CN86208818U - 自行车自动无级变速器 - Google Patents

Abstract

一种自行车自动无级变速器，它用于自行车上实现自动无级变速。它由两只能按规定方向单向旋转的链轮和两个导轮组成一个链轮系。链轮系可以象普通自行车链轮盘那样拖动链条驱动自行车后轴。这一轮系安装在由变速臂，齿轮系，弹簧组，支架和中轴组成的连动机构上，在链条拉力变化时，这个链轮系尺寸会张大或缩小。从而实现在不中断对自行车驱动的同时自动无级变速。与普通自行车比较使用本变速器在自行车行进阻力小时可增速，而在上坡或迎强风自行车前进阻力大时，可省力。

Description

自行车自动无级变速器

本实用新型是一个用于自行车的自动无级变速器。

目前国内的自行车普遍未装置变速器，能够见到的也只有多级链轮传动和内三速后轴式（见科学画报86年第3期）两种自行车变速装置。

据我国出版的杂志介绍，目前国外的自行车变速器最新的有两种：（1）据《大众机械》杂志85年第6期载法国人米歇尔·德阿尔发明的一种自动变速器，该发明在英国已获得发明专利。其性能特点是：①可获得16档变速比，最大变速比为100／17，最小为44／17（被动轮转数／主动轮转数）。

②链轮盘只有在一定位置才能实现变速。

③起步较困难，只有在链轮盘转过360度后才能调到合适速比。

④结构复杂，成本较高。

（2）据《世界发明》杂志86年第4期封底载，美国人罗依斯·豪斯提德发明了一种可变速链轮系统。其性能特点是：

①可依顺序实现15种不同的转速比。

②变速时必需手足协同操作，且增速和减速足蹬的方向不同。

③在变速过程对后轮无驱动作用。

本实用新型的任务是设计出一种比现有的自行车变速器使用更方便，能在不中断驱动的同时。随骑行阻力变化自动实现无级变速，工作可靠，成本较低。能与现有的自行车和其生产手段很好的衔接的适合中国公路现状的自行车自动无级变速器。

本变速器由两个能按规定方向单向旋转的链轮和两个导轮。两个变速臂，一个齿轮系，两个弹簧组件，两只中轴，一个支架和一些标准紧固件构成。以上零部件均由合金结构钢制造。参见附图，各附图中同一零件代号相同。本变速器结构、安装如下述。自行车链条①绕过链轮②经过导轮⑩再绕过另一只链轮。两只链轮各由本身的内螺纹与变速臂上的外螺纹连接而固定在变速臂上。变速臂由零件(12)、(13)、(14)和(15)固连组成，两只链轮由于自身的棘轮机构可以按图一链轮上箭头指向单向旋转。两只变速臂安装在支架⑥上，（图一、图四），变速臂可以绕轴(15)在支架⑥上转动。两变速臂上的小齿轮(13)都与大齿轮③啮合，大齿轮装在右中轴(21)上，可以在右中轴上自由转动（图二）。这样就使两变速臂能对称转动。

右中轴与支架⑥铆连，支架⑥和两只导轮由两只螺钉(20)与左中轴(22)固连在一起（图一、图二）。导轮可灵活自转。左中轴在自行车上的安装则与普通自行车中轴安装相同（图二）。两个弹簧组件由零件④、⑤、⑧、(16)等组成，其一端装在齿轮③上，另一端装在变速臂上（图一、图五），弹簧④弹簧⑤各有四根。

变速原理：由在同一平面内对称设置的两只链轮②和两只导轮⑩组成链轮系，由于两链轮不能作逆时针转动（图一），故该链轮系能拖动与之啮合的链条对后轮产生驱动作用。骑行者两足交替蹬踏足蹬。足蹬臂带动中轴使整个轮系绕中轴旋转这样就拖动链条使自行车不断前进。

在行进中，链条的拉力和弹簧组的拉力作用于变速臂的两端，产生一对力矩。链条的拉力矩使变速臂带动链轮向近中轴方向转动，而弹簧的拉力矩则使变速臂带动链轮向远中轴方向转，这一对力矩的平衡就决定了链轮到中轴心的距离，也就决定了这个链轮系统的工作半径。即传动比。当自行车行进阻力大时，链条上拉力也大，这时链条拖动链轮向近中轴方向移动，两链轮距离减小，传动比减小，当行进阻力减小时，此时弹簧将拉动变速臂外转，两链轮距离增大，传动比增大。

本变速器，采用了两只能按规定方向单向旋转的链轮来拖动链条，这是无级变速的关键。

当两链轮对称张开时，原来绕过两链轮和导轮的链条长度不够，但由于链轮可以顺转，故链条可以通过上方链轮顺转（图一）滑入补偿。反之，当两链轮距离减小时，绕过两链轮和导轮间多余的链条又可以被链条张紧器通过图一下方的链轮顺转而拉出。这样就保证了两链轮在规定的最大和最小距离之间的任何位置链条都能很好地与链轮系包络啮合而实现无级变速。

在骑行中，链条上的拉力小于120N时，两链轮距离张开到最大（图一）这时链轮系相当于节圆直径300mm齿数74齿的链轮，按普通自行车后轴飞轮为20齿算，这时得到最大的变速比3.7。

当链条上的拉力大于1000N时，两链轮将会接触，这时链轮系相当于节圆直径146mm齿数36齿的链轮。故最小的变速比为：1.8。

当链条上的拉力大于120N小于1000N时，本变速器自动无级变速，变速比在3.7～1.8之间。

由于本变速器的链轮系链条的包络轮廓呈近似椭园形，足蹬臂(19)与这个椭园的短轴延长线重合，故当足蹬处于上下最高点（相当于曲柄连杆机构的上下死点）时，链轮系短轴竖直，链条对链轮系产生的阻力矩最小。故本变速器使骑行者在足蹬越过上下最高点时比一般具有圆形和近似圆形轮盘的自行车省力得多。

与国内外现有技术比较（参见前面介绍）

1、与国内常见的变速器比较：

国内常见的多级链轮和内三速后轴式变速器，变速时必须用手搬动变速手柄，变速过程中链条必须无工作负荷，变速档少，变速比跳跃大，且操作不熟或不慎易损坏。

本变速器则可在骑行的任一瞬间，随链条拉力变化自动实现无级变速，且不易损坏。

2、与国内出版的《大众机械》杂志85年6期载的法国人米歇尔·德阿尔发明的变速器比较：（以下简称法国变速器）

法国变速嚣                变速比                2.58至5.88

本变速器                ″                1.8至3.7

普通自行车                ″                2.4

从以上比较可见法国变速器的使用效果是增速，而不省力，而本变速器变速比范围则比较合理，既可增速，亦可省力，更适合我国公路状况和一般人的体力。

法国变速器是有级变速，而且只有在一定的工作状况下变速（见《大众机械》85年6期），起动困难，要在足蹬转过一圈后才能调到最佳速比。

本变速器在起动时。足蹬转过90度之内即可获得最佳速比，其它优点如前述。

法国变速器结构复杂，生产成本较高，重量较大约2.5kg，本变速器相对结构简单，成本低，重量约2kg。

3、与国内出版的《世界发明》杂志86年4期封底载的美国人罗依斯·豪斯提德发明的自行车变速器比较：（下称：美国变速器）。

美国变速器：有级变速，变速时动作复杂，需手足协同操作，增速时足蹬顺蹬，且与法国变速器一样只能在轮盘上两个扇形链齿之一单独啮合链条时才能变速；减速时，足蹬需倒蹬，这种操作方式在上坡时很不方便，且需要高级工程塑料制造。

而本变速器的优点如前述，且只须用一般合金结构钢制造。

总之，本变速器能在不中断对自行车驱动的同时自动无级变速变在同样变速比的情况下骑行者足蹬过上下最高点时最省力，且足蹬力的，化最小。这些优点是上述国内外自行车变速器不具备的。

本说明书共有五张附图。图一是从骑行人右侧看本变速器的视图。图二是图一的A－A旋转剖视图，主要表现变速器在自行车架上的安装。图三是图二的D－D剖视图表现的是当两轮链距离最近时的传动情况。图四是图一的B－B剖视旋转。图五是图一的C－C剖视旋转。

本变速器的最佳实施方案：

1、两只单向转动的链轮用现自行车通用的18齿或16齿飞轮充当。

2、两变速臂先分别制出各零件。件(12)可模锻成形再加工大端M36×1外螺纹再加工与轴（15）配合的孔。轴（15）可用35钢车制后热处理HB230。小扇齿轮（13）用40铬冲裁成形或滚齿，齿轮节径40mm，莫数2，齿部热处理HRc40～45。件（14）冲裁或精锻成形后加工孔再焊上件（17）。件（23）用65锰或T₈制造，内外表面粗糙度Ra0.8～1.6（GB1031～83），硬度HRc55～60。以上各零件按设计相互位置装配焊死，也可用三角花键装配后铆接，具体工艺由生产厂家定。

3、大扇齿轮③用40铬钢板冲裁、滚齿。轮齿局部淬火。

4、支架⑥冲裁成形后，精铣两变速臂轴承座圆弧。

5、导轮⑩可用1.5mm铁板冲压成碗状，再将碗状件两只底靠底点焊组成。

6、弹簧组件：弹簧④⑤按一般弹簧制造，大弹簧最大工作负荷300N，小弹簧最大工作负荷150N。弹簧挂耳用2mm铁板冲裁成形即可。

7、右中轴（21）可精锻后再加工键槽，铆钉孔等，然后与件⑥铆装，材料40铬或40锰硼。

8、左中轴（22）由模锻毛坯，然后由切削加工制成，材料同右中轴。

9、和现在的普通自行车比，使用本变速器时链条要向右外侧移16～18mm，所以自行车后轴和后轴壳应加长16～18mm。也可用一只有内外M36×1的螺纹的螺套与飞轮和后轴壳相连，使飞轮向右外侧移15～18mm。自行车其它部分下必改动。

10、在后轴安装一个通用的链条张紧器。

11、将各零部件照附图组装即可。

Claims (5)

1、一个由链轮系，变速臂，支架，齿轮系，弹簧组，中轴构成的自行车无级变速器，其特征是由对称设置的一对链轮和一对导轮组成链轮系，链轮分别固定在各自的变速臂上，这两个变速臂对称设置于支架上，可以在各自的支点上转动，通过齿轮系的啮合，这两个变速臂连同其上的链轮始终对称动作，对置两链轮中心距可增大和缩小，对称中心是本变速器的中轴，整个变速器绕中轴转动。

2、按权利要求1、所述的变速器，其特征是两链轮几何形状一样，均可绕自己的中心按规定方向单向旋转，又可以随变速臂绕变速臂支点公转。

3、按权利要求1、所述的变速器，其特征是两变速臂几何形状相同，中部都有一轴颈，轴颈对称安装在支架上，并可以在其上转动。

4、按权利要求1、所述的变速器，其特征是两变速臂各自轴颈上固连有一小扇齿轮，小扇齿轮都与一个大扇齿轮啮合，这样两变速臂的动作始终是对称的。

5、按权利要求1、所述的变速器，其特征是变速臂一端与弹簧组连接，受到弹簧拉力，另一端装有链轮。受到链条的拉力。

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