專利名稱:自動變速自行車的制作方法
技術領域:
本實用新型涉及一種變速自行車,特別是涉及該自行車速度變換部分的自動變速控制技術。
背景技術:
目前,市場上各種變速自行車的變速功能,大部分都是將自行車的傳動鏈條在各級不同的前后鏈輪上進行轉換,以改變鏈輪的傳動比,實現自行車的變速。而這種變速方法經使用證明存在以下缺陷1、在行進中變速時,需手腳并用,相互配合,操作復雜,不易控制。
2、由于變速器的變速控制一般是用鋼索拉動,所以,在自行車使用一定時間后,鋼索生銹,就會影響變速控制的靈敏度。
3、自行車傳動鏈條在各級鏈輪間變換跳動時,產生震動,使傳動鏈條及其他零部件承受沖擊負荷,縮短了整車及零部件的使用壽命。而且震動通過腳踏板傳給使用者,使騎車人在感覺上很不舒服。
所以,由于上述弊端的存在,雖然目前市場上有多種款式的變速自行車,但用戶在使用中真正能經常應用變速功能的,并不很多。
發明內容
本實用新型的目的是提供一種“自動變速自行車”。該實用新型不但能實現自行車在行進中變速時各級速度間的平滑過渡,而且能根據不同的負荷(力矩)情況,自動變換傳動比。并且使用者可以根據自己的身體狀況、使用習慣、負荷大小等,對控制這種自動換檔的力矩進行調節。以適應使用者不同的使用情況和習慣。
本實用新型解決其技術問題所采用的技術方案是將自行車中軸位置上現在安裝的中軸組件及中軸套等部件去掉,利用此位置安裝一個變速箱,將原焊接在中軸套上的自行車車架前、后斜管及后輪水平支撐管,連接在變速箱箱體上。以替代原來的中軸套。在變速箱中安裝主動軸與從動軸兩只軸,用變速箱的主動軸,代替原自行車的中軸。將腳踏板、踏桿等部件安裝在主動軸上。在變速箱內部,主動軸上安裝一組主動齒輪組,從動軸上安裝一組從動齒輪組,并使其齒輪組中的一組齒輪副相互嚙合。同時,在主動軸上安裝兩個互相以單邊斜面嚙合的主驅動套和副驅動套,其中主驅動套固定在主動軸軸體上,副驅動套在主動軸上處于滑動狀態,并與主動齒輪組固定在一起。同時在其非嚙合斜面的一端安裝一只壓縮彈簧,彈簧的一端頂在副驅動套上,另一端頂在橫穿主動軸上的橫頂桿上,并給予一定的預應壓力,以保證兩個驅動套始終保持嚙合狀態。當使用者踏動腳踏板時,驅動力通過踏桿傳到主動軸上,主動軸則通過固定在一起的主驅動套,驅動與之以斜面嚙合的副驅動套。通過固定在副驅動套上的主動齒輪組,驅動安裝在從動軸上的從動齒輪組,通過輸出齒輪與輸出套,傳遞給自行車前鏈輪,再通過鏈條將力傳給后鏈輪,驅動自行車的運動。
在此技術方案中,因為安裝在主動軸上的主驅動套與副驅動套互相是以斜面嚙合的,所以,當騎車人在騎自行車時,施加在主動軸上的徑向的扭動力,按照力的分解原理,在主驅動套與副驅動套的嚙合斜面上分解成為軸向的推動力和徑向的扭動力兩種力,而且這種力的分解比例是由嚙合斜面的角度決定的,其分解比例是恒定的。當自行車在行駛中負荷增加時,施加在主動軸上的徑向扭力也必須增加,分解到嚙合斜面上的軸向推力也會相應的隨著增加,由于副驅動套的另一端安裝有一只壓縮彈簧,其對副驅動套的軸向推力,是一種以正弦曲線遞增的漸變值。所以當施加在主驅動套與副驅動套嚙合斜面上的軸向推力大于彈簧的壓力時,主驅動套與副驅動套的嚙合斜面就會發生相對位移,副驅動套就會在斜面的作用下,沿著主動軸進行軸向滑動。同樣,當這種推力小于彈簧壓力時,副驅動套在彈簧的推動下,會滑回原有位置。這樣,隨著負荷與驅動力的不斷變化,副驅動套在主動軸上的相對位置也不斷變化,從而帶動固定在副驅動套上的主動齒輪組進行軸向滑動,改變與從動齒輪組不同齒輪副的嚙合,改變傳動比,實現自動變速。
在此技術方案中,設計有變速負荷調節裝置。具體設計為、在主動軸一端的中心位置,安裝一個調節螺栓,調節螺栓一端開放暴露在主動軸的一端,另一端頂在橫穿主動軸的橫頂桿上,橫頂桿則頂在控制變速力矩的彈簧的一端。通過轉動調節螺栓,使橫頂桿沿著主動軸發生軸向移動,以改變彈簧對副驅動套的予應壓力,從而改變自動換檔所需的徑向推力的大小,適應使用者的不同要求。
在此技術方案中,為了實現自行車各檔位在變速是的的平滑過渡,解決不同齒輪副在互相過渡時的由于變速比不同而產生的自鎖現象,本方案將從動齒輪組設計為各個齒輪間互不關聯的同向超越離合副,當一組齒輪副嚙合工作時,其余齒輪副皆處于分離狀態。而當兩組齒輪副在變速同時嚙合時,只有轉速較快的齒輪副工作,而轉速相對較慢的齒輪副則處于超越狀態,實現了自行車在變速時各檔位之間的平滑過渡。
在此技術方案中,考慮到自行車的前鏈輪較大,而自動變速箱的外形與安裝受位置限制,。在本設計中,通過安裝在主動軸上的輸出套,將自行車前鏈輪安裝在主動軸上,使鏈輪與主動軸圍繞同一軸心按不同速度各自轉動,以解決變速箱主動軸與鏈輪的位置與運動中的重疊與相互干擾問題。
本實用新型的有益效果是,1、變速自行車在使用中,會根據不同負荷的大小,自動變換速度,簡化了自行車的操作。2、解決了變速自行車在使用中不同速度間的平滑轉換問題。3、由于將變速機構集中安置于變速箱內,簡化了自行車的外部結構,有利于自行車的維護保養,延長了自行車的使用壽命。
下面結合說明書附圖對本實用新型進行進一步說明。
附圖1是本實用新型的總體結構及原理圖附圖2是自動變速箱的安裝位置側面示意圖附圖3是變速箱的變速力矩調節原理圖附圖4是變速箱的自動變速原理圖附圖5是從動齒輪副的超越離合安裝示意圖附圖6是從動齒輪副超越離合工作狀態示意圖附圖7是本方案中的鏈輪安裝示意圖圖中1、主動軸,2、軸承1#,3、主驅動套,4、傳動鍵,5、邊蓋螺栓6、變速箱體,7、副驅動套及主動齒輪組,8、壓縮彈簧,9、副輸出齒輪,10、彈簧墊圈,11、橫頂桿,12、左邊蓋,13、軸承2#,14、O型密封圈15、軸承3#,16、調節螺栓,17、孔用彈性檔圈,18、輸出套,19、自行車前鏈輪,20、軸承4#,21、主輸出齒輪,22、離合器短軸,23、從動齒輪組,24、從動齒輪間隔套,25、從動軸,26、潤滑甩油盤,27、軸承5#,28、右邊蓋,29、腳踏桿,30、鏈條,31、車架前斜管,32、車架后斜管,33、自行車后輪水平拉管。
具體實施方式
一總體結構及工作原理在圖1中,主驅動套(3)、副驅動套及主動齒輪組(7)、壓縮彈簧(8)、彈簧墊圈(10)、橫頂桿(11)、調節螺栓(16)、O型密封圈(14)、分別安裝在主動軸(1)上,通過傳動鍵(4)將主驅動套(3)與主動軸(1)固定在一起。并通過壓縮彈簧(8)的推力,使主驅動套(3)與副驅動套及主動齒輪組(7)之間的嚙合斜面保持一定的予應壓力。另外,由主輸出齒輪(21)、副輸出齒輪(9)組成輸出齒輪組,其中,主輸出齒輪固定在從動軸組件中從動軸的一端,副輸出齒輪固定在輸出套上,并使兩齒輪始終保持嚙合。副輸出齒輪(9)通過輸出套(18)與自行車前鏈輪(19)固定在一起。并將自行車腳踏桿(29)分別安裝在主動軸(1)的兩端。在變速箱的從動軸(25)上,依次安裝主輸出齒輪(21)離合器短軸(22)從動齒輪組(23)從動齒輪間隔套(24)潤滑甩油盤(26)及軸承(20)(27)。主動軸組件與從動軸組件通過軸承(2)軸承(13)軸承(20)軸承(27)支撐在左邊蓋(12)右邊蓋(28)上,兩邊蓋則通過邊蓋螺栓(5)與箱體(6)結合在一起。其工作原理如下當騎行者踏動腳踏板時,騎行者的驅動力會通過踏桿(29)傳到主動軸(1)上,然后,主動軸通過固定在軸上的主驅動套(3),驅動與之以斜面嚙合的副驅動套及主動齒輪組(7)上。通過主動齒輪,驅動安裝在從動軸上的從動齒輪,然后通過從動軸(25)、主輸出齒輪(21)、驅動副輸出齒輪(9)、通過輸出套(18),傳遞給自行車前鏈輪(19),再通過鏈條將力傳給車輪,驅動自行車的運動。
二變速箱的安裝位置在圖2中、變速箱體(6)分別焊接在車架前斜管(31)、車架后斜管(32)、自行車后輪水平拉管(33)上。
三變速箱自動變速原理及變速控制負荷的調節在圖4中、主驅動套(3)在主動軸(1)的帶動下沿斜面方向旋轉時,其作用在副驅動套(7)上的軸向旋轉的作用力,沿斜面分解為軸向和徑向兩種力,當分解的徑向作用力大于壓縮彈簧(8)的彈力時,副驅動套(7)就會沿著主動軸(1)向A向滑動,當作用力小于壓縮彈簧(8)的彈力時,副驅動套在壓縮彈簧(8)的就會沿著主動軸(1)向B向滑動,從而帶動主動齒輪組與從動齒輪組形成不同的齒輪配合副,改變變速比,實現自動變速。考慮到不同使用者的習慣及體力的不同,本實用新型還設計按裝了變速負荷調節機構,具體如圖3,壓縮彈簧(8)通過彈簧墊圈(10)頂在橫頂桿(11)上,橫頂桿(11)的位置則取決于調節螺栓(16)。當向里擰緊螺栓時,壓縮彈簧(8)被壓縮,施加在副驅動套及主動齒輪組(7)上的預應壓力就會相應的加大,此時實現變速的負荷也隨著加大,同理,當調節螺栓(16)向外旋轉時,變速所需的負荷力就會變小,這樣就可以根據不同使用者的具體情況,進行調節了。
四變速齒輪組自鎖問題的解決由于自行車是人力驅動,所以,如果在變速中有空檔位置,騎行人在使用時就會蹬空,因此,要求上下兩級齒輪副在進行變換時,不能同時脫離,但由于上下兩級齒輪副的變速比不同,在變速過程中就會互相干擾,俗稱“自鎖”。為了解決不同齒輪副在換檔時產生的自鎖問題,在本實用新型中,根據自行車是人力驅動,轉速較低,沖擊負荷較小的特點。將從動齒輪組設計為由幾個互不關聯的個體齒輪組成,每個齒輪都通過獨立安裝的、同向的超越離合器與從動軸保持聯動(如圖5),當一組嚙合齒輪副工作時,其余齒輪副皆處于非嚙合狀態。而當兩組齒輪副在換檔同時嚙合時,只有轉速較快的齒輪副工作,而轉速相對較慢的齒輪副則處于超越狀態(圖6),從而解決了兩組齒輪副同時嚙合時產生自鎖現象。
五動力輸出及前鏈輪的安裝由于自行車的前鏈輪較大,而自動變速箱的外形與安裝受位置限制,輸出鏈輪與主動軸在位置與運動中就會產生位置重疊和相互干擾。為了解決此問題,本設計通過安裝在主動軸上的輸出套結構,在圖7中自行車前鏈輪(19)與副輸出齒輪(9)同時安裝在輸出套(18)上,而輸出套(18)則通過軸承(13)固定在左邊蓋(12)上,而主動軸(1)則通過軸承(15)固定在輸出套(18)上。這樣,使鏈輪與主動軸在工作時圍繞同一園心按不同速度各自轉動,解決了其位置重疊與運動干擾問題。
權利要求1.一種自動變速自行車,這種變速自行車去掉了現有自行車的中軸套部分,在此位置安裝一個能夠根據負荷大小自動變換齒輪比的齒輪變速箱,其特征是該變速箱主要由箱體、左右邊蓋、主動軸組件、從動軸組件、輸出齒輪組、輸出套及用于支撐、固定上述組件的軸承、螺栓組成,其中,變速箱內部安裝有主動軸組件、從動軸組件、輸出齒輪組與輸出套、主動軸兩端伸出于變速箱左右邊蓋,自行車的腳踏桿安裝在上面,輸出套的一端伸出于邊蓋外,自行車的大鏈輪裝在上面,其結構關系為,腳踏桿驅動主動軸組件,主動軸組件通過不同的齒輪組合驅動從動軸組件,從動軸組件通過輸出齒輪組驅動輸出套把驅動大鏈輪。
2.根據權利要求1所述的自動變速自行車,其特征是這種變速自行車安裝的變速箱,用變速箱的箱體取代現自行車的中軸部分,變速箱箱體焊接在自行車車架前后架管交接處原中軸位置處。
3.根據權利要求1所述的自動變速自行車,其特征是在這種變速自行車安裝的變速箱中,主動軸組件由主動軸、主驅動套、副驅動套、主動齒輪組、壓縮彈簧、橫頂桿、調節螺栓組成,其相互結構關系為、主驅動套與副驅動套相互以階梯斜面嚙合裝配在主動軸上,其中,主驅動套固定在主動軸上,副驅動套與主動齒輪組固定在一起,并保持在主動軸上滑動,另外在副驅動套非斜面一端安裝一支壓縮彈簧,彈簧的另一端頂在橫頂桿上,以保持兩個驅動套的嚙合斜面上有一定的預應壓力,主動齒輪組隨副驅動套在主動軸上滑動,階梯斜面的每一臺階位置分別對應于每組主動齒輪與從動齒輪的嚙合位置,并保持始終有一組齒輪副嚙合。
4.根據權利要求1所述的自動變速自行車,其特征是在這種變速自行車安裝的變速箱的主動軸中心,安裝有一支調節螺栓,該螺栓的一端開放暴露在主動軸的一端,另一端頂在橫穿主動軸的支撐壓縮彈簧的橫頂桿上。
5.根據權利要求1所述的自動變速自行車,其特征是在這種變速自行車安裝的自動變速箱中,從動軸組件由從動軸、從動齒輪組組成,其中,從動齒輪組由幾個互不關聯的個體齒輪組成,每個齒輪都通過獨立安裝的、同向的超越離合器與從動軸保持聯動。
6.根據權利要求1所述的自動變速自行車,其特征是在這種變速自行車安裝的自動變速箱中,輸出齒輪組由主輸出齒輪、副輸出齒輪組成,其中,主輸出齒輪固定在從動軸組件中從動軸的一端,副輸出齒輪固定在輸出套上,并使兩齒輪始終保持嚙合。
7.根據權利要求1所述的自動變速自行車,其特征是在這種自動變速自行車安裝的變速箱中,輸出套通過支撐軸承獨立安裝于主動軸的一端,輸出套的一端伸出到變速箱體外,輸出齒輪組中的副輸出齒輪安裝于輸出套位于變速箱內的一端,自行車的大鏈輪固定安裝在輸出套伸出的一端。
專利摘要一種自動變速自行車,在車的原中軸部位,安裝一個可根據不同負荷情況,自動變換傳動比的變速箱,實現自動變速。技術方案是將中軸等去掉,在此位置按裝一個變速箱,箱中安裝主動軸、從動軸、輸出齒輪、輸出套等組件,將踏板等安裝在主動軸上,主動軸與從動軸各安裝一組齒輪,使兩組齒輪中的一對齒輪嚙合。主動軸上安裝兩個互相以斜面嚙合的驅動套,一個固定在主動軸,另一個與齒輪組固定在一起,處于滑動狀態。并在其非斜面端安裝一只彈簧,彈簧另一端頂在橫頂桿上,使兩個驅動套保持嚙合。工作時,驅動力傳到主動軸上后,在兩個驅動套斜面上分解為徑向旋轉力與軸向推力,當推力大于彈簧的壓力時,齒輪組發生軸向滑動,實現變速。
文檔編號B62M11/00GK2905644SQ200420056950
公開日2007年5月30日 申請日期2004年11月8日 優先權日2004年11月8日
發明者杜紀榮 申請人:杜紀榮