CN1058833A - 变速链轮 - Google Patents

Abstract

本发明是一种利用滑块的移动来改变链轮的工 作直径，达到改变传动比的目的的链轮变速器，特别 适合于自行车上作为变速装置。它克服了以往变速 链轮存在的变速过程中链条与链轮之间啮合不精确 的缺点，在滑块导向轮上设置了换档相位标识器，在 螺线轮上设置了换档角度控制器，在安装变速链轮的 机架上设置了换档锁定器，三者为一个统一的整体， 共同完成换档控制。有了这套机构，无论在任何情 况，换档都不会使链条与链轮之间的啮合关系混乱。

Description

本发明涉及一种链轮变速器，特别适合于自行车及其它非机动车上作为变速装置。它能够可靠地利用滑块的移动来改变链轮的工作直径，达到改变传动比的目的。

以往公知的变速链轮存在下述中的缺点：

1.变速过程中，链条与链轮之间齿合不正确。

2.低档位与高档位之间的误差较大，这种误差使得链轮变速器在许多档位上齿合不精确。

例如，在中国实用新型（cn86200102）中公开了一种滑块式链轮变速装置。该装置采用了三个链齿块和三个承链块，这六个滑块夹在两个园盘之间，其中右边圆盘固定在右曲柄上，上有辐射状滑板，滑块可沿滑板滑动，左侧圆盘带有普通螺线，与滑块上的矩形平面螺纹相配合，链条也处在两个圆盘之间，两盘之间靠销子固定，换档时，固定左侧圆盘，旋转右曲柄，自动拔开两盘之间的销子，即可使滑块作径向移动，改变链轮的有效直径。该装置的不足之处是，未能解决换档过程中的链轮齿与链条之间的齿合问题，因为在链轮作伸缩运动过程中，每两个链齿块之间的弧长在连续变化，只要同时有两个链齿块与链条咬合，就会出现齿合不正确的现象。

本发明的目的是改进上述不足之处，而提供一种新型模式的产品。该产品要力求结构简单而功能强，适应各种复杂条件。下面仅以自行车为例进行说明。

本发明的目的可以通过以下结构方式达到：

在主动轴（中轴）上固定安装至少一个滑块导向轮，滑块导向轮为圆盘形，上面带有若干个由中心向圆盘边缘的辐射状滑块导向器，在每个滑块导向器中滑动安装一个滑块，其中有两个滑块带有链齿，称作链齿滑块，每个链齿滑块上带有若干个链齿，用于与链条结合，链齿滑块等角度分布在滑块导向轮上，在每两个链齿滑块之间的若干个滑块导向器中安装上不带链齿的滑块，只作承托链条之用，称作托链滑块，所有的这两种滑块受滑块导向器的限制，只能沿滑块导向轮半径方向作向心或离心滑动，构成了一个可变直径的近似圆盘形的工作链轮。

为了控制滑块在滑块导向器中作径向移动和定位，在滑块的侧面带有螺线齿段;在主动轴（中轴）上安装了螺线轮，螺线轮与滑块导向轮平行，与滑块上的螺线齿段相对应。螺线轮上带有螺线，与滑块上的螺线齿段咬合，螺线轮与主动轴（中轴）之间为活动联接，可相对于滑块导向轮转动，以便驱动滑块作径向移动。当螺线轮与滑块导向轮相对运动停止时，滑块所构成的近似圆盘形工作链轮的直径可保持不变。螺线轮与滑块导向轮之间相对位置的保持是靠两轮之间的摩擦阻尼来实现的。

为了增大滑块导向轮与螺线轮之间的摩擦阻尼，本发明将两轮之间滑动咬合在一起，并且装有紧度调节器。也可直接将螺线轮与主动轴之间配合一定的紧度产生摩擦阻尼。

在换档过程中，滑块所构成的工作链轮直径的变化是一个渐变过程。为了使换档过程中不出现顶齿现象，必须对换档相位进行控制，因而，本发明在滑块导向轮上只安装两个链齿滑块。每两个链齿滑块之间的角度是相等的，两个链齿滑块对称于滑块导向轮中心一字排列。转动中，两个链齿滑块总是交替与链条咬合，两个链齿滑块同时与链条咬合的相位，只有当两个链齿滑块的连线垂直于主动链轮与被动链轮的连线时才会出现，如果在这个相位区换档，就会出现咬齿或顶齿现象，使链条与链轮齿合不正确，因而，这两个相位区为禁止换档区。除去这两个相位区以外，在其它相位区，同一时间内只有一个链齿滑块与链条咬合，因而不会出现上述现象。整个链轮被上述两个禁止换档相位区分隔为四个相位区，两个相位区是允许换档的，另外两个相位区是禁止换档的。

根据上述理由，本发明在滑块导向轮上设置了换档相位标识器，在螺线轮上设置了换档角度控制器，在安装本变速链轮的机架上设置了换档锁定器，三者为一个统一的整体，共同完成换档控制。有了这套机构，无论在任何情况下，换档都不会使链条与链轮之间的齿合关系混乱。

本发明的目的还可以通过以下结构方式更好的实现：

滑块导向器为辐射状长条孔形。

滑块由两片扇形板构成，沿中心线处夹一个条状连接板，断面为“工”字形，可卡入滑块导向轮上的长条孔形滑块导向器中。一面扇形板上带有螺线齿段，另一扇形板上带有托链板或带有链齿。在扇形板上装有弹簧片，以便使滑块与滑块导向轮接合紧密。

由于滑块式变速链轮是用有限个滑块所构成的多边形来代替圆盘形链轮，因而若采用普通等速螺线：

ρ＝ρ₀+αθ （极坐标方程）

（其中：ρ为极半径，θ为极角，α为常数，ρ₀为初始极半径。）

来制造螺线轮，多边形所形成的实际工作链轮的周长与圆盘形链轮的周长存在误差，并且这种误差在不同档位上也是不同的，这种误差使得链条与链齿咬合不精确，容易磨损。

为了消除上述误差，本发明对普通等速螺线进行了修正，修正后的螺线的极座标方程为：

$\mathrm{\ρ}={\mathrm{\ρ}}_0+\mathrm{a\θ}\·\frac{\mathrm{\π}}{K\·\sin \frac{\mathrm{\π}}{K}}$

其中：ρ为极半径，θ为极角，ρ₀为初始极半径，

k为滑块总数，

α与前述普通等速螺线中的α相同，为一非零常数。具体为：

α＝ (L·N)/(2πφ)

其中：L为链节长度，N为链齿滑块总数，φ为每换一档时螺线轮与滑块导向轮之间相对转动的角度（弧度）。

修正后的等速螺线方程比原方程增加了补偿因子：

$\frac{\mathrm{\π}}{k\·\sin \frac{\mathrm{\π}}{k}}$

因子中只有一个变量k，k是滑块总数，k越大，因子越接近1。

采用上述修正后的等速螺线制成的变速链轮无论在任何档位上都与真正的圆盘形链轮完全等效，不存在任何误差，因而，大大提高了滑块式变速链轮的实用性。

换档相位标识器为凸轮圈结构，它可以安装在滑块导向轮上，在允许换档相位区与禁止换档相位区段上，凸轮圈的高度不同，以便用来标识出哪个相位区是允许换档相位区，哪个相位区是禁止换档相位区，在禁止换档相位区中，它的作用是将换档锁定器上的卡销顶起来，使换档锁定器不能对螺线轮进行锁定，因而，在禁止换档相位区永远不会出现换档行为。这就确保了链条与链轮的齿合恒为正确。

换档相位标识器基本形状为圆环状，固定安装在滑块导向轮的外边缘上，对称于圆心，有两条凸起的圆弧，将整个圆环分为四个相位区。圆环的断面为“U”形，带有环状滑槽。

换档角度控制器为带有螺线轮锁定缺口的圆环，它安装在螺线轮上，也可以直接在螺线轮上开出螺线轮锁定缺口，构成与螺线轮为一体的换档角度控制器。换档角度控制器上的螺线轮锁定缺口为等角度分布，螺线轮锁定缺口的个数取决于变速链轮上链齿滑块的个数和每换一档过程中滑块导向轮所旋转的角度。换档时，换档锁定器上的卡销将卡入换档角度控制器上的螺线轮锁定缺口中，使螺线轮不能随滑块导向轮转动，因而，使两轮之间产生相对转动，实现换档。

换档角度控制器基本形状为圆环状，圆环由两个半圆环分别安装在螺线轮上而构成，两个半圆环对接处分别装有将两个半圆环向一起拉的紧度调整板手。圆环的断面为“h”形，带有一圈环形滑块。

换档锁定器主要由卡销、弹簧和卡销滑动支架组成，在卡销滑动支架上滑动安装着卡销，在支架与卡销之间装有弹簧，卡销上装有拉线，与安装在自行车把上的换档开关相连。

换档时，拨动换档开关，卡销受推力弹簧作用，顶向换档相位标识器和换档角度控制器，并在允许换档相位区到来后卡入换档角度控制器上的螺线轮锁定缺口中，将螺线轮锁住。

下面为本发明的两个实施例：

图1为本发明采用一个滑块导向轮（1）与一个螺线轮（2）构成的变速链轮的正面视图。

图2为图1所示变速链轮的Ⅰ-Ⅰ的剖面图。

图3为图1所示变速链轮的Ⅱ-Ⅱ的剖面图。

图4为图1至图3所示变速链轮上的一个托链滑块的带有螺线齿段的一面的视图，上面带有螺线齿段（13）。

图5为托链滑块的沿半径方向的视图。

滑块由两个扇形板中间夹一条状连接板构成，断面为“工”字形，可卡入滑块导向轮上的长条孔形滑块导向器中。一面扇形板上带有螺线齿段（13），另一扇形板上带有托链板（23）或带有链齿。在扇形板上装有弹簧片（24）。

图6为螺线轮（2）的带有螺线的一面的视图。

上面带有螺线齿（12），用于与滑块咬合。沿螺线轮（2）的外缘，套装着换档角度控制器（7），在换档角度控制器（7）上带有螺线轮锁定缺口（15）。

图7为换档相位标识器（6）的视图。

换档相位标识器（6）基本形状为圆环状，固定安装在滑块导向轮（1）的外边缘上，对称于圆心，有两条凸起的圆弧（18），将整个圆环分为四个相位区。圆环的断面为槽形，上面带有环状滑槽（10）。（见Ⅲ-Ⅲ）

图8为换档角度控制器（7）的视图。

换档角度控制器（7）基本形状为圆环状，圆环由两个半圆环分别安装在螺线轮（2）上而构成，两个半圆环对接处分别装有将两个半圆环向一起拉的紧度调整板手（14）。圆环的断面为“h”形，带有一圆环形滑块（25）。（见Ⅳ-Ⅳ）

图9为换档锁定器（8）的剖面图。

卡销（26）滑动安装在卡销滑动支架上，支架与卡销（26）之间装有推力弹簧（19）。卡销（26）上装有钢丝绳（21），与安装在自行车把上的换档扳手（27）相连。

图10为卡销（26）的断面图。

断面为扁矩形，以便能同时与换档相位标识器（6）和换档角度控制器（7）接触。

图11为换档开关（22）的示意图。

换档扳手（27）上带有摩擦盘，与底座上的固定摩擦盘之间有阻尼，以便不换档时能保持推力弹簧（19）的压紧状态。

图12为变速链轮往自行车上安装示意图。

变速链轮安装在中轴上，换档开关（22）安装在自行车把上，换档锁定器（8）安装在自行车车架上，另外安装了链条拉紧器（28），以便将多余链条部分收紧。

图13为采用两个滑块导向轮（29）和两个螺线轮（30）构成的变速链轮的部分剖面图。

下面，结合附图，对实施例作近一步说明。

参看图1至图12，滑块导向轮（1）为圆盘形，中心部位与轴套（9）固定在一起，轴套（9）将安装在自行车中轴上，拐臂（20）与轴套（9）固定连接。因而，转动脚蹬拐臂（20）可使滑块导向轮（1）转动。

滑块导向轮（1）上开有长孔状滑块导向器（3），滑块（4，5）滑动套装在滑块导向器（3）中，滑块（4，5）由两个扇形板中间夹条形板构成，安装在滑块导向轮（1）中时，长条板夹在滑块导向器（3）中，两片扇形板分别出现在滑块导向轮（1）的两面，一片带有螺线齿段（13），与螺线轮（2）上的螺线齿（12）咬合，另一片上带有托链板或链齿，与自行车链条接合。安装弹簧片（24）可使滑块（4，5）保持与滑块导向轮（1）接合紧密，不碰响。换档相位标识器（6）与滑块导向轮（1）的边缘部位用铆钉或螺杆固定。

换档角度控制器（7）由两个半环构成，以便能将换档角度控制器（7）上的环形滑块（25）卡入换档相位标识器（6）上的环状滑槽（10）中，卡入后，用螺杆穿过链轮误差调节孔（16）将换档角度控制器（7）固定在螺线轮（2）上，并通过紧度调整板手（14）将两个半环往一起拉紧，使环形滑块（25）与环状滑槽（10）之间产生适量的摩擦阻尼，紧度调整板手（14）可调紧度，调整后，将螺杆（17）拧紧。链轮误差调节孔（16）为弧形长条孔，它使换档角度控制器（7）与螺线轮（2）之间的相对角度可调节，以便适应不同磨损程度的链条。

换档相位标识器（6）上带有两条凸起圆弧（18），换档角度控制器（7）上带有四个螺线轮锁定缺口（15），换档锁定器（8）安装在自行车架上，不换档时，卡销（26）不与换档相位标识器（6）和换档角度控制器（7）接触，靠钢丝绳（21）的拉力压缩推力弹簧（19）保持收缩状态。钢丝绳（21）的拉力靠换档开关（22）上的摩擦盘之间的阻尼保持住。

换档时，拨动换档开关（22）上的换档扳手（27），使钢丝绳（21）放松，换档锁定器（8）上的卡销（26）在推力弹簧（19）的推动下，顶在换档相位标识器（6）上，转动滑块导向轮（1），卡销（26）沿换档相位标识器（6）的边缘滑动，当凸起圆弧（18）与卡销（26）接触时，卡销（26）被顶起，不能与换档角度控制器（7）接触，无法卡入螺线轮锁定缺口（15）中，因而，不能锁住螺线轮（2），不能换档。因而，防止了在非换档相位进行换档。当换档相位标识器（6）的下降边缘到来时，卡销（26）不受凸起圆弧（18）的作用，则顶向换档角度控制器（7）的边缘上，并在换档角度控制器（7）的边缘上滑动，直到遇到螺线轮锁定缺口（15），方可顶入螺线轮锁定缺口（15）中，将螺线轮（2）锁住，使螺线轮（2）不能随滑块导向轮（1）一起转动。继续转动滑块导向轮（1）则由于滑块导向轮（1）与螺线轮（2）之间产生了相对转动，滑块（4，5）沿螺线轮（2）上螺线齿（12）滑动，同时，使滑块（4，5）产生径向移动，当滑块导向轮（1）与螺线轮（2）之间相对转动四分之一个圆周时，正好使滑块（4，5）所形成的工作链轮的周长增大（加速）或减小（减速）两个链节长，此时，另一个凸起圆弧（18）来临，将卡销（26）顶起，螺线轮（2）被释放，完成一次换档。

此后，在整个近四分之一圆周期间，凸起圆弧（18）控制着禁止换档相位区，此时，有两种选择，若拨动换档扳手（27），使钢丝绳（21）收紧，则整个换档过程结束;若不拨动换档扳手（27），而是继续转动滑块导向轮（1），则卡销（26）在凸起圆弧（18）上继续滑动，直至凸起圆弧（18）全部走过去，则自动开始一轮新的换档过程。

因而，本发明可实现自动连续换档，并且由于换档相位标识器（6）与换档角度控制器（7）和换档锁定器（8）的紧密配合，使本发明无论在任何情况下均不会产生累计误差，始终保持链轮与链条之间的正确齿合关系。

为了使低档位时多余出的链条能自动收紧，在自行车架上安装了链条拉紧器（28）。链条拉紧器（28）为收缩杆结构，内部装有拉力弹簧。

参看图13，这是本发明的实施例2，只画出了半个变速链轮的剖面图，在轴套（36）上固定着两个滑块导向轮（29），链条是挂在两个滑块导向轮（29）之间的滑块上。本实施例实质上相当于使用了两个前述实施例1的变速链轮，两个变速链轮互为反对称，组合在一起，区别是，滑块的形状与实施例1不同，相当于将前述实施例1的每两个互为反对称的滑块合成了一个。

滑块导向轮（29）相当于实施例1中的滑块导向轮（1）。

螺线轮（30）相当于实施例1中的螺线齿（2）。

螺线齿（31）相当于实施例1中的螺线齿（12）。

链齿滑块（32）相当于实施例1中的链齿滑块（4）。

换档相位标识器（33）相当于实施例1中的换档相位标识器（6）。

换档角度控制器（34）相当于实施例1中的换档角度控制器（7）。

档圈（35）相当于实施例1中的档圈（11）。

实施例2中使用上述两个部件，区别是，其中有一个与另一个为反对称。

轴套（36）相当于实施例1的轴套（9）。

本实施例所用的换档锁定器的卡销要比实施例1宽些，以便能同时控制两个互为反对称的链轮。

本实施例的优点是，由于只承受压力，无侧向扭力，所以，滑块导向轮（29）和螺线轮（30）都可做的很薄，可靠性强，耐用，美观，防薄，若工艺水平较高，这种变速链轮有广阔的前景。

Claims (10)

1、一种由滑块、滑块导向轮和螺线轮构成的链轮变速器，其特征是在主动轴上固定安装一至两个滑块导向轮，滑块导向轮上面带有若干个由中心向圆盘边缘的辐射状滑块导向器，在每个滑块导向器中滑动安装一个滑块，所有滑块中，有两个滑块带有链齿，在滑块的侧面带有螺线齿段，在主动轴上装有螺线轮，螺线轮与滑块导向轮平行，螺线轮上带有螺线，与滑块上的螺线齿段咬合，螺线轮与主动轴之间为活动联接，螺线轮与滑块导向轮之间靠两轮之间的摩擦阻尼保持相对位置，在滑块导向轮上设置有换档相位标识器，在螺线轮上设置有换档角度控制器，在安装本变速链轮的机架上设置有换档锁定器。

2、按权利要求1所述的链轮变速器，其特征是滑块导向器为辐射状长条孔形。

3、按权利要求1所述的链轮变速器，其特征是滑块由两片扇形板构成，沿中心线处夹一个条状连接板，断面为“工”字形，一面扇形板上带有螺线齿段，另一扇形板上带有托链板或带有链齿，在扇形板上装有弹簧片。

4、按权利要求1所述的链轮变速器，其特征是螺线的极座标方程为：

$0={\mathrm{\ρ}}_0+a\·\mathrm{\θ}\·\frac{\mathrm{\π}}{K\·\sin \frac{\mathrm{\π}}{K}}$

其中：ρ为极半径，θ为极角，ρ₀为初始极半径，

k为滑块总数，

α为一非零常数，具体为：

α＝ (N·L)/(2π·φ)

其中：L为链节长度，N为链齿滑块总数，φ为每换一档时螺线轮与滑块导向轮之间相对转动的角度（弧度）。

5、按权利要求1所述的链轮变速器，其特征是滑块导向轮与螺线轮之间用环形滑槽和环形滑块滑动咬合在一起，并且装有紧度调节器。

6、按权利要求1所述的链轮变速器，其特征是换档相位标识器为凸轮圈结构，在允许换档相位区与禁止换档相位区段上，凸轮圈的高度不同。

7、按权利要求1或权利要求6所述的链轮变速器，其特征是换档相位标识器的凸轮圈上，对称于圆心，有两条凸起的圆弧，将整个圆环分为四个相位区，圆环的断面为“U”形，带有环状滑槽。

8、按权利要求1所述的链轮变速器，其特征是换档角度控制器为带有螺线轮锁定缺口的圆环，换档角度控制器上的螺线轮锁定缺口为等角度分布。

9、按权利要求1或权利要求8所述的链轮变速器，其特征是换档角度控制器圆环由两个半圆环分别安装在螺线轮上而构成，两个半圆环对接处分别装有紧度调整板手，圆环的断面为“h”形，带有一圈环形滑块。

10、按权利要求1所述的链轮变速器，其特征是换档锁定器由卡销、弹簧和卡销滑动支架组成，在卡销滑动支架上滑动安装着卡销，在支架与卡销之间装有弹簧，卡销上装有拉线，与换档开关相连。

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