专利名称：自行车脚控变速装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种自行车变速装置，确切的说是一种自行车脚控变速装置。
背景技术：
现有的自行车变速装置多数以链条传动，通过调整主动链轮(中轴)与从动链轮(后车轮)的直径大小变化，达到改变传动速比的目的。现在流行的链传动变速装置有以下缺陷变速速比不能变化过大，虽然有的变速装置多达十多级变速档位，但要从最快速变换到最慢速，必须通过多级链轮逐级过度才能实现变速，变速切换速比小；在变速过程中链条、链轮频繁切换，容易出现链条脱离链轮的故障；变速切换是手动操作，需要安装变速拉索等附件，操作使用不够方便。
发明内容
本发明为改进现有的自行车变速装置结构，克服现有技术的缺陷，提供一种不改变现有自行车的链条传动方式和链轮轴距，不需要链条链轮变速换位和安装变速操纵拉索等附件，变速速比大，变速切换快、安装简便，操作容易的一种自行车脚控变速装置。
本发明的技术解决方案是所述的自行车脚控变速装置，包括自行车的传动链条链轮和链轮中轴，其特征在于a.所述链轮中轴设有轴向内孔和径向贯通长槽，链轮中轴同轴安装有快、慢速两组齿轮和变速套筒，快、慢速两组齿轮设有内径花键齿，链条链轮与快速齿轮的端面连接，所述变速套筒外圆有棘轮逆旋止动装置，内圆有轴向对称的高低点环状坡面；b.所述链轮中轴下方装有同轴联体结构的从动齿轮，其齿面与慢速齿轮啮合，从动齿轮上设有同轴梯级齿轮，其齿面与快速齿轮啮合；c.所述链轮中轴的轴向内孔中设有储能弹簧和变速移动连杆，变速移动连杆一端装有长方键并与储能弹簧邻接，另一端设有一垂直于变速移动连杆轴线的变速连杆横杆，其两端搭在变速套筒内圆轴向对称高低点环状坡面上。
本发明所述的链轮中轴轴向内孔和径向贯通长槽是变速移动连杆的活动通道，可以带动长方键轴向左右位移，分别插入快、慢变速的两组齿轮内孔花键齿并与之啮合，进行变速切换。在变速操作时只要逆旋链轮中轴，变速套筒被棘轮逆旋止动装置止动，与链轮中轴及轴内孔中的变速移动连杆、变速连杆横杆作相对旋转角移动，变速连杆横杆的两端被环状坡面斜面推力顶至坡面高点，推动变速连杆横杆和变速移动连杆及长方键左移，与快速齿轮啮合并压缩储能弹簧，链轮中轴、快速齿轮及相连的链条链轮同步旋转；如再次逆旋链轮中轴，变速套筒再次与链轮中轴及轴向内孔中的变速移动连杆、变速连杆横杆作相对旋转角移动，变速连杆横杆被储能弹簧作用力把变速连杆横杆顶至坡面低点，变速移动连杆和长方键被推动向右位移与慢速齿轮啮合，慢速齿轮、链轮中轴同步旋转与从动齿轮啮合，从动齿轮同轴的梯级齿轮齿面与快速齿轮啮合带动链条链轮，链条链轮及所连接的快速齿轮与中轴的旋转是同向不同步，通过从动齿轮的减速增大了链条链轮的扭力，达到了变速效果。其中变速套筒内圆轴向对称高低点环状坡面，其高低端之间相邻旋转角约为45度。快、慢速两组变速齿轮与从动齿轮以常啮合方式传动，变速换档啮合采取内径花键齿插入长方键与链轮中轴啮合的传动方式。
本发明附图为应用于大轮自行车的快速向慢速变速的变速装置结构示意图，其变速以后，中轴旋转一圈，主动链轮的旋转小于一圈。作为本发明的进一步改进，将本发明应用于小轮、超小轮自行车的变速，即慢速向快速变速，只需将本发明技术方案的快慢速齿轮的外径尺寸互换及反向安装从动齿轮即可，其变速以后，中轴旋转一圈，链条链轮的旋转大于一圈。按照以上技术方案，在结构上稍作改动，还可以实现快、中、慢三速变速。
本发明的有益效果是①脚控操作逆旋变速，既简便又省掉了手动操作的变速拉索附件；②变速齿轮外齿常啮合方式传动，内花键齿啮合传动，工作可靠，不会产生变速掉链；③变速速比大，可以一步到位进行最高速到最低速的变速切换；④安装简便，不改变普通自行车的链传动方式和安装轴距，仅改变普通自行车的中轴结构；⑤变速互换适应性强，只需要调整两对变速齿轮的外径，该装置既可以应用于大轮自行车的快速向慢速变速(上坡或载重)，又可以应用于小轮自行车的慢速向快速变速等。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明图1是本发明的安装示意图，图2是本发明的总体结构示意图，图中右侧为本发明左视图，图3是本发明变速切换轴向移动装置示意图，图中下方为变速套筒内圆轴向对称高低点环状坡面的平面展开示意图。
图中标注数字序号的零件名称是(1)链轮中轴，(2)左端滚珠挡圈，(3)链轮，(4)链轮垫板，(5)左端滚珠外圈，(6)左端快速齿轮，(7)滚珠内圈，(8)右端慢速齿轮，(9)中端滚珠挡圈，(10)锁紧螺母，(11)变速连杆横杆，(12)变速套筒，(13)右端滚珠外圈，(14)固定支架，(15)锁紧螺母，(16)右端滚珠挡圈，(17)变速连杆横杆固定螺丝，(18)棘轮止动顶板，(19)变速移动连杆，(20)从动齿轮销轴，(21)从动齿轮，(22)从动齿轮固定支架，(23)长方键，(24)储能弹簧，(25)脚踏曲柄，(26)棘轮止动齿圈，(27)变速套筒内圆轴向对称高低点环状坡面。
具体实施例方式
参见附图2、附图3，链轮中轴1是有轴向内孔的空心轴，中部有一径向惯通的长型槽，槽内设置有长方键23，长方键23露出槽外的两端卡在左端快速齿轮6的内径花键齿内，带动左端快速齿轮6作同步旋转；快速齿轮6端面与链轮3连接，齿轮6、8共同与同轴联体结构的从动齿轮21啮合，链轮中轴1安装有滚珠挡圈2、9和锁紧螺母10，将齿轮6、8定位于链轮中轴1上，左端快速齿轮6的端面有螺栓紧固住链轮3和链轮垫板4，带动链轮3旋转，从而带动链条，驱动车轮旋转，以上过程是自行车正常骑行时的运转状态。自行车骑行过程中需要变速，通常是在负载过重或骑行上坡体力消耗过大的情况下，由快速向慢速变速。变速以后的旋转力的传递过程是，骑车旋转脚踏曲柄25，带动链轮中轴1旋转，长方键23卡在右端慢速齿轮8的内径花键齿内，带动右端慢速齿轮8作同步旋转，右端慢速齿轮8的外径小于左端快速齿轮6，杠杆原理使右端慢速齿轮8产生更大的旋转扭力，右端慢速齿轮8带动从动齿轮21旋转，从动齿轮21同轴的梯级齿轮带动左端快速齿轮6旋转，左端快速齿轮6的旋转速度减慢，旋转力矩增大，左端快速齿轮6带动链轮3通过链条将增大的旋转扭力传递到车轮，通过变速降低速度增加扭力，使人力骑行的体力消耗减小。其中右端慢速齿轮8与从动齿轮21、从动齿轮21与左端快速齿轮6的齿轮传动，采用常啮合齿轮传动方式，变速切换通过长方键23进行轴向移动，分别与左端快速齿轮6、右端慢速齿轮8的内径花键齿啮合同步旋转。
参见附图3，附图3所示的是变速切换长方键23轴向位移的过程，变速套筒12是安装在右端滚珠挡圈16上可以旋转的套筒类型的零件，右端滚珠挡圈16螺纹镶套于链轮中轴1，其外圆与右端滚珠外圈13，固定支架14以滚珠连接，变速套筒12在骑行状态旋转时与链轮中轴1同步。如果在骑行时需要变速，踩脚踏逆向旋转中轴1约45度，固定在该装置底座上的棘轮止动顶板18顶住变速套筒12外圈上的棘轮止动齿圈26与链轮中轴1逆向旋转，在链轮中轴1的右端也设置有径向贯通的长型槽，槽内穿插有变速连杆横杆11，该连杆横杆系细柱形弹性钢丝件，其两端搭在变速套筒12内圆的轴向对称高低点环状坡面27上，坡面上轴向对称高点与低点的两个凹处，可留置变速连杆横杆11，相邻高低点的间隔径向旋转角约为45度。因为变速操作产生变速套筒12与链轮中轴1、右端滚珠挡圈16逆向旋转角约45度，变速套筒12在逆旋时通过内圆的高低点环状坡面27的斜坡作用力，把搭在坡面低点凹处上的变速连杆横杆11，推至坡面上高点凹处，使变速连杆横杆11产生轴向左移，变速连杆横杆11轴向移动距离等于变速套筒12内圆坡面高低点轴向间隔距离，变速连杆横杆11并作用于位于链轮中轴1内孔里的变速移动连杆19，变速移动连杆19推顶长方键23，向左位移插入左端快速齿轮6的内孔花键齿内，使链轮中轴1与左端快速齿轮6同步旋转，长方键23向左位移的同时压缩置于链轮中轴1内孔左端的储能弹簧24储蓄能量。在骑行时如果再次踩脚踏曲柄逆向旋转链轮中轴1约45度，变速套筒12重复以上过程，但是搭在变速套筒12内圆的高低点环状坡面27上高点凹处上的变速连杆横杆11，被储能弹簧24的弹簧能量释放推至内圆的高低点环状坡面27低点凹处位置上，使变速连杆横杆11向右位移，变速移动连杆19、长方键23同步向右位移，插入右端慢速齿轮8内孔花键齿内，使链轮中轴1与右端慢速齿轮8同步旋转，右端慢速齿轮8通过从动齿轮21传动至左端快速齿轮6实现变速旋转力的传递。如果再次踩脚踏逆向旋转链轮中轴1约45度，快慢变速切换重复以上过程。
在以上图示未作说明的其它零件及作用，左端滚珠外圈5是与左端快速齿轮6滚珠连接，左端滚珠挡圈2螺纹镶套于链轮中轴1，滚珠连接左端快速齿轮6，滚珠内圈7固定于链轮中轴1与左端快速齿轮6的右端，右端慢速齿轮8的左端滚珠连接，中端滚珠挡圈9是螺纹镶套于链轮中轴1，滚珠连接右端慢速齿轮8的滚珠挡圈，锁紧螺母10作用是锁紧中端滚珠挡圈9，右端滚珠挡圈16螺纹镶套于链轮中轴1，滚珠连接右端滚珠外圈13，锁紧螺母15作用是锁紧右端滚珠挡圈16，固定支架14是连接左端滚珠外圈5、右端滚珠外圈13、从动齿轮固定支架22、棘轮止动顶板18的底座安装板。
权利要求
1.本发明涉及一种自行车脚控变速装置，包括自行车的链条链轮(3)和链轮中轴(1)，其特征在于所述链轮中轴(1)设有轴向内孔和径向贯通长槽，同轴安装有快速齿轮(6)、慢速齿轮(8)和变速套筒(12)，快速齿轮(6)、慢速齿轮(8)设有内径花键齿，链条链轮(3)与快速齿轮(6)的端面连接，所述变速套筒(12)外圆有棘轮逆旋止动装置，内圆有轴向对称的高低点环状坡面(27)；链轮中轴(1)下方装有同轴联体结构的从动齿轮(21)，其齿面与慢速齿轮(8)啮合，从动齿轮(21)上设有同轴的梯级齿轮，其齿面与快速齿轮(6)啮合；所述链轮中轴(1)的轴向内孔中设有储能弹簧(24)和变速移动连杆(19)，变速移动连杆(19)一端装有长方键(23)并与储能弹簧(24)邻接，另一端设有一垂直于变速移动连杆(19)轴线的变速连杆横杆(11)，其两端搭在变速套筒(12)内圆轴向对称高低点环状坡面(27)上。
2.根据权利要求1所述的一种自行车脚控变速装置，其特征在于变速套筒(12)内圆设有轴向两端对称高低点环状坡面(27)，该环状坡面的高、低端为凹型结构，高低端相邻径向旋转角度约为45度。
3.根据权利要求1或2所述的一种自行车脚控变速装置，其特征在于变速套筒(12)外圆上的棘轮逆旋止动装置可以是棘轮止动齿圈(26)。
4.根据权利要求1所述的一种自行车脚控变速装置，其特征在于变速齿轮组件(6)、(8)与从动齿轮(21)采用常啮合齿轮传动方式。
5.根据权利要求1所述的一种自行车脚控变速装置，其特征在于变速齿轮组件(6)、(8)是采用将长方键(23)移动插入变速齿轮(6)、(8)的内径花键齿的方式与链轮中轴(1)啮合。
全文摘要
本发明涉及一种自行车脚控变速装置，其链轮中轴1设有轴向内孔和径向贯通长槽，同轴安装有快速齿轮6、慢速齿轮8和变速套筒12，快速齿轮6、慢速齿轮8设有内径花键齿，链条链轮3与快速齿轮6的端面连接，链轮中轴1下方装有同轴联体结构的从动齿轮21，其齿面分别与快速齿轮6和慢速齿轮8啮合，链轮中轴1的轴向内孔中设有储能弹簧24和变速移动连杆19，变速移动连杆19一端装有长方键23并与储能弹簧24邻接，另一端设有变速连杆横杆11，其两端搭在变速套筒12内圆轴向对称高低点环状坡面27上。本发明属于脚控操作逆旋变速，既简便又省掉了手动操作的变速拉索附件；变速齿轮工作可靠，不会产生变速掉链；变速速比大，可以一步到位进行最高速到最低速的变速切换；具有安装简便，变速互换适应性强的特点。
文档编号B62M25/00GK1597437SQ20041004150
公开日2005年3月23日 申请日期2004年7月22日 优先权日2004年7月22日
发明者罗明端 申请人:罗明端