自行车摇杆驱动自适应变速机构的制作方法

专利名称:自行车摇杆驱动自适应变速机构的制作方法
自行车摇杆驱动自适应变速机构，属自行车传动及变速机构领域。
自行车自1818年发明以来，到1879年已经基本定型。近百年来，其传动原理没有发生变化，因为链轮传动比较简单合理，因此长期沿用这种传动。
八十年代初，美国有人推出一种新型的自行车传动原理，即摇杆式传动原理(见图1)。该原理能消除普通自行车曲柄在上、下死点位置附近的低效行程，使自行车有更高的出力。此外，由于采用了摇杆式传动，变速机构变得简单了，只要在摇杆上改变链条的联接位置就能实现变速，变速范围可以较广。
采用摇杆式传动的自行车，产生了不能倒推的问题。这是因为摇杆不可能连续反转。因此当自行车倒推时，最多只能退1米左右即不能继续倒推。这在某些场合是不尽合用的。此外，在变速方式上，现有摇杆式车型的变速过程仍如同目前普通车的各种变速机构一样，在变速过程中必须停止驱动，这对于在上坡行程中进行变速是极为不利的，应设法克服。
自1920年世界上出现第一辆带有变速器的自行车以来，自行车变速装置不断得到改进，直到最近，才出现了实现“自动变速”的思想。据《大众机械》(1985.6)报道，一位名叫米歇·德阿尔的法国青年工程师发明了一种自动变速装置(图2)，并很快在英国获得发明专利。这种装置的工作原理是，轮盘直径的改变取决于脚踏时产生的力矩，脚踏的力越大，轮盘直径便越小。脚踏力改变，轮盘直径便可自动调节。但这种装置结构过于复杂，成本较高。另外由于没有稳定的锁紧装置，因此在起步或停止蹬踏时，链轮会自动变大。在正常骑行过程中，由于脚踏力也是时大时小变化的，链轮也随时发生相应的大小变化，而这种变化是不必要的，会影响舒适骑行的效果。
本发明的目的是用一种新的驱动机构和变速机构代替传统的链轮变速机构。针对前述各项现有变速机构的缺点，本发明在摇杆驱动传动方案的基础上，采用了“自适应变速”的机构，使得变速过程具有一定的自适应能力，即在上坡时，随坡度大小能实现相应的降速，而且可以在适应性变速的过程中不停止驱动。同时，还设计了可倒行飞轮，使自行车能自由倒推。采用这种摇杆驱动自适应变速机构的自行车骑行舒适、稳定快速、轻快省力、不易疲劳，并能方便、可靠地实现较大范围的变速。
本发明的具体内容如下1.本发明的摇杆驱动装置的机构尺寸(见图3)，经人体力学试验和人机学研究，得出合理的目标函数，再经计算机优化设计，得出了机构的合理的优化尺寸，主要包括①曲柄〔1〕长度L1＝280～300mm，②摇杆〔2〕与曲柄〔1〕夹角Φ＝140°～150°，③曲柄中心位置O2和后轴中心位置O3的相对位置坐标为x0＝350～370mm，y0＝50～80mm。
这样的尺寸，在骑行时，人-机动力匹配关系较合理，有较理想的输出动力特性。
2.本发明的变速控制机构和自适应控制机构(见图4)为变速控制机构由下滑齿板〔3〕、上滑齿板〔4〕、滑块〔6〕和平凸轮〔5〕组成。滑块〔6〕和链条相联。两齿块由平凸轮控制其位置，当上滑齿板推出、下滑齿板收进时，滑块可沿滑槽上滑，相当于升速。如下滑齿板推出、上滑齿板收进时，则实现降速。滑块上升(向左滑)和下降(向右滑)的动力是由联接在滑块上的链条的拉力产生的。
自适应控制机构由滑块〔6〕、滑杆〔7〕压簧〔8〕及定位套〔9〕组成。装于车把上的操纵手柄通过钢丝拉动平凸轮前后移动，进而控制两齿板的位置，使滑块〔6〕实现四种工作状态①上升(左移)②锁紧③下降(右移)④回中。弹簧〔8〕用来和链拉力平衡，使滑块的位置能适应链拉力的变化而到达不同的位置，实现自适应功能。定位套〔9〕将弹簧〔8〕分为两段，当两齿板都收进时，两段弹簧的配合，保证了滑块回到原始位置，即相当于中速的位置，称为“回中”。当两齿板都推出时，能将滑块锁紧在当时所在位置上。可见，自适应控制机构和变速控制机构相组合，才能实现自适应变速功能。
3.本发明的可倒行飞轮结构(见图5)为飞轮的千斤座〔12〕在外，棘轮〔13〕在内，利用扇形控制板〔10〕实现使千斤〔11〕脱开的功能。当车轮倒转时，扇形控制板楔入，顶开千斤，飞轮即脱开，使车轮可自由倒转而不带动链条，实现无阻碍倒退。当车轮正行时，扇形控制板退出，千斤恢复正常，飞轮又能如同普通飞轮一样正常工作。
图1，自行车摇杆式驱动装置外形。
图2，米歇·德阿尔的自动变速链轮，该链轮装在普通链传动自行车上，实现自动变速。
图3，摇杆式驱动装置的曲柄和摇杆，〔1〕为曲柄，〔2〕为摇杆，变速机构在〔2〕中。
图4，自适应变速机构，〔3〕为下滑齿板，〔4〕为上滑齿板，〔5〕为平凸轮，此三件组成变速控制机构，控制滑块〔6〕的上、下滑可能性。〔6〕为滑块、〔7〕为滑杆、〔8〕为压簧、〔9〕为定位套，此四件组成自适应控制机构，由压簧产生自适应控制力。
图5，可倒行飞轮，〔10〕为扇形控制板，〔11〕为千斤，由扇形控制板控制千斤的开合。〔12〕为千斤座，〔13〕为棘轮，此两件和传统飞轮相反，棘轮在内，千斤座在外。
本发明的摇杆式驱动装置，经试制后作二十公里对比性试骑，对比车型为26″轻便车。本车型以中速档轻快地骑行，普通轻便车须使劲追赶才能跟上，可见本车型骑行轻快省力的效果是明显的。根据试骑的结果分析，骑行者最需要的是在上坡时有自适应功能，以免在上坡过程中作变速操作，使蹬踏中断。对于升速则并不要求有自适应功能。此外，在平地骑行时，此种车型最舒适省力的速度是中速档(相当于步长5.7米左右)。因此，本装置的关键功能是自适应降速和自动回中两种功能。
当上坡时，只要事先将手柄置于自适应降速档，变速装置即能自动根据坡度大小实现相应的降速，直到最低档为止。
如将手柄放在自动回中档，则变速装置能自动回到中速，随后将手柄放到锁紧档，即能在中速位置上固定。
权利要求
1.一种自行车摇杆驱动装置，其特征在于优化机构尺寸为①曲柄[1]长度L1=280～300mm②摇杆[2]与曲柄[1]夹角Φ=140°～150°③曲柄中心位置O2对后轴中心O3的相对位置坐标，X0=350～370mm，Y0=50～80mm。
2.一种自行车摇杆驱动装置，其特征在于，所述的装置具有自适应变速功能，由自适应控制机构和变速控制机构组成，所述的变速控制机构，由两块齿板〔3、4〕，一个平凸轮〔5〕和滑块〔6〕组成，能控制滑块上、下滑动或锁紧，所述的自适应控制机构，由两根弹簧〔8〕一根滑杆〔7〕和一个定位套〔9〕组成，能实现自适应降速和自动回中，自适应控制机构和变速控制机构相配合，实现自适应变速功能。
3.一种和自行车摇杆驱动装置相配合的飞轮，其特征在于，所述的飞轮的千斤座〔12〕在外，轮〔13〕在内，由扇形控制板〔10〕控制千斤〔11〕的开合，使车轮倒行时，千斤脱开棘飞轮成为可倒行飞轮。
专利摘要
自行车摇杆驱动自适应变速机构属于一种自行车传动及变速机构。通过人体力学试验作出的机构尺寸优化设计使机构有较高的出力效果。骑行轻快省力、平稳舒适。其中的自适应变速机构，在上坡时能随蹬踏力的变大而实现自适应降速，并能实现升速、自动回中和锁紧。所设计的与摇杆机构相配合的可倒行飞轮，保证了此种自行车倒推时行动自如。
文档编号B62M1/24GK87100698SQ87100698
公开日1988年8月10日 申请日期1987年2月19日
发明者黄靖远, 邝洛元, 焦正财, 林为坤, 李平林, 陈顺煊 申请人:清华大学, 广州市自行车工业公司