專利名稱：自行車腳踏變速器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種自行車變速裝置，確切的說是一種使用腳踏方式進行變速的裝置。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的自行車變速器大多數(shù)是以鏈條傳動，通過調(diào)整主動鏈輪(中軸)與從動鏈輪(飛輪)的直徑大小變化，達到改變傳動速比的目的。這種鏈傳動變速器有以下缺陷變速速比不能變化過大，雖然有的變速裝置多達十多級變速檔位，但要從最快速變換到最慢速，必須通過多級鏈輪(飛輪)逐級過度才能實現(xiàn)變速，每一次的變速切換速比?。辉谧兯龠^程中鏈條、鏈輪頻繁切換，容易出現(xiàn)鏈條脫離鏈輪的故障；變速過程中特別是在上坡時，鏈條切換未掛好車輪失去驅(qū)動力，容易造成失速摔到；變速切換是手動操作，需要安裝變速拉索等附件，操作使用不夠方便。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為改進現(xiàn)有的自行車變速裝置結(jié)構(gòu)，克服存在的技術(shù)缺陷，提供一種不改變現(xiàn)有自行車的鏈條傳動方式和鏈輪軸距，不需要鏈條鏈輪變速換位和安裝變速操縱拉索等附件，變速速比大，變速切換快、安裝簡便，操作容易的一種自行車腳踏變速器。
本發(fā)明的技術(shù)解決方案是所述的自行車腳踏變速器，包括自行車的傳動鏈條鏈輪和鏈輪中軸，所述鏈輪中軸下方裝有同軸聯(lián)體結(jié)構(gòu)的從動齒輪，從動齒輪上設(shè)有同軸梯級齒輪，其齒面一端與慢速齒輪的齒面固定嚙合(常嚙合)，另一端與快速齒輪滑動嚙合或分離(不嚙合)。
所述鏈輪中軸為三段臺階式實心軸，其外徑最大的中段是花鍵軸，鏈輪中軸同軸安裝有快、慢速兩組齒輪和滾輪支架以及變速彈簧、讓位彈簧等機件；所述慢速齒輪內(nèi)徑以滾珠與鏈輪中軸相連接，其左端面固定連接發(fā)蘭盤，發(fā)蘭盤固定連接鏈輪；所述快速齒輪內(nèi)徑為花鍵孔，與鏈輪中軸中段的花鍵軸相配，并能夠在鏈輪中軸上左右位移，與花鍵軸同步旋轉(zhuǎn)，在快速齒輪的左端面有與慢速齒輪模數(shù)、節(jié)圓相同的內(nèi)齒圈，在快速齒輪的右端面有軸向?qū)ΨQ的環(huán)狀凸凹坡面；所述滾珠支架軸向?qū)ΨQ的兩端安裝有滾輪，并在其一端安裝有棘爪作用于變速器殼體上的棘輪齒圈，構(gòu)成逆旋止動裝置；所述變速彈簧、讓位彈簧均套裝于鏈輪中軸，變速彈簧安裝位于快、慢速齒輪之間，變速彈簧的左端固定于花鍵軸的左端徑向凹槽處，右端與快速齒輪左端面相接，讓位彈簧的左端與安裝于花鍵軸右端的擋圈相接，右端與右內(nèi)圈相接。
本發(fā)明所述的使用腳踏方式進行變速的工作原理和變速過程是，自行車在正常騎行時，腳踏旋轉(zhuǎn)帶動鏈輪中軸，鏈輪中軸上的花鍵軸段插入快速齒輪(內(nèi)花鍵孔)，快速齒輪與鏈輪中軸同步同向旋轉(zhuǎn)并帶動與快速齒輪嚙合的從動齒輪旋轉(zhuǎn)，同軸聯(lián)體的從動齒輪另一齒面與慢速齒輪嚙合(常嚙合傳動方式)，帶動慢速齒輪旋轉(zhuǎn)，慢速齒輪帶動固定在齒輪一端的發(fā)蘭盤，發(fā)蘭盤與鏈輪相連接并同步同向旋轉(zhuǎn)，帶動傳動鏈條驅(qū)動后車輪旋轉(zhuǎn)。因為快速齒輪的外徑大于與其嚙合的從動齒輪，從動齒輪的另一齒面外徑大于(或等于)與其嚙合的慢速齒輪，所以鏈輪中軸與快速齒輪旋轉(zhuǎn)一圈，通過從動齒輪傳遞到慢速齒輪以及鏈輪的傳動速比大于一圈(即腳踏旋轉(zhuǎn)一圈，鏈輪旋轉(zhuǎn)大于一圈)。在需要變速時，踩腳踏逆旋鏈輪中軸約1/4圈，安裝在鏈輪中軸花鍵軸段的快速齒輪同步同向逆旋，快速齒輪的右端面有軸向?qū)ΨQ的環(huán)狀坡面，環(huán)狀坡面與安裝在鏈輪中軸上的滾輪支架上的滾輪相接，滾輪支架徑向一端安裝有棘爪，棘爪與變速器殼體上的棘齒相作用產(chǎn)生逆旋止動，致使?jié)L輪支架不能隨同鏈輪中軸同步逆旋，滾輪支架上所安裝的滾輪與快速齒輪的右端面軸向?qū)ΨQ的環(huán)狀坡面相接處產(chǎn)生了約1/4圈的旋轉(zhuǎn)角位移，滾輪沿快速齒輪右端面軸向?qū)ΨQ的環(huán)狀坡面位移至環(huán)狀坡面上的凸部(高點)，滾輪在位移至環(huán)狀坡面上凸部(高點)的過程中，把快速齒輪向左推頂位移與從動齒輪的嚙合分離，快速齒輪的左端內(nèi)齒圈與慢速齒輪的外齒嚙合(慢速齒輪外齒與快速齒輪左端內(nèi)齒圈的齒輪模數(shù)、節(jié)圓相等，嚙合以后為同軸同部旋轉(zhuǎn))，傳動速比為1∶1(即腳踏旋轉(zhuǎn)一圈，鏈輪旋轉(zhuǎn)一圈)。快速齒輪在向左推移與慢速齒輪嚙合過程中，同時壓縮位于兩齒輪之間變速彈簧(儲能)。如果需要再變速，再次踩腳踏逆旋鏈輪中軸約1/4圈，快速齒輪再次逆旋，頂住快速齒輪右端面的軸向?qū)ΨQ環(huán)狀坡面凸部(高點)上的滾輪，隨滾輪支架與鏈輪中軸再次產(chǎn)生了約1/4圈的旋轉(zhuǎn)角位移，滾輪及支架位移至快速齒輪右端面軸向?qū)ΨQ環(huán)狀坡面上的凹處，滾輪不再頂住快速齒輪的右端面，快速齒輪受已被壓縮的變速彈簧作用力的推移，產(chǎn)生向右位移與慢速齒輪的嚙合分離，與從動齒輪右端齒面嚙合傳動。如再踩腳踏逆旋鏈輪中軸約1/4圈，則是重復(fù)以上快→慢→快→慢的反復(fù)循環(huán)變速過程。
本發(fā)明附圖是可應(yīng)用于大、小輪自行車的腳踏變速器結(jié)構(gòu)示意圖。如應(yīng)用于大輪自行車，應(yīng)配用小鏈輪，在平坦道路上正常騎行時中軸旋轉(zhuǎn)一圈，主動鏈輪的旋轉(zhuǎn)大于一圈(快速)，傳動速比(腳踏臂與鏈輪旋轉(zhuǎn)圈數(shù)之比)為1∶1.5-2.5；在載重和上坡時變?yōu)槁?，傳動速比?∶1，因為是配用小鏈輪，故有加大旋轉(zhuǎn)扭力的作用。如應(yīng)用于小輪自行車，應(yīng)配用大鏈輪(常規(guī)鏈輪)，慢速傳動速比為1∶1，快速傳動速比為1∶1.5-2.5。作為本發(fā)明的進一步改進，快慢變速的方向可以調(diào)整，只需將本發(fā)明技術(shù)方案的快慢速齒輪的外徑尺寸互換及反向安裝從動齒輪即可。按照以上技術(shù)方案，在結(jié)構(gòu)上稍作改動，還可以實現(xiàn)快、中、慢三速變速。
本發(fā)明的有益效果是①腳控操作逆旋變速，既快速簡便又省掉了手動變速操作的拉索操控附件；②變速時通過齒輪嚙合或分離方式傳動，不需要進行鏈條切換，不會產(chǎn)生變速掉鏈的故障；③變速速比大，可以一步到位進行最高速到最低速的變速切換；④變速快捷，利用彈簧推力瞬間完成齒輪嚙合，不會出現(xiàn)變速鏈條切換時間長造成車輪缺失驅(qū)動力；⑤安裝簡便，不改變普通自行車的鏈傳動方式和安裝軸距，僅改變普通自行車的中軸結(jié)構(gòu)；⑥變速互換和配套適應(yīng)性強，既可以應(yīng)用于大輪自行車，又可以應(yīng)用于小輪自行車，還適用于人力三輪車或電動自行車等。


下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明圖1是本發(fā)明的安裝示意圖；圖2是本發(fā)明的總體結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本發(fā)明變速時齒輪軸向位移與嚙合示意圖；圖4是本發(fā)明變速時齒輪向左位移未嚙合狀態(tài)滾輪支架讓位示意圖；圖5是本發(fā)明變速時齒輪向右位移未嚙合狀態(tài)及滾輪狀態(tài)示意圖；圖6是滾輪以及滾輪支架、棘爪、棘齒結(jié)構(gòu)示意圖；圖7是快速齒輪右端面環(huán)狀坡面凸凹部結(jié)構(gòu)示意圖；圖8是慢速齒輪與發(fā)蘭盤連接結(jié)構(gòu)示意圖；圖9是鏈輪中軸結(jié)構(gòu)示意圖。
圖中標注數(shù)字序號的零件名稱是(參見附圖2)(1)鏈輪中軸，(2)左內(nèi)圈，(3)發(fā)蘭盤(4)鏈輪，(5)左右外圈，(6)滾珠，(7)慢速齒輪，(8)變速彈簧，(9)快速齒輪，(10)滾輪，(11)滾輪銷軸，(12)滾輪支架，(13)棘爪，(14)棘爪銷軸，(15)變速器殼體，(16)右內(nèi)圈，(17)止動銷，(18)讓位彈簧，(19)讓位簧擋圈，(20)從動齒輪內(nèi)圈，(21)從動齒輪，(22)從動齒輪銷軸。
具體實施例方式
參見附圖2，鏈輪中軸1同軸安裝有慢速齒輪7快速齒輪9和滾輪支架12以及變速彈簧8、讓位彈簧18、讓位簧擋圈19、左右內(nèi)圈2與16等；慢速齒輪7右端內(nèi)孔有滾珠6與鏈輪中軸1相接，左端內(nèi)孔有滾珠6與左內(nèi)圈2相接，左內(nèi)圈2以螺紋鑲套固定在鏈輪中軸1的左端，慢速齒輪7左端外徑鑲套固定有發(fā)蘭盤3(參見附圖8)，發(fā)蘭盤3左端安裝固定鏈輪4，發(fā)蘭盤3右端以滾珠6與左右外圈5相接，左右外圈5鑲套固定在變速器殼體15的兩端；鏈輪中軸1中段為花鍵軸，快速齒輪9鑲套在花鍵軸段，快速齒輪9左端面有內(nèi)齒圈(與慢速齒輪嚙合使用)，因為花鍵作用快速齒輪9可在花鍵槽內(nèi)軸向移動并隨鏈輪中軸1同步旋轉(zhuǎn)，快速齒輪9右端面有軸向?qū)ΨQ的環(huán)狀坡面(參見附圖7)；在慢速齒輪7與快速齒輪9之間的鏈輪中軸1花鍵軸段，鑲套有變速彈簧8，變速彈簧8左端卡在花鍵軸段左端徑向凹槽內(nèi)定位止動(參見附圖9)，右端壓在快速齒輪9的左端面內(nèi)齒圈內(nèi)，將快速齒輪9向右推壓緊貼滾輪10為止；在鏈輪中軸1花鍵軸段的右端，鑲套有讓位簧擋圈19，讓位簧擋圈19的左端，鑲套有滾輪支架12，滾輪支架12可以繞鏈輪中軸1旋轉(zhuǎn)，滾輪支架12兩端左邊安裝有滾輪10，滾輪10由滾輪銷軸11固定并可旋轉(zhuǎn)貼緊快速齒輪9右端的環(huán)狀坡面(參見附圖6、附圖7)，滾輪支架12的右邊安裝有棘爪銷軸14以固定棘爪13，棘爪13的齒尖部分作用于變速器殼體15上的棘齒圈，如果鏈輪中軸1逆旋變速，棘爪13卡進棘齒而止動(不能逆旋)；在讓位簧擋圈19的右端，鑲套有讓位彈簧18，彈簧18被壓縮在讓位簧擋圈19與右內(nèi)圈16之間，其彈簧壓縮力大于變速彈簧8的壓縮力，右內(nèi)圈16螺紋連接鏈輪中軸1并被止動銷17固定在鏈輪中軸1的右端，其外徑以滾珠6與左右外圈5相接，左右外圈5鑲套固定在變速器殼體15的兩端；慢速齒輪7快速齒輪9的下方安裝有從動齒輪21，從動齒輪21是同軸聯(lián)體梯級齒輪，其左端與慢速齒輪7以常嚙合方式嚙合，其右端與快速齒輪9嚙合或者變速分離不嚙合，從動齒輪21以滾珠6與從動齒輪內(nèi)圈20相接，從動齒輪內(nèi)圈20固定在從動齒輪銷軸22兩端，從動齒輪銷軸22固定在變速器殼體15下方兩端的安裝孔內(nèi)。
腳踏變速器的工作過程是，旋轉(zhuǎn)鏈輪中軸1，鏈輪中軸1的花鍵將旋轉(zhuǎn)力傳遞至快速齒輪9，快速齒輪9與從動齒輪21右端齒輪嚙合，快速齒輪9的外徑大于從動齒輪21的外徑，從動齒輪21獲得提高轉(zhuǎn)速并通過左端齒輪將旋轉(zhuǎn)力傳遞至慢速齒輪7，慢速齒輪7帶動發(fā)蘭盤3和鏈輪4旋轉(zhuǎn)并獲得提高轉(zhuǎn)速(變速快速狀態(tài))。如果需要變速踩腳踏將鏈輪中軸1逆旋約1/4圈，快速齒輪9隨之逆旋約1/4圈，但是滾輪支架12因為棘爪13作用于變速器殼體15上的棘齒而止動(不能逆旋)，快速齒輪9右端面軸向?qū)ΨQ的環(huán)狀坡面上凹處所緊貼的滾輪10，在快速齒輪9逆旋約1/4圈的過程中沿環(huán)狀坡面位移到凸起處，環(huán)狀坡面上所緊貼的滾輪10將快速齒輪9向左推移，環(huán)狀坡面上的凸凹處高低差就是快速齒輪9軸向移動的距離，快速齒輪9與從動齒輪21的傳動嚙合分離向左位移，在向左位移的同時壓縮變速彈簧8儲能，位移到位以后其左端面的內(nèi)齒圈插入慢速齒輪7的外齒面(慢速齒輪7與快速齒輪9的內(nèi)齒圈齒輪模數(shù)、節(jié)圓相同)，使慢速齒輪7與快速齒輪9處于插入嚙合狀態(tài)(或稱結(jié)合)，鏈輪中軸1的花鍵將旋轉(zhuǎn)力傳遞至快速齒輪9，快速齒輪9傳遞至慢速齒輪7(同步旋轉(zhuǎn))，慢速齒輪7將旋轉(zhuǎn)力傳遞至發(fā)蘭盤3和鏈輪4，傳動速比為1∶1(變速慢速狀態(tài))。以上就是快速向慢速變速的全過程，在慢速檔再向快速檔變速，重復(fù)踩腳踏將鏈輪中軸1逆旋約1/4圈，快速齒輪9右端面軸向?qū)ΨQ的環(huán)狀坡面上的凸起處所緊貼的滾輪10，在快速齒輪9逆旋約1/4圈的過程中沿環(huán)狀坡面位移到凹處，環(huán)狀坡面上所緊貼的滾輪10在凹處失去推頂快速齒輪9的作用，快速齒輪9被壓縮儲能的變速彈簧8推移至右端與從動齒輪嚙合，完成慢速向快速變速過程。
腳踏變速器在變速過程中，變速操作逆旋腳踏由此產(chǎn)生齒輪嚙合或分離，都是在一瞬間的時間內(nèi)完成，在齒輪嚙合的過程中必然會出現(xiàn)兩只相嚙合的齒端面相抵觸的情況，為此腳踏變速器設(shè)置有在快速向慢速變速嚙合時，如出現(xiàn)齒端面相抵觸的情形(參見附圖4)，滾輪支架12能自動向右退位，當出現(xiàn)快速齒輪9左端面與慢速齒輪7右端面相抵觸時，滾輪10以及滾輪支架12被快速齒輪9右端面環(huán)狀坡面上的凸起處推頂右移，滾輪支架12推頂讓位簧擋圈19，讓位簧擋圈擠壓讓位彈簧18，因為在變速過程中齒輪是仍然處于旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，齒端面相抵觸的情形一瞬間會結(jié)束而出現(xiàn)嚙合齒面相錯位(能夠嚙合)，快速齒輪9和滾輪支架12等機件，被讓位簧擋圈19及讓位彈簧18推頂至嚙合復(fù)位狀態(tài)(讓位彈簧18的壓縮能量釋放大于變速彈簧8的壓縮力)，從而可避免損壞機件。在慢速向快速變速嚙合時，如出現(xiàn)快速齒輪9與從動齒輪21齒端面相抵觸的情形(參見附圖5)，快速齒輪9在變速彈簧8的壓力下，可在一瞬間出現(xiàn)嚙合齒面相錯位時(能夠嚙合)即刻完成嚙合。以上的技術(shù)設(shè)計方案，確保了腳踏變速器在各種情況下進行變速操作機件工作的可靠性，能夠自動、快速、順利完成變速齒輪嚙合。
權(quán)利要求
1.一種自行車腳踏變速器，包括自行車的傳動鏈條鏈輪(4)和鏈輪中軸(1)，鏈輪中軸(1)同軸安裝有慢速齒輪(7)、快速齒輪(9)、變速彈簧(8)和讓位彈簧(18)，鏈輪中軸(1)下方裝有同軸聯(lián)體梯級結(jié)構(gòu)的從動齒輪(21)，其左端齒面與慢速齒輪(7)嚙合，其右端齒面與快速齒輪(9)嚙合或變速分離，其特征是所述鏈輪中軸(1)為三段臺階式實心軸，其中段為花鍵軸；所述的慢速齒輪(7)，其右端面為凹形結(jié)構(gòu)，其左端外圓鑲套發(fā)蘭盤(3)，發(fā)蘭盤(3)安裝有鏈輪(4)；所述快速齒輪(9)的內(nèi)孔為花鍵孔，快速齒輪(9)左端面有內(nèi)齒圈，內(nèi)齒圈的模數(shù)、節(jié)圓與慢速齒輪(7)相同；其右端面有軸向?qū)ΨQ凸凹交替的環(huán)狀坡面，坡面凸部頂端有淺顯凹口；所述的滾輪支架(12)，其兩端對稱安裝有滾輪(10)，滾輪(10)擠壓快速齒輪(9)右端環(huán)狀坡面或留置頂在環(huán)狀坡面上的凸凹部，其一端安裝有棘爪(13)，棘爪(13)作用于變速器殼體(15)上的棘齒，產(chǎn)生逆旋止動效果；所述變速彈簧(8)安裝位于慢速齒輪(7)、快速齒輪(9)之間，其左端固定于鏈輪中軸(1)的花鍵軸左端徑向凹槽處，右端與快速齒輪(9)左端面相接，讓位彈簧(18)的左端與讓位簧擋圈(19)相接，右端與右內(nèi)圈(16)相接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種自行車腳踏變速器，其特征在于發(fā)蘭盤(3)與慢速齒輪(7)鑲套固定采取凸凹插接和螺紋緊固方式固定。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種自行車腳踏變速器，其特征在于變速器殼體(15)采用與車架組焊或緊固件固定方式與車架連接安裝，變速器殼體(15)左右兩端安裝有左右外圈(5)，左右外圈(5)以滾珠相接方式連接鏈輪中軸(1)及所附機件。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種自行車變速裝置，確切的說是一種使用腳踏方式進行變速的裝置，是將自行車鏈輪中軸加以改進，在中軸上設(shè)置快、慢速兩組齒輪，安裝了滾輪支架、變速彈簧等機件，以及與快、慢速兩組齒輪相嚙合的從動齒輪，變速操作逆向旋轉(zhuǎn)腳踏臂約15度，產(chǎn)生變速換檔推力，使快、慢速兩組齒輪與從動齒輪嚙合或分離，實現(xiàn)變速切換。腳踏變速器具有變速操作簡便，變速速比大，換檔速度快，適用于慢速向快速變速(小輪車)或快速向慢速變速(大輪車)，能配套兩輪車、三輪車或人力車、電動車等多種車型，變速器結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠，安裝簡便，克服了現(xiàn)有產(chǎn)品變速速比小、操作不便、變速換鏈、容易掉鏈等技術(shù)缺陷。
文檔編號B62M11/04GK1727251SQ200510041160
公開日2006年2月1日 申請日期2005年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2005年7月22日
發(fā)明者羅明端 申請人:羅明端