自行车变速器
专利汇可以提供自行车变速器专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 是关于 变速器 ，特别是 自行车 可变 链轮 变速器的发明。这种变速器是有一个装在自行车右 中轴 碗悬伸端的单向 离合器 ，在离合器的外圆柱表面上联接一个 凸轮 盘，一对链轮滑 块 和一对 惰轮 滑块一端带有伸出的短圆柱销与凸轮盘端面二条循环曲线槽 啮合 ，另一端带有延伸键与固连在中轴右端的 曲柄 驱动盘 上的对应径向导槽接合，曲柄中心对链轮滑块长径导槽中心的导前 角 (α)为20～60度。骑行者通过反蹬进行传动速率的变换，正蹬则通过变速已 选定 的对应有效直径的椭圆(或圆)形链轮驱动自行车行驶。，下面是自行车变速器专利的具体信息内容。
1、一种自行车变速器，特别是自行车可变链轮变速器，有一根支承在左、右中轴碗上的中轴，在中轴两端固连着左、右曲柄和脚蹬，在右曲柄上固连着一个开有相互垂直的驱动槽（15）（23）的驱动盘，对着驱动盘有一个与其平行且同轴安装的具有凸轮曲线槽的凸轮盘，该曲线槽上具有定位凹陷，上述曲线槽和定位凹陷是径向对称分布的，夹在驱动盘和凸轮盘之间有一对链轮滑块和一对与链轮滑块垂直分布的惰轮滑块，借助链轮滑块、惰轮滑块和驱动盘间的联结滑键传递切向力，链轮滑块、惰轮滑块上的凸轮随动件短圆柱销同凸轮盘上的曲线槽相啮合，当凸轮随动件短圆柱销沿凸轮盘曲线槽滑移时，所述的链轮滑块和惰轮滑块就分别径向接近或远离中轴轴心线，构成适于同链条啮合的可改变直径的链轮，当凸轮从动件被置于凸轮盘曲线的定位凹陷处时，一对被链条啮合的链轮滑块间缠绕的链条长度，是链条节距的自然倍数，其特征在于：凸轮盘（11）与右中轴碗（27）之间的联结借助于一个单向离合器（32），凸轮盘（11）可随中轴（2）一起正向旋转，中轴（2）反转时，凸轮盘（11）被锁定与车架（29）保持相对静止，在凸轮盘（11）上有二条各自首尾相连带有定位圆孔（19）（17）的封闭的内、外循环曲线槽（18）（16），链轮滑块（12）上的凸轮随动件短圆柱销（14），与惰轮滑块（20）上的凸轮随动件短圆柱销（22），距可变链轮（24）节圆的距离是不相等的。
2、根据权利要求1所述的变速器，其特征在于：曲柄（10）中心线与驱动盘（25）上的长径驱动槽（15）中心线所夹的导前角（α）在20度～60度范围内。
3、根据权利要求1或2所述的变速器，其特征在于：链轮滑块（12）上的凸轮随动件短圆柱销（14）离可变链轮（24）节圆较近，惰轮滑块（20）上的凸轮随动件短圆柱销（22）离可变链轮（24）节圆较远。
本发明是关于自行车变速器，特别是自行车可变链轮变速器的发明。
使用自行车变速器是根据做为动力来驱动自行车的人体肌力特性和当时的骑行条件（速度、坡度、路面状况、风向等）的改变，或者依据不同的骑行要求（速度比赛、保健锻炼等）将自行车的驱动特性转换为适应当时情况的最适宜的条件，达到骑行效能良好的目的。
有一种已经公知的自动可变链轮变速器。该变速器能根据骑行者的蹬力大小自动变换传动速比，但这种变速器很难同时适应不同体力素质的骑行者或同一骑行者在不同精神、体力、竞技状态下的不同骑行要求，或者结构复杂、重量增加、调整困难，不便于大规模生产和使用。另有一种1983年4月28日在PCT专利W083/01424中公布的美国人罗伊斯（Royce·H·）发明的变速器，这种变速器是由一个驱动盘，一对扇形链轮滑块、一对扇形惰轮滑块和一个与驱动盘同轴并可相对转动的带有至少4条螺旋形波浪槽的凸轮盘所组成的可变链轮变速器，骑行者可通过脚蹬正、反蹬变速，结构简单可靠;但这种变速器在变速时骑行者须用手操纵设置在车把上的附加手柄，经钢绳将握力传递给制动系统锁住凸轮盘，同时双脚配合正蹬（升速）反蹬（降速）来选择传动速比;此外，该公知变速器变速时，各扇形滑块一般只作比率相等的径向伸缩变换传动链轮的有效直径，这是由于控制扇形滑块位置的数条螺旋形波浪槽的各组定位凹边，很难同时保证既符合平面螺旋函数、又符合椭圆函数，且使设定的有效椭圆形链轮的节圆周长满足与其啮合的传动链条节距之比为自然数，以及凸轮盘上数条螺旋形波浪槽的相邻定位凹边（包括同一条螺旋槽或相邻螺旋槽间）均不得出现相互干涉重叠现象等条件，实际上这种公知变速器要能进行变速的同时还能实现椭圆形链轮传动是受到上述各方面的制约而难以取得满意的结果的。
本发明的任务是，提供一种特别适用于自行车的可变链轮变速器，这种变速器仅需骑行者通过脚蹬反转，就能依次按设定的曲线变换组成各种有效直径（齿数）的椭圆（直径相同时为圆）形链轮，因此就能变换传动速比，按设定要求构成椭圆形可变链轮变速器、圆形可变链轮变速器和椭圆形、圆形混合可变链轮变速器。
其解决方案是，本发明的变速器采用一个在自行车的右中轴碗悬伸端套装上一个单向离合器，在此离合器的外圆柱表面上与中轴同轴地联接一个凸轮盘，由于单向离合器的作用，该凸轮盘能随中轴一起同步正向旋转，中轴反转时又能被锁定与车架保持相对静止而不旋转，在此凸轮盘的右端面上开出二条各自首尾相连径向对称分布的带定位圆孔的内、外循环曲线槽，一对链轮滑块与一对惰轮滑块相互垂直分布，夹在驱动盘与凸轮盘之间，滑块上带有伸出的凸轮随动件短圆柱销，该短圆柱销分别与带定位圆孔的内、外循环曲线槽相啮合，滑块的另一端带有键，该键分别与固连在中轴右端的曲柄驱动盘上的“十”字形驱动槽啮合联结，当凸轮随动件短圆柱销沿该循环曲线槽滑移时，上述链轮滑块和惰轮滑块就分别径向接近或远离中轴轴心线，构成适于同链条啮合能改变直径的椭圆（直径相同时为圆）形可变链轮（至于这些“椭圆”或“圆”的形状如何不是最主要的），当凸轮随动件短圆柱销被置于定位圆孔处时，一对被链条缠绕啮合的链轮滑块间的链条的长度是链条节距的自然倍数，可变链轮的直径（齿数）及骑行负载下该直径状态的锁定是由上述带定位圆孔的内、外循环曲线设定的参数所确定的。
这样，骑行者正蹬曲柄脚蹬时，凸轮盘就能与右中轴碗脱开并随曲柄驱动盘，链轮滑块一起同步绕中轴正向旋转，通过惯常的链条、飞轮驱动自行车后轮行驶;骑行者反蹬曲柄脚蹬时，凸轮盘随即锁定与车架保持相对静止，此时驱动盘驱拨链轮滑块对和惰轮滑块对，按凸轮盘上设定的二条曲线槽和相应定位圆孔分别作径向伸缩，依次变换组成各种长、短径的椭圆（直径相同时为圆）形链轮。变速时传动链轮周长的改变而引起的链条松紧的变化由常用的涨紧装置补偿。
如上所述，本发明的可变链轮变速器在完成传动速比变换的同时，也实现了椭圆（直径相同时为圆）形链轮传动，与人体交替蹬踏这种“生物引擎”的自然特性相匹配，使骑行者肌力能量的利用可以得到有效的增进。本发明的另一个优点是，这种变速器在进行变速时，不再需要设置手柄、钢绳、制动器等手动控制联结机构，也不再需要手脚同时联合操纵了，使得本发明的变速器结构大大简化，操作使用也更加方便，骑行者在任何时刻均能精力集中地双手持把安全骑行，并能在停车静止状态下变速，从而可避免在停车时往往因误操作造成的一般外变速器通常遇到的结构损伤。
本发明的再一个优点是，由于本变速器没有拨链器或其它手控制动机构等与传动链轮相关联，所以可很容易地附加上一个特制的全链罩，使包括可变链轮变速器、传动链条、涨紧装置、飞链在内的自行车传动变速系统密闭在一个全链罩簿壳腔内，实现闭式传动，使这种传动变速系统可以减少磨损，提高可靠性，更适于全天候使用。
图1：自行车传动变速部位图。
图2、3：普通自行车、运动自行车导前角（α）的参数图例。
图4：变速器正视图。
图5：沿变速器可变链轮长、短径A-A的剖视图。
图6：凸轮盘、单向离合器与右中轴碗联接的正向及局部视图。
图1描述了自行车变速器的传动联结与相互关系。变速器（1）安装在中轴（2）上，骑行者通过正蹬脚蹬（9），将踏力经曲柄（10）变成作用在中轴（2）上的驱动力矩，再通过由变速器（1）选定的椭圆形链轮的有效传动直径的长径和短径（7、8）（当长径（8）与短径（7）相等时为圆形链轮），由惯常的传动链条（3）将动力传递给飞轮（5）驱动自行车后轮（6）旋转，推动自行车行驶。为使骑行者的肌力得到合理利用，当设定的可变链轮（24）包含椭圆形链轮时，曲柄（10）中心线对椭圆形链轮长径（8）的导前角（α）为20～60°。
导前角（α）的具体选定，应根据图2、3示出的与骑行者蹬踏姿态相关的最有利的发力输出状态决定：曲柄（10）越过上死点后，骑行者的前脚掌对脚蹬（9）回转中心施加的蹬力近似垂直于曲柄（10）时，椭圆形链轮的长径（8）应与传动链条（3）处于大致相切的位置。这与骑行者的身材，选用自行车的型式、规格、鞍座与车把高度位置的调整等密切相关;除了可应骑行者要求特殊定做外，通常可按自行车的类型大体确定，图2、图3分别示出了普通自行车与运动自行车随骑行者姿态相应的改变导前角（α）较适宜的参数。
图4、5、6描述了可变链轮变速器（1），一个中轴（2）支承在滚珠（28）右中轴碗（27）和图中未画出的左中轴碗上，右中轴碗（27）与车架（29）固定连接，一个单向离合器（32），可以用左旋螺纹旋入联结在轴向带止推体的中轴碗（27）和凸轮盘（11）之间并与中轴（2）同轴，曲柄（10）驱动盘（25）通过销子（26）固连在中轴（2）右端，一对链轮滑块（12）和一对与链轮滑块（12）垂直分布的惰轮滑块（20），由各自伸出的短圆柱销（14、22）分别与凸轮盘（11）上的外曲线槽（16）和内曲线槽（18）滑配啮合，链轮滑块（12）和惰轮滑块（20）的另一端带有键（13、21），分别与驱动盘（25）上的长径驱动槽（15）短径驱动槽（23）滑动接合，为使内、外曲线槽（18、16）互不干涉又对可变链轮（24）的变速比及变速范围等传动性能在变速器（1）结构尺寸一定的条件下更为有利，链轮滑块（12）上的短圆柱销（14）与惰轮滑块（20）上的短圆柱销（22）离可变链轮（24）节圆的距离是不相等的，短圆柱销（14）离得较近，短圆柱销（22）离得较远。
骑行者正蹬时，通过曲柄（10）驱动盘（25）上的长、短径驱动槽（15、23）驱拨链轮滑块（12）惰轮滑块（20）组成的椭圆（直径相同时为圆）形可变链轮（24）绕中轴（3）旋转，通过传动链条（3）将驱动力传递给飞轮（5），驱动自行车后轮行驶;与此同时，驱动力使传动链条（3）作用一张力，使被链条（3）缠绕的可变链轮（24）上转换产生切向和径向载荷，其中切向载荷加在链轮滑块（12）上，经键（13）传递负载给驱动盘（25），链条（3）缠绕链轮滑块（12）惰轮滑块（20）所产生的径向载荷，则通过短圆柱销（22、14）传递到凸轮盘（11）的内外曲线槽（18、16）上，迫使链轮滑块（12）和惰轮滑块（20）分别锁定在对应的径向对称分布的圆形定位孔（19、17）上朝向中轴（2）中心线的一段圆弧上，由此带动凸轮盘（11）脱开棘轮（30）棘爪（31）型（或其它形式）的单向离合器（32），随中轴（2）一起同步旋转。
变速时，骑行者仅需反蹬曲柄（10），驱动盘（25）上的长、短径驱动槽（15、23）随即驱拨链轮滑块、惰轮滑块（12、20）一起绕中轴（2）反向旋转，并且链轮滑块、惰轮滑块（12、20）端伸出的短圆柱销（14、22）分别同时驱拨凸轮盘（11）反转，此时单向离合器（32）中的棘爪（31）掣住棘轮（30）迫使凸轮盘（11）锁定在右中轴碗（27）上与自行车车架（29）保持相对静止，随着骑行者继续反蹬，链轮滑块、惰轮滑块（12、20）开始滑出原先的定位孔圆弧，并按凸轮盘（11）上内外曲线槽（18、16）和径向对称的定位孔（19、17）的对应位置选定和得到所需直径的椭圆（直径相同时为圆）形链轮（24），且在传动链条（3）的张力作用下，其径向分力迫使链轮滑块、惰轮滑块（12、20）上伸出的短圆柱销（14、22）分别锁定在凸轮盘（11）上重新选定的相应定位孔（17、19）朝向中轴（2）中心线的圆弧上，直至下次变速开始为止。
应该注意的是，变速应在使椭圆形链轮的长径（8）的一端即两个链轮滑块（12）之一处于与传动链条（3）的非啮合状态下进行（即只有一块链轮滑块（12）与传动链条（3）啮合的区间进行）。由于曲柄（10）与链轮滑块（12）间的角位一经确定就不再改变了，所以骑行者一经试骑就能很快习惯地掌握变速时双脚所应处的蹬踏方位范围。
图4、5、6提供了一个速档均布的12级可变链轮变速器的实施例，其中较大的11级可变链轮构成椭圆形链轮，其最大长径对应当量齿数为54牙;最小的一级构成圆形链轮，齿数为32牙，设计者可以根据需要选取变速级数，确定由最大链轮有效直径和最小链轮有效直径决定的变速范围，采用等分速档或非等分速档和椭圆形或圆形可变链轮形式等，设计出不同参数的与此同类的可变链轮变速器，均是显而易见的。
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