CN110871872A - 实现自行车无级变速的无级变速装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及实现自行车无级变速的无级变速装置,包括飞轮、主动盘、花鼓盖、输入环、主体保持架、输出环、花鼓、变速调节器、变速器和主轴;主体保持架与输入环之间、与输出环之间均具有施压环;主体保持架上固定有变速支撑架及位于变速支撑架上的一对半球体,变速支撑架啮合连接有变速拨齿,变速拨齿螺纹连接有变速螺旋;花鼓的小端螺栓连接有刹车片。将该无级变速装置安装到自行车上后,转动车把上的手动调速器,可使变速调节器带动变速拨齿运动,变速拨齿带动两个半球体横向左右摆动,使各施压环与对应半球体之间接触点产生直径差变化,由于两个半球体紧固后是一个球体,这将使得该直径差变化是无级别的,从而实现骑行自行车时的无级变速。
Description
技术领域
本发明涉及自行车领域,尤其涉及一种实现自行车无级变速的无级变速装置。
背景技术
随着人们对运动热爱程度的不断加深,自行车运动已经成为业余爱好者和专业队员非常喜爱的竞技性运动。
现有的大部分自行车都是能实现多级变速的变速自行车,即这类自行车允许骑行者根据需要选择合适的齿轮数比,也就是对应自行车运动时的不同级别的档位,以满足骑行过程中所碰到的各种路况。
然而,现在带有不同档位的变速自行车实质上仍旧是有级变速,也就是只能在固定的档位之间选择变化。骑行者只能在有限级数的档位上来回变化,却无法真正满足骑行者“随心”调整至随意级数的档位上的实际需要。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对上述现有技术提供一种实现自行车无级变速的无级变速装置。该无级变速装置在被安装到自行车上后,可以满足骑行者“随心”调整自行车速度至任意级别档位上,实现自行车无级变速。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为:实现自行车无级变速的无级变速装置,其特征在于,包括飞轮、主动盘、花鼓盖、输入环、主体保持架、输出环、花鼓、变速调节器、变速器和主轴;所述输入环和所述输出环分别设置在所述主体保持架的两侧;其中:
所述飞轮与主动盘通过螺纹相连,所述主动盘的一端通过轴承与主轴相连,主动盘的另一端通过第一轴承与花鼓盖相连;所述主动盘上形成有若干第一卡齿,所述输入环上形成有若干匹配主动盘上对应第一卡齿的第一卡槽,且配合状态下的第一卡齿与对应的第一卡槽之间留有间隙;
所述输入环的正侧面具有第一弧形凹槽,输入环的反侧面具有均匀分布的第一螺旋槽;所述输入环与所述花鼓盖之间具有平面圈,所述平面圈的正侧面为平面,平面圈的反侧面具有与所述输入环上的第一弧形凹槽相对应的弧形槽;
所述输入环的第一弧形凹槽与所述平面圈的弧形槽相对贴合设置,且所述第一弧形凹槽与所述弧形槽之间放置有若干能够转动的第一钢球;所述输入环的第一螺旋槽内放置有若干能够转动的第二钢球;
所述输入环与所述主体保持架之间具有第一施压环,所述第一施压环上的正侧面形成有与所述第一螺旋槽内的钢球相切的斜倒角,所述第一施压环的反侧面形成有螺旋状结构槽;所述第一施压环的正侧面通过第二钢球与所述输入环的第一螺旋槽相切贴合;所述第一施压环与所述输入环之间通过第二钢球限定有第一钢球保持架;
所述输出环的正侧面具有均匀分布的第二螺旋槽;所述输出环与所述主体保持架之间具有第二施压环,所述输出环的第二螺旋槽内放置有若干能够转动的第三钢球,所述第二施压环与输出环之间通过第三钢球限定有第二钢球保持架;所述第二施压环的反侧面形成有与所述输出环的第二螺旋槽内的钢球相切的斜倒角;所述第二施压环的反侧面通过第三钢球与所述输出环的第二螺旋槽相切贴合;
所述花鼓的小端一侧与所述变速调节器通过轴承相连,且所述变速调节器与主轴通过另一轴承连接,所述花鼓的小端通过螺栓连接有刹车片;
所述主体保持架上固定有变速传动装置,所述变速传动装置包括变速支撑架、能够抵触第一施压环反侧面的第一半球体以及能够抵触第二施压环正侧面的第二半球体;
所述第一半球体和第二半球体等大且相互紧固后形成整球体,紧固后的所述第一半球体和第二半球体对称地位于所述变速支撑架的两侧,所述整球体的球心与所述变速支撑架的中心处于同一轴线上,且各半球体能够围绕所述轴线做轴心转动;
所述主轴的首端依次穿过变速螺旋、变速拨齿、第一施压环、输入环、花鼓盖、主动盘和飞轮,且主轴的首端通过螺母与主动盘相紧固;所述主轴的末端依次穿过第二施压环、输出环、花鼓、变速调节器、刹车片和变速器,且主轴的末端通过另一螺母与变速器相紧固;
所述平面圈、输入环、变速传动装置、主体保持架、变速拨齿、变速螺旋、输出环、各施压环、各轴承、各钢球以及各钢球保持架均位于所述花鼓与花鼓盖紧固后所形成的空间内。
改进地,在所述无级变速装置中,所述各半球体均具有中空结构。
再改进,在所述无级变速装置中,所述变速支撑架具有能够与所述各半球体形成间隙的弧形架,所述弧形架上具有啮合连接变速拨齿的卡齿。
具体地,在所述无级变速装置中,所述主动盘上的卡齿数目以及所述输入环上的卡槽数目相匹配。
改进地,在所述无级变速装置中,所述花鼓与花鼓盖通过螺纹结构相互紧固。
进一步改进,在所述无级变速装置中,所述变速螺旋位于所述变速拨齿的内侧。
再改进地,在所述无级变速装置中,所述第一钢球保持架上设置有对应放置钢球用的钢球限位孔以及放置有弹簧的弹簧限位孔。
改进地,在所述无级变速装置中,所述主体保持架上形成有第一限位槽和第二限位槽,所述变速支撑架具有匹配放入第一限位槽内以令该变速支撑架转动的转轴以及限位在第二限位槽内的弧形限位块,所述弧形限位块位于所述弧形架上;相互匹配后的所述转轴与所述第一限位槽之间留置有间隙,且该间隙内放置有垫圈。
与现有技术相比,本发明的优点在于:在将该无级变速装置安装到自行车上后,骑行者通过转动自行车的车把手上的手动调速器,就可以促使变速调节器带动变速拨齿运动,变速拨齿带动变速支撑架上的两个半球体产生横向的左右摆动,使得第一施压环与第一半球体之间的接触点以及第二施压环与第二半球体之间的接触点产生直径差,从而会产生速度的变化,而钢球每转动一个细微的角度都会带动两个半球体的直径差发生变化,由于两个半球体紧固后作为整体是一个球体,这将使得两个半球体的直径差变化是无级别的,从而实现骑行自行车时的无级变速。
附图说明
图1为本发明实施例中无级变速装置的结构示意图;
图2为图1所示无级变速装置的另一视角的示意图;
图3为图1所示无级变速装置的剖视图;
图4为图1所示无级变速装置的分解结构示意图;
图5为输入环的结构示意图;
图6为图5所示输入环的背面示意图;
图7为输出环的结构示意图;
图8为图7所示输出环的背面示意图;
图9为变速传动装置的结构示意图;
图10为第一施压环的结构示意图;
图11为主动盘的结构示意图;
图12为主体保持架的结构示意图;
图13为第一钢球保持架的结构示意图。
具体实施方式
以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。
如图1至图13所示,本实施例中实现自行车无级变速的无级变速装置,包括飞轮1、主动盘2、花鼓盖3、输入环4、主体保持架5、输出环6、花鼓7、变速调节器8、变速器9和主轴10;输入环4和输出环6分别设置在主体保持架5的两侧;其中:
飞轮1与主动盘2通过螺纹相连,主动盘2的一端通过轴承与主轴10相连,主动盘2的另一端通过第一轴承11与花鼓盖3相连;主动盘2上形成有若干第一卡齿12,输入环4上形成有若干匹配主动盘上对应第一卡齿12的第一卡槽13,且配合状态下的第一卡齿12与对应的第一卡槽13之间留有间隙;其中,主动盘2上的卡齿数目以及输入环4上的卡槽数目相匹配,例如,均为偶数个;本实施例中的该卡齿数目和卡槽数目均设置为6个;
输入环4的正侧面具有第一弧形凹槽14,输入环4的反侧面具有均匀分布的第一螺旋槽15;输入环4与花鼓盖3之间具有平面圈15,平面圈15的正侧面为平面,平面圈15的反侧面具有与该输入环4上的第一弧形凹槽14相对应的弧形槽16;
输入环4的第一弧形凹槽14与平面圈15的弧形槽16相对贴合设置,且第一弧形凹槽14与弧形槽16之间放置有若干能够转动的第一钢球17,这些第一钢球能够给在第一弧形凹槽14与弧形槽16贴合后所形成的空间内转动;输入环4的第一螺旋槽15内放置有若干能够转动的第二钢球18;也就说,这些第二钢球只能在输入环上做转动;
输入环4与主体保持架5之间具有第一施压环20,第一施压环20上的正侧面形成有与第一螺旋槽15内的钢球相切的斜倒角,第一施压环20的反侧面形成有螺旋状结构槽21;第一施压环20的正侧面通过第二钢球18与输入环4的第一螺旋槽15相切贴合;第一施压环20与输入环4之间通过第二钢球18限定有第一钢球保持架19;其中,第一钢球保持架19上设置有对应放置钢球用的钢球限位孔191以及放置有弹簧的弹簧限位孔192。通过在第一施压环20上设置倾倒角,可以使得该第一施压环20与对应的第二钢球18相抵触,以在第一施压环20被施加外力时,该第一施压环20也能够给第二钢球18朝向输入环4方向的分力,使得第二钢球18朝向花鼓盖3的方向挤压输入环4;
输出环6的正侧面具有均匀分布的第二螺旋槽22;输出环6与主体保持架5之间具有第二施压环23,输出环6的第二螺旋槽22内放置有若干能够转动的第三钢球24,第二施压环23与输出环6之间通过第三钢球24限定有第二钢球保持架25;第二钢球保持架25的结构与第一钢球保持架19的结构相同;第二施压环23的反侧面形成有与输出环6的第二螺旋槽22内的钢球相切的斜倒角;第二施压环23的反侧面通过第三钢球24与输出环的第二螺旋槽22相切贴合;其中,通过在第二施压环23上设置此处的倾倒角,可以使得该第二施压环23与对应的第三钢球24相抵触,以在第二施压环23被施加外力时,该第二施压环也能够给第三钢球24朝向输出环方向的分力,使得第三钢球24朝向花鼓7的方向挤压输出环6;
花鼓7的小端一侧与变速调节器8通过轴承相连,且变速调节器8与主轴10通过另一轴承连接,花鼓7的小端通过螺栓连接有刹车片26;
主体保持架5上固定有变速传动装置,该变速传动装置包括变速支撑架27、能够抵触第一施压环反侧面的第一半球体28以及能够抵触第二施压环正侧面的第二半球体29;第一半球体28和第二半球体29等大且相互紧固后形成整球体,紧固后的第一半球体28和第二半球体29对称地位于变速支撑架27的两侧,整球体的球心与变速支撑架27的中心处于同一轴线上,且各半球体能够围绕该轴线做轴心转动;变速支撑架27通过卡齿啮合连接有变速拨齿30,变速拨齿30通过螺纹连接有变速螺旋31;
主轴10的首端依次穿过变速螺旋31、变速拨齿30、第一施压环20、输入环4、花鼓盖3、主动盘2和飞轮1,且主轴10的首端通过螺母32与主动盘2相紧固;主轴10的末端依次穿过第二施压环23、输出环6、花鼓7、变速调节器8、刹车片26和变速器9,且主轴10的末端通过另一螺母33与变速器9相紧固;
平面圈15、输入环4、变速传动装置、主体保持架5、变速拨齿30、变速螺旋31、输出环6、各施压环、各轴承、各钢球以及各钢球保持架均位于花鼓7与花鼓盖3紧固后所形成的空间内。其中,该实施例中的花鼓7与花鼓盖3通过螺纹结构相互紧固;变速螺旋31位于变速拨齿30的内侧。第二施压环23的结构与第一施压环20结构相似,关于第二施压环23的结构可以参照图9中所示的第一施压环20结构。
另外,本实施例的主体保持架5上形成有第一限位槽51和第二限位槽52,变速支撑架27具有匹配放入第一限位槽51内以令该变速支撑架转动的转轴271以及限位在第二限位槽52内的弧形限位块272,弧形限位块272位于弧形架34上;相互匹配后的转轴271与第一限位槽51之间留置有间隙,且该间隙内放置有垫圈。由此设置,不仅可以确保紧固在变速支撑架上的两个半球体紧固后所形成的整球的球心始终与该变速支撑架的中心同轴,即便两个半球体大小没有完全等大,也可以保证第一半球体和第二半球体均能够做出轴向转动;而通过在转轴271与第一限位槽51之间的间隙内设置垫圈,可以避免变速支撑架的转轴不会与主体保持架的对应限位槽直接发生接触摩擦,从而可以避免两者因摩擦而发出“哒哒”的摩擦噪声。垫圈优选具有弹性的材料做成。
为了在确保变速传动装置正常工作的情况下,有效地降低整个无级变速装置的重量,本实施例中的各半球体均具有中空结构。例如,每一个半球体均为空心结构,或者,每一个半球体内部的部分是空心结构。
作为实现变速传动装置与变速拨齿之间的啮合连接,本实施例中的变速支撑架27具有能够与各半球体形成间隙的弧形架34,弧形架34上具有啮合连接变速拨齿的卡齿。
在该无级变速装置安装到自行车上时,变速器9与自行车的车把上的手动调速器连接,自行车的链条卡扣在飞轮1的齿轮上,花鼓7通过辐条连接到自行车的车轮。以下结合图1~图11,对本实施例中无级变速装置实现自行车无级变速的原理做出说明:
当骑行者用脚踩踏自行车的脚踏板后,飞轮1转动,转动的飞轮1带动主动盘2转动;转动的主动盘2带动输入环4转动,转动的输入环4产生使第一施压环20偏离该输入环的轴向分力;位于输入环正侧面一侧的平面圈15因为受到紧固的花鼓盖3的作用而无法朝着花鼓盖方向分离,此时的第一施压环20与第二钢球18就会因相互抵触而产生压力,进而带动变速支撑架27上的第一半球体28旋转,旋转的第一半球体28带动第二半球体29旋转;两个半球体会产生一个促使变速支撑架27作用到变速拨齿30上的合力,而该变速支撑架27给两个半球体产生支撑作用力;
第一施压环20对第二钢球18的挤压进而转移到第二施压环23上,由于第二施压环23与输出环6之间也有一个螺旋槽,第三钢球24作用在该螺旋槽上的力与第一钢球18作用在输入环上的螺旋槽力大小相等;
第一施压环20与第二钢球18之间的摩擦力以及第二施压环23与第三钢球24之间的摩擦力最终会克服人施加在自行车脚踏板上的力,进而使得花鼓7发生转动,最后有转动的花鼓7通过辐条带动自行车的车轮转动,实现了自行车的前行运动;
两个半球体会给变速支撑架一个下压的合力而使变速支撑架受到主体保持架的支撑作用;通过变速支撑架上的转轴与主体保持架的第一限位槽之间的配合以及变速支撑架的弧形限位块与主体保持架之间的第二限位槽之间的配合,可以有效地限定变速支撑架的转动自由度,进而限定了相互紧固后各半球体在其他方向的活动自由度,使得紧固后的整个球体只能在沿着主轴的延伸方向上做轴向转动;
变速支撑架的齿与变速拨齿相啮合,当变速螺旋因受到手动调速器而发生旋转时,变速螺旋会带动变速拨齿沿着主轴的延伸方向做左右移动,从而使整个变速传动装置围绕着转轴做一定幅度的左右摆动,使得第一施压环20与第一半球体28之间的接触点以及第二施压环23与第二半球体29之间的接触点产生直径差,从而会产生速度的变化,而钢球每转动一个细微的角度都会带动两个半球体的直径差发生变化,由于两个半球体紧固后作为整体是一个球体,这将使得两个半球体的直径差变化是无级别的,从而实现骑行自行车时的无级变速。
Claims (8)
1.实现自行车无级变速的无级变速装置,其特征在于,包括飞轮(1)、主动盘(2)、花鼓盖(3)、输入环(4)、主体保持架(5)、输出环(6)、花鼓(7)、变速调节器(8)、变速器(9)和主轴(10);所述输入环(4)和所述输出环(6)分别设置在所述主体保持架(5)的两侧;其中:
所述飞轮(1)与主动盘(2)通过螺纹相连,所述主动盘(2)的一端通过轴承与主轴(10)相连,主动盘(2)的另一端通过第一轴承(11)与花鼓盖(3)相连;所述主动盘(2)上形成有若干第一卡齿(12),所述输入环(4)上形成有若干匹配主动盘上对应第一卡齿(12)的第一卡槽(13),且配合状态下的第一卡齿(12)与对应的第一卡槽(13)之间留有间隙;
所述输入环(4)的正侧面具有第一弧形凹槽(14),输入环(4)的反侧面具有均匀分布的第一螺旋槽(15);所述输入环(4)与所述花鼓盖(3)之间具有平面圈(15),所述平面圈(15)的正侧面为平面,平面圈(15)的反侧面具有与所述输入环上的第一弧形凹槽(14)相对应的弧形槽(16);
所述输入环(4)的第一弧形凹槽(14)与所述平面圈(15)的弧形槽(16)相对贴合设置,且所述第一弧形凹槽(14)与所述弧形槽(16)之间放置有若干能够转动的第一钢球(17);所述输入环(4)的第一螺旋槽(150)内放置有若干能够转动的第二钢球(18);
所述输入环(4)与所述主体保持架(5)之间具有第一施压环(20),所述第一施压环(20)的正侧面形成有与所述第一螺旋槽(150)内的钢球相切的斜倒角,所述第一施压环(20)的反侧面形成有螺旋状结构槽(21);所述第一施压环(20)的正侧面通过第二钢球(18)与所述输入环(4)的第一螺旋槽(150)相切贴合;所述第一施压环(20)与所述输入环(4)之间通过第二钢球(18)限定有第一钢球保持架(19);
所述输出环(6)的正侧面具有均匀分布的第二螺旋槽(22);所述输出环(6)与所述主体保持架(5)之间具有第二施压环(23),所述输出环(6)的第二螺旋槽(22)内放置有若干能够转动的第三钢球(24),且所述第二施压环(23)与所述输出环(6)之间通过第三钢球(24)限定有第二钢球保持架(25);所述第二施压环(23)的反侧面形成有与所述输出环(6)的第二螺旋槽(22)内的钢球相切的斜倒角;所述第二施压环(23)的反侧面通过第三钢球(24)与所述输出环的第二螺旋槽(22)相切贴合;
所述花鼓(7)的小端一侧与所述变速调节器(8)通过轴承相连,且所述变速调节器(8)与主轴(10)通过另一轴承连接,所述花鼓(7)的小端通过螺栓连接有刹车片(26);
所述主体保持架(5)上固定有变速传动装置,所述变速传动装置包括变速支撑架(27)、能够抵触第一施压环反侧面的第一半球体(28)以及能够抵触第二施压环正侧面的第二半球体(29);
所述第一半球体(28)和第二半球体(29)等大且相互紧固后形成整球体,紧固后的所述第一半球体(28)和第二半球体(29)对称地位于所述变速支撑架(27)的两侧,所述整球体的球心与所述变速支撑架(27)的中心处于同一轴线上,且各半球体能够围绕所述轴线做轴心转动;
所述变速支撑架(27)通过卡齿啮合连接有变速拨齿(30),所述变速拨齿(30)通过螺纹连接有变速螺旋(31);
所述主轴(10)的首端依次穿过变速螺旋(31)、变速拨齿(30)、第一施压环(20)、输入环(4)、花鼓盖(3)、主动盘(2)和飞轮(1),且主轴(10)的首端通过螺母(32)与主动盘(2)相紧固;所述主轴(10)的末端依次穿过第二施压环(23)、输出环(6)、花鼓(7)、变速调节器(8)、刹车片(26)和变速器(9),且主轴(10)的末端通过另一螺母(33)与变速器(9)相紧固;
所述平面圈(15)、输入环(4)、变速传动装置、主体保持架(5)、变速拨齿(30)、变速螺旋(31)、输出环(6)、各施压环、各轴承、各钢球以及各钢球保持架均位于所述花鼓(7)与花鼓盖(3)紧固后所形成的空间内。
2.根据权利要求1所述的无级变速装置,其特征在于,所述各半球体均具有中空结构。
3.根据权利要求1所述的无级变速装置,其特征在于,所述变速支撑架(27)具有能够与所述各半球体形成间隙的弧形架(34),所述弧形架(34)上具有弧形啮合连接变速拨齿的卡齿。
4.根据权利要求1所述的无级变速装置,其特征在于,所述主动盘(2)上的卡齿数目以及所述输入环(4)上的卡槽数目相匹配。
5.根据权利要求1所述的无级变速装置,其特征在于,所述花鼓(7)与花鼓盖(3)通过螺纹结构相互紧固。
6.根据权利要求1~5任一项所述的无级变速装置,其特征在于,所述变速螺旋(31)位于所述变速拨齿(30)的内侧。
7.根据权利要求1~5任一项所述的无级变速装置,其特征在于,所述第一钢球保持架(19)上设置有对应放置钢球用的钢球限位孔(191)以及放置有弹簧的弹簧限位孔(192)。
8.根据权利要求3所述的无级变速装置,其特征在于,所述主体保持架(5)上形成有第一限位槽(51)和第二限位槽(52),所述变速支撑架(27)具有匹配放入第一限位槽(51)内以令该变速支撑架转动的转轴(271)以及限位在第二限位槽(52)内的弧形限位块(272),所述弧形限位块(272)位于所述弧形架(34)上;相互匹配后的所述转轴(271)与所述第一限位槽(51)之间留置有间隙,且该间隙内放置有垫圈。
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