CN2905644Y - 自动变速自行车 - Google Patents

Abstract

一种自动变速自行车，在车的原中轴部位，安装一个可根据不同负荷情况，自动变换传动比的变速箱，实现自动变速。技术方案是：将中轴等去掉，在此位置按装一个变速箱，箱中安装主动轴、从动轴、输出齿轮、输出套等组件，将踏板等安装在主动轴上，主动轴与从动轴各安装一组齿轮，使两组齿轮中的一对齿轮啮合。主动轴上安装两个互相以斜面啮合的驱动套，一个固定在主动轴，另一个与齿轮组固定在一起，处于滑动状态。并在其非斜面端安装一只弹簧，弹簧另一端顶在横顶杆上，使两个驱动套保持啮合。工作时，驱动力传到主动轴上后，在两个驱动套斜面上分解为径向旋转力与轴向推力，当推力大于弹簧的压力时，齿轮组发生轴向滑动，实现变速。

Description

自动变速自行车

所属技术领域

本实用新型涉及一种变速自行车，特别是涉及该自行车速度变换部分的自动变速控制技术。

背景技术

目前，市场上各种变速自行车的变速功能，大部分都是将自行车的传动链条在各级不同的前后链轮上进行转换，以改变链轮的传动比，实现自行车的变速。而这种变速方法经使用证明存在以下缺陷：

1、在行进中变速时，需手脚并用，相互配合，操作复杂，不易控制。

2、由于变速器的变速控制一般是用钢索拉动，所以，在自行车使用一定时间后，钢索生锈，就会影响变速控制的灵敏度。

3、自行车传动链条在各级链轮间变换跳动时，产生震动，使传动链条及其他零部件承受冲击负荷，缩短了整车及零部件的使用寿命。而且震动通过脚踏板传给使用者，使骑车人在感觉上很不舒服。

所以，由于上述弊端的存在，虽然目前市场上有多种款式的变速自行车，但用户在使用中真正能经常应用变速功能的，并不很多。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种“自动变速自行车”。该实用新型不但能实现自行车在行进中变速时各级速度间的平滑过渡，而且能根据不同的负荷(力矩)情况，自动变换传动比。并且使用者可以根据自己的身体状况、使用习惯、负荷大小等，对控制这种自动换档的力矩进行调节。以适应使用者不同的使用情况和习惯。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：将自行车中轴位置上现在安装的中轴组件及中轴套等部件去掉，利用此位置安装一个变速箱，将原焊接在中轴套上的自行车车架前、后斜管及后轮水平支撑管，连接在变速箱箱体上。以替代原来的中轴套。在变速箱中安装主动轴与从动轴两只轴，用变速箱的主动轴，代替原自行车的中轴。将脚踏板、踏杆等部件安装在主动轴上。在变速箱内部，主动轴上安装一组主动齿轮组，从动轴上安装一组从动齿轮组，并使其齿轮组中的一组齿轮副相互啮合。同时，在主动轴上安装两个互相以单边斜面啮合的主驱动套和副驱动套，其中主驱动套固定在主动轴轴体上，副驱动套在主动轴上处于滑动状态，并与主动齿轮组固定在一起。同时在其非啮合斜面的一端安装一只压缩弹簧，弹簧的一端顶在副驱动套上，另一端顶在横穿主动轴上的横顶杆上，并给予一定的预应压力，以保证两个驱动套始终保持啮合状态。当使用者踏动脚踏板时，驱动力通过踏杆传到主动轴上，主动轴则通过固定在一起的主驱动套，驱动与之以斜面啮合的副驱动套。通过固定在副驱动套上的主动齿轮组，驱动安装在从动轴上的从动齿轮组，通过输出齿轮与输出套，传递给自行车前链轮，再通过链条将力传给后链轮，驱动自行车的运动。

在此技术方案中，因为安装在主动轴上的主驱动套与副驱动套互相是以斜面啮合的，所以，当骑车人在骑自行车时，施加在主动轴上的径向的扭动力，按照力的分解原理，在主驱动套与副驱动套的啮合斜面上分解成为轴向的推动力和径向的扭动力两种力，而且这种力的分解比例是由啮合斜面的角度决定的，其分解比例是恒定的。当自行车在行驶中负荷增加时，施加在主动轴上的径向扭力也必须增加，分解到啮合斜面上的轴向推力也会相应的随着增加，由于副驱动套的另一端安装有一只压缩弹簧，其对副驱动套的轴向推力，是一种以正弦曲线递增的渐变值。所以当施加在主驱动套与副驱动套啮合斜面上的轴向推力大于弹簧的压力时，主驱动套与副驱动套的啮合斜面就会发生相对位移，副驱动套就会在斜面的作用下，沿着主动轴进行轴向滑动。同样，当这种推力小于弹簧压力时，副驱动套在弹簧的推动下，会滑回原有位置。这样，随着负荷与驱动力的不断变化，副驱动套在主动轴上的相对位置也不断变化，从而带动固定在副驱动套上的主动齿轮组进行轴向滑动，改变与从动齿轮组不同齿轮副的啮合，改变传动比，实现自动变速。

在此技术方案中，设计有变速负荷调节装置。具体设计为、在主动轴一端的中心位置，安装一个调节螺栓，调节螺栓一端开放暴露在主动轴的一端，另一端顶在横穿主动轴的横顶杆上，横顶杆则顶在控制变速力矩的弹簧的一端。通过转动调节螺栓，使横顶杆沿着主动轴发生轴向移动，以改变弹簧对副驱动套的予应压力，从而改变自动换档所需的径向推力的大小，适应使用者的不同要求。

在此技术方案中，为了实现自行车各档位在变速是的的平滑过渡，解决不同齿轮副在互相过渡时的由于变速比不同而产生的自锁现象，本方案将从动齿轮组设计为各个齿轮间互不关联的同向超越离合副，当一组齿轮副啮合工作时，其余齿轮副皆处于分离状态。而当两组齿轮副在变速同时啮合时，只有转速较快的齿轮副工作，而转速相对较慢的齿轮副则处于超越状态，实现了自行车在变速时各档位之间的平滑过渡。

在此技术方案中，考虑到自行车的前链轮较大，而自动变速箱的外形与安装受位置限制，。在本设计中，通过安装在主动轴上的输出套，将自行车前链轮安装在主动轴上，使链轮与主动轴围绕同一轴心按不同速度各自转动，以解决变速箱主动轴与链轮的位置与运动中的重叠与相互干扰问题。

本实用新型的有益效果是，1、变速自行车在使用中，会根据不同负荷的大小，自动变换速度，简化了自行车的操作。2、解决了变速自行车在使用中不同速度间的平滑转换问题。3、由于将变速机构集中安置于变速箱内，简化了自行车的外部结构，有利于自行车的维护保养，延长了自行车的使用寿命。

附图说明

下面结合说明书附图对本实用新型进行进一步说明。

附图1是本实用新型的总体结构及原理图

附图2是自动变速箱的安装位置侧面示意图

附图3是变速箱的变速力矩调节原理图

附图4是变速箱的自动变速原理图

附图5是从动齿轮副的超越离合安装示意图

附图6是从动齿轮副超越离合工作状态示意图

附图7是本方案中的链轮安装示意图

图中：1、主动轴，2、轴承1#，3、主驱动套，4、传动键，5、边盖螺栓6、变速箱体，7、副驱动套及主动齿轮组，8、压缩弹簧，9、副输出齿轮，10、弹簧垫圈，11、横顶杆，12、左边盖，13、轴承2#，14、O型密封圈15、轴承3#，16、调节螺栓，17、孔用弹性档圈，18、输出套，19、自行车前链轮，20、轴承4#，21、主输出齿轮，22、离合器短轴，23、从动齿轮组，24、从动齿轮间隔套，25、从动轴，26、润滑甩油盘，27、轴承5#，28、右边盖，29、脚踏杆，30、链条，31、车架前斜管，32、车架后斜管，33、自行车后轮水平拉管。

具体实施方式

一：总体结构及工作原理

在图1中，主驱动套(3)、副驱动套及主动齿轮组(7)、压缩弹簧(8)、弹簧垫圈(10)、横顶杆(11)、调节螺栓(16)、O型密封圈(14)、分别安装在主动轴(1)上，通过传动键(4)将主驱动套(3)与主动轴(1)固定在一起。并通过压缩弹簧(8)的推力，使主驱动套(3)与副驱动套及主动齿轮组(7)之间的啮合斜面保持一定的予应压力。另外，由主输出齿轮(21)、副输出齿轮(9)组成输出齿轮组，其中，主输出齿轮固定在从动轴组件中从动轴的一端，副输出齿轮固定在输出套上，并使两齿轮始终保持啮合。副输出齿轮(9)通过输出套(18)与自行车前链轮(19)固定在一起。并将自行车脚踏杆(29)分别安装在主动轴(1)的两端。在变速箱的从动轴(25)上，依次安装主输出齿轮(21)离合器短轴(22)从动齿轮组(23)从动齿轮间隔套(24)润滑甩油盘(26)及轴承(20)(27)。主动轴组件与从动轴组件通过轴承(2)轴承(13)轴承(20)轴承(27)支撑在左边盖(12)右边盖(28)上，两边盖则通过边盖螺栓(5)与箱体(6)结合在一起。其工作原理如下：当骑行者踏动脚踏板时，骑行者的驱动力会通过踏杆(29)传到主动轴(1)上，然后，主动轴通过固定在轴上的主驱动套(3)，驱动与之以斜面啮合的副驱动套及主动齿轮组(7)上。通过主动齿轮，驱动安装在从动轴上的从动齿轮，然后通过从动轴(25)、主输出齿轮(21)、驱动副输出齿轮(9)、通过输出套(18)，传递给自行车前链轮(19)，再通过链条将力传给车轮，驱动自行车的运动。

二：变速箱的安装位置

在图2中、变速箱体(6)分别焊接在车架前斜管(31)、车架后斜管(32)、自行车后轮水平拉管(33)上。

三：变速箱自动变速原理及变速控制负荷的调节

在图4中、主驱动套(3)在主动轴(1)的带动下沿斜面方向旋转时，其作用在副驱动套(7)上的轴向旋转的作用力，沿斜面分解为轴向和径向两种力，当分解的径向作用力大于压缩弹簧(8)的弹力时，副驱动套(7)就会沿着主动轴(1)向A向滑动，当作用力小于压缩弹簧(8)的弹力时，副驱动套在压缩弹簧(8)的就会沿着主动轴(1)向B向滑动，从而带动主动齿轮组与从动齿轮组形成不同的齿轮配合副，改变变速比，实现自动变速。考虑到不同使用者的习惯及体力的不同，本实用新型还设计按装了变速负荷调节机构，具体如图3，压缩弹簧(8)通过弹簧垫圈(10)顶在横顶杆(11)上，横顶杆(11)的位置则取决于调节螺栓(16)。当向里拧紧螺栓时，压缩弹簧(8)被压缩，施加在副驱动套及主动齿轮组(7)上的预应压力就会相应的加大，此时实现变速的负荷也随着加大，同理，当调节螺栓(16)向外旋转时，变速所需的负荷力就会变小，这样就可以根据不同使用者的具体情况，进行调节了。

四：变速齿轮组自锁问题的解决

由于自行车是人力驱动，所以，如果在变速中有空档位置，骑行人在使用时就会蹬空，因此，要求上下两级齿轮副在进行变换时，不能同时脱离，但由于上下两级齿轮副的变速比不同，在变速过程中就会互相干扰，俗称“自锁”。为了解决不同齿轮副在换档时产生的自锁问题，在本实用新型中，根据自行车是人力驱动，转速较低，冲击负荷较小的特点。将从动齿轮组设计为由几个互不关联的个体齿轮组成，每个齿轮都通过独立安装的、同向的超越离合器与从动轴保持联动(如图5)，当一组啮合齿轮副工作时，其余齿轮副皆处于非啮合状态。而当两组齿轮副在换档同时啮合时，只有转速较快的齿轮副工作，而转速相对较慢的齿轮副则处于超越状态(图6)，从而解决了两组齿轮副同时啮合时产生自锁现象。

五：动力输出及前链轮的安装

由于自行车的前链轮较大，而自动变速箱的外形与安装受位置限制，输出链轮与主动轴在位置与运动中就会产生位置重叠和相互干扰。为了解决此问题，本设计通过安装在主动轴上的输出套结构，在图7中：自行车前链轮(19)与副输出齿轮(9)同时安装在输出套(18)上，而输出套(18)则通过轴承(13)固定在左边盖(12)上，而主动轴(1)则通过轴承(15)固定在输出套(18)上。这样，使链轮与主动轴在工作时围绕同一园心按不同速度各自转动，解决了其位置重叠与运动干扰问题。

Claims (7)

1、一种自动变速自行车，这种变速自行车去掉了现有自行车的中轴套部分，在此位置安装一个能够根据负荷大小自动变换齿轮比的齿轮变速箱，其特征是：该变速箱主要由箱体、左右边盖、主动轴组件、从动轴组件、输出齿轮组、输出套及用于支撑、固定上述组件的轴承、螺栓组成，其中，变速箱内部安装有主动轴组件、从动轴组件、输出齿轮组与输出套、主动轴两端伸出于变速箱左右边盖，自行车的脚踏杆安装在上面，输出套的一端伸出于边盖外，自行车的大链轮装在上面，其结构关系为，脚踏杆驱动主动轴组件，主动轴组件通过不同的齿轮组合驱动从动轴组件，从动轴组件通过输出齿轮组驱动输出套把驱动大链轮。

2、根据权利要求1所述的自动变速自行车，其特征是：这种变速自行车安装的变速箱，用变速箱的箱体取代现自行车的中轴部分，变速箱箱体焊接在自行车车架前后架管交接处原中轴位置处。

3、根据权利要求1所述的自动变速自行车，其特征是：在这种变速自行车安装的变速箱中，主动轴组件由主动轴、主驱动套、副驱动套、主动齿轮组、压缩弹簧、横顶杆、调节螺栓组成，其相互结构关系为、主驱动套与副驱动套相互以阶梯斜面啮合装配在主动轴上，其中，主驱动套固定在主动轴上，副驱动套与主动齿轮组固定在一起，并保持在主动轴上滑动，另外在副驱动套非斜面一端安装一支压缩弹簧，弹簧的另一端顶在横顶杆上，以保持两个驱动套的啮合斜面上有一定的预应压力，主动齿轮组随副驱动套在主动轴上滑动，阶梯斜面的每一台阶位置分别对应于每组主动齿轮与从动齿轮的啮合位置，并保持始终有一组齿轮副啮合。

4、根据权利要求1所述的自动变速自行车，其特征是：在这种变速自行车安装的变速箱的主动轴中心，安装有一支调节螺栓，该螺栓的一端开放暴露在主动轴的一端，另一端顶在横穿主动轴的支撑压缩弹簧的横顶杆上。

5、根据权利要求1所述的自动变速自行车，其特征是：在这种变速自行车安装的自动变速箱中，从动轴组件由从动轴、从动齿轮组组成，其中，从动齿轮组由几个互不关联的个体齿轮组成，每个齿轮都通过独立安装的、同向的超越离合器与从动轴保持联动。

6、根据权利要求1所述的自动变速自行车，其特征是：在这种变速自行车安装的自动变速箱中，输出齿轮组由主输出齿轮、副输出齿轮组成，其中，主输出齿轮固定在从动轴组件中从动轴的一端，副输出齿轮固定在输出套上，并使两齿轮始终保持啮合。

7、根据权利要求1所述的自动变速自行车，其特征是：在这种自动变速自行车安装的变速箱中，输出套通过支撑轴承独立安装于主动轴的一端，输出套的一端伸出到变速箱体外，输出齿轮组中的副输出齿轮安装于输出套位于变速箱内的一端，自行车的大链轮固定安装在输出套伸出的一端。