搖杆驅動變速自行車的製作方法

2023-05-27 05:19:16 3

專利名稱：搖杆驅動變速自行車的製作方法
技術領域：
本發明涉及搖杆推進自行車，屬自行車的總體結構以及傳動和變速機構領域。
自行車自1818年發明以來，到1879年已經基本定型。近百年來，其傳動原理沒有發生變化，因為傳統的鏈傳動比較簡單合理，因此長期沿用這種傳動。
八十年代初，美國推出一種新型的自行車傳動原理，即搖杆式傳動原理(見

圖1)，美國專利號為(4，574，649)(見圖2)。該原理能消除普通自行車曲柄在上、下死點位置附近的低效行程，使自行車有更高的出力，其效果能省力一半。此外，由於採用了搖杆式傳動，只要在搖杆上改變鏈條的聯接位置就能實現變速，結構簡單，變速範圍較廣。但是在變速方式上，現有搖杆式車型的變速過程中需停業蹬踏，這對於在上坡行程中進行變速是極為不利的。搖杆傳動的另一個重要缺點是自行車不能倒推，當倒推時，任一搖杆擺到極限位置，就不能繼續倒推，可能造成使用上的不便。
本發明的目的是用一種新的傳動機構和變速機構代替傳統的傳動變速機構。本發明在搖杆傳動方案的基礎上，針對現有各種變速機構的缺點，提出了「自適應變速」的構思，使變速過程具有一定的自適應能力即在上坡時，能隨坡度的大小實現相應的降速，而且在適應性變速的過程中不必中止驅動。本發明設計了可倒行飛輪，使自行車倒推時，飛輪中的千斤自動脫開，實現了自由的倒推。
另外，要使人騎車時感到省力有二個途徑。一是提高運動部件的傳動效率，二是用人體力學的研究成果來對機構的總體布局和尺寸進行優化設計，使騎行者在騎行時感到舒適、輕鬆，易於發力，產生省力的感覺。本發明經人體力學試驗研究作出了機構總體尺寸的優化計算結果。
本發明是在前一發明專利申請號87100698的基礎上，作了全面的改進。
圖1，圖2是已有技術。
圖3是本發明的總體結構。
圖4是傳動機構立體圖。
圖5是搖杆式傳動裝置的優化尺寸示意圖。
圖6是搖杆內部的變速裝置。
圖7是可倒行飛輪。
下面結合附圖，詳細介紹本發明的具體內容。
圖3是本車的具體結構。在車架(1)的中軸上，安裝有左、右曲柄(2)，曲柄前端為腳蹬，搖杆(3)以一定角度和曲柄固定相聯。搖杆本身為一變速裝置，內有變速控制機構和自適應變速機構，通過下端引出的鋼絲繩(4)由安裝在車把上的操縱手柄(5)進行變速操縱控制鏈條(6)端部的滑塊(7)在搖杆上的位置，以實現變速。安裝在後軸上的左、右兩個飛輪(8)和鏈條嚙合，將鏈條拉力傳到後車輪上，驅動自行車前進。鏈條有左、右兩段，中間聯結一根鋼絲繩(9)，鋼絲繩繞過中軸前下方安裝在車架上的換向輪(10)實現換向，即左右腳蹬互相帶動此上彼下。
圖(4)是傳動機構立體圖，可更清楚地看出左右兩套機構通過鏈條相聯的關係。在鋼絲繩和鏈條的聯結處，有一個具有伸縮功能的伸縮套筒(11)，該伸縮套筒內有壓簧(12)和園滑塊(13)。當鏈拉力加大時，可自動伸長，用以適應變速後鏈條長度的不同變化，並減輕在腳蹬上、下極限位置處鏈條中產生的衝擊力。在飛輪下方，左右各有一護鏈罩(14)，保證鏈條在起動時不致脫落。
圖(5)是搖杆式傳動裝置的曲柄，搖杆及其相對於後軸O3的相對位置。O2為曲軸的傳動中心。圖上標註了各優化尺寸的參數符號。本發明的搖杆傳動裝置的機構尺寸，經人體力學試驗和人機學研究，得出合理的目旰倬撲慊嘔杓萍撲悖貿雋嘶溝撓嘔嘰紓饕ǎ (1)曲柄長度L1＝280～300毫米(2)搖杆與曲柄夾角Φ＝140°～150°(3)曲柄中心位置O2(相當於傳動車的中軸)和後軸中心位置O3的相對位置坐標為x0＝320～380毫米y0＝50～80毫米(4)滑塊行程位置最大L2＝210～230毫米最小L2′＝120～140毫米這樣的尺寸，在騎行時，有較理想的輸出動力特性，使騎行者感到輕鬆省力。
圖(6)為搖杆內部的變速裝置，包括變速控制機構和自適行控制機構，右邊由與拉杆(15)相聯的鋼絲繩(4)通至安裝在車把上的操縱手柄上。滑塊(7)上通過鏈條聯接板(16)聯接鏈條，再和飛輪相聯。其中的變速控制機構，由拉杆，升速齒板(17)，降速齒板(18)等組成。齒板用來控制滑塊的運動，齒板的齒形為鋸齒形，當齒板升起時，滑塊可沿斜面滑出，不能向垂直面滑動，造成單向可滑動(即升速或降速)的趨勢。齒板上有槽，拉杆上的套筒短軸(19)在槽中，拉杆由操縱手柄通過鋼絲繩拉動，套筒短軸在槽內左右滑動，使兩齒板交替推出或同時收進，實現回中，升速、鎖緊、降速四種功能。壓簧(20)安裝在拉杆和彈簧限位板(21)之間，保證拉杆的回程動作順利實現。兩個導向套筒(22)用來對齒板的運動作導向，保證齒板順利地上、下滑動，實現對滑塊的控制。其中的自適應控制機構，由滑杆(23)，壓簧(24)和限位套(25)等組成。滑塊套在滑杆上，兩根壓簧也套在滑杆上，中間用限位套隔開，限位套的作用是使滑塊在兩塊齒板都下降時能實現自動回中。導向套筒(26)用來對限位套導向並限位，簧片(27)和墊板(28)用來壓住滑塊，使滑塊不致跳槽。滑塊沿搖杆上的滑槽滑動的推動力來自鏈條的拉力，滑動的方向受齒板的控制，滑動所能達到的位置則復壓簧的壓力的限制，該壓力限制滑塊下滑(向右滑)的程度，實現自適應功能。
圖(7)為可倒行飛輪(8)，包括鏈輪和倒行控制機構。鏈輪組裝在後軸檔(29)上，由牙盤(30)、左、右絲檔(31)、墊圈(32)組成。調節片(33)用來調節兩排滾珠的間隙，牙盤內側接外套座(34)，通過千斤頂(35)帶動後車輪轉動。倒行控制機構由千斤、撥塊(36)、芯子(37)、卡環(38)和變力彈簧(39)組成。撥塊套在千斤軸上，可撥開千斤。變力彈簧套在後軸檔上，當後車輪正轉時，和後軸檔之間的摩擦阻力很小。當車輪反轉時，摩擦阻力增大很多倍，於是卡環受阻，撥動撥塊，打開千斤，使鏈輪和後車輪脫開，實行自行車倒推無阻礙的功能。千斤簧(40)是在正常騎行過程中用來恢復千斤位置的。倒行為圖中A視逆時針方向。
本發明的搖杆驅動變速自行車，經試製成樣車後，作二十公裡對比性試騎，以中速檔輕快地騎行時，普通輕便車必須使勁追趕才能跟上，可見本車型騎行輕快省力的效果是明顯的。當上坡時，只要事先將手柄置於「降速」檔，變速裝置即能自動按坡度大小實現相應的降速。到坡頂後，可將手柄放在自動回中檔，則變速裝置能自動回到中速檔，隨後將手柄放到鎖緊檔，即能在中速位置上固定。
根據試騎結果分析，此種車型最舒適省力的速度是中速檔。而在上坡時，騎行者最希望能不中斷蹬踏地實現自適應變速。因此，本裝置的關鍵功能是自適應降速和自動回中兩種功能。
權利要求
1.一種搖杆驅動變速自行車，在該自行車的車架中軸上，安裝有左右曲柄(2)，搖杆(3)以一定角度和曲柄固聯，搖杆本身為一變速裝置，通過下端引出的鋼絲繩(4)，由安裝在車把上的操縱手柄(5)進行變速操縱，控制鏈條(6)端部的滑塊(7)搖杆上的位置以實現變速，安裝在後軸上的左右兩個飛輪(8)和鏈條相聯，鏈條和滑塊之間有鏈條聯接板(16)，左、右兩段鏈條之間聯結一根鋼絲繩(9)，鋼絲繩繞過中軸前下方，安裝在車架上的換向輪(10)實現換向，由上述各部分組合而成為傳動機構，其特徵在於所述的變速機構是一個自適應變速機構，其中變速控制機構包括拉杆(15)，升速齒板(17)，降速齒板(18)組成，齒板的齒形為鋸齒形，齒板上有槽，拉杆上的套筒短軸(19)嵌在槽中，拉杆左右拉動時，套筒短軸在槽內左右滑動，使兩齒板交替推出或同時收進，壓簧(20)安裝在拉杆和彈簧限位板(21)之間，保證拉杆的回程動作，兩個導向套筒(22)用來對齒板的運動導向，保證齒板上下滑動；其中的自適應變速機構由滑杆(23)，壓簧(24)和限位套(25)組成，滑塊套在滑杆上，兩根壓簧也套在滑杆上，中間用限位套隔開，導向套筒(26)用來對限位套導向並限位，簧片(27)和墊板(28)用來壓住滑塊；所述的飛輪(8)是可倒行飛輪，由鏈輪和倒行控制機構組成，其中的鏈輪由牙盤(30)，左右絲檔(31)，墊圈(32)，調節片(33)和後軸檔(29)組成，牙盤由滾珠支承在後軸檔上，其內側接外套座(34)，通過千斤(35)帶動後車輪轉動；其中的倒行控制機構由外套座(34)，千斤(35)，撥塊(36)，芯子(37)，卡環(38)和變力彈簧(39)組成，當後車輪反轉時，變力彈簧和反軸檔之間的摩擦阻力變力，通過撥塊，打開千斤，使鏈輪和後車輪脫開；在鋼絲繩(9)和鏈條的聯結處有一具有伸縮功能的伸縮套(11)，該伸縮套筒內有壓簧(12)和園滑塊(13)組成，用以適應變速後鏈條長度的變化，在飛輪下方，有一護鏈罩(14)，保證鏈條不致脫落。
2.一種如權利要求1所述的自行車，其特徵在於曲柄，搖杆和飛輪在車架上的安裝位置和備件的幾何尺寸，經人體力學試驗和優化設計計算所得數據為(1)曲柄長度L1＝280～300毫米(2)搖杆與曲柄的夾角Φ＝140°～150°(3)曲柄中心位置O2對後軸中心O3的相對位置坐標為x0＝320～380毫米，y0＝50～80毫米。(4)滑塊行程距離最大L2＝210～230毫米。最小L2′＝120～140毫米。
全文摘要
一種腳蹬作上、下蹬踏的，採用搖杆式驅動裝置的兩輪自行車，其驅動裝置中的搖杆，有自適應變速功能，在上坡時能隨蹬踏力的變大而實現自適應降速。腳蹬曲柄的蹬踏力經過搖杆、鏈條傳至後軸上的左右飛輪驅動自行車後輪。該飛輪中有可倒行功能，允許自行車倒推。通過人體力學試驗作出的機器尺寸優化設計，使騎行者感到輕快省力，平穩舒適。
文檔編號B62M1/24GK1037114SQ88102229
公開日1989年11月15日 申請日期1988年4月30日 優先權日1988年4月30日
發明者黃靖遠, 鄺洛元, 焦正財, 林為坤, 李平林, 陳順煊 申請人:清華大學, 廣州市自行車工業公司