專利名稱：搖桿驅(qū)動變速自行車的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及搖桿推進(jìn)自行車，屬自行車的總體結(jié)構(gòu)以及傳動和變速機(jī)構(gòu)領(lǐng)域。
自行車自1818年發(fā)明以來，到1879年已經(jīng)基本定型。近百年來，其傳動原理沒有發(fā)生變化，因?yàn)閭鹘y(tǒng)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，即搖桿式傳動原理(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(diǎn)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，由于采用了搖桿式傳動，只要在搖桿上改變鏈條的聯(lián)接位置就能實(shí)現(xiàn)變速，結(jié)構(gòu)簡單，變速范圍較廣。但是在變速方式上，現(xiàn)有搖桿式車型的變速過程中需停業(yè)蹬踏，這對于在上坡行程中進(jìn)行變速是極為不利的。搖桿傳動的另一個重要缺點(diǎn)是自行車不能倒推，當(dāng)?shù)雇茣r，任一搖桿擺到極限位置，就不能繼續(xù)倒推，可能造成使用上的不便。
本發(fā)明的目的是用一種新的傳動機(jī)構(gòu)和變速機(jī)構(gòu)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的傳動變速機(jī)構(gòu)。本發(fā)明在搖桿傳動方案的基礎(chǔ)上，針對現(xiàn)有各種變速機(jī)構(gòu)的缺點(diǎn)，提出了“自適應(yīng)變速”的構(gòu)思，使變速過程具有一定的自適應(yīng)能力即在上坡時，能隨坡度的大小實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的降速，而且在適應(yīng)性變速的過程中不必中止驅(qū)動。本發(fā)明設(shè)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(shí)現(xiàn)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(yùn)動部件的傳動效率，二是用人體力學(xué)的研究成果來對機(jī)構(gòu)的總體布局和尺寸進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，使騎行者在騎行時感到舒適、輕松，易于發(fā)力，產(chǎn)生省力的感覺。本發(fā)明經(jīng)人體力學(xué)試驗(yàn)研究作出了機(jī)構(gòu)總體尺寸的優(yōu)化計算結(jié)果。
本發(fā)明是在前一發(fā)明專利申請?zhí)?7100698的基礎(chǔ)上，作了全面的改進(jìn)。
圖1，圖2是已有技術(shù)。
圖3是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)。
圖4是傳動機(jī)構(gòu)立體圖。
圖5是搖桿式傳動裝置的優(yōu)化尺寸示意圖。
圖6是搖桿內(nèi)部的變速裝置。
圖7是可倒行飛輪。
下面結(jié)合附圖，詳細(xì)介紹本發(fā)明的具體內(nèi)容。
圖3是本車的具體結(jié)構(gòu)。在車架(1)的中軸上，安裝有左、右曲柄(2)，曲柄前端為腳蹬，搖桿(3)以一定角度和曲柄固定相聯(lián)。搖桿本身為一變速裝置，內(nèi)有變速控制機(jī)構(gòu)和自適應(yīng)變速機(jī)構(gòu)，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(jìn)行變速操縱控制鏈條(6)端部的滑塊(7)在搖桿上的位置，以實(shí)現(xiàn)變速。安裝在后軸上的左、右兩個飛輪(8)和鏈條嚙合，將鏈條拉力傳到后車輪上，驅(qū)動自行車前進(jìn)。鏈條有左、右兩段，中間聯(lián)結(jié)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(shí)現(xiàn)換向，即左右腳蹬互相帶動此上彼下。
圖(4)是傳動機(jī)構(gòu)立體圖，可更清楚地看出左右兩套機(jī)構(gòu)通過鏈條相聯(lián)的關(guān)系。在鋼絲繩和鏈條的聯(lián)結(jié)處，有一個具有伸縮功能的伸縮套筒(11)，該伸縮套筒內(nèi)有壓簧(12)和園滑塊(13)。當(dāng)鏈拉力加大時，可自動伸長，用以適應(yīng)變速后鏈條長度的不同變化，并減輕在腳蹬上、下極限位置處鏈條中產(chǎn)生的沖擊力。在飛輪下方，左右各有一護(hù)鏈罩(14)，保證鏈條在起動時不致脫落。
圖(5)是搖桿式傳動裝置的曲柄，搖桿及其相對于后軸O3的相對位置。O2為曲軸的傳動中心。圖上標(biāo)注了各優(yōu)化尺寸的參數(shù)符號。本發(fā)明的搖桿傳動裝置的機(jī)構(gòu)尺寸，經(jīng)人體力學(xué)試驗(yàn)和人機(jī)學(xué)研究，得出合理的目旰倬撲慊嘔杓萍撲?，蒂Q(mào)雋嘶溝撓嘔嘰紓饕ǎ (1)曲柄長度L1＝280～300毫米(2)搖桿與曲柄夾角Φ＝140°～150°(3)曲柄中心位置O2(相當(dāng)于傳動車的中軸)和后軸中心位置O3的相對位置坐標(biāo)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，使騎行者感到輕松省力。
圖(6)為搖桿內(nèi)部的變速裝置，包括變速控制機(jī)構(gòu)和自適行控制機(jī)構(gòu)，右邊由與拉桿(15)相聯(lián)的鋼絲繩(4)通至安裝在車把上的操縱手柄上?；瑝K(7)上通過鏈條聯(lián)接板(16)聯(lián)接鏈條，再和飛輪相聯(lián)。其中的變速控制機(jī)構(gòu)，由拉桿，升速齒板(17)，降速齒板(18)等組成。齒板用來控制滑塊的運(yùn)動，齒板的齒形為鋸齒形，當(dāng)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，拉桿上的套筒短軸(19)在槽中，拉桿由操縱手柄通過鋼絲繩拉動，套筒短軸在槽內(nèi)左右滑動，使兩齒板交替推出或同時收進(jìn)，實(shí)現(xiàn)回中，升速、鎖緊、降速四種功能。壓簧(20)安裝在拉桿和彈簧限位板(21)之間，保證拉桿的回程動作順利實(shí)現(xiàn)。兩個導(dǎo)向套筒(22)用來對齒板的運(yùn)動作導(dǎo)向，保證齒板順利地上、下滑動，實(shí)現(xiàn)對滑塊的控制。其中的自適應(yīng)控制機(jī)構(gòu)，由滑桿(23)，壓簧(24)和限位套(25)等組成?；瑝K套在滑桿上，兩根壓簧也套在滑桿上，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(shí)現(xiàn)自動回中。導(dǎo)向套筒(26)用來對限位套導(dǎo)向并限位，簧片(27)和墊板(28)用來壓住滑塊，使滑塊不致跳槽?；瑝K沿?fù)u桿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(dá)到的位置則復(fù)壓簧的壓力的限制，該壓力限制滑塊下滑(向右滑)的程度，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)功能。
圖(7)為可倒行飛輪(8)，包括鏈輪和倒行控制機(jī)構(gòu)。鏈輪組裝在后軸檔(29)上，由牙盤(30)、左、右絲檔(31)、墊圈(32)組成。調(diào)節(jié)片(33)用來調(diào)節(jié)兩排滾珠的間隙，牙盤內(nèi)側(cè)接外套座(34)，通過千斤頂(35)帶動后車輪轉(zhuǎn)動。倒行控制機(jī)構(gòu)由千斤、撥塊(36)、芯子(37)、卡環(huán)(38)和變力彈簧(39)組成。撥塊套在千斤軸上，可撥開千斤。變力彈簧套在后軸檔上，當(dāng)后車輪正轉(zhuǎn)時，和后軸檔之間的摩擦阻力很小。當(dāng)車輪反轉(zhuǎn)時，摩擦阻力增大很多倍，于是卡環(huán)受阻，撥動撥塊，打開千斤，使鏈輪和后車輪脫開，實(shí)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(fù)千斤位置的。倒行為圖中A視逆時針方向。
本發(fā)明的搖桿驅(qū)動變速自行車，經(jīng)試制成樣車后，作二十公里對比性試騎，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(dāng)上坡時，只要事先將手柄置于“降速”檔，變速裝置即能自動按坡度大小實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的降速。到坡頂后，可將手柄放在自動回中檔，則變速裝置能自動回到中速檔，隨后將手柄放到鎖緊檔，即能在中速位置上固定。
根據(jù)試騎結(jié)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(shí)現(xiàn)自適應(yīng)變速。因此，本裝置的關(guān)鍵功能是自適應(yīng)降速和自動回中兩種功能。
權(quán)利要求
1.一種搖桿驅(qū)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)，搖桿(3)以一定角度和曲柄固聯(lián)，搖桿本身為一變速裝置，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(jìn)行變速操縱，控制鏈條(6)端部的滑塊(7)搖桿上的位置以實(shí)現(xiàn)變速，安裝在后軸上的左右兩個飛輪(8)和鏈條相聯(lián)，鏈條和滑塊之間有鏈條聯(lián)接板(16)，左、右兩段鏈條之間聯(lián)結(jié)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(shí)現(xiàn)換向，由上述各部分組合而成為傳動機(jī)構(gòu)，其特征在于所述的變速機(jī)構(gòu)是一個自適應(yīng)變速機(jī)構(gòu)，其中變速控制機(jī)構(gòu)包括拉桿(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，拉桿上的套筒短軸(19)嵌在槽中，拉桿左右拉動時，套筒短軸在槽內(nèi)左右滑動，使兩齒板交替推出或同時收進(jìn)，壓簧(20)安裝在拉桿和彈簧限位板(21)之間，保證拉桿的回程動作，兩個導(dǎo)向套筒(22)用來對齒板的運(yùn)動導(dǎo)向，保證齒板上下滑動；其中的自適應(yīng)變速機(jī)構(gòu)由滑桿(23)，壓簧(24)和限位套(25)組成，滑塊套在滑桿上，兩根壓簧也套在滑桿上，中間用限位套隔開，導(dǎo)向套筒(26)用來對限位套導(dǎo)向并限位，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(jī)構(gòu)組成，其中的鏈輪由牙盤(30)，左右絲檔(31)，墊圈(32)，調(diào)節(jié)片(33)和后軸檔(29)組成，牙盤由滾珠支承在后軸檔上，其內(nèi)側(cè)接外套座(34)，通過千斤(35)帶動后車輪轉(zhuǎn)動；其中的倒行控制機(jī)構(gòu)由外套座(34)，千斤(35)，撥塊(36)，芯子(37)，卡環(huán)(38)和變力彈簧(39)組成，當(dāng)后車輪反轉(zhuǎn)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，使鏈輪和后車輪脫開；在鋼絲繩(9)和鏈條的聯(lián)結(jié)處有一具有伸縮功能的伸縮套(11)，該伸縮套筒內(nèi)有壓簧(12)和園滑塊(13)組成，用以適應(yīng)變速后鏈條長度的變化，在飛輪下方，有一護(hù)鏈罩(14)，保證鏈條不致脫落。
2.一種如權(quán)利要求1所述的自行車，其特征在于曲柄，搖桿和飛輪在車架上的安裝位置和備件的幾何尺寸，經(jīng)人體力學(xué)試驗(yàn)和優(yōu)化設(shè)計計算所得數(shù)據(jù)為(1)曲柄長度L1＝280～300毫米(2)搖桿與曲柄的夾角Φ＝140°～150°(3)曲柄中心位置O2對后軸中心O3的相對位置坐標(biāo)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，采用搖桿式驅(qū)動裝置的兩輪自行車，其驅(qū)動裝置中的搖桿，有自適應(yīng)變速功能，在上坡時能隨蹬踏力的變大而實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)降速。腳蹬曲柄的蹬踏力經(jīng)過搖桿、鏈條傳至后軸上的左右飛輪驅(qū)動自行車后輪。該飛輪中有可倒行功能，允許自行車倒推。通過人體力學(xué)試驗(yàn)作出的機(jī)器尺寸優(yōu)化設(shè)計，使騎行者感到輕快省力，平穩(wěn)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(yōu)先權(quán)日1988年4月30日
發(fā)明者黃靖遠(yuǎn), 鄺洛元, 焦正財, 林為坤, 李平林, 陳順煊 申請人:清華大學(xué), 廣州市自行車工業(yè)公司