CN1010293B - 摇杆驱动变速自行车 - Google Patents
摇杆驱动变速自行车Info
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Abstract
一种脚蹬作上、下蹬踏的，采用摇杆式驱动装置的两轮自行车，其驱动装置中的摇杆，有自适应变速功能，在上坡时能随蹬踏力的变大而实现自适应降速。脚蹬曲柄的蹬踏力经过摇杆、链条传至后轴上的左右飞轮驱动自行车后轮。该飞轮中有可倒行功能，允许自行车倒推。通过人体力学试验作出的机器尺寸优化设计，使骑行者感到轻快省力，平稳舒适。
Description
本发明涉及摇杆推进自行车，属自行车的总体结构以及传动和变速机构领域。
自行车自1818年发明以来，到1879年已经基本定型。近百年来，其传动原理没有发生变化，因为传统的链传动比较简单合理，因此长期沿用这种传动。
八十年代初，美国推出一种新型的自行车传动原理，即摇杆式传动原理（见图1），美国专利号为（4，574，649）（见图2）。该原理能消除普通自行车曲柄在上、下死点位置附近的低效行程，使自行车有更高的出力，其效果能省力一半。此外，由于采用了摇杆式传动，只要在摇杆上改变链条的联接位置就能实现变速，结构简单，变速范围较广。但是在变速方式上，现有摇杆式车型的变速过程中需停业蹬踏，这对于在上坡行程中进行变速是极为不利的。摇杆传动的另一个重要缺点是自行车不能倒推，当倒推时，任一摇杆摆到极限位置，就不能继续倒推，可能造成使用上的不便。
本发明的目的是用一种新的传动机构和变速机构代替传统的传动变速机构。本发明在摇杆传动方案的基础上，针对现有各种变速机构的缺点，提出了“自适应变速”的构思，使变速过程具有一定的自适应能力，即在上坡时，能随坡度的大小实现相应的降速，而且在适应性变速的过程中不必中止驱动。本发明设计了可倒行飞轮，使自行车倒推时，飞轮中的千斤自动脱开，实现了自由的倒推。
另外，要使人骑车时感到省力有二个途径。一是提高运动部件的传动效率，二是用人体力学的研究成果来对机构的总体布局和尺寸进行优
化设计，使骑行者在骑行时感到舒适、轻松，易于发力，产生省力的感觉。本发明经人体力学试验研究作出了机构总体尺寸的优化计算结果。
本发明是在前一发明专利申请号87100698的基础上，作了全面的改进。
图1，图2是已有技术。
图3是本发明的总体结构。
图4a是传动机构立体图。 图4b是伸缩套筒。
图5是摇杆式传动装置的优化尺寸示意图。
图6a是摇杆内部的变速装置。 图6b是套筒短轴。
图7a是可倒行飞轮。 图7b是倒行控制机构。
下面结合附图，详细介绍本发明的具体内容。
图3是本车的具体结构。在车架（1）的中轴上，安装有左、右曲柄（2），曲柄前端为脚蹬，摇杆（3）以一定角度和曲柄固定相联。摇杆本身为一变速装置，内有变速控制机构和自适应变速机构，通过下端引出的钢丝绳（4）由安装在车把上的操纵手柄（5）进行变速操纵，控制链条（6）端部的滑块（7）在摇杆上的位置，以实现变速。安装在后轴上的左、右两个飞轮（8）和链条啮合，将链条拉力传到后车轮上，驱动自行车前进。链条有左、右两段，中间联结一根钢丝绳（9），钢丝绳绕过中轴前下方安装在车架上的换向轮（10）实现换向，即左右脚蹬互相带动此上彼下。
图（4）是传动机构立体图，可更清楚地看出左右两套机构通过链条相联的关系。在钢丝绳和链条的联结处，有一个具有伸缩功能的伸缩套筒（11），该伸缩套筒内有压簧（12）和园滑块（13）。当链拉力加大时，可自动伸长，用以适应变速后链条长度的不同变化，并减轻在脚蹬上、下极限位置处链条中产生的冲击力。在飞轮下方，左右各有一护链罩（14），保证链条在起动时不致脱落。
图（5）是摇杆式传动装置的曲柄，摇杆及其相对于后轴O3的相对位置。O2为曲轴的传动中心。图上标注了各优化尺寸的参数符号。本发明的摇杆传动装置的机构尺寸，经人体力学试验和人机学研究，得出合理的目标函数，再经计算机优化设计计算，得出了机构的优化尺寸，主要包括：
（1）曲柄长度L1＝280～300毫米
（2）摇杆与曲柄夹角Φ＝140°～150°
（3）曲柄中心位置O2（相当于传动车的中轴）和后轴中心位置O3的相对位置坐标为：
x0＝320～380毫米
y0＝50～80毫米
（4）滑块行程位置：最大L2＝210～230毫米
最小L2′＝120～140毫米
这样的尺寸，在骑行时，有较理想的输出动力特性，使骑行者感到轻松省力。
图（6）为摇杆内部的变速装置，包括变速控制机构和自适行控制机构，右边由与拉杆（15）相联的钢丝绳（4）通至安装在车把上的操纵手柄上。滑块（7）上通过链条联接板（16）联接链条，再和飞轮相联。其中的变速控制机构，由拉杆，升速齿板（17），降速齿板（18）等组成。齿板用来控制滑块的运动，齿板的齿形为锯齿形，当齿板升起时，滑块可沿斜面滑出，不能向垂直面滑动，造成单向可滑动（即升速或降速）的趋势。齿板上有槽，拉杆上的套筒短轴（19）在槽中，拉杆由操纵手柄通过钢丝绳拉动，套筒短轴在槽内左右滑动，使两齿板交替推出或同时收进，实现回中，升速、锁紧、降速四种功能。压簧（20）安装在拉杆和弹簧限位板（21）之间，保证拉杆的回程
动作顺利实现。两个导向套筒（22）用来对齿板的运动作导向，保证齿板顺利地上、下滑动，实现对滑块的控制。其中的自适应控制机构，由滑杆（23），压簧（24）和限位套（25）等组成。滑块套在滑杆上，两根压簧也套在滑杆上，中间用限位套隔开，限位套的作用是使滑块在两块齿板都下降时能实现自动回中。导向套筒（26）用来对限位套导向并限位，簧片（27）和垫板（28）用来压住滑块，使滑块不致跳槽。滑块沿摇杆上的滑槽滑动的推动力来自链条的拉力，滑动的方向受齿板的控制，滑动所能达到的位置则复压簧的压力的限制，该压力限制滑块下滑（向右滑）的程度，实现自适应功能。
图（7）为可倒行飞轮（8），包括链轮和倒行控制机构。链轮组装在后轴档（29）上，由牙盘（30）、左、右丝档（31）、垫圈（32）组成。调节片（33）用来调节两排滚珠的间隙，牙盘内侧接外套座（34），通过千斤顶（35）带动后车轮转动。倒行控制机构由千斤、拨块（36）、芯子（37）、卡环（38）和变力弹簧（39）组成。拨块套在千斤轴上，可拨开千斤。变力弹簧套在后轴档上，当后车轮正转时，和后轴档之间的摩擦阻力很小。当车轮反转时，摩擦阻力增大很多倍，于是卡环受阻，拨动拨块，打开千斤，使链轮和后车轮脱开，实行自行车倒推无阻碍的功能。千斤簧（40）是在正常骑行过程中用来恢复千斤位置的。倒行为图中A视逆时针方向。
本发明的摇杆驱动变速自行车，经试制成样车后，作二十公里对比性试骑，以中速档轻快地骑行时，普通轻便车必须使劲追赶才能跟上，可见本车型骑行轻快省力的效果是明显的。当上坡时，只要事先将手柄置于“降速”档，变速装置即能自动按坡度大小实现相应的降速。到坡顶后，可将手柄放在自动回中档，则变速装置能自动回到中速档，随后将手柄放到锁紧档，即能在中速位置上固定。
根据试骑结果分析，此种车型最舒适省力的速度是中速档。而在上坡时，骑行者最希望能不中断蹬踏地实现自适应变速。因此，本装置的关键功能是自适应降速和自动回中两种功能。
Claims (2)
1、一种摇杆驱动变速自行车，在该自行车的车架中轴上，安装有左右曲柄(2)，摇杆(3)以一定角度和曲柄固联，摇杆本身为一变速装置，通过下端引出的钢丝绳(4)，由安装在车把上的操纵手柄(5)进行变速操纵，控制链条(6)端部的滑块(7)摇杆上的位置以实现变速，安装在后轴上的左右两个飞轮(8)和链条相联，链条和滑块之间有链条联接板(16)，左、右两段链条之间联结一根钢丝绳(9)，钢丝绳绕过中轴前下方，安装在车架上的换向轮(10)实现换向，由上述各部分组合而成为传动机构，其特征在于所述的变速机构是一个自适应变速机构，其中变速控制机构包括拉杆(15)，升速齿板(17)，降速齿板(18)组成，齿板的齿形为锯齿形，齿板上有槽，拉杆上的套筒短轴(19)嵌在槽中，拉杆左右拉动时，套筒短轴在槽内左右滑动，使两齿板交替推出或同时收进，压簧(20)安装在拉杆和弹簧限位板(21)之间，保证拉杆的回程动作，两个导向套筒(22)用来对齿板的运动导向，保证齿板上下滑动；其中的自适应变速机构由滑杆(23)，压簧(24)和限位套(25)组成，滑块套在滑杆上，两根压簧也套在滑杆上，中间用限位套隔开，导向套筒(26)用来对限位套导向并限位，簧片(27)和垫板(28)用来压住滑块；所述的飞轮(8)是可倒行飞轮，由链轮和倒行控制机构组成，其中的链轮由牙盘(30)，左右丝档(31)，垫圈(32)，调节片(33)和后轴档(29)组成，牙盘由滚珠支承在后轴档上，其内侧接外套座(34)，通过千斤(35)带动后车轮转动；其中的倒行控制机构由外套座(34)，千斤(35)，拨块(36)，芯子(37)，卡环(38)和变力弹簧(39)组成，当后车轮反转时，变力弹簧和反轴档之间的摩擦阻力变力，通过拨块，打开千斤，使链轮和后车轮脱开；在钢丝绳(9)和链条的联结处有一具有伸缩功能的伸缩套(11)，该伸缩套筒内有压簧(12)和园滑块(13)组成，用以适应变速后链条长度的变化，在飞轮下方，有一护链罩(14)，保证链条不致脱落。
2、一种如权利要求1所述的自行车，其特征在于曲柄，摇杆和飞轮在车架上的安装位置和备件的几何尺寸，经人体力学试验和优化设计计算所得数据为：
（1）曲柄长度L1＝280～300毫米
（2）摇杆与曲柄的夹角Φ＝140°～150°
（3）曲柄中心位置O2对后轴中心O3的相对位置坐标为X0＝320～380毫米，y0＝50～80毫米。
（4）滑块行程距离：最大L2＝210～230毫米。
最小L2′＝120～140毫米。
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