CN106379479A - 一种自行车自动变速器及传动系统 - Google Patents

Abstract

本发明特别涉及一种自行车自动变速器及传动系统，自动变速器包括浮动齿盘及浮动齿盘驱动器，浮动齿盘驱动器括驱动盘、力臂、轮齿、销轴、调节盘、扭力弹簧、导向盘，调节盘在扭力弹簧拉力作用下，通过力臂将力臂上轮齿压紧在条形通孔靠近驱动盘边沿一端内；浮动齿盘安装在驱动盘与导向盘之间，浮动齿盘包括齿盘体及内齿圈，齿盘体外圆上所设齿与自行车上链条啮合，内齿圈与浮动齿盘驱动器中由力臂上轮齿所组成的齿环啮合；传动系统包括浮动齿盘及浮动齿盘驱动器、单片飞轮、链条、后轴、中轴、曲柄、脚踏和花鼓，飞轮通过链条与浮动齿盘配合连接，浮动齿盘驱动器通过中孔安装在中轴上。本发明结构简单，制造方便、成本低，安全可靠、性能优良，传动效率高。

Description

一种自行车自动变速器及传动系统

技术领域

本发明涉及一种机械传动类变速器，特别是涉及一种自行车自动变速器及传动系统，尤其适用于链传动系统。

背景技术

目前，自行车上所使用较多的变速器一般分为两大类：一类变速器是通过改变一组不同直径的轮盘和一组不同直径的飞轮与链条的配合，来实现变速的。该类变速器存在一些明显的缺点：比如结构比较复杂，变速过程中由于链条的受力方向与后轴及中轴的轴线不垂直，动力损耗大，所导致链条及齿盘磨损快、寿命短、效率低，链条容易出现扭曲、顿挫、脱落，甚至断裂现象。另一类为自行车行星齿轮变速器（即所谓的内变速器），是利用自行车在骑行过程中变速器中的控制部件在运转时产生的离心力来切换齿轮的组合，来改变传动比、实现变速的。该类变速器也存在些明显的缺点：比如结构相当复杂，制造成本高，重量较重，维修费用高，变速过程中有明显的顿挫感等等。因此，研究开发一种结构简单，制造方便、成本低廉，且安全可靠、性能优良，传动效率高的自行车变速器，便成为本行业领域内多年来亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明要解决的技术问题就是克服上述现有技术的不足，而提供一种结构简单，制造方便、成本低廉，且安全可靠、性能优良，传动效率高的自行车自动变速器及传动系统。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

设计一种自行车自动变速器，包括浮动齿盘及浮动齿盘驱动器，其中浮动齿盘驱动器包括驱动盘及其两侧所设的导向盘和调节盘，驱动盘、导向盘和调节盘上分别沿中心轴线设有中孔，且驱动盘上的中孔用于匹配套装在自行车中轴上，驱动盘上均布设有多个环状排列的条形通孔，条形通孔的走向与中孔边沿的切线方向相平行；调节盘的边沿均布设有多个环状排列的力臂和扭力弹簧，其中力臂、扭力弹簧与条形通孔的数量为一一对应，力臂的一端与调节盘活动铰接，力臂的另一端装有轮齿，力臂上的轮齿穿过驱动盘上的条形通孔处于驱动盘与导向盘之间，力臂上的轮齿相应环状排列组成齿环，扭力弹簧的一端固定在调节盘上，扭力弹簧的另一端固定在驱动盘上；调节盘在扭力弹簧的拉力作用下，通过力臂将力臂上的轮齿压紧在条形通孔的靠近驱动盘边沿的一端内；

所述浮动齿盘安装在浮动齿盘驱动器的驱动盘与导向盘之间，且浮动齿盘包括刚性连接的齿盘体及内齿圈，其中齿盘体外圆上所设齿与自行车上链条啮合连接，内齿圈与浮动齿盘驱动器中由力臂上的轮齿所组成的齿环啮合连接。

优选地，在上述自行车自动变速器中，所述驱动盘两侧沿中心轴线分别设有凸台，导向盘和调节盘上的中孔分别与相应侧的凸台螺纹固定连接，驱动盘上的中孔贯穿设置在凸台上。

优选地，在上述自行车自动变速器中，所述力臂的一端通过销轴与调节盘活动铰接。

优选地，在上述自行车自动变速器中，所述扭力弹簧的一端固定于调节盘上用以安装扭力弹簧的孔内，扭力弹簧的另一端固定于驱动盘上用以安装扭力弹簧的销轴上。

优选地，在上述自行车自动变速器中，所述调节盘包括轮毂及表面周向均布设置的多个辐条，其中辐条的数量与力臂、扭力弹簧一一对应，且力臂、扭力弹簧设于辐条的边沿上。

优选地，在上述自行车自动变速器中，所述力臂与调节盘铰接端为U形叉，U形叉两侧对应嵌装在调节盘两侧。

此外，本发明还提供一种含有上述任一所述的自行车自动变速器的传动系统，还包括飞轮、链条、后轴、中轴、曲柄、脚踏和花鼓，所述飞轮为单片飞轮，该飞轮通过带键槽的飞轮的中孔与塔基配合安装在花鼓上，花鼓通过后轴安装在车架上，飞轮通过链条与浮动齿盘配合连接，浮动齿盘安装在浮动齿盘驱动器上，浮动齿盘驱动器通过中孔安装在中轴上，脚踏安装在曲柄上，曲柄安装在中轴的两端，中轴安装在车架的五通上。

本发明的工作原理是：

本发明是在传统拨链式自行车变速器的基础上，将原前齿盘的三齿盘结构改换成由浮动齿盘及浮动齿盘驱动器等部件组成的变速机构，将原后轴塔基上多片式塔形飞轮结构改换成单个飞轮结构。根据自行车在行驶中的变速需求，通过改变对脚踏施加的力的大小，在浮动齿盘驱动器中其驱动盘及扭力弹簧的辅助作用下来改变在调节盘上环形排列的带有轮齿的力臂的偏转角度,以及力臂上的轮齿在驱动盘上的条形通孔中的位置，从而改变由力臂上的轮齿环状排列所组成的齿环的直径与浮动齿盘的内齿圈啮合,来改变齿环与内齿圈的传动比, 使浮动齿盘在小于其半径的范围内上下浮动，在扭力弹簧的辅助作用下，改变齿环与浮动齿盘的传动比以及浮动齿盘的输出扭矩。变速器无需任何辅助装置及操作，即能根据负载变化及车速，自动调整扭矩及传动比，实现快捷顺畅变速运转。

本发明技术方案的有益效果是：

1、在结构上，本发明采用了浮动齿盘及浮动齿盘驱动器，轴向占用空间小，传动系统的前后齿盘均采用单齿盘，省去了前变速控制器及后变速控制器，因而整体结构更加简化。而且，由于其结构简单，对材料性能要求不高，同时还降低了制造难度及制造成本。

2、在结构上，本发明采用了浮动齿盘及浮动齿盘驱动器，在变速过程中只需改变对脚踏施加的力的大小，不改变链条与飞轮及浮动齿盘之间的配合状态，只改变浮动齿盘驱动器中齿环的直径与内齿圈的内齿的啮合状态，只改变链条的线速度，即能连续改变传动比及输出扭矩，实现自动变速。因而，既不需人工操纵又省时省力，操作更加简便，可靠性也提高。

3、此外，变速过程中，无须缓蹬，动力不会中断，不会出现链条扭曲、脱落及顿挫现象，还降低了动力损耗，因而传动效率高，性能安全可靠，使用寿命长，能给骑行者带来新的愉悦体验。

4、在结构上，本发明调节盘设计为轮毂+辐条结构，大大降低调节盘的重量，使得变速器整体结构重量更轻，自动变速过程更加轻便；而且，力臂与调节盘连接端为U形叉结构且采用嵌装式设计，则有助于提高力臂上所设轮齿的承载力，增强整体结构在工作过程的稳定性和可靠性，并且使得结构外形美观。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明，其中：

图1为本发明自行车自动变速器的结构示意图（为清晰表达，采用了局部剖视图）；

图2为图1所示的右视结构示意图（为清晰表达，采用了剖视图）；

图3为图2所示的局部Ⅰ的放大结构示意图；

图4为本发明的驱动盘的结构示意图；

图5为本发明的调节盘的结构示意图；

图6为本发明的导向盘的结构示意图；

图7为本发明的浮动齿盘的结构示意图；

图8为本发明调节盘和驱动盘的装配结构示意图（调节盘在前，驱动盘在后）；

图9为本发明自行车传动系统的结构示意图；

图中序号：1、飞轮，2、链条，3、浮动型齿盘，

301、齿盘体，302、内齿圈，

4、浮动齿盘驱动器，

401、驱动盘，4011、凸台，4012、中孔，4013、条形通孔，

402、力臂，403、轮齿，404、销轴，

405、调节盘，4051、中孔，4052、轮毂，4053、辐条，

406、扭力弹簧，

407、导向盘，4071、螺纹中孔，

5、后轴，6、中轴，7、曲柄，8、脚踏，9、花鼓。

具体实施方式

下面结合附图和实施例来说明本发明的具体实施方式，但以下实施例只是用来详细说明本发明，并不以任何方式限制本发明的范围，在以下实施例中所涉及的仪器元件如无特别说明，均为常规仪器元件。

实施例一：

参见图1-8，图中，本发明自行车自动变速器，包括浮动齿盘3及浮动齿盘驱动器4，浮动齿盘3安装在浮动齿盘驱动器4上。

其中浮动齿盘驱动器4包括驱动盘401、力臂402、轮齿403、销轴404、调节盘405、扭力弹簧406、导向盘407。

其中导向盘407和调节盘405分别位于驱动盘401两侧，并与驱动盘401通过螺纹安装连接。驱动盘401是一种带有凸台4011的圆盘形的结构部件，凸台4011上有一贯通驱动盘401两侧的中孔4012，驱动盘401通过中孔4012安装在自行车中轴6上。导向盘407是一种带有螺纹中孔4071的圆盘形的结构部件，与驱动盘401配合用以限制浮动齿盘3的游动范围及其运转方向。

其驱动盘401上有六个环状排列的条形通孔4013，条形通孔4013在驱动盘401上的间距均布，力臂402的一端通过销轴404安装在调节盘405上，轮齿403安装在力臂402的另一端上，力臂402上的轮齿403穿过驱动盘401上的条形通孔4013处于驱动盘401与导向盘407之间，力臂402上的轮齿403环状排列组成的齿环与浮动齿盘3的内齿圈302的内齿啮合。

调节盘405通过其中孔4051安装在驱动盘401的凸台4011的外圆上，扭力弹簧406与力臂402对应安装在调节盘405与驱动盘401的外圆之间,扭力弹簧406的一端安装在调节盘405的边沿上的用以安装扭力弹簧406的孔里,另一端安装在驱动盘401的外圆上的用以安装扭力弹簧406的销轴404上；调节盘405在扭力弹簧406的拉力作用下，通过力臂402将力臂402上的轮齿403压紧在条形通孔4013的靠近驱动盘401边沿的一端内。

进一步的，调节盘405包括轮毂4052及表面周向均布设置的六个辐条4053，其中辐条4053的数量与力臂402、扭力弹簧406一一对应，且力臂402、扭力弹簧406设于辐条4053的边沿上。该结构可以大大降低调节盘405的重量，使得变速器整体结构重量更轻。

具体使用时，为了增强整体结构在工作过程的稳定性和可靠性，提高力臂402上所设轮齿403的承载力，力臂402与调节盘的连接端优选采用U形叉结构，并嵌装在调节盘405两侧。因而，整体结构外形美观。

浮动齿盘3安装在浮动齿盘驱动器4的驱动盘401与导向盘407之间，且浮动齿盘3包括刚性连接的齿盘体301及内齿圈302，其中齿盘体301外圆上所设齿与自行车上链条2啮合连接，内齿圈302与浮动齿盘驱动器4中由力臂402上的轮齿403所组成的齿环啮合连接。

实施例二：

参见图9，图中，本发明自行车传动系统，包括浮动齿盘3、浮动齿盘驱动器4，以及飞轮1、链条2、后轴5、中轴6、曲柄7、脚踏8和花鼓9。

其中飞轮1为单片飞轮，该飞轮1通过带键槽的飞轮的中孔与塔基配合安装在花鼓9上，花鼓9通过后轴5安装在车架上，飞轮1通过链条2与浮动齿盘3配合连接，浮动齿盘3安装在浮动齿盘驱动器4上，浮动齿盘驱动器4通过中孔安装在中轴6上，脚踏8安装在曲柄7上，曲柄7安装在中轴6的两端，中轴6安装在车架的五通上。

其中浮动齿盘3及浮动齿盘驱动器4的结构同实施例一，本实施例不再重述。

本发明具体工作过程如下：

当脚踏8受力通过曲柄7带动中轴6转动时，通过浮动齿盘3驱动器4将动力传递给浮动齿盘3，浮动齿盘3通过链条2将动力传递给飞轮1，飞轮1驱动花鼓9并驱动车轮运转使自行车向前行驶。

当自行车处于起步阶段或上坡路段时，车轮需要较大的启动转矩，这时脚踏8上施加的力也应较大，动力通过曲柄7、中轴6、浮动齿盘3驱动器中4的驱动盘401、力臂402、轮齿403等部件，将动力作用在浮动齿盘3的内齿圈302上 ，驱动浮动齿盘3运转，浮动齿盘3通过链条2驱动飞轮1运转。由于此时车轮阻力较大，驱动盘401一方面通过扭力弹簧406及调节盘405将动力传递给力臂402，力臂402通过轮齿将动力传递给浮动齿盘3的内齿圈302，同时，驱动盘401通过其条形通孔4011对力臂上轮齿的导向及驱动作用，致使力臂402向半径较小的方向（即向内侧）产生偏转，力臂402将动力传递给内齿圈302的同时，也通过调节盘405驱动扭力弹簧406拉伸，使扭力弹簧406对力臂402的扭力增大，力臂402偏转后由力臂402上轮齿403所组成的齿环的直径变小，齿环驱动内齿圈302的力增大，脚踏8上施加的力越大，驱动力臂402偏转的幅度越大，也使力臂402上的轮齿在驱动盘401上条形通孔4011中的位置越靠近中轴6的轴线，使由力臂402上轮齿403组成的齿环的直径越小，驱动内齿圈302的力越大，当力臂402偏转到一定程度，齿环上的齿距达到最小，与内齿圈302的齿距相等，齿环上的轮齿403与内齿圈302上的轮齿按照轮齿的排列顺序啮合，这时，轮齿403组成的齿环直径最小，齿环对内齿圈302的驱动力也最大，齿环驱动浮动齿盘3运转，并且克服车轮对其产生的阻力，通过链条2驱动飞轮1及车轮运转，完成自行车的起步过程。

当自行车完成起步后，随着车速的提高阻力的减小，自行车车轮运转过程中所需的扭矩也逐渐减小，这时，浮动齿盘3驱动器4中的力臂402承受的力也逐渐减小，受扭力弹簧406的扭力作用逐渐回转，使其偏转角度减小，使由力臂402上的轮齿403组成的齿环的直径增大，这时，齿环上轮齿的齿距也逐渐增大，与内齿圈302上轮齿的啮合不再按照轮齿的排列顺序啮合，而是间隔轮齿啮合，间隔轮齿的齿数与齿环上轮齿之间的齿距有关，轮齿之间的齿距与力臂偏转的幅度有关，在驱动盘401、调节盘405及扭力弹簧406的辅助作用下，使齿环能够根据齿环上的轮齿的齿距与内齿圈302的轮齿自动适配啮合。齿环直径的增大，使齿环驱动内齿圈302的转速提高，同时，也使浮动齿盘3通过链条2驱动飞轮1及车轮的转速提高。

随着自行车车速的逐渐提高，行驶的路况相对较好时，这时浮动齿盘3的负荷减轻，力臂402也在扭力弹簧406的作用下逐渐回转至初始状态，这时，由力臂402上的轮齿403组成的齿环的直径达到最大，每一个轮齿与内齿圈302上的与其对应的内齿啮合，并且齿环上相邻两轮齿之间间隔的内齿圈302的内齿数相同，浮动齿盘3的圆心与中轴6的轴线重合，浮动齿盘3与中轴6同速运转，通过链条2驱动飞轮1及车轮以较高速度运转。此时，变速器完成整个变速过程。

变速器在变速过程中无论是加速还是减速，都无须任何操作，直接通过控制脚踏力的大小，来自动控制和调整变速器的输出扭矩和转速，变速过程快捷顺畅，不会出现链条2扭曲、脱落以及顿挫现象，能给骑行者带来新的愉悦的体验。

此外，本发明也可以适用于其它链传动的装置或系统中，以实现相同的技术目的。

上面结合附图和实施例对本发明作了详细的说明，但是，所属技术领域的技术人员能够理解，在不脱离本发明宗旨的前提下，还可以对上述实施例中的各个具体参数进行变更，形成多个具体的实施例，均为本发明的常见变化范围，在此不再一一详述。

Claims (7)

1.一种自行车自动变速器，其特征是：包括浮动齿盘及浮动齿盘驱动器，其中浮动齿盘驱动器包括驱动盘及其两侧所设的导向盘和调节盘，驱动盘、导向盘和调节盘上分别沿中心轴线设有中孔，且驱动盘上的中孔用于匹配套装在自行车中轴上，驱动盘上均布设有多个环状排列的条形通孔，条形通孔的走向与中孔边沿的切线方向相平行；调节盘的边沿均布设有多个环状排列的力臂和扭力弹簧，其中力臂、扭力弹簧与条形通孔的数量为一一对应，力臂的一端与调节盘活动铰接，力臂的另一端装有轮齿，力臂上的轮齿穿过驱动盘上的条形通孔处于驱动盘与导向盘之间，力臂上的轮齿相应环状排列组成齿环，扭力弹簧的一端固定在调节盘上，扭力弹簧的另一端固定在驱动盘上；调节盘在扭力弹簧的拉力作用下，通过力臂将力臂上的轮齿压紧在条形通孔的靠近驱动盘边沿的一端内；

所述浮动齿盘安装在浮动齿盘驱动器的驱动盘与导向盘之间，且浮动齿盘包括刚性连接的齿盘体及内齿圈，其中齿盘体外圆上所设齿与自行车上链条啮合连接，内齿圈与浮动齿盘驱动器中由力臂上的轮齿所组成的齿环啮合连接。

2.根据权利要求1所述的自行车自动变速器，其特征是：所述驱动盘两侧沿中心轴线分别设有凸台，导向盘和调节盘上的中孔分别与相应侧的凸台螺纹固定连接，驱动盘上的中孔贯穿设置在凸台上。

3.根据权利要求1所述的自行车自动变速器，其特征是：所述力臂的一端通过销轴与调节盘活动铰接。

4.根据权利要求1所述的自行车自动变速器，其特征是：所述扭力弹簧的一端固定于调节盘上用以安装扭力弹簧的孔内，扭力弹簧的另一端固定于驱动盘上用以安装扭力弹簧的销轴上。

5.根据权利要求1所述的自行车自动变速器，其特征是：所述调节盘包括轮毂及表面周向均布设置的多个辐条，其中辐条的数量与力臂、扭力弹簧一一对应，且力臂、扭力弹簧设于辐条的边沿上。

6.根据权利要求1所述的自行车自动变速器，其特征是：所述力臂与调节盘铰接端为U形叉，U形叉两侧对应嵌装在调节盘两侧。

7.一种含有权利要求1至6任一项所述的自行车自动变速器的传动系统，还包括飞轮、链条、后轴、中轴、曲柄、脚踏和花鼓，该飞轮通过带键槽的飞轮的中孔与塔基配合安装在花鼓上，花鼓通过后轴安装在车架上，脚踏安装在曲柄上，曲柄安装在中轴的两端，中轴安装在车架的五通上，其特征是：所述飞轮为单片飞轮，飞轮通过链条与浮动齿盘配合连接，浮动齿盘安装在浮动齿盘驱动器上，浮动齿盘驱动器通过中孔安装在中轴上。