CN109795609B - 一种无链空心轮毂自行车 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无链空心轮毂自行车，该自行车包括车架，所述车架包括连接部；后轮机构，所述后轮机构包括环形固定架以及位于所述环形固定架外侧且与所述环形固定架可旋转相连的轮毂；所述连接部与所述环形固定架固定相连，所述轮毂一侧固定连接有外齿圈；驱动机构，所述驱动机构包括与所述车架铰接的中轴，所述中轴两端用于与脚踏杆相连。本申请提供的无链空心轮毂自行车，后轮机构以及驱动机构摒弃了现有技术中需要链条驱动的形式，可以解决脱链、掉链的问题，提高安全系数，同时极大的提高自行车的使用寿命，减少维护成本。采用行星变速机构人力传动损耗低，同时机构小巧，变速比高。

Description

一种无链空心轮毂自行车

技术领域

本发明涉及自行车技术领域，特别是涉及一种无链空心轮毂自行车。

背景技术

我国是自行车生产和使用的大国。长期以来，自行车一直都作为人们在同城内短距离出行的主要代步工具。传统的有链自行车是依靠安装在中轴上的轮盘通过链条带动安装在自行车后轴上的飞轮机构，再通过飞轮机构带动自行车后轮转动而进行传动的，虽然结构简单， 但却容易脱链、掉链 ；并且因为传动部分不易密封，所以经常卡夹裙裤，润滑链条的机油也会弄脏衣裤，同时由于传动机构的密封性较差，所以暴露在外的传动部件容易磨损和锈蚀， 使自行车的寿命相应地缩短。设置有链盒的该种传动装置虽然可以从一定程度上克服上述 缺点，但脱链、掉链的问题依然难以解决，同时设置有链盒的该种传动装置在自行车脱链、 掉链的情况下的安装和维护更是困难。

为了解决链传动的弊端，采用传动杆传动的方式被应用于自行车传动上，但是由于传动杆相对于中线呈一定角度地与中轴、后轴各自的圆锥齿轮相啮合， 即，相啮合的圆锥齿轮的轴交角并非呈 90度 (正交 )，故无法采用机械传动中最常用的轴交角 90 度的圆锥齿轮标准件，而是需要根据具体的轴交角另行设计圆锥齿轮的各项参数，按照这些参数特殊加工出具体适用的圆锥齿轮，而且在安装过程中需要严格按照该设计的轴交角进行装配等，这将导致设计成本、加工成本、组装成本、维修成本等一系列成本的提高。

发明内容

本发明提供了一种无链空心轮毂自行车。

本发明提供了如下方案：

一种无链空心轮毂自行车，包括：

车架，所述车架包括连接部；

后轮机构，所述后轮机构包括环形固定架以及位于所述环形固定架外侧且与所述环形固定架可旋转相连的轮毂；所述连接部与所述环形固定架固定相连，所述轮毂一侧固定连接有外齿圈；

驱动机构，所述驱动机构包括与所述车架铰接的中轴，所述中轴两端用于与脚踏杆相连；所述中轴上设置有行星变速机构以及所述行星变速机构相连的动力齿轮；

飞轮机构，所述飞轮机构与所述车架铰接，所述飞轮机构分别与所述外齿圈以及所述动力齿轮啮合连接。

优选的：所述行星变速机构包括位于同一齿圈内的第一行星齿轮机构以及第二行星齿轮机构，所述第一行星齿轮机构包括与所述中轴固定相连的第一行星架以及与所述中轴可旋转相连的第一太阳轮、第一行星轮组、第二行星架，所述第二行星齿轮机构包括所述中轴可旋转相连的第三行星架、第二太阳轮、第二行星轮组以及第四行星架；所述第一太阳轮与所述第三行星架不可旋转相连，所述第二太阳轮与所述动力齿轮不可旋转相连，所述动力齿轮与所述中轴可旋转相连。

优选的：所述第一行星轮组以及所述第二行星轮组分别包括三个行星轮。

优选的：所述环形固定架上铰接有多个V型轴承，所述轮毂的内侧设置有一圈凸轨，各所述V型轴承均与所述凸轨抵接，以实现所述环形固定架与所述轮毂的可旋转相连。

优选的：所述轮毂外侧设置有免充气轮胎。

优选的：还包括制动机构，所述制动机构包括制动橡皮以及橡皮驱动组件，所述制动橡皮具有与所述凸轨适配的V型凹槽；所述制动橡皮位于所述轮毂内侧且所述V型凹槽与所述凸轨相对；所述橡皮驱动组件用于驱动所述制动橡皮向所述凸轨运动以便实现对所述后轮机构的制动。

优选的：所述橡皮驱动组件包括制动固定架、旋架、制动移动架、橡皮固定架，所述制动固定架与所述车架固定相连，所述制动固定架具有U型结构且跨设于所述轮毂外侧，所述旋架具有L型结构，所述旋架弯折处与所述制动固定架铰接，所述旋架一端与制动线固定相连，另一端与制动移动架相连，所述橡皮固定架与所述制动移动架相连，所述制动橡皮安装于所述橡皮固定架内。

优选的：所述外齿圈由依次相互连接的多段弧形齿轮共拼合而成。

优选的：所述弧形齿轮一端具有燕尾槽结构，另一端具有与所述燕尾槽结构适配的燕尾头结构。

优选的：所述飞轮机构包括通过飞轮轴相连的第一飞轮组件以及第二飞轮组件，所述第一飞轮组件与所述动力齿轮啮合连接，所述第二飞轮组件与所述外齿圈啮合连接。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

通过本发明，可以实现一种无链空心轮毂自行车，在一种实现方式下，该自行车可以包括车架，所述车架包括连接部；后轮机构，所述后轮机构包括环形固定架以及位于所述环形固定架外侧且与所述环形固定架可旋转相连的轮毂；所述连接部与所述环形固定架固定相连，所述轮毂一侧固定连接有外齿圈；驱动机构，所述驱动机构包括与所述车架铰接的中轴，所述中轴两端用于与脚踏杆相连；所述中轴上设置有行星变速机构以及所述行星变速机构相连的动力齿轮；飞轮机构，所述飞轮机构与所述车架铰接，所述飞轮机构分别与所述外齿圈以及所述动力齿轮啮合连接。本申请提供的无链空心轮毂自行车，后轮机构以及驱动机构摒弃了现有技术中需要链条驱动的形式，可以解决脱链、掉链的问题，提高安全系数，同时极大的提高自行车的使用寿命，减少维护成本。采用行星变速机构人力传动损耗低，同时机构小巧，变速比高。

当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种无链空心轮毂自行车的结构示意图;

图2是本发明实施例提供的后轮机构的局部示意图；

图3是本发明实施例提供的驱动机构的示意图；

图4是本发明实施例提供的驱动机构的另一示意图；

图5是本发明实施例提供的行星变速机构的示意图；

图6是本发明实施例提供的行星变速机构的另一示意图；

图7是本发明实施例提供的制动机构的示意图；

图8是本发明实施例提供的制动机构的另一示意图；

图9是本发明实施例提供的飞轮机构的示意图。

图中：车架1、连接部2、环形固定架3、轮毂4、凸轨41、外齿圈5、弧形齿轮51、燕尾槽511、燕尾头512、驱动机构6、中轴61、脚踏杆62、行星变速机构63、第一行星齿轮机构631、第一行星架6311、第一太阳轮6312、第一行星轮组6313、第二行星架6314、第二行星齿轮机构632、第三行星架6321、第二太阳轮6322、第二行星轮组6323、第四行星架6324、齿圈633、动力齿轮64、飞轮机构7、第一飞轮组件71、第二飞轮组件72、V型轴承8、免充气轮胎9、制动机构10、制动橡皮101、制动固定架102、旋架103、制动移动架104、橡皮固定架105、制动线11、减震机构12。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例

参见图1、图2、图3、图4、图5、图6、图7、图8，图9，为本发明实施例提供的一种无链空心轮毂自行车，如图1所示，该自行车包括车架1，所述车架1包括连接部2；所述车架1与所述驱动机构之间可以连接有减震机构12。

后轮机构，如图2所示，所述后轮机构包括环形固定架3以及位于所述环形固定架3外侧且与所述环形固定架3可旋转相连的轮毂4；所述连接部2与所述环形固定架3固定相连，所述轮毂4一侧固定连接有外齿圈5；具体的，所述环形固定架3上铰接有多个V型轴承8，所述轮毂4的内侧设置有一圈凸轨41，各所述V型轴承8均与所述凸轨41抵接，以实现所述环形固定架3与所述轮毂4的可旋转相连。所述轮毂4外侧设置有免充气轮胎9。本申请提供的后轮机构环形固定架3与轮毂4可旋转相连，轮毂4上设置有齿圈，通过与外齿圈5啮合的飞轮机构7带动外齿圈5旋转，进而带动轮毂4绕环形固定架3旋转，实现对自行车的驱动。

驱动机构6，如图3、图4所示，所述驱动机构6包括与所述车架铰接的中轴61，所述中轴61两端用于与脚踏杆62相连；所述中轴61上设置有行星变速机构63以及所述行星变速机构63相连的动力齿轮64；飞轮机构7，所述飞轮机构7与所述车架1铰接，所述飞轮机构7分别与所述外齿圈5以及所述动力齿轮64啮合连接。

具体的，如图5、图6所示，所述行星变速机构63包括位于同一齿圈633内的第一行星齿轮机构631以及第二行星齿轮机构632，所述第一行星齿轮机构631包括与所述中轴61固定相连的第一行星架6311以及与所述中轴61可旋转相连的第一太阳轮6312、第一行星轮组6313、第二行星架6314，所述第二行星齿轮机构632包括所述中轴61可旋转相连的第三行星架6321、第二太阳轮6322、第二行星轮组6323以及第四行星架6324；所述第一太阳轮6312与所述第三行星架6321不可旋转相连，所述第二太阳轮6322与所述动力齿轮64不可旋转相连，所述动力齿轮64与所述中轴61可旋转相连。所述第一行星轮组6313以及所述第二行星轮组6323分别包括三个行星轮。

中轴61上安装上第一行星齿轮机构631，第一太阳轮6312安装在中轴61的轴上，进一步地第一行星架6311与中轴61通过焊接固定在一起，第一行星架6311与第二行星架6314通过螺钉固定在一起，其中第一太阳轮6312与第三行星架6321固定架配合在一起，进一步地，第二行星轮组安装在第三行星架6321和第四行星架6324之间，通过固定螺钉固定，其中第二太阳齿轮6322也安装在中轴61的轴上与第二行星轮组6323啮合，第二太阳齿轮6322一端突出与动力齿轮64配合，进一步地整个双层行星结构放置在齿圈633内，齿圈633两端面先是贴合垫圈，然后在通过固定螺钉将两端端盖固定在齿圈633两端，其中在动力齿轮64一端，动力齿轮64的位置在端盖外，进一步地中轴61最两端安装上脚踏杆和脚踏杆通过螺钉和螺钉固定在中轴上，脚踏杆上都安装脚踏板。

该驱动机构的工作原理为：

用脚踩踏板时会带动中轴61旋转，因为齿圈633是固定在驱动架上的，所以本行星变速器工作方式为：行星齿轮运动，齿圈静止，太阳齿轮加速的加速工作方式。转回本结构，在齿圈静止下中轴旋转，带动第一行星齿轮机构旋转，使得与第一太阳轮加速旋转，进一步地与第一太阳轮配合的第三行星架会带动第二行星齿轮机构旋转，从而再一次对啮合的第二太阳轮起到第二次提高转速的作用，而第二太阳轮的动力输出由与其配合的动力齿轮输出。

具体的，用脚踩脚踏板驱动中轴旋转，中轴带动与其固定连接的第一行星架6311旋转，第一行星架6311带动第一行星轮组6313以及第二行星架6314旋转，第一行星轮组6313带动第一太阳轮6312绕中轴61旋转，第一太阳轮6312带动第三行星架6321绕中轴61旋转，第三行星架6321带动第二行星轮组6323以及第四行星架6324旋转，所述第二行星轮组6323带动第二太阳轮6322绕中轴61旋转，第二太阳轮6322带动动力齿轮64绕中轴61旋转，动力齿轮64带动飞轮机构7旋转，飞轮机构7带动外齿圈5旋转。

行星齿轮传动与普通齿轮传动相比，具有许多独特优点。最显著的特点是在传递动力时可以进行功率分流，并且输入轴和输出轴处在同一水平线上。所以行星齿轮传动现已被广泛应用于各种机械传动系统中的减速器、增速器和变速装置。尤其是因其具有“高载荷、大传动比”的特点而在飞行器和车辆(特别是重型车辆)中得到大量应用。行星齿轮在发动机的扭矩传递上也发挥了很大的作用。由于发动机的转速扭矩等特性与路面行驶需求大相径庭，要把发动机的功率适当地分配到驱动轮，可以利用行星齿轮的上述特性来进行转换本。申请提供的行星变速机构在使用人力作为动力源的时候可以达到和普通自行车近似的传动比而改进的结构，其次是为了能够与链条传动的效率拉开距离而使用的（一般链条传动的效率只能达到70/100，会有30/100的损耗，而齿轮可以达到的效率为98/100），同时行星变速机构小巧，变速比高。

进一步的，还包括制动机构10，如图7、图8所示，所述制动机构10包括制动橡皮101以及橡皮驱动组件，所述制动橡皮101具有与所述凸轨41适配的V型凹槽；所述制动橡皮101位于所述轮毂4内侧且所述的V型凹槽与所述凸轨41相对；所述橡皮驱动组件用于驱动所述制动橡皮101向所述凸轨41运动以便实现对所述后轮机构的制动。所述橡皮驱动组件包括制动固定架102、旋架103、制动移动架104、橡皮固定架105，所述制动固定架102与所述车架1固定相连，所述制动固定架102具有U型结构且跨设于所述轮毂4外侧，所述旋架103具有L型结构，所述旋架103弯折处与所述制动固定架102铰接，所述旋架103一端与制动线11固定相连，另一端与制动移动架104相连，所述橡皮固定架102与所述制动移动架104相连，所述制动橡皮101安装于所述橡皮固定架105内。

该制动机构的工作原理为：

工作原理：是通过对刹车把的拧合制动线11固定在制动器固定架102一端，在制动线11内部有钢丝线，刹车把的拧合就是对制动线11内部的钢丝线施加的一个拉力，进一步地钢丝线穿过旋架外的螺栓上的孔（在螺栓上开的孔，钢丝线在这个孔里穿过），在由螺母拧紧，其中弹簧放置在钢丝线和制动器固定架连接刹车线处，用于给旋架一个推力，其中制动橡皮嵌在固定橡皮架内，固定橡皮架螺栓穿过两者通过螺母固定在制动移动架上，进一步地制动移动架放置在制动器固定架内部，制动移动架两侧有连接旋架的突出螺钉，与旋架配合，旋架与制动器固定架上也有连接，三个零件的配合由固定旋架螺母固定，其中在旋架与制动器固定架的配合上作为旋架的旋转的原点，而制动移动架和旋架的运动方式为移动，进一步地制动器固定架通过固定螺钉穿过轴承固定架再穿过限位套管再穿过轴承固定架用螺母固定，其中在限位套管外加入旋簧，旋簧与固定橡皮架配合，从而达到制动：（通过刹车把的拧合对钢丝线产生的拉力拉动旋架，旋架的旋转将制动移动架平移，因为移动架上装配了固定橡皮架，固定橡皮架上有制动橡皮，而制动移动架平移会带动制动橡皮向空心轮毂移动，在空心轮毂凸轨两面摩擦从而制动，当放松刹车把时弹簧会将旋架弹回，旋簧也会将固定橡皮架拉离轮毂）。

进一步的，所述外齿圈5由依次相互连接的多段弧形齿轮51共拼合而成。所述弧形齿轮51一端具有燕尾槽511结构，另一端具有与所述燕尾槽511结构适配的燕尾头512结构。可以想到的是，在本申请提供的自行车中，还可以提供前轮机构，前轮机构的整体结构可以参见后轮机构，只是无需在轮毂上设置齿圈，只作为从动件使用即可。后轮作为驱动轮要比前轮多出传动齿轮，但在设计时考虑到齿轮的加工比较复杂，如果把整个后轮的大齿轮都加工那无论是加工成本还是加工难度都非常高，所有申请提供的的齿圈可以使用多段弧形齿轮拼合而成(将大齿轮分成多个小齿轮)，并且弧形齿轮一端带燕尾槽一端带燕尾头，每个弧形齿轮都一样，在安装中由多个弧形齿轮首尾镶嵌通过弧形齿轮固定螺钉固定在空心轮毂上，其次空心轮毂上用的是免充气轮胎，然后空心轮毂内圈上有凸轨，其凸轨的形状与v型轴承相吻合， v型轴承由几个构成，其分布在两端的轴承固定架内，每个v型轴承由轴承固定螺栓穿过再通过螺母固定。轴承固定架与驱动架通过固定螺钉和螺母固定，其中两端的轴承固定架内有限位套管控制两个轴承架的距离。

如图9所示，所述飞轮机构7包括通过飞轮轴相连的第一飞轮组件71以及第二飞轮组件72，所述第一飞轮组件71与所述动力齿轮64啮合连接，所述第二飞轮组件72与所述外齿圈5啮合连接。飞轮机构由两个飞轮组件和飞轮轴组成，其飞轮组件由飞轮外圈飞轮内部轴承棘牙、弹簧片、飞轮内圈、飞轮外圈组成，飞轮工作原理为：当飞轮外圈转动时会带动棘牙，棘牙与飞轮内圈上的棘轮咬合从而带动飞轮内圈与飞轮外圈同向旋转，当飞轮外圈停止旋转后由于惯性的作用飞轮内圈还会旋转，当飞轮内圈的旋转速度高于飞轮外圈时，飞轮内圈上的棘轮会顶起棘牙，从而达到在飞轮内圈静止飞轮外圈旋转时不影响到飞轮外圈的状态，同时棘牙的复位由弹簧片控制。

总之，本申请提供的无链空心轮毂自行车，后轮机构以及驱动机构摒弃了现有技术中需要链条驱动的形式，可以解决脱链、掉链的问题，提高安全系数，同时极大的提高自行车的使用寿命，减少维护成本。采用行星变速机构人力传动损耗低，同时机构小巧，变速比高。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种无链空心轮毂自行车，其特征在于，包括：

车架，所述车架包括连接部；

后轮机构，所述后轮机构包括环形固定架以及位于所述环形固定架外侧且与所述环形固定架可旋转相连的轮毂；所述连接部与所述环形固定架固定相连，所述轮毂一侧固定连接有外齿圈；所述环形固定架上铰接有多个V型轴承，所述轮毂的内侧设置有一圈凸轨，各所述V型轴承均与所述凸轨抵接，以实现所述环形固定架与所述轮毂的可旋转相连；还包括制动机构，所述制动机构包括制动橡皮以及橡皮驱动组件，所述制动橡皮具有与所述凸轨适配的V型凹槽；所述制动橡皮位于所述轮毂内侧且所述V型凹槽与所述凸轨相对；所述橡皮驱动组件用于驱动所述制动橡皮向所述凸轨运动以便实现对所述后轮机构的制动；所述橡皮驱动组件包括制动固定架、旋架、制动移动架、橡皮固定架，所述制动固定架与所述车架固定相连，所述制动固定架具有U型结构且跨设于所述轮毂外侧，所述旋架具有L型结构，所述旋架弯折处与所述制动固定架铰接，所述旋架一端与制动线固定相连，另一端与制动移动架相连，所述橡皮固定架与所述制动移动架相连，所述制动橡皮安装于所述橡皮固定架内；

驱动机构，所述驱动机构包括与所述车架铰接的中轴，所述中轴两端用于与脚踏杆相连；所述中轴上设置有行星变速机构以及所述行星变速机构相连的动力齿轮；

飞轮机构，所述飞轮机构与所述车架铰接，所述飞轮机构分别与所述外齿圈以及所述动力齿轮啮合连接。

2.根据权利要求1所述的无链空心轮毂自行车，其特征在于，所述行星变速机构包括位于同一齿圈内的第一行星齿轮机构以及第二行星齿轮机构，所述第一行星齿轮机构包括与所述中轴固定相连的第一行星架以及与所述中轴可旋转相连的第一太阳轮、第一行星轮组、第二行星架，所述第二行星齿轮机构包括所述中轴可旋转相连的第三行星架、第二太阳轮、第二行星轮组以及第四行星架；所述第一太阳轮与所述第三行星架不可旋转相连，所述第二太阳轮与所述动力齿轮不可旋转相连，所述动力齿轮与所述中轴可旋转相连。

3.根据权利要求2所述的无链空心轮毂自行车，其特征在于，所述第一行星轮组以及所述第二行星轮组分别包括三个行星轮。

4.根据权利要求1所述的无链空心轮毂自行车，其特征在于，所述轮毂外侧设置有免充气轮胎。

5.根据权利要求1所述的无链空心轮毂自行车，其特征在于，所述外齿圈由依次相互连接的多段弧形齿轮共拼合而成。

6.根据权利要求5所述的无链空心轮毂自行车，其特征在于，所述弧形齿轮一端具有燕尾槽结构，另一端具有与所述燕尾槽结构适配的燕尾头结构。

7.根据权利要求1所述的无链空心轮毂自行车，其特征在于，所述飞轮机构包括通过飞轮轴相连的第一飞轮组件以及第二飞轮组件，所述第一飞轮组件与所述动力齿轮啮合连接，所述第二飞轮组件与所述外齿圈啮合连接。

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