CN1699110A

CN1699110A - 脚踏车无级自动变速器

Info

Publication number: CN1699110A
Application number: CN 200510026016
Authority: CN
Inventors: 高士博
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-05-20
Filing date: 2005-05-20
Publication date: 2005-11-23

Abstract

本发明公开了一种脚踏车无级自动变速器，它采用行星轮系作为主要结构，包括轴设于脚踏车后轮轴上的轮盘、套合于该轮盘内的行星齿轮组和固定在车架上的制动器；固定在行星齿轮承架上的链轮为主动轮，同轴固定在车后轮轴上的太阳齿轮为被动轮，制动器对行星齿轮组中的环轮作用一可调的预设摩擦制动力，当路况变化而引起阻力不同时，环轮会随之产生不同的转速，从而自动无级地改变整个变速器的传动比，因而达到无论在何种路况条件下，骑车者随时都能处于适宜的骑乘状态的效果。本发明具有操作简单省力、变速安全可靠的优点，同时结构上体积小、重量轻、制造成本低，可用于脚踏车新车型的生产，也可用于对旧车的改装。

Description

脚踏车无级自动变速器

技术领域：

本发明是关于一种脚踏车配件，特别是关于一种脚踏车无级自动变速器。

背景技术：

脚踏车是人们常用的代步工具和休闲健身器具。为了适应不同的路况和环境，骑车者必须不时改变自己的踩踏力以达到不同的车速。脚踏车变速器可以使骑车者在保持基本相同的踩踏力的条件下改变车速以适应不同的路况和环境，换言之，骑车者通过改变脚踏车变速器的传动比可以在不同的路况条件下都能获得较为适宜的骑乘状态。

一般常见的脚踏车变速器为一种移链式外变速器，其市场占有率几乎高达90％。这种移链式外变速器的传动系统包括踏板、曲柄、前链轮、后链轮、链条和前、后变速拨杆，骑车者通过操作前、后变速拨杆改变前、后链轮之间的齿数比，以达到不同的转速比。

然而上述传统的脚踏车变速器具有下列不足之处：

1、骑车者必须手动换档，这在骑车过程中会造成骑车者的分心，引起事故的发生。

2、换档的手动方式比较费力，而且不容易一次性换至最佳档位，增加了反复调整的麻烦。

3、该变速器在变档过程中容易造成脱链。

4、该变速器体积大、重量重、成本高。

发明内容：

本发明的目的在于克服上述传统脚踏车变速器的种种缺点，提供一种操作省力、安全可靠、体积小、重量轻、成本低的脚踏车无级自动变速器。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：

一种脚踏车无级自动变速器，它包括轮盘、行星齿轮组和制动器；所述轮盘轴设于脚踏车的后轮轴上；所述行星齿轮组包括有一行星齿轮承架、多个行星齿轮、一太阳齿轮和一环轮，该行星齿轮承架轴设于脚踏车的后轮轴上，其上固定有一可带动上述后轮前进的链轮，该行星齿轮配置于行星齿轮承架上，该太阳齿轮同轴固定在上述后轮轴上，且与行星齿轮相啮合，该环轮套合于上述轮盘的内周壁上，位于轮盘与行星齿轮之间，其内周壁上具有内轮齿与行星齿轮相啮合；所述制动器固定于脚踏车的车架上，并对上述环轮作用有一可调的预设摩擦制动力。

本发明所述的脚踏车无级自动变速器的制动器由制动环、夹置件和固定元件组成，所述制动环为一带有缺口的圆环且具有两相对的活动端，其圈套于轮盘上，所述夹置件与该制动环相连结并被夹置固定在脚踏车的车架上，所述固定元件将上述制动环的两相对活动端连接起来，该固定元件具有可调的锁紧力以便改变轮盘对环轮的接触压力从而预设制动器对环轮的不同摩擦制动力，该制动环与轮盘的接触面为光滑面或者粗糙面，该固定元件为螺栓或螺钉；所述脚踏车无级自动变速器的轮盘的外缘上具有多条向外延伸的散热凸肋，所述太阳齿轮为被动齿轮。

与传统的脚踏车变速器相比较，本发明完全摒弃了原有变速器通过拨动链条进行换档的传统结构，采用行星轮系作为所述脚踏车无级自动变速器的主要结构，固定在行星齿轮承架上的链轮作为主动轮，固定在踏脚车后轮轴上的太阳齿轮作为被动轮，固定在脚踏车架上的制动器对行星齿轮组中的环轮施加一预设的摩擦制动力，当路况变化而引起作用在脚踏车后轮轴上的阻力矩的改变时，环轮会随之产生不同的转速，包括转速为0的不动状态，从而自动改变整个脚踏车无级自动变速器主动轮与被动轮之间的转速比，因而可以使骑车者保持基本恒定的踏踩力，达到无论在何种路况条件下骑车者都能处于适宜的骑乘状态的效果。上述预设的摩擦制动力是可调的，用以改变本发明所述脚踏车无级自动变速器所适应的各种路况的范围。由于整个变速过程是随路况的变化而自动完成的，所以避免了骑车者使用传统变速器变档时的分心，也免除了链条脱落的烦恼，保证了变速的安全和可靠。同时，由于施加在环轮上的是一摩擦制动力，所以主、被动轮之间转速比的变化是渐进无级的，因此本发明所述的脚踏车无级自动变速器可适应当时车行的道路状况而自动工作在最佳的传动比上，而不会有反复换档的麻烦。总之，本发明具有操作简单省力、变速安全可靠的优点。此外，结构上远比具有多个链轮的传统变速器体积小得多，重量轻得多，制造成本也低得多。

附图说明：

图1是本发明的立体结构示意图。

图2是本发明的结构剖视图。

图3是本发明中制动器的立体结构图。

图4是本发明在脚踏车上的安装示意图。

具体实施方式：

现结合具体实施例和附图对本发明作进一步详细说明。

首先请参阅图1和图2本发明的结构示意图，图中所示脚踏车无级自动变速器100包括有轮盘110、行星齿轮组120和制动器130。所述轮盘110的截面形状为“匚”型，其外缘上具有多条向外延伸的用以增加散热效果的散热凸肋111，该轮盘110同轴地设置于脚踏车后轮的轮轴11上。所述行星齿轮组120设置于轮盘110的凹腔内，其包括一行星齿轮承架121、多个行星齿轮122、一太阳齿轮123和一环轮124；该行星齿轮承架121轴设于上述脚踏车后轮轴11上，其上固定有一与后轮轴11同轴的链轮140，该链轮140通过链条受人力踏踩的驱动，进而带动脚踏车后轮前进；若干个行星齿轮122配置于行星齿轮承架121上，它们是通过固定销150定位于行星齿轮承架121的一侧并能以固定销150为轴进行旋转；太阳齿轮123同轴地固定在上述脚踏车后轮轴11上，并且与该多个行星齿轮122相啮合；环轮124套合于轮盘110的内周壁上，位于轮盘110与行星齿轮122之间，其内周壁上具有内轮齿125与行星齿轮122相啮合。

再结合参阅图1、图3和图4，所述脚踏车无级自动变速器100的制动器130固定于脚踏车的车架15上，它由制动环131、夹置件133和固定元件132组成。所述制动环131为一带有缺口的圆环，它在缺口处具有两相对的活动端131a和131b，该制动环131圈套于轮盘110的外周上；所述夹置件133以螺栓或铆合的方式与制动环131相连接，并被夹置固定在脚踏车的车架15上，从而将整个制动器130固定在车架15上；所述固定元件132是一尾端具有螺纹的螺栓或螺钉，它将上述制动环131的两相对活动端131a和131b连接起来；旋紧螺栓或螺钉可以使制动环131紧箍轮盘110，并进而使轮盘110发生变形而对其内腔中的环轮124产生较大的接触压力，从而使整个制动器130对环轮124施加作用一预设的摩擦制动力，该摩擦制动力能阻止环轮124产生转动；制动环131与轮盘110的接触面根据需要可以是光滑的，也可以是粗糙的，从而可以具有不同的摩擦系数，以在相同的接触压力下产生不同的摩擦制动力。

再请综合参考图1和图4，当骑车者对脚踏车的脚踏板12施加一踩踏力时，链条齿轮13旋转并通过链条14将驱动力传至链轮140，进而带动行星齿轮承架121转动；相对于整个行星齿轮组120来说，行星齿轮承架121的旋转是输入的主动运动，通过行星齿轮122的传动，太阳齿轮123作与行星齿轮承架121同向的被动的旋转，因此太阳齿轮123在整个行星齿轮组120中是运动输出的被动齿轮，太阳齿轮123再进而带动后轮轴11旋转，使脚踏车后轮10向前滚动。本发明所述的脚踏车无级自动变速器100的传动比就是行星齿轮承架121的转速即链轮140的转速与太阳齿轮123的转速即脚踏车后轮轴11的转速之比。

从力学原理分析，本发明的行星齿轮组120的运动状态是由三个对其作用的力矩的大小来决定的：由链轮140输入在行星齿轮承架121上的人力驱动力矩、由制动器130对环轮124作用的摩擦制动力矩和由车轮10前进阻力引起的反作用在太阳齿轮123上的阻力矩。当脚踏车行走的路况条件较好(通常是平坦的道路)时，脚踏车前进时的阻力矩就比较小，此时人的踩踏力所产生的驱动力矩不足以克服制动器130的摩擦制动力矩，环轮124就被夹持住无法转动，这时整个脚踏车无级自动变速器100的传动比最小，太阳齿轮123以最高速档输出运动至脚踏车后轮轴11。当脚踏车行走的路况条件较差(通常是不平坦的道路或当起步或上坡行进阶段)时，脚踏车前进的阻力矩就较大，此时前进所必需的踩踏驱动力矩就会超过制动器130的摩擦制动力矩，从而使环轮124沿与行星齿轮承架121转动相同的方向旋转，根据机构学原理，这时整个脚踏车无级自动变速器100的传动比就会发生变化，并且该传动比随环轮124的转速加快而变大，由此太阳齿轮123就以较低的速档输出运动，从而使所需的踩踏力减小，让骑车者在较差的路况条件下能更省力地驱乘脚踏车。

总之，本发明所述的脚踏车无级自动变速器100可随路况的变化而改变环轮124的转动与否及转速快慢，从而自动无级地改变传动比，以使骑车者无论在何种路况下，都能以大致相同的踩踏力前进，因而随时都处于不费力的最适宜骑乘状态。

为了扩大本发明所述脚踏车无级自动变速器对各种路况的适应范围，针对骑车者的具体体力状况，所述制动器130对环轮124预设的摩擦制动力可进行调整。请参阅图3，旋动螺栓或螺钉调节活动端131a和131b之间的距离，可以使固定元件132具有不同的锁紧力，从而可以改变制动环131对轮盘110的箍紧力，进而改变制动器130对环轮124所施加作用的预设摩擦制动力，以此骑车者可根据自己的状况预设不同的摩擦制动力。

在本实施例中，行星齿轮组120中环轮124、行星齿轮122和太阳齿轮123之间的齿数比设计为5∶1∶3，例如环轮124为100齿，行星齿轮122为20齿，太阳齿轮133为60齿。

综上所述，本发明所述脚踏车无级自动变速器采用行星轮系作为主要结构，并对其中的环轮施加有一可调的预设摩擦制动力，从而使脚踏车在行车过程中随着路况的变化可自动实现无级变速，并且具有下列优点：

1、可自行调整预设摩擦制动力，广泛适应各类路况，无论在起步、上坡或正常的行车状况下都能使骑车者随时处于舒适、省力的骑乘状态。

2、变速过程无须人为干预，操作简单省力、变速安全可靠。

3、由于结构紧凑，所以体积小、重量轻、成本低。

4、实用性高，不仅可用于新车型生产，也可用于改装旧车。

Claims

1、一种脚踏车无级自动变速器，其特征在于：它包括轮盘、行星齿轮组和制动器；所述轮盘轴设于脚踏车的后轮轴上；所述行星齿轮组包括有一行星齿轮承架、多个行星齿轮、一太阳齿轮和一环轮，该行星齿轮承架轴设于脚踏车的后轮轴上，其上固定有一可带动上述后轮前进的链轮，该行星齿轮配置于行星齿轮承架上，该太阳齿轮同轴固定在上述后轮轴上，且与行星齿轮相啮合，该环轮套合于上述轮盘的内周壁上，位于轮盘与行星齿轮之间，其内周壁上具有内轮齿与行星齿轮相啮合；所述制动器固定于脚踏车的车架上，并对上述环轮作用有一可调的预设摩擦制动力。

2、根据权利要求1所述的脚踏车无级自动变速器，其特征在于：所述制动器由制动环、夹置件和固定元件组成；所述制动环为一带有缺口的圆环且具有两相对的活动端，其圈套于轮盘上，所述夹置件与该制动环相连结并被夹置固定在脚踏车的车架上，所述固定元件将上述制动环的两相对活动端连接起来，该固定元件具有可调的锁紧力以便改变轮盘对环轮的接触压力从而预设制动器对环轮的不同摩擦制动力。

3、根据权利要求2所述的脚踏车无级自动变速器，其特征在于：所述制动环与轮盘的接触面为光滑面。

4、根据权利要求2所述的脚踏车无级自动变速器，其特征在于：所述制动环与轮盘的接触面为粗糙面。

5、根据权利要求2所述的脚踏车无级自动变速器，其特征在于：所述固定元件为螺栓或螺钉。

6、根据权利要求1所述的脚踏车无级自动变速器，其特征在于：所述轮盘的外缘上具有多条向外延伸的散热凸肋。

7、根据权利要求1所述的脚踏车无级自动变速器，其特征在于：所述太阳齿轮为被动齿轮。