凡是根据本发明技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本发明技术方案的保护范围内。

Claims (7)

1.一种具有离合变速结构的杆传动自行车，其特征在于，包括踏板，所述踏板通过曲轴连接有第一换向齿轮(11)，所述第一换向齿轮通过第二换向齿轮(12)连接有传动轴(2)，所述传动轴前、后两端分别连接有离合驱动器(5)，所述传动轴(2)在离合驱动器(5)的带动下可以沿轴向前后移动；

所述传动轴的后端设有齿轮区(21)，所述齿轮区啮合有至少两个变速棘轮(3)；所述变速棘轮(3)包括与所述齿轮区啮合的内爪轮(31)和套设在所述内爪轮(31)外侧的外棘轮(32)，所述内爪轮(31)包括外齿套(311)和内齿套(312)，所述外齿套(311)内侧设有内齿圈(313)，所述内齿套(312)通过离合爪(314)与所述内齿圈(313)对应连接，所述离合爪(314)的杆体上连接有伸缩杆(315)，所述内齿套(312)上开有一处孔槽(316)，所述伸缩杆(315)通过弹簧(317)穿装到所述孔槽(316)内，且当所述伸缩杆(315)的末端穿过所述孔槽(316)时，所述离合爪(314)离开内齿圈(313)，当所述伸缩杆(315)末端被顶起时，所述离合爪(314)顶住所述内齿圈(313)，所述离合爪(314)通过顶住或放开所述内齿圈(313)实现所述内齿套(312)与所述传动轴(2)的离合传动；

所述齿轮区(21)对应在每个变速棘轮(3)的孔槽(316)位置前方对应设有凸起(4)，所述凸起(4)的个数与所述变速棘轮(3)的个数相同，且设置在前的凸起(4)和孔槽的距离小于设置在后的凸起(4)和孔槽(316)的距离；

所述外棘轮(32)啮合有后驱动齿轮轴(7)，所述后驱动齿轮轴(7)通过第三换向齿轮(8)啮合到后轮的转轴上；

所述外棘轮(32)的外轮径由前向后逐渐变大。

2.根据权利要求1所述的具有离合变速结构的杆传动自行车，其特征在于，所述离合驱动器(5)为液压杆，所述液压杆连通有液压管，所述液压管与固定在车架上的变速把手连通。

3.根据权利要求2所述的具有离合变速结构的杆传动自行车，其特征在于，所述外棘轮(32)连接有外轴承(91)，所述外轴承通过连接件(6)连接到车架上。

4.根据权利要求3所述的具有离合变速结构的杆传动自行车，其特征在于，所述外齿套(311)连接有内轴承(92)，所述内轴承通过所述连接件(6)连接到车架上。

5.根据权利要求1所述的具有离合变速结构的杆传动自行车，其特征在于，所述离合组件包括挤压在所述传动轴(2)顶端的压簧和连接在传动轴顶端的拉线，所述拉线与车架上的变速把手连接。

6.根据权利要求4所述的具有离合变速结构的杆传动自行车，其特征在于，所述连接件(6)包括对应安装到车架上的连板(61)和与所述连板连接的底圈(62)，所述外轴承(91)和所述内轴承(92)分别连接到所述底圈上。

7.根据权利要求1所述的具有离合变速结构的杆传动自行车，其特征在于，所述传动轴(2)的前端设有前齿轮区(22)，所述第二换向齿轮(12)套设在所述前齿轮区(22)并与所述前齿轮区(22)啮合，所述传动轴(2)能够相对所述第二换向齿轮(12)发生轴向移动。