CN2372226Y - 自行车无级变速传动机构 - Google Patents

Abstract

一种自行车无级变速传动机构,它是用挠性带和两个由两部分组成、工作直径可以变大变小互相配合转换的主从带轮,来代替目前自行车的链条链轮变速传动机构,它具有变速容易、连续平稳、有效可靠、没有噪音。采用了本实用新型的自行车,能根据人的登力和道路好坏、顶风大小自动变换车速,使人骑行感觉特别轻松。

Description

自行车无级变速传动机构

本实用新型涉及一种自行车传动装置，具体的说是一种无级变速传动机构。

目前，在用变速自行车都是链轮链条式的，以拨动变速柄通过变速装置把链条拨套在不同齿数小链轮上，达到变速目的。由于变速车有几个传动比，能根据道路和气侯等条件来选择车速，就比普通单速自行车靠登力来达到上述目的，具有省力和轻快的优越性，所以受到人们的欢迎。

但是，链轮链条变速自行车由于本身的结构存在以下缺陷：1.变速较困难，往往不易一次轻易到位；2.变速时易出现啮合不好和错位响声；3.变速可靠性差，特别是大链轮不变齿的变速车，新车用一段时间后就根本不能变速；4.由于链条链轮没有盒罩，很容易受到雨水、尘土和脏物的侵袭，使其锈蚀，得不到根好润滑，骑起来费劲，还容易脏裤口。

本实用新型的目的是提供一种无级变速传动机构，来代替链条链轮变速传动装置，以达到变速连续、平稳、容易，没有响声，有效可靠。

本实用新型的目的是这样实现的：主从动轴上各装一个分别由相同相对斜面构成V形槽并可以相对滑动改变工作直径的两部份组成的带轮，两个带轮的两部份之间V形凹槽内紧套传动带。若使一个带轮的两部份靠紧，斜凹槽最窄，工作直径最大，另一个带轮两部份就会自动相应转换离开，使斜凹槽最宽，工作直径最小。把主动轴装在中轴位置，从动轴装在后轮轴位置上，当开始骑行时，若主动轮工作直径最小，从动轮工作直径最大，这时变速器可得到较大传动比，用较小的登力就能克服道路行驶阻力轻松起步，当登动加快车速升高，主动轮工作直径逐渐增大，因传动带长度和两轮轴距都不变，两带轮工作直径大小的变化就是相反的，固从动轮工作直径会相应越来越小，变速器传动比也会减小，车速就加快。还可以把这种无级变速器做成能随道路好坏和登力大小自动变速。

所述自行车无级变速传动机构是一种自动无级变速传动机构，即在后轮壳一侧固定棘轮，棘轮与带轮有外花键轴套的内侧部份造成为一体，花键轴套上装有内花键的带轮另一部份，使带轮两部份斜凹槽相对，外侧用弹簧压紧，工作直径最大；在中轴上装带轮的同侧有个台阶，台阶外侧活套向外伸出外花键轴套带轮的一部份，另一部份有内花键的带轮套装在带轮的外花键轴套上，使带轮两部份斜凹槽相对，活套在中轴上的带轮部份外侧还有一凸块或凹槽，同侧的中轴曲柄上有个对应的前窄后宽的斜面凹槽或凸块，也可在带轮的两边和中轴上各做一对相同的互相配合同时压动的凸块使两部分主动带轮同时转动和相对移动，曲柄上斜面凸块的斜面将带轮外侧的凸块或凹槽靠住，还可在中轴上加工个圆柱凸轮，再在套在中轴的带轮轴套上对应位置也加工相同的凸轮斜口，转动中轴就能挤压斜口作轴向移动。传动带(可采用不变形V形带，用钢丝绳或合成纤维等做强力层的齿形带材料制成梯形带，用扇形承推钢片制成的金属带)紧套两带轮凹槽中的大小工作直径上。由于后带轮弹簧弹力作用把传动带拉紧，把中轴带轮两部份挤开，使工作直径最小。当登动脚登，曲柄斜面凸块就会推动外侧部份的带轮与另一部份带轮压紧挠性带一起转动，传动另一带轮和后轮轴转动；当加大登力使转速变快，曲柄斜面凸块就会继续将外侧那部份带轮向里压，压的力到克服后轮轴带轮弹簧的弹力的时，后轮轴两部份带轮就被伸开，使工作直径变小，与此同时中轴两部份带轮被压得靠拢，工作直径变大，车速就会提高，为了使车速提高一定速度时能省力。可以在后轮轴上外侧部份带轮的外侧(也可把棘轮装在后轮壳花键上后在另一部份带轮的内侧)周围加杠杆离心块，离心块下段有一支点固定在轮壳上有外花键那部份带轮的伸出外侧部份带轮的花键轴套端头上，外侧部份带轮有连接离心块杠杆下端的轴，离心块下段和下端各有一相同长形口，支点轴和外侧部份带轮的轴分别套于长形口内，离心块能随带轮一块移动，同时又能以支点为轴心作轴向转动，还能在支点轴和外侧部份带轮轴作上上下滑动)。当登动脚蹬离心块的离心力会越来越大，当后轮轴上带轮转速达到一定值时，就会向外甩出拉动外侧部份带轮克服弹簧弹力向外移动，使带轮工作直径变小，当离心块甩到与后轮轴垂直和带轮外侧面平行即离心力最大时，后轮带轮工作直径最小，达到自行车最高车速。当减速时，离心块在重力的作用下向一侧偏倒，直到停止时，上方的离心块会沿支点轴和外侧部份带轮轴向下滑落到花链轴上的凹槽内，当上陡坡，顶大风需要较大的力骑行时，此时脚登力会克服后轮带轮弹簧的弹力而使带轮向外移动，使传动比变小，更难登动，有了离心块滑落到花键轴凹槽内的装置，当带轮外移力推动杠杆下端向外移动时，花键轴的凹槽边就会顶住杠杆下端，阻止其外移，保持最大传动比，使其能上坡或顶风骑行。加装了离心块装置可使压紧从动带轮弹簧的弹力减小，快速骑行更轻松。

所述的自行车自动无级变速传动机构，是在中轴的一侧的花键轴上分别套装带内花键的两部份带轮或一部份固定在中轴上，另一部份用花键装在中轴上能够滑动，用弹力较大弹簧压紧，使其工作直径最大；在后轮轴棘轮花键套轴上装带内花键的与上述相同两部份带轮或一部份与棘轮一体，另一部分在棘轮花键轴上能滑动，用比中轴带轮弹簧弹力稍小的弹簧压紧，在两带轮的凹槽内紧套挠性带，由于弹簧弹力的作用一般情况下始终保持中轴带轮工作直最大，后轴带轮工作直径最小。当上坡或顶风骑行阻力使车减速，登力加到一定程度挠性带拉力就克服中轴带轮弹簧的弹力而使两部份带轮变宽，工作直径变小，由于挠性带变松和后轴带轮弹簧的压力就使后轴两部份带轮变窄，工作直径变大，传动比增大，与其速度相适应，就不用费很大的力登车了，当行驶正常登力减小时，中轴带轮会在弹簧弹力的作用下恢复最大工作直径保持小传动比。还可以用另一种方法制造，即将带轮两部份相互用花键穿过，活套于主动轴(中轴)上，两边伸出的花键套轴头上各有圈凸轮与主动轴上两边轴凸轮配套对应，两边用弹簧分别将带轮两部份压紧；从动轴(后轮轴)上带轮两部份的结构与上述从动带轮一样，也用稍小于压紧主动带轮弹簧弹力的弹簧压紧。工作时，主动轴上两边的凸轮顶压着带轮两部份花键轴套凸轮，使带轮随主动轴一起转动。当起步或顶风、上坡时，从动车轮阻力增大，需增加动力才能前进，在动力超过压在主动带轮上弹簧的弹力时，就分别压着两边花键轴套凸轮向中间靠拢，与花键轴套凸轮一体的带轮两部份就会向相反方向滑动离开，使主动带轮工作直径变小，传动带变松，与此同时从动带轮两部份在弹簧弹力作用下，会自动靠拢，使工作直径变大，把传动带绷紧，传动比增大，克服后车轮阻力使车继续前进。当道路和气候正常不用那样大动力时，主动带轮弹簧又会将主动带轮两部份压紧靠拢，恢复到工作直径最大，使传动比最小，保持快速行驶。

上述自动无级变速传动机构，为了使主从动两带轮工作直径大小的转换更有效可靠更平稳一致，避免出现打滑，可在主动轮和从动轮上增加机械或液压互动装置，压动带轮两部份协调一致同时逐步靠紧和逐步松开。最简单的是在两个带轮固定支架的中间做个“支点，”“支点”上装一杠杆，杠杆两端分别用叉或轴套叉在套在中轴和后轮轴棘轮的带轮花键上与移动部份带轮相连，带轮除转动外还能随杠杆轴向移动，利用杠杆支点两端运动相反和力的平衡原理，使两个相同带轮工作直径大小的变化始终趋势相反。液压传动装置是把液压油缸和活塞(液压泵)套装在中轴上靠车架一侧，固定在车架上，两油缸用压力油管相通，两活塞分别向着带轮活动部份(活塞头部可加轴承)，油量和压力始终保持主从动带轮工作直径变化相反。也可把机械或液压装置加装在弹簧装置及变速传动机构上，平时弹簧弹力大工作直径大的带轮的活塞的行程最大油腔最大注入的油最多，另一油腔油量就小，油只能从一个油腔等量的流向另一个滑腔，杠杆道理也一样，因而能保证两带轮工作直径的转换协调一致，避免主动轮工作直变小时，从动轮工作直径也被传动带拉小，出现打滑现象。

还可以把主从动带轮的两部份都做成可以在中轴上和后轮棘轮上相对轴向移动，两边都按上述结构做成一样的，都加杠杆或液压装置保证两带轮工作直径的转换协调一致。也可以在车把和靠近中轴的车架上装操纵杠杆，使与中轴一端的杠杆或大直径活塞液压总泵与中轴和后轴液缸相连，用手操纵利用加长杠杆力臂或加大总泵活塞直径来增加两带轮的压紧力和使两带轮工作直径的转换。

上述自行车无级变速传动机构，还可以加大主动带轮工作直径，减小从动带轮工作直径，将传动比变化范围控制在比普通自行车大，比变速车最高车速传动比小的范围内。如最大传动比可以0.375或0.5(普通自行车26″一般在0.33)，最小可以0.25或0.20(一般链变速车26″最小为0.29)。

在另一个采用上述技术方案的机动二轮或三轮与四轮车的优选实施例中，除按上述技术方案制造外，再在前轮或后轮轴上安装电动机，或把脚登主动带轮用机动力(包括以汽油、甲醇、液化气、天燃气等作燃料的内燃机和电动机等)传动，还可加宽挠性带宽度，以适应增大扭矩的传递使其变为既可人力登动，又可机动的双动力车。

在上述技术方案中把脚登装置换成机动装置的机动车实施例中，除用在自行车上要增加结构的强度和安全装置与舒适性，车速不能太高外，这一方案还能用在类似目前链传动和驱动方式的摩托车上，还能将主从动带轮两部份的大小工作直径相互转换改由液系统加电子系统控制。

在又一个采用上述技术方案的省动力机动车的实施例中，在主动带轮轴上增加一个直径较大的齿圈，或将齿圈和变速传动机构平放在四轮或三轮车机架上，齿圈由电动机轴或内燃机曲轴小齿轮直接传动，经大齿圈减速增力后由主动带轮传递给从动带轮，经螺旋齿轮或锥齿传动后轴两轮转动，还可增加传动带和带轮工作面的粗糙度或传动带的宽度，以增加摩擦力。也可加装脚登装置传动齿圈，作为应急之用。这是一种车速不特别高用小动力传递较大扭矩的省力机构，不仅经济，维修操作简单方便，还节约能源，减少污染。

在上述所有技术方案中带轮直径、传动比和轴距可根据需要来选择。还可加装盒罩，防止污物侵袭。

采用本实用新型的变速传动机构，由于主从动带轮工作直径的转换是逐步的无级的，所以过渡平稳没有噪音；又由于它是随动力的大小和车速的高低而自动变速的，所以它变速容易，能随道路的好坏和顶风大小自动调节车速，使人骑上感觉轻松；再由于它在主从动带轮上装有机械或液力互动机构来保证它的大小工作直径相互转换协调一致，所以这种变速器有效可靠。

下面结合附图对本实用新型的几个优选实施例作具体说明。

图1是本实用新型杠杆控制自动无级变速机构剖视图；

图2是本实用新型离心加速自动无级变速机构剖视图；

图3是本实用新型装在助力自行车上示意图；

图4是采用本实用新型的省动力四轮车示意图。

实施例1

图1所示为自动无级变速传动机构静止处于高档时的结构和原理，该图传动比在0.28～0.5(与一般链轮变速车传动比差不多)，适合装于26″自行车上，将主动轴(6)装于中轴位置，从动轴就是装于后轮轴(23)上的后车轮壳(25)，后车轮幅条安装车轮轮壳(25)上，在主动轴(6)上右段靠左沿轴周做一斜凸轮(7)，按设计好的传动比决定主从动带轮的直径，左部份主动带轮(11)和右部份从轴带轮(17)夹紧传动带(1)的工作面斜度一样，右部份主动带轮(12)和左部份从动带轮(26)夹紧传动带(1)工作面和左右部份主从动带轮(11)(17)相同斜度相反。把右部份主动带轮(12)的内花键套于左部份主动带轮(11)的外花键上，并使其右部份主动带轮(12)的开口花键穿过左部份主动带轮(11)的花键槽孔向左伸出，把左弹簧(5)套于右部份主动带轮(12)的开口花键上，在开口花键端头装与主动轴凸轮(7)对应配套的轴套凸轴(8)，把右弹簧(4)安装在套装于左部份主动带轮向右伸出的外花键轴套上的右部份带轮的轴套上，在外花键的端头再装与开口花键轴套凸轮(8)完全一样的轴套凸轮(2)，使两部份主动带轮靠紧，其左右弹簧(4)(5)的弹力要保证自行车在好路面高档快速行驶时不被压缩(压缩力来道路阻力对传动带的拉力伸开力和脚登力，速度起来后登力就会减少)，将装配好的左右两部份主动带轮(11)(12)活套在主动轴(6)上左凸轮(7)的右边，与左凸轮(7)形状完全一样的右凸轮(2)装于主动轴上紧靠左主动带轮外花键轴套凸轮(8)。

右部份从动带轮(17)内花键套于左部份从动带轮(26)的外花键轴套上，左部份从动带轮(26)上有内棘轮，它与带内花键轴套的棘爪轮(24)组成棘轮机构，棘轮机构与左部份从动带轮(26)和右部份从动带轮(17)分别用用左右弹簧(21)(19)压紧，其弹簧弹力比主动带轮压紧弹簧(4)(5)的弹力稍小。再把整套从动带轮套装于后轮轮壳(25)的外花键轴套上。

将传动带(1)分别套于主动带轮(11)(12)和从动带轮(17)(26)的凹槽内，使主动带轮工作直径最大，从动带轮工作直径最小，传动带适度绷紧(传动带要用加压不变形的挠性带，如用做齿形带材料的钢绳或合成纤维作为强力层，外面包覆聚氨酯或氯丁橡胶；或把钢片做成楔形和梯形安装挠性钢带上等)，还可增加带与轮接触面的粗糙度以增加抗打滑摩擦力。在主从动轴(6)(23)支撑架的中间做两根杠杆的支点(14)(15)，两根杠杆(13)(16)的两端分别叉于左右两部份主动带轮(11)(12)和从动带轮(17)(26)背面的卡槽(9)(10)(18)(20)内。

当用脚登地起步缓慢加速时，主动带轮和从动带轮工作直径会保持不变。当起步猛登脚和需要快加速或上坡、顶风用的脚登力超过压紧主动带轮弹簧(4)(5)的弹力时，主动带轮(11)(12)就被压着向左右两边离开，使工作直径变小，传动带(1)会自然变松，从动带轮(17)(26)会在压紧弹簧(19)(21)的弹力杠杆(13)(16)作用下自动靠紧，把传动带(1)绷紧，将传动比增至与登力，道路和车速相适应，达到省力的目的。也可在从动轴一端杠杆上再加压杠杆短重臂重点，(支点仍在主从动轴支撑架上)，长力臂伸向车把，用手控制传动比，增加两部份带轮对传动带的压紧力，防止上大坡、顶大风打滑。

该实施例的自动变速传动机构传动比可以在0.25～1的范围内任选，适用各种规格型号自行车和三轮车，还可把图1主从动带轮互换位置，做成传动比i＝0.5～2的专门上山爬坡车。

实施例1也可把图1设计为只左部份主动带轮和右部份从动带轮单向轴向移动来实现工作直径的相互转换。

实施例2

图2所示是自动无级变速传动机构静止处于低挡时的结构和原理，该图传动比是0.25～0.43，适合装在26″自行车，再减小传动比到0.20，可装于22″或24″自行车上。将主动轴(4)右段里侧做一斜凸轮(3)，把主动轴(4)安装在自行车中轴位置，把有与主动轴凸轮(3)配套的带内花键斜口轴套的左部份带轮(5)套于右部份带轮(6)的外花键轴套上，再将左右部份带轮(5)(6)活套于主动轴斜凸轮(3)的右边，在右部份带轮(6)的右边主动轴上加装一定位凸缘(2)阻止右部份带轮向右移动，向前转动主动轴(4)，凸轮(3)能使左部份带轮(5)向右轴向移动靠紧右部份带轮(6)，左部份带轮(5)向左轴向移动只能移到传动比最大位置(如图所示)，主动带轮(5)(6)始终由主动轴凸轮(3)靠着一起转动。

将有外花键轴套的左部份从动带轮(18)与棘轮(16)做为一体，紧配合装于后轮轮壳(13)上，把后车轮壳(13)连同车轮用轴承(14)安装在后车轮轴(15)上，套上传动带(1)，再把内花键轴套的右部份带轮(17)套在左部份带轮(18)的外花键轴套上，装上压紧弹簧(12)，再在左部份带轮外花键轴套端头安装离心块杠杆支点支承板(10)，同时将弹簧(12)压紧，杠杆支点(9)做在支承板(10)上，若干根对称杠杆外端头有单个离心块(7)，离心块(7)的杠杆(8)下段中间有相同的长条开口，杠杆支点(9)安装在长条开口内，杠杆(8)的下端有与下段开口相同的封闭开口，右部份从动带轮(17)的右外侧有装入杠杆下端开口内的轴(11)，离心块(17)和杠杆(8)能在杠杆支点(9)和轴(11)上上下移动和以支点(9)左右摆动，杠杆支点(9)与右部份从动带轮外侧轴(11)之间杠杆上装有弹簧，静止时，杠杆支点(9)和右部份带轮外侧轴(11)在弹簧弹力的作用下紧靠杠杆上两个长条形开口的外边，使杠杆的端头顶在左部份带轮(18)外花键轴套卡口内。

也可把主动轴上带轮的两边都做有凸轮，可以压靠左右带轮相对移动；从动带轮两边都加弹簧和离心块，也可以相对移动。还可以在主从动轴支撑架中间做支点加杠杆压在主从动带轮可移动部份上，再在从动带轮杠杆端压杠杆短重臂，支点仍在支撑架后段上，长力臂向前向上伸向车把，由手操纵变速，增加带轮对传动带的压紧力。

当起步、上坡或顶风、需用较大登力登动时，由于速度慢离心块(7)仍处于静止时位置，其杠杆(8)的端头在右部份带轮(18)的向外推压下卡在左部份带轮(17)花键轴套卡口内，从而阻止右部份带轮(17)在传动带拉力下向外移动。当速度升高后，稍一缓脚，传动带没有拉力，右部份从动带轮(17)向外推力减小，此时离心块就向外甩，拉动杠杆向外移动，使杠杆下端脱离左部份带轮外花键卡口，同时杠杆下端会产生一种向外拨动力，拉着右部份带轮(17)向外移动，加上脚登主动带轮给传动带(1)的拉力，二者合力当能克服压紧弹簧(12)的弹力时，就能使右部份带轮(17)向外移动，减小从动带轮工作直径，使传动带变松，主动带轮工作直径增大，传动比变小，车速增快。车速增快后又使离心力增加，相应登力就可以减小。

起步、上坡或顶风，需要较大登力时，也可改用手操纵控制。

实施例3

图3是采用自动无级变速传动机构的自行车上加装机动助力装置示意图。将主从动带轮(5)(8)工作直径变花范围做成一样大，把主从动轴(4)(6)分别安装在自行车装中轴和后轮轴位置，在车架上中轴前上方安装机动和减速装置(1)，主动轴(4)两端安装曲柄和脚登(2)，主从动轴(4)(6)套装相通的活塞直径和油腔大小相同的油泵(3)(7)，用油泵活塞压紧和控制主从动带轮(5)(8)的工作直径的相互转换；或用液压系统手控制总泵大直径活塞通向两主从动小直径分泵流量来实现主从动带轮工作直径的相互转换和增加带轮两部份对传动带的压紧力，防止后轮轴扭矩大时出现打滑。也可把主从动带轮(5)(8)工作直径的转换用实施例1或2的杠杆或离心块的装置来代替。

本实施例的结构也适用于摩托车。

如果采用电动助力，可把电动机直接装在前轮轴或后轮轴上两边幅条中间的轴上。

实施例4

图4是采用本实用新型用高转速发动机或电动机作动力安装在四轮车上的情形，小马力发动机或电动机(1)传动平放的大齿圈(2)，减速增力后带动主动带轮(3)，通过传动带(4)传动从动带轮(5)，再通过从动带轮轴(6)上和后轮轴(8)上一对螺旋齿轮(7)改变力的传递方向后，传动后轮轴(8)和后轮转动。

主从动带轮工作直径的相互转换和压紧，采用实施例1的杠杆形式和实施例3的手动液压系统控制。

也可用减速机构来代替平放的大齿圈，主动带轮的主动轴就是减速器的输出轴，从动带轮直接安装在三轮或四轮车的后轮轴上。还可在减速器输出轴上加装曲柄和脚登装置，作为应急之用。

Claims (10)

1.一种自行车无级变速传动机构，它包括主动轴、从动轴和两轴支撑架，其特征在于：安装在主动轴和从动轴上的主动带轮和从动带轮分别由可以相对滑动来变动工作直径的两部份构成，两个带轮的两部份间的凹槽内套传动带。

2.根据权利要求1所述自行车无级变速传动机构，其特征在于：从动带轮安装在单个后轮侧的从动轴上或两个后轮的驱动轴上。

3.根据权利要求1或2所述自行车无级变速传动机构，其特征在于：在主动轴上安装曲柄和脚登装置或机动装置。

4.根据权利要求3所述自行车无级变速传动机构，其特征在于：在主动轴上既安装曲柄和脚登装置又安装机动装置，或在主动轴上安装曲柄和脚登装置，在前轮轴或后轮轴上安装电动机。

5.根据权利要求4所述自行车无级变速传动机构，其特征在于：主动轴和主动带轮上有对应可以压主动带轮两部份转动和相对滑动的凸块，从动带轮其中一部份套装在与后轮轮壳连为一体的另一部份的花键轴套上，用弹簧压紧。

6.根据权利要求4所述自行车无级变速传动机构，其特征在于：主动带轮两部份用弹簧压紧随主动轴一起转动，从动带轮两部份压紧弹簧的弹力大于主动带轮弹簧弹力。

7.根据权利要求4所述自行车无级变速传动机构，其特征在于：在主动带轮轴和从动带轮轴之间的支撑架上做个杠杆“支点”，杠杆两端与主从动带轮相连，通过杠杆作用分别使主从动带轮两部份工作直径大小相互转换。

8.根据权利要求7所述自行车无级变速传动机构，其特征在于：在主从动带轮的另一边增加相同的杠杆相互转换装置。

9.根据权利要求4所述自行车无级变速传动机构，其特征在于：主从动带轮用液压系统控制两部分工作直径大小的相互转换。

10.根据权利要求8所述自行车无级变速传动机构，其特征在于：加大主动轴臂直径，由机器动力直接传动主动轴臂齿圈。

Images