CN1778628A

CN1778628A - 踏板式复合传动自行车

Info

Publication number: CN1778628A
Application number: CNA2004100876286A
Authority: CN
Inventors: 林介昌
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2004-11-18
Filing date: 2004-11-18
Publication date: 2006-05-31

Abstract

一种踏板式复合传动自行车，包括驱动装置内安装的主轴，主轴两端设有轴承，主轴上安装有链轮，其特征在于所说的主轴一侧装配有两端设有轴承的换向轴，换向轴上依次装配有双联齿轮、中间齿轮和齿轮；主轴上依次装配有左小齿轮、滚轮、多联齿轮、链轮和右小齿轮；主轴与换向轴之间装有左、右齿条和中介齿轮，左齿条加工有齿的一面与双联齿轮相啮合，右齿条加工有齿的双面分别与齿轮和右小齿轮相啮合；双联齿轮上有左、右齿，其中左齿与中介齿轮相啮合，右齿与左齿条相啮合；中介齿轮同时与双联齿轮的左齿和左小齿轮相啮合。左右齿条的上端通过螺丝杆联接踏板座，该踏板座内装有踏板。本发明所提供的自行车具有机械效率高，省力等优点。

Description

踏板式复合传动自行车

技术领域

本发明涉及一种踏板式复合传动自行车，属于人力交通工具技术领域。

背景技术

现有技术中，自行车的总体结构多种多样，但其动力特性则完全相同，即人体输出的动力都是通过脚踏曲柄、大链轮，再通过链条驱动自行车后轮子上的小链轮(俗称飞轮)转动。曲柄与大链轮是固接在一起的，所以自行车的驱动机构为曲柄机构。在大链轮转动的360°中，是由人的两只脚各自驱动180°，关键的问题在于曲柄的长度是固定的，但驱动的力臂却不是恒定的，而基本上是成正弦函数变化。因为，当人们乘自行车运行起来以后，脚的作用力方向不可能同时向两个方向，所以每只脚在有力作用的180°区间里，脚基本上都是通过脚踏子给曲柄以向下的作用力，所以只有当曲柄旋转到曲柄的长度方向与脚向下的作用力方向垂直(90°)的时候，驱动大链轮旋转的力臂才达到最大值，即最大力臂等于曲柄长度。离开90°位置继续旋转，力臂就逐渐变小，这个变化规律保持着正弦函数关系。如果设曲柄长度为R，力臂为L，曲柄在180°区间里某处位置的转角为α，则L＝R·sinα。由此结论每只脚有力作用的180°区间，脚向下踏的作用力F可以是恒定的，但通过曲柄、大链轮输出的转矩T却不是恒定的。因为T＝F·L＝F·R·sinα。所以，只要α≠90°，在F不变的情况下，大链轮输出的转矩都达不到最大值。通过以上分析可以结论：现有自行车的结构使得人们对其输入的动力并没有达到更高的效率。

为了改变这一现状，专利授权公告号为CN2537621Y说明书公开的“往复脚踏式双飞自行车”介绍了一种车轮两侧分别连接左超越离合器和右超越离合器，左踏板和右踏板城区并使结构并分别连接左驱动论和右驱动论，传动链依次传动连接左驱动轮、左超越离合器、车架上的堕轮、右超越离合器、右驱动轮，左驱动轮和右驱动轮均是偏心的扇形轮，其偏心距从传动链条连接点沿啮合方向逐渐增大。还有公告号为CN2043961U说明书提供的“踏板式无链条无级变速自行车”以及公告号为CN1088437C报道的“机动脚踏两用车”，也是对现有自行车做出的改进。上述说明书公开的自行车各有特点，但同样存在结构复杂，传动效率低、造价高等问题。

发明内容

本发明解决了上述结构存在的问题，其目的在于提供一种传动效率更高的踏板式复合传动自行车，该自行车具有变速功能。

本发明是通过以下技术方案实现上述目的。

一种踏板式复合传动自行车，包括驱动装置内安装的主轴，主轴两端设有轴承，主轴上安装有链轮，其特征在于所说的主轴一侧装配有两端设有轴承的换向轴，换向轴上依次装配有双联齿轮、中间齿轮和齿轮；主轴上依次装配有左小齿轮、滚轮、多联齿轮、链轮和右小齿轮；主轴与换向轴之间装有左、右齿条和中介齿轮，左齿条加工有齿的一面与双联齿轮相啮合，右齿条加工有齿的双面分别与齿轮和右小齿轮相啮合；双联齿轮上有左、右两部齿，其中左齿与中介齿轮相啮合，右齿与左齿条相啮合；中介齿轮同时与双联齿轮的左齿和左小齿轮相啮合。

上述换向轴上安装的中间齿轮与轴之间采用花键联接，该中间齿轮上设有多个轮齿，以便在拨叉的作用下沿轴面左右滑动，使中间齿轮上的不同轮齿分别与主轴上的多联齿轮的不同轮齿相啮合，达到自行车变速目的。

上述主轴上安装有以键(或花键)联接的右小齿轮，右小齿轮两侧的挡盘形成了右齿条的运动轨道。多联齿轮的左端孔内安装有滚动轴承，多联齿轮的右端以螺纹(左)与链轮联接，同时以精密的公差与链轮形成高精度的轴孔配合，使两者结合后有足够的同轴度。链轮的内孔安装有轴承。所以，多联齿轮与链轮形成的结合体与主轴两者之间可以相对的各自自由转动，彼此没有干涉。滚轮内安装有轴承，所以，滚轮与主轴之间可以相对自由转动。滚轮的两侧突缘形成左齿条的运动轨道。左小齿轮与主轴以键(或花键)联接。在螺丝轴上安装有螺帽(见左上角局部视图)、被压紧的车架支腿零件、中介齿轮其内安装有轴承。多联齿轮与滚轮之间的主轴上装有隔套；链轮与右小齿轮之间装有支承套。左、右齿条固定安装在踏板下面。

由于右齿条在双面上有齿，因此当它作主运动，即右齿条被踩下时，其前面的齿将驱动齿轮等组成的超越离合器，通过换向轴使中间齿轮向后转动，与其啮合的多联齿轮则向前转动，链轮也同步向前转动，通过链条驱动自行车后轮，自行车便向前运动。当踩下右齿条时，其后面的齿则驱动右小齿轮转动，于是主轴向前转动，左小齿轮通过中介齿轮使双联齿轮向前运动，双联齿轮的右齿便将与之啮合的左齿条升起。所以，踩下右齿条，不仅驱动自行车前进，而且也将左齿条升起。反之，当踩下左齿条时，其前面的齿将驱动双联齿轮向后转动。双联齿轮的左、右齿将传动分流，一者是双联齿轮的右齿通过换向轴使中间齿轮向后转动，与之啮合的多联齿轮及其上的链轮则同时向前转动，通过链条驱动自行车后轮，自行车向前运动，另一者是双联齿轮的左齿通过中介齿轮使左小齿轮向后转动，通过主轴，则右小齿轮向后转动，右齿条的后面齿与右小齿轮啮合，于是右齿条升起。虽然，当右齿条升起时，其前面的齿将带动齿轮旋转。然而，由于超越离合器的特性，齿轮只是空转，而不会带动其它零件，不会改变其它零件的运动状态。所以，踩下左齿条，既驱动了自行车整体向前运动，又使得右齿条升起。左齿条和右齿条，在它们没有齿的两个侧面既可以有凸筋也可以是凹槽，只要上滚轮之形状与其匹配，上滚轮即可作为齿条运动的上部轨道。上滚轮安装于支架上。齿条的上端通过螺丝杆联接踏板座，该踏板座内装有踏板。

本发明所提供的动力传动机构皆为超越离合器，除此，也可用内棘轮机构(如传统自行车后轮子上小链轮内部机构)代之。

在上述机构中，超越离合器具有单向传动性能。因此，与主轴花键联接(或键联接)的链轮也只能单向转动。当乘车人的脚踩在踏板上，使齿条向下运动时，齿轮必然向前转动，从而通过超越离合器带动主轴上的链轮向前转动。该链轮通过链条驱动与自行车后轮固接的链轮转动，自行车便向前运动。由于踏板作用在齿条上的力(F)的方向与齿条的运动方向一致，而齿条的运动方向在力(F)作用下的任意时刻都与齿轮之齿的啮合点的转动半径R垂直，所以，在力(F)作用的全过程，其齿轮的转动力臂恒等于其半径R，若F之值恒定，则在F驱动下的齿轮的转动力矩M必为恒定：M＝F·R。在齿轮转动180°的全过程中，其转矩M所做功U＝M·π＝FR·π；而传统自行车，当大链轮转过180°踏在曲柄上的F所的功U₀＝∫₀ ¹⁸⁰F·Rsinαdα＝-FR(cosα)|₀ ¹⁸⁰＝2RF

U/U₀＝πFR/2FR＝1.57。仅就计算公式的结果，可看出在同一F力作用下，齿轮齿条机构与曲柄机构两者所做的功，前者是后者的1.57倍。当然周全地考虑两种机构的具体结构是达不到1.57倍的，因为齿轮与齿条的啮合效率为98％，而且齿轮齿条机构的重量也比原曲柄机构的重量有所增加，但即使把影响传动效率的因素都考虑里进去，本发明的传动效率也比传统自行车的效率高。一般情况下，本发明的机械传动效率要比传统自行车的机械传动效率高25％以上。所以，本发明所提供的是一种机械效率更高，更省力的踏板式复合传动自行车。

附图说明

图1是本发明实施例展开结构示意图。

图2是图1C向结构示意图。

图3是图2F-F向结构示意图。

图1、图2中：1.中间齿轮、2.拨叉、3.竖杆、4.铆钉、5.横杆、6.丝杠、7.螺母、8.定位套、9.定位盘、10.螺钉、11.转毂、12.钢球、13.弹簧、14.罩、15.齿轮、16.滚柱、17.芯子、18.弹性挡圈、19.轴承、20.轴承座、21.换向轴、22.弹性挡圈、23.右齿条、24.挡盘、25.弹性挡圈、26.键、27.主轴、28.调整垫、29.右小齿轮、30.支承套、31.轴承、32.链轮、33.多联齿轮、34.轴承、35.隔套、36.滚轮、37.轴承、38.弹性挡圈、39.键、40.左小齿轮、41.螺丝轴42.螺帽、43.左齿条、44.双联齿轮、45.车架支腿上的一个零件、46.中介齿轮、47.护罩、48.封盖、49.上护罩、50.支架、51.上滚轮、52.螺钉轴、53.踏板座、54.踏板、55.减振垫、56.紧固螺钉、57.端盖。

下面结合附图详细介绍本发明具体实施例。

具体实施方式

本实施例提供的自行车的驱动装置内安装的主轴27，主轴27两端设有轴承，主轴27上安装有链轮32，主轴27一侧装配有两端设有轴承19的换向轴21，换向轴21上依次装配有双联齿轮44、中间齿轮1和齿轮15；主轴27上依次装配有左小齿轮40、滚轮36、多联齿轮33、链轮32和右小齿轮29；主轴27与换向轴21之间装有左齿条43、右齿条23和中介齿轮46，左齿条43加工有齿的一面与双联齿轮44相啮合，右齿条23加工有齿的双面分别与齿轮15和右小齿轮29相啮合；双联齿轮44上有左、右齿，其中左齿与中介齿轮46相啮合，右齿与左齿条43相啮合；中介齿轮46同时与双联齿轮44的左齿和左小齿轮40相啮合。

上述换向轴21上安装的中间齿轮1与轴21之间采用花键联接，该中间齿轮1上设有多个轮齿，以便在拨叉2的作用下沿轴向左右滑动，使中间齿轮1上的不同轮齿分别与主轴27上的多联齿轮33的不同轮齿相啮合，达到自行车变速目的。

上述主轴27上安装有以键26(或花键)联接的右小齿轮29，右小齿轮29两侧的挡盘24形成了右齿条23的运动轨道。多联齿轮33的左端孔内安装有滚动轴承34，多联齿轮33的右端以螺纹(左)与链轮32联接，同时以精密的公差与链轮形成高精度的轴孔配合，使两者结合后有足够的同轴度。链轮32的内孔安装有轴承31。所以，多联齿轮33与链轮32形成的结合体与主轴27两者之间可以相对的自由转动。滚轮36内安装有轴承37，滚轮36与主轴27之间可以相对自由转动。滚轮36装有弹性挡圈38，滚轮36两侧突缘形成左齿条43的运动轨道。左小齿轮40与主轴27以键39(或花键)联接。在螺丝轴41上安装有螺帽42(见左上角局部视图)、被压紧的车架支腿零件45、中介齿轮46其内安装有轴承。多联齿轮33与滚轮36之间的主轴27上装有隔套35；链轮32与右小齿轮29之间装有支承套30；左右齿条的上端通过紧固螺钉56联接踏板座53，该踏板座53内装有踏板54。

本实施例结构见图1和图2所示，该结构既可以使两根齿条相互协调运动，又有变速系统。由图1可见，在该结构中由齿轮15、滚柱16、芯子17(与换向轴21以花键或键联接)等组成单向传动的超越离合器，安装在换向轴21的右端；由双联齿轮44与滚柱16、芯子17等组成的超越离合器安装在换向轴21的左端。在换向轴21上还安装有以花键联接的中间齿轮1。右小齿轮29两侧的挡盘24形成了右齿条23的运动轨道。

本实施例的动作原理由图1可以看出，由于右齿条23在双面上有齿，因此，当它作主运动，即右齿条23被踩下时，其前面的齿将驱动齿轮15等组成的超越离合器，通过换向轴21使中间齿轮1向后转动，与其啮合的多联齿轮33则向前转动，链轮32也同步向前转动，通过链条驱动自行车后轮，自行车便向前运动。当踩下右齿条23时，其后面的齿则驱动右小齿轮29转动，于是主轴27向前转动，左小齿轮40通过中介齿轮46使双联齿轮44向前运动，双联齿轮44右齿便将与之啮合的左齿条43升起。所以，踩下右齿条23，不仅驱动自行车前进，而且也将左齿条43升起。反之，当踩下左齿条43时，其前面的齿将驱动双联齿轮44向后转动。双联齿轮44的左、右齿将传动分流，双联齿轮44的右齿通过换向轴21使中间齿轮1向后转动，与之啮合的多联齿轮33及其上的链轮32则同时向前转动，通过链条驱动自行车后轮，自行车向前运动；同时，双联齿轮44的左齿通过中介齿轮46使左小齿轮40向后转动，通过主轴27，则右小齿轮29向后转动，右齿条23的后面齿与右小齿轮29啮合，于是右齿条23升起。虽然，当右齿条23升起时，其前面的齿将带动齿轮15旋转，由于超越离合器的特性，齿轮15只是空转，而不会带动其它零件，不会改变其它零件的运动状态。所以，踩下左齿条43，既驱动了自行车整体向前运动，又使得右齿条23升起。左齿条43和右齿条23，在它们没有齿的两个侧面既可以有凸筋也可以是凹槽，只要上滚轮51之形状与其匹配即可，上滚轮51即可作为齿条运动的上部轨道。上滚轮安装于支架50。

本实施例中，为了达到自行车变速，安装了由拨叉2、竖杆3、铆钉4、横杆5、丝杠6、螺母7、定位套8、定位盘9、螺钉10、转毂11、钢球12、弹簧13、罩14组成的变速机构。变速时，用脚转动转毂11，使丝杠6转动，通过螺母7拨叉2拖动中间齿轮1换档变速。

Claims

1、一种踏板式复合传动自行车，包括驱动装置内安装的主轴[27]，主轴[27]两端设有轴承，主轴[27]上安装有链轮[32]，主轴[27]一侧装配有两端设有轴承[19]的换向轴[21]，换向轴[21]上依次装配有双联齿轮[44]、中间齿轮[1]和齿轮[15]；主轴[27]上依次装配有左小齿轮[40]、滚轮[36]、多联齿轮[33]、链轮[32]和右小齿轮[29]；主轴[27]与换向轴[21]之间装有左齿条[43]、右齿条[23]和中介齿轮[46]，左齿条[43]加工有齿的一面与双联齿轮[44]相啮合，右齿条[23]加工有齿的双面分别与齿轮[15]和右小齿轮[29]相啮合；双联齿轮[44]上有左、右齿，其中左齿与中介齿轮[46]相啮合，右齿与左齿条[43]相啮合；中介齿轮[46]同时与双联齿轮[44]的左齿和左小齿轮[40]相啮合。

2、根据权利要求1所述的自行车，其特征在于所说的主轴[27]上安装有以键[26](或花键)联接的右小齿轮[29]，右小齿轮[29]两侧设有右齿条[23]运动轨道的挡盘[24]。

3、根据权利要求1或2所述的自行车，其特征在于所说的多联齿轮[33]的左端孔内安装有滚动轴承[34]，多联齿轮[33]的右端以螺纹(左)与链轮[32]联接，链轮[32]的内孔安装有轴承[31]。

4、根据权利要求1或2所述的自行车，其特征在于所说的滚轮[36]内安装有轴承[37]，滚轮[36]与主轴[27]之间可以相对自由转动。

5、根据权利要求4所述的自行车，其特征在于所说的滚轮[36]两侧设有形成左齿条[43]运动轨道的突缘。

6、根据权利要求1所述的自行车，其特征在于所说的左小齿轮[40]与主轴[27]以键[39](或花键)联接。

7、根据权利要求1所述的自行车，其特征在于所说的螺丝轴[41]上安装有螺帽[42]、被压紧的车架支腿零件[45]、内安装有轴承的中介齿轮[46]。

8、根据权利要求1或2所述的自行车，其特征在于所说的多联齿轮[33]与滚轮[36]之间的主轴[27]上装有隔套[35]。

9、根据权利要求1或2所述的自行车，其特征在于所说的链轮[32]与右小齿轮[29]之间装有支承套[30]。

10、根据权利要求1或2所述的自行车，其特征在于所说的左、右齿条的上端通过紧固螺钉[56]联接踏板座[53]，该踏板座[53]内装有踏板[54]。