CN111942516A - 一种无链条驱动变速自行车 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无链条驱动变速自行车。包括前管，所述前管的上端转动连接有手把，所述前管的下端转动连接有前叉，所述前叉的下端滚动连接有前轮。该发明装置通过设置传力臂、上弧形齿条、下弧形齿条、弧形齿条和第一变速滑块替代常规的链条传递动力，通过设置采用2个正反方向放置的单向滚珠齿轮，使得齿条可以在不颠倒输出轴的旋转方向的情况，来回交替移动时都能够确保使车轮始终保持一个方向旋转，左右同时放置上下一堆弧形齿条可以使脚上下作用于脚踏板时都能够作用于后轮，进而驱动车轮行驶，该发明装置相比常规自行车变速新颖，结构简单，速比多，骑行省力，零件不易损坏，能量传递效率高。
Description
本申请是申请号为：2019107759557，名称为：“一种无链条驱动变速自行车”的发明专利申请的分案申请，原案申请日为：2019年08月22日。
技术领域
本发明涉及自行车的技术领域，特别涉及一种无链条驱动变速自行车。
背景技术
自行车，又称脚踏车或单车，通常是二轮的小型陆上车辆；人骑上车后，以脚踩踏板为动力，是绿色环保的交通工具，可以作为环保的交通工具用来代步、出行；越来越多的人将自行车作为健身器材用来骑行锻炼、自行车出游；自行车本身也是一项体育竞技运动，有公路自行车赛、山地自行车赛、场地自行车赛、特技自行车比赛等；
目前常见的自行车传动方式有：链条传动、轴传动和皮带传动。相比其他传动方式而言，链条传动最为广泛应用了，其结构简单轻巧，易维护，传动稳定，但是常常会遇到掉链子的尴尬情况出现。而轴传动的自行车利用传动轴进行动力传动，不会出现掉链子的状况。但传动轴加工要求精度高，成本高，而自行车的利润又较低，一般的自行车企业无法生产出质量可靠的传动轴。而最后的皮带传动对温度变化敏感，抗环境因素弱，价格昂贵，还需要特制的车架用于安装使用。链条传动自行车变速采用前后拨链器带动链条在相应链轮上组合以获得相应传动比，当然还有中轴变速箱的自行车，采用齿轮组合变速，但相应价格也比较昂贵；缺少一种更好，更简单的自行车传动和变速装置。
发明内容
本发明的主要目的在于提供一种无链条驱动变速自行车，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种无链条驱动变速自行车，包括前管，所述前管的上端转动连接有手把，所述前管的下端转动连接有前叉，所述前叉的下端滚动连接有前轮，所述前管的一侧固定连接有上管体和下管体，所述上管体的一端固定连接有座管，所述座管的上端旋接有座垫，所述座管的中部一侧固定连接有后上叉，所述座管的下侧固定连接有后下叉，所述座管的下侧转动连接有第一中轴，所述第一中轴的一端设置有第一曲柄，所述第一曲柄的一侧固定连接有滑块，所述滑块的一侧转动连接有第二曲柄，所述第二曲柄的下端转动连接有脚踏，所述后下叉的一侧通过第二中轴转动连接有摆臂，所述摆臂的一侧设置有引导槽，所述摆臂的另一侧设置有变速齿位和第二牵引线，所述摆臂的一侧通过变速滑道滑动连接有第二变速滑块，所述变速齿位的一端设置有第一定位滚轮，所述第二变速滑块的一端通过传力连杆固定连接有活动轴，所述活动轴一侧滑动连接有驱动摆杆，所述驱动摆杆的一端固定连接有第三中轴，所述驱动摆杆的内侧滑动连接有第一变速滑块，所述驱动摆杆的内侧设置有复位弹簧和第一牵引线，所述驱动摆杆的外侧滚动连接有第二定位滚轮，所述第一变速滑块的一侧固定连接有传力臂，所述传力臂的一端通过上弧形齿条和下弧形齿条固定连接有弧形齿条，所述上弧形齿条和下弧形齿条转动连接有滚动轴承，所述滚动轴承通过滚轴转动连接有单向滚珠齿轮，所述单向滚珠齿轮的内臂设置有内棘轮和棘爪，所述单向滚珠齿轮的中部通过后轴转动连接有后轮。
进一步地，所述第一中轴、第一曲柄、第二曲柄脚踏和滑块共同组成驱动组件，两个所述第一曲柄之间互为180度，通过第一中轴相互连接，两个所述第二曲柄分别通过滑块与第一曲柄连接，且第二曲柄与第一曲柄之间的角度为130度，当脚踩脚踏时，位于上下止点时，一只脚相对中轴中心垂直与水平面，而另外一只脚作用与脚踏板时，此时两个第二曲柄之间的夹角为130度，所述滑块处于引导槽最高处时，与第二中轴形成最大力臂，此时是最省力的状态。
进一步地，所述摆臂通过第二中轴对称固定安装在后下叉的两侧并且可以摆动，通过第二曲柄旋转使得滑块的转动带动引导槽使摆臂沿第二中轴上下交替摆动。
进一步地，所述传力连杆位于摆臂和驱动摆杆之间，将摆臂的摆动引导到驱动摆杆上摆动。
进一步地，所述驱动摆杆通过第三中轴固定在后下叉的两侧并且可以摆动，所述驱动摆杆两侧均设置有锯齿状齿位，其通过第二定位滚轮的位置变化调节第一变速滑块的位置，并且通过复位弹簧拉扯第一牵引线连接实现变速复位功能。
进一步地，所述传力臂、上弧形齿条、下弧形齿条、弧形齿条和第一变速滑块组成传动组件，所述上弧形齿条与一个正向放置的单向滚珠齿轮啮合，所述下弧形齿条与一个反向放置的单向滚珠齿轮啮合，通过齿条的周期移动带动单向滚珠齿轮分别旋转，从而带动车轮旋转。
进一步地，所述单向滚珠齿轮由内棘轮、棘爪、滚动轴承和滚轴组成，所述滚动轴承使得单向作用单向滚珠齿轮只允许一个方向旋转，所述后轮的左右均安装有一对正反方向放置的单向滚珠齿轮，一侧各两个。
进一步地，所述第二变速滑块沿变速滑道移动，使第一定位滚轮与不同变速齿位的啮合改变动力臂与阻力臂的长度即可改变弧形齿条一个工作循环移动的长度，进而实现不同速度时与单向滚珠齿轮啮合的齿数来改变传动比，且前变速装置通过第二牵引线与变速指拨连接实现变速调节功能。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：
1.该发明装置通过设置传力臂、上弧形齿条、下弧形齿条、弧形齿条和第一变速滑块替代常规的链条传递动力，通过不在同一水平面的两组齿条与单向滚珠齿轮啮合进而实现动力驱动车辆前进；
2.该发明装置通过设置通过牵引线与变速指拨连接实现变速调节功能使得摆臂和驱动摆杆的位置变化齿条长行程运动时导致飞轮快速旋转，而短行程运动时导致较慢转速；改变第二变速滑块和第一变速滑块在变速滑道以及驱动摆杆内的位置使齿条在一个循环期间改变来回移动的长度的效果，并因此改变传动比；
3.该发明装置通过设置采用两个正反方向放置的单向滚珠齿轮，使得齿条可以在不颠倒输出轴的旋转方向的情况，来回交替移动时都能够确保使车轮始终保持一个方向旋转，左右同时放置上下一堆弧形齿条可以使脚上下作用于脚踏板时都能够作用于后轮，进而驱动车轮行驶，这样做的好处是左右两侧的单向滚珠齿轮受力时，一边拉，一边推，可以获得很高的移动效率，达到省力的作用；
4.该发明装置相比常规自行车变速新颖，结构简单，速比多，骑行省力，零件不易损坏，能量传递效率高。
附图说明
图1为本发明整体结构示意图。
图2为本发明传动部分结构示意图。
图3为本发明第二曲柄结构示意图。
图4为本发明摆臂结构示意图。
图5为本发明驱动摆杆结构示意图。
图6为本发明齿条结构示意图。
图7为本发明单向滚珠齿轮内臂结构示意图。
图8为本发明单向滚珠齿轮外臂结构示意图。
图中：1、前管；2、手把；3、前叉；4、前轮；5、上管体；6、座垫；7、后上叉；8、后轮；9、弧形齿条；10、下管体；11、座管；12、单向滚珠齿轮；13、后下叉；14、传力连杆；15、第一中轴；16、第一曲柄；17、摆臂；18、第二曲柄；19、脚踏；20、第二中轴；21、活动轴；22、第三中轴；23、驱动摆杆；24、传力臂；25、滑块；26、后轴；27、引导槽；28、变速齿位；29、复位弹簧；30、第一变速滑块；31、第一牵引线；32、第一定位滚轮；33、第二变速滑块；34、第二牵引线；35、变速滑道；36、上弧形齿条；37、下弧形齿条；38、内棘轮；39、棘爪；40、滚轴；41、滚动轴承；42、第二定位滚轮；
具体实施方式
为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。
如图1-8所示，一种无链条驱动变速自行车，包括前管1，所述前管1的上端转动连接有手把2，所述前管1的下端转动连接有前叉3，所述前叉3的下端滚动连接有前轮4，所述前管1的一侧固定连接有上管体5和下管体10，所述上管体5的一端固定连接有座管11，所述座管11的上端旋接有座垫6，所述座管11的中部一侧固定连接有后上叉7，所述座管11的下侧固定连接有后下叉13，所述座管11的下侧转动连接有第一中轴15，所述第一中轴15的一端设置有第一曲柄16，所述第一曲柄16的一侧固定连接有滑块25，所述滑块25的一侧转动连接有第二曲柄18，所述第二曲柄18的下端转动连接有脚踏19，所述后下叉13的一侧通过第二中轴20转动连接有摆臂17，所述摆臂17的一侧设置有引导槽27，所述摆臂17的另一侧设置有变速齿位28和第二牵引线34，所述摆臂17的一侧通过变速滑道35滑动连接有第二变速滑块33，所述变速齿位28的一端设置有第一定位滚轮32，所述第二变速滑块33的一端通过传力连杆14固定连接有活动轴21，所述活动轴21一侧滑动连接有驱动摆杆23，所述驱动摆杆23的一端固定连接有第三中轴22，所述驱动摆杆23的内侧滑动连接有第一变速滑块30，所述驱动摆杆23的内侧设置有复位弹簧29和第一牵引线31，所述驱动摆杆23的外侧滚动连接有第二定位滚轮42，所述第一变速滑块30的一侧固定连接有传力臂24，所述传力臂24的一端通过上弧形齿条36和下弧形齿条37固定连接有弧形齿条9，所述上弧形齿条36和下弧形齿条37转动连接有滚动轴承41，所述滚动轴承41通过滚轴40转动连接有单向滚珠齿轮12，所述单向滚珠齿轮12的内臂设置有内棘轮38和棘爪39，所述单向滚珠齿轮12的中部通过后轴26转动连接有后轮8。
其中，所述第一中轴15、第一曲柄16、第二曲柄18脚踏19和滑块25共同组成驱动组件，两个所述第一曲柄16之间互为180度，通过第一中轴15相互连接，两个所述第二曲柄18分别通过滑块25与第一曲柄16连接，且第二曲柄18与第一曲柄16之间的角度为130度，当脚踩脚踏19时，位于上下止点时，一只脚相对中轴中心垂直与水平面，而另外一只脚作用与脚踏板时，此时两个第二曲柄18之间的夹角为130度，所述滑块25处于引导槽27最高处时，与第二中轴20形成最大力臂，此时是最省力的状态，曲柄的另一侧向前倾斜，这时脚可以继续施加力驱动车轮行驶，曲柄这样布置的好处是解决了力的死点改善了传统自行车的曲柄互为180度，但曲柄位于上下止点时是不能做功的，需要依靠惯性迈过止点的缺点。
其中，所述摆臂17通过第二中轴20对称固定安装在后下叉13的两侧并且可以摆动，通过第二曲柄18旋转使得滑块25的转动带动引导槽27使摆臂17沿第二中轴20上下交替摆动，将曲柄的转动转换成拉伸运动，来驱动弧形齿条9前后运动。
其中，所述传力连杆14位于摆臂17和驱动摆杆23之间，将摆臂17的摆动引导到驱动摆杆23上摆动。
其中，所述驱动摆杆23通过第三中轴22固定在后下叉13的两侧并且可以摆动，所述驱动摆杆23两侧均设置有锯齿状齿位，其通过第二定位滚轮42的位置变化调节第一变速滑块30的位置，并且通过复位弹簧29拉扯第一牵引线31连接实现变速复位功能，实现带动齿条的直接移动，并且起到协调变速调节的作用，实现多级变速，并且带有复位功能。
其中，所述传力臂24、上弧形齿条36、下弧形齿条37、弧形齿条9和第一变速滑块30组成传动组件，所述上弧形齿条36与一个正向放置的单向滚珠齿轮12啮合，所述下弧形齿条37与一个反向放置的单向滚珠齿轮12啮合，通过齿条的周期移动带动单向滚珠齿轮12分别旋转，从而带动车轮旋转，替代常规的链条传递动力，通过不在同一水平面的两组齿条与单向滚珠齿轮12啮合进而实现动力驱动车辆前进。
其中，所述单向滚珠齿轮12由内棘轮38、棘爪39、滚动轴承41和滚轴40组成，所述滚动轴承41使得单向作用单向滚珠齿轮12只允许一个方向旋转，后轮8的左右均安装有一对正反方向放置的单向滚珠齿轮12，一侧各两个，单向滚珠齿轮12与弧型齿条接触时可以降低摩擦，提高效率，使得齿条可以在不颠倒输出轴的旋转方向的情况，来回交替移动时都能够确保使车轮始终保持一个方向旋转，左右同时放置上下一堆弧形齿条9可以使脚上下作用于脚踏板时都能够作用于后轮8，进而驱动车轮行驶，提高齿轮转换率，节省使用者力量，起到快速加速的作用。
其中，所述第二变速滑块33沿变速滑道35移动，使第一定位滚轮32与不同变速齿位28的啮合改变动力臂与阻力臂的长度即可改变弧形齿条9一个工作循环移动的长度，进而实现不同速度时与单向滚珠齿轮12啮合的齿数来改变传动比。前变速装置通过第二牵引线34与变速指拨连接实现变速调节功能，通过滑块和滚轮的位置变化控制力臂的变化，实现不同的啮合齿数，提高传动比。
需要说明的是，本发明为一种无链条驱动变速自行车，
使用步骤：使用时，使用者跨坐在座垫6上，脚踩脚踏19往下蹬，使得第二曲柄18转动带动滑块25在引导槽27上滑动，从而使得摆臂17沿着第二中轴20上下摆动，从而通过传力连杆14带动驱动摆杆23通过第三中轴22摆动，同时一侧的第一变速滑块30带动传力臂24前后移动，此时上弧形齿条36和下弧形齿条37分别依次通过滚动轴承41驱动单向滚珠齿轮12转动，使得车辆前进，不断往复，下弧形齿条37通过另一只滚动轴承41驱动单向滚珠齿轮12转动，从而实现往复驱动前进，需要变速行驶时，拨动牵引线，使得第二变速滑块33带动第一定位滚轮32在变速齿位28上调节，使得形成不同的力臂，拉动驱动摆杆23内侧的第二牵引线34，使得第一变速滑块30和第二定位滚轮42跳动，改变弧形齿条9一个工作循环移动的长度，进而实现不同速度时与单向滚珠齿轮12啮合的齿数来改变传动比，实现变速。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落中用要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
Claims (6)
1.一种无链条驱动变速自行车，包括前管(1)，其特征在于：所述前管(1)的上端转动连接有手把(2)，所述前管(1)的下端转动连接有前叉(3)，所述前叉(3)的下端滚动连接有前轮(4)，所述前管(1)的一侧固定连接有上管体(5)和下管体(10)，所述上管体(5)的一端固定连接有座管(11)，所述座管(11)的上端旋接有座垫(6)，所述座管(11)的中部一侧固定连接有后上叉(7)，所述座管(11)的下侧固定连接有后下叉(13)，所述座管(11)的下侧转动连接有第一中轴(15)，所述第一中轴(15)的一端设置有第一曲柄(16)，所述第一曲柄(16)的一侧固定连接有滑块(25)，所述滑块(25)的一侧转动连接有第二曲柄(18)，所述第二曲柄(18)的下端转动连接有脚踏(19)，所述后下叉(13)的一侧通过第二中轴(20)转动连接有摆臂(17)，所述摆臂(17)的一侧设置有引导槽(27)，所述摆臂(17)的另一侧设置有变速齿位(28)和第二牵引线(34)，所述摆臂(17)的一侧通过变速滑道(35)滑动连接有第二变速滑块(33)，所述变速齿位(28)的一端设置有第一定位滚轮(32)，所述第二变速滑块(33)的一端通过传力连杆(14)固定连接有活动轴(21)，所述活动轴(21)一侧滑动连接有驱动摆杆(23)，所述驱动摆杆(23)的一端固定连接有第三中轴(22)，所述驱动摆杆(23)的内侧滑动连接有第一变速滑块(30)，所述驱动摆杆(23)的内侧设置有复位弹簧(29)和第一牵引线(31)，所述驱动摆杆(23)的外侧滚动连接有第二定位滚轮(42)，所述第一变速滑块(30)的一侧固定连接有传力臂(24)，所述传力臂(24)的一端通过上弧形齿条(36)和下弧形齿条(37)固定连接有弧形齿条(9)，所述上弧形齿条(36)和下弧形齿条(37)转动连接有滚动轴承(41)，所述滚动轴承(41)通过滚轴(40)转动连接有单向滚珠齿轮(12)，所述单向滚珠齿轮(12)的内臂设置有内棘轮(38)和棘爪(39)，所述单向滚珠齿轮(12)的中部通过后轴(26)转动连接有后轮(8)；
所述第一中轴(15)、第一曲柄(16)、第二曲柄(18)脚踏(19)和滑块(25)共同组成驱动组件，两个所述第一曲柄(16)之间互为180度，通过第一中轴(15)相互连接，两个所述第二曲柄(18)分别通过滑块(25)与第一曲柄(16)连接，且第二曲柄(18)与第一曲柄(16)之间的角度为130度，当脚踩脚踏(19)时，位于上下止点时，一只脚相对中轴中心垂直与水平面，而另外一只脚作用与脚踏板时，此时两个第二曲柄(18)之间的夹角为130度，所述滑块(25)处于引导槽(27)最高处时，与第二中轴(20)形成最大力臂，此时是最省力的状态。
2.根据权利要求1所述的一种无链条驱动变速自行车，其特征在于：所述摆臂(17)通过第二中轴(20)对称固定安装在后下叉(13)的两侧并且可以摆动，通过第二曲柄(18)旋转使得滑块(25)的转动带动引导槽(27)使摆臂(17)沿第二中轴(20)上下交替摆动。
3.根据权利要求1所述的一种无链条驱动变速自行车，其特征在于：所述传力连杆(14)位于摆臂(17)和驱动摆杆(23)之间，将摆臂(17)的摆动引导到驱动摆杆(23)上摆动。
4.根据权利要求1所述的一种无链条驱动变速自行车，其特征在于：所述驱动摆杆(23)通过第三中轴(22)固定在后下叉(13)的两侧并且可以摆动，所述驱动摆杆(23)两侧均设置有锯齿状齿位，其通过第二定位滚轮(42)的位置变化调节第一变速滑块(30)的位置，并且通过复位弹簧(29)拉扯第一牵引线(31)连接实现变速复位功能。
5.根据权利要求1所述的一种无链条驱动变速自行车，其特征在于：所述传力臂(24)、上弧形齿条(36)、下弧形齿条(37)、弧形齿条(9)和第一变速滑块(30)组成传动组件，所述上弧形齿条(36)与一个正向放置的单向滚珠齿轮(12)啮合，所述下弧形齿条(37)与一个反向放置的单向滚珠齿轮(12)啮合，通过齿条的周期移动带动单向滚珠齿轮(12)分别旋转，从而带动车轮旋转。
6.根据权利要求1所述的一种无链条驱动变速自行车，其特征在于：所述单向滚珠齿轮(12)由内棘轮(38)、棘爪(39)、滚动轴承(41)和滚轴(40)组成，所述滚动轴承(41)使得单向作用单向滚珠齿轮(12)只允许一个方向旋转，所述后轮(8)的左右均安装有一对正反方向放置的单向滚珠齿轮(12)，一侧各两个。
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