步踏式无链无中轴无级变速折叠自行车的制作方法

步踏式无链无中轴无级变速折叠自行车

二、技术领域：

本发明涉及一种，步踏式无链无中轴无级变速可折叠的自行车，其特征是：利用空心轴、单向齿轮、曲柄等，使自行车实现步踏驱动、无链传动、无级变速、缺省中轴、前后轮共同转向、对折式折叠等。

三、

背景技术：
：

目前，自行车的驱动，以圆周踏蹬中轴处曲柄实行；传动则多为链条或传动轴；变速则以调整牙盘与飞轮齿比实现；由于中轴的存在，折叠后体量较大。存有如下不足：

①圆周踏蹬，力和力臂的夹角需不断改变，部分区域力矩产生小、有死点；转换功效低、易疲劳。常见负重自行车上坡时，一正一倒踏蹬情形，证明圆周踏蹬自行车的弊端。

②绕中轴旋转的曲柄(脚拐臂)，受距地高度、使用者生理(腿长)影响，长度设计受限(一般在180mm左右)，最大输入力矩，无法靠曲柄杆长增加获得。

③变速机构，零部件多，顺畅、便利性较差；无级变速成本高。

④链条(或传动轴)传动装置，传动距离长、构件多，可靠性、耐久性、简洁性、转换效率等相对较低。

⑤因设有中轴，车体结构复杂，大轮径折叠、便携困难。

四、

技术实现要素：

为了克服现有技术自行车驱动、传动、变速、折叠等方面存有的 不足，本发明提供一种崭新理念的自行车，该车采取步踏式驱动、无链传动、曲柄杆伸缩式变速，并因缺省中轴更易折叠便携。

本发明要解决的技术问题是：

①变自行车圆周踏蹬，为更具人性化、科学化的步踏式驱动。

②变齿比调整的变速，为力臂(曲柄)长度调整的无级别变速。

③改现有技术链条(或传动轴)传动，为封闭于轮毂内的齿轮直接传动。

④取消中轴设置，将其功能复合于主动轮轴，置于封闭的主动轮轮毂内。

⑤实现自行车的折叠便捷，且更加小型、实用。

五、技术方案：

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：利用空心轴、单向轴承、齿轮、曲柄伸缩杆等，替代将现有技术自行车的中轴、齿盘、链条、飞轮、变速装置，并集结置于复合轮毂内，形成全封闭状态。

(一)本发明的零部件及功能为：

1、曲柄 由曲柄伸缩杆、曲柄轴、扇形拨轮组成。功能：接受步踏力，产生驱动力矩，经曲柄的扇形拨轮、I型传动轮、单向齿轮，传递至轮毂驱动车轮前旋。

2、十字空心轴 由空心轴，十字交叉固接而成。功能：兼做主动轮的轮轴，与前叉固接形成基座：内铰固定曲柄轴、I型传动轮轴，外铰固定与轮毂一体的单向齿轮、车轮轴承。

3、I型传动轮 由大、小齿轮和传动轴固接组成。功能：小齿轮与两侧曲柄的扇形拨轮啮合，使两扇形拨轮相向运动，带动曲柄杆此起彼 伏；传递力矩至两侧的单向齿轮。

4、单向齿轮 由单向轴承和齿圈复合而成，即单向轴承的外圈用齿圈替代。功能：左、右侧单向齿轮，交替承接与之啮合的I型传动轮传动的力矩，并分别拾缀前旋力矩通过内圈传递至固接的复合轮毂，确保车轮获得连续前旋力矩。

5、复合轮毂 将两侧圆盘型轮毂圆心与各侧单向齿轮的内圈固接；两侧轮毂外缘及车轮轮圈，用螺丝固接，组成复合轮毂。功能：既具有轮毂的功能，又可封闭上述传动装置，起到美观洁净保护作用。

6、伸缩控制轮 (调速轮)置于曲柄杆(外杆)上，由轮齿与曲柄杆(内杆)啮合。功能：使用者可用脚掌拨动伸缩控制轮，使曲柄内外杆相对运动，调整曲柄杆长，实现变速。

7、车架 由五种部件即：车把、前叉、中架、车座、后叉组成。各部件功能：

(1)车把，固定手刹；车把轴与前叉轴铰接同轴，可相对运动；车把轴齿轮与后插轴齿轮啮合，转动车把可使后轮导向；打开固定手柄，车把可折叠或调整适用位置。

(2)前叉，与前轮轴(十字空心轴)固接共同形成固定基座；叉下双肢与十字空心轴两端固接一体，上端铰接穿过中架与车把轴铰接；打开固定手柄，前叉可绕中架轴座内旋折叠；锁紧固定手柄与中架固结一体。

(3)中架，将车把、前叉、车座轴、后叉轴等，集结一体的部件；中架设置的固定手柄，起到分时固定或铰接各相关轴的作用。

(4)车座，使用座架；车座轴铰接插入中架，经手柄控制可调整高 度、扭转方向。

(5)后叉，后叉轴铰接固定于中架，后叉下部固定后轮轴；穿入中架的后叉轴齿轮，与车把轴齿轮啮合；车把右旋，经两齿轮作用后叉轴(后轮)左旋，实现自行车右转。

(二)本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：由上述七种功能部件有机组合，实现自行车步踏、前驱、无级变速、后轮转向、无链、无中轴、可折叠。

1、传动机构组合

(1)基架：在十字空心轴内铰固定左右侧曲柄轴、I型传动轮的传动轴；此时，I型传动轮的大、小齿轮，分别与左右侧的单向齿轮、曲柄的扇形拨轮啮合妥当；将十字空心轴的左右端与前叉固接一体，构成固定传动构件的基架。

以I型传动轮轴线，分左、右侧装配组合零部件。

(2)右侧部件：令十字空心轴铰接穿过与右侧轮毂固接的单向齿轮内圈，与前叉右肢固接；以曲柄轴自右向左铰接穿过右段十字空心轴，固接于扇形拨轮；此时，基架铰接固定的I型传动轮大、小齿轮，分别与单向齿轮的齿圈、曲柄的扇形拨轮啮合。

(3)左侧部件组合，同右侧。

(4)传动机构零部件组装到位后，两曲柄的扇形拨轮，啮合I型传动轮小齿轮；I型传动轮的大齿轮，则啮合单向齿轮；将传动机构密封于轮毂内(左、右轮毂及车圈在轮毂边缘固接闭合，即成)；最后，左、右曲柄杆固接曲柄轴；完成步踏式驱动装置的组装。

2、无级变速机构

本发明变速的技术方案，是利用曲柄杆伸缩，调整力臂长度，实现无极变速。

齿轮，相当于变形的杠杆；调整齿轮传动比的变速，亦即是杠杆长度调整的变速。现有变速技术，不变是曲柄(拐臂)长度，变化的是齿比。本发明的变速技术，与之相反，即固定齿比，改变曲柄(拐臂)即力臂长度，实现变速。

因本发明的扇形拨轮、I型传动轮、单向齿轮等，传动件的径级(或齿数)固定不变，即传动比恒定。同等条件，增加曲柄杆长则省力，与缩小扇形拨轮径级的效果一致；亦与现有技术齿比变小后的结果相同，皆可实现变速。

3、导向和折叠

导向：本发明采取前轮、后轮同时导向。车把轴与前叉轴共轴，由中架铰接固定；当需右转时，车把向右旋则前轮右旋，同时车把轴驱使同轴的导向齿轮带动与之啮合的后导向齿轮促使后轮叉与后轮向左旋转，实现同步向右转向。(左转向，原理相同。)

折叠：本发明的折叠技术方案，采取车把左旋，即形成前后轮对折折叠；松动车把和中架上控制手柄，车把前倾，车座可落下。

六、有益效果：

①变自行车圆周踏蹬，为更具人性化、科学化的步踏式驱动；可增大驱动力矩、提高肌能转换效率、增强爬坡性能、提升骑行速度，增加舒适度、降低疲劳程度，使用轻松、省力、耐久，易于长途骑行。

②变调整多级齿轮齿比(传动比)的变速，为调整力臂(曲柄)长度实现无级别变速；无极变速装置，简捷、顺畅、可靠，成本低、 易实现。

③改现有技术链条(或传动轴)传动，为轮毂封闭的齿轮直接传动；传动安全、可靠、效率高，清洁、美观、耐久。

④取消中轴设置，将其功能复合于空心的主动轮轴内；简化车体构架、节省空间，解决大轮径折叠车，传动部件裸露、折叠携带不便的难题。

⑤自行车导向轻松快捷。

⑥实现自行车的快速折叠及向微型、实用、便利上发展。

七、附图及说明：

结合下附图及实施例对本发明进一步说明。

图1是步踏式无链无中轴无级变速折叠自行车，传动机构示意图；

图2是步踏式无链无中轴无级变速折叠自行车，整车侧视示意图；

图3是图1传动机构A-A部位的剖面图。

图中：

①′、①前叉左右肢；②十字轴空心轴；③′I型传动轮；固④、③I型传动轮的大、小轮；⑤′、⑤左右侧单向齿轮齿圈；⑥′、⑥左右侧单向齿轮内圈；⑦′、⑦左右侧曲柄轴；⑧轮圈；⑧′复合轮毂组合部位；⑨′、⑨左右侧曲柄的扇形拨轮；⑩′、⑩左右侧轮毂；左右侧曲柄(外)杆；左右侧曲柄(内)杆；左右侧曲柄杆伸缩阀；左右侧脚蹬；控制手柄；中架；车把；车把导向齿轮；后导向齿轮；车座；后轮后轮叉

八、具体实施方式：

本发明具体实施方式为：

(一)步踏式驱动

见附图1、附图3，当右脚蹬接受踏力时，曲柄杆驱动固接的曲柄轴⑦旋转(下端进入纸面)，带动与曲柄轴⑦固结的扇形拨轮⑨，拨动I型传动轮③′的轮③、轮④正向(顺时针)旋转，轮④驱动啮合的单向齿轮的齿圈⑤驱动内圈⑥(此时，单向轴承功能处于锁死状态，即⑤⑥同步运动)，带动固结一体的轮毂⑩前旋；

此时，左侧与轮④啮合的单向齿轮齿圈⑤′反向旋转(后旋)，齿圈⑤′与单向齿轮的内圈⑥′处于单向轴承的可超越状态(允许⑤′⑥′相对运动)，未阻碍轮毂的前旋。

同时，传动轮③拨动另侧(左侧)啮合的拨轮⑨，，绕左侧曲柄轴⑦′与曲柄杆脚蹬旋转离开入纸面，即左侧脚蹬抬起；为左脚步踏做功准备。

左侧步踏，原理同上。

以上两种状态，轮毂皆前旋。如此，左右交替步踏，驱动车轮连续不断前进。

当左右脚蹬皆停止施力，车轮毂依惯性向前旋转，与轮毂固结的两单向齿轮内圈⑥⑥′与外齿圈⑤⑤′，皆处于可超越状态，即外齿圈静止，不影响内圈随轮毂向前旋动。

若本发明自行车倒行，则有轮毂⑩⑩′带动单向齿轮的内圈⑥⑥′倒旋，此时单向轴承功能处于锁死状态，即单向齿轮的外圈⑤⑤′与⑥⑥′同步倒旋，而⑤、⑤′在两侧啮合于同一传动轮④，结果是后旋力 抵消，自行车戛然而止。

(二)无级变速

参见附图1、附图3，本发明的传动部件传动比恒定，即扇形拨轮⑨⑨′、传动轮③④及单向齿轮⑤⑤′的齿数恒定。

曲柄杆伸缩阀可使曲柄(内)杆(外)杆相对伸缩。

当曲柄收缩为最短时，步踏力对主动轮轴，产生的扭矩最小，驱动最感吃力，踏频相应最慢；同等条件下，脚蹬在单位时间内行程(频率×位移)最短。(相当于现有变速自行车的最大齿比状态)。

反之，当曲柄伸至最长时，步踏力对主动轮轴，产生的扭矩相对最大，驱动最省力，踏频应最快，脚蹬在单位时间内行程最长。(相当于现有技术变速自行车，最小齿比状态)。

当曲柄杆长度在上述两种极限状态间变化时，即实施无级别调速。

(三)导向和折叠

参见附图2

1、导向为使前驱自行车行使的顺畅，本发明采取后轮导向。中架将车把轴与前叉轴铰接固定；当需右转时，车把向右旋，驱使同轴的导向齿轮带动与之啮合的后导向齿轮与后轮向左旋转，实现向右转向。左转向时，原理相同。

2、折叠松动三个折叠控制手柄车把可前赴，与导向齿轮 成铰接可相对运动；前、后轮皆可向内旋转形成对折式折叠；车座可落下并自由旋转。