[其他]自行车变速装置

说明书

本实用新型涉及一种自行车变速装置。

自行车传动装置多袭用双曲柄机构，这种机构工作效率低。它是按正弦函数由0至1循环，其平均工效低于0.5。随着技术进步，发明了内变速和外变速机构，内变速机构受到空间的限制，速比级数少，又沿用行星齿轮传动，模数小，强度低不耐用，更无法用于载重车。外变速机构除中速外均是将链条强迫歪斜使用，加之不能使用链罩，易沾尘砂，故链条、链轮磨损大。无论是内、外变速机构都只是在速比级数上进行选择，仍然工效低。近几年来，发明了以双踏板代替双曲柄机构，打破了骑行自行车时双脚作圆周运动的惯例，完全避开了低工效区工作，提高了工效。〔参见《Popular    Science》VO1.204，NO。1，P25，1974年〕。但由于后轮仍采用两个小链轮；无变速装置，不能向高速发展。

本实用新型的任务是突破曲柄工效受正弦函数0至1循环的约束，将0.5的平均工效加以提高，提供两种非圆齿轮变速装置，使曲柄在高工效区多施力，低工效区时少施力。

为了完成上述任务，本实用新型提出了两种具体解决方案如下：

第一种解决方案是采用双椭圆齿轮或双变形椭圆齿轮以平均速比N＝1的变速装置，如图1、图2和图3所示。它是将现有车架的中接头去掉，焊上一块弧形钢板，以便螺栓将变速箱整体紧固或者将变速箱体直接焊于其上均可。以安装在主轴〔2〕上的双曲柄机构〔1〕转动主轴，输入油浴的变速箱〔3〕内，首经一对相同的椭圆齿轮〔4〕和〔5〕，其中一个椭圆齿轮固定在主轴〔2〕上，另一个椭圆齿轮固定在从动轴〔6〕上，将从动轴带动，使装在从动轴的花键孔又带双端面牙嵌离合器齿轮〔7〕和〔8〕同时旋转。另用两个驳叉控制位移，使齿轮组合作六级速比经与主轴同心的空心轴〔11〕，传至外端大链轮〔9〕，经链条〔10〕带动后轮前进，若用三个驳叉即可达九级速比输出。

这种装置显然能提高工效。现根据双椭圆齿轮的幅度变化，以32齿数等分每个椭圆节曲线，按照8齿数平分 1/4 周长，一个椭圆齿轮齿数为Z₁，另一椭圆齿轮的齿数为Z₂，计算双椭圆齿轮增益效率变化的结果如图6和表1所示。

表1是双椭圆齿轮的增益效率变化值

由表1可知，曲柄在上下死点时，其速比减小到0.74倍，同时力矩也减小到0.74倍，其无利时间缩短，正好少施力，正值低工效区，其无益损耗减少；曲柄在水平位置时，其速比提高到1.35倍，力矩也提高到1.35倍，其有利作用时间加长，正好多施力，正值高工效区，工效自然高，由于力矩的变化，其平均增益η₁为0.7438，而实际输入力矩增大到1.026倍，考虑非圆齿轮损耗η₂为0.96，圆齿轮损耗η₃为0.98，由此可知：η＝0.7438÷1.026÷0.5×0.96×0.98＝1.36因此，本实用新型实际效率比0.5曲柄提高到136％。

第二种解决方案是采用大椭圆齿轮，带动小偏心扁圆齿轮，以平均速比N＝2的变速装置，如图1、图4和图5所示。它是将现有车架上的中接头去掉，焊上一块弧形钢板，以便用螺栓将变速箱整体紧固或者将变速箱体直接焊于其上均可。以踏动装在主轴〔2〕上的双曲柄机构〔1〕转动主轴输入油浴的变速箱〔3〕内转动一个装在主轴上的大椭圆齿轮〔12〕带动一个装在从动轴上的小偏心扁圆齿轮〔13〕或一个大卵形齿轮以增速二倍，带动一个小偏心圆齿轮，使从动轴〔6〕旋转，另用二个驳叉控制二个装在从动轴上的花键孔又带双端面牙嵌离合器齿轮〔7〕和〔8〕，使齿轮组合能作六级速比输出，如用三个驳叉可得九级速比输出，传至与主轴同心的空心轴〔11〕的外端的大链轮〔9〕经链条〔10〕带动后轮前进。

这种装置更能提高工效达到省力。同样，可通过大椭圆齿轮和小偏心扁圆齿轮幅度变化计算力矩和速比。为计算方便，今将大齿轮节曲线分为32齿，并以90°为计算区，Z₁为大椭圆齿轮齿数为8，小偏心扁圆齿轮节圆角相应为180°，Z₂为小偏心圆齿轮齿数也为8，平分半周节曲线，其增益效率变化如图7和表2所示。

表2是大椭圆齿轮带动小偏心扁圆齿轮增益效率计算值

由表2可知，由于力矩变化，其平均增益η₁为0.7964，而实际力矩增大到1.042倍，考虑非圆齿轮损耗η₂为0.96，圆齿齿轮损耗η₃为0.98，由此可知：