步踏式無鏈無中軸無級變速折疊自行車

二、技術(shù)領(lǐng)域：

本發(fā)明涉及一種，步踏式無鏈無中軸無級變速可折疊的自行車，其特征是：利用空心軸、單向齒輪、曲柄等，使自行車實(shí)現(xiàn)步踏驅(qū)動、無鏈傳動、無級變速、缺省中軸、前后輪共同轉(zhuǎn)向、對折式折疊等。

三、

背景技術(shù)：
：

目前，自行車的驅(qū)動，以圓周踏蹬中軸處曲柄實(shí)行；傳動則多為鏈條或傳動軸；變速則以調(diào)整牙盤與飛輪齒比實(shí)現(xiàn)；由于中軸的存在，折疊后體量較大。存有如下不足：

①圓周踏蹬，力和力臂的夾角需不斷改變，部分區(qū)域力矩產(chǎn)生小、有死點(diǎn)；轉(zhuǎn)換功效低、易疲勞。常見負(fù)重自行車上坡時(shí)，一正一倒踏蹬情形，證明圓周踏蹬自行車的弊端。

②繞中軸旋轉(zhuǎn)的曲柄(腳拐臂)，受距地高度、使用者生理(腿長)影響，長度設(shè)計(jì)受限(一般在180mm左右)，最大輸入力矩，無法靠曲柄桿長增加獲得。

③變速機(jī)構(gòu)，零部件多，順暢、便利性較差；無級變速成本高。

④鏈條(或傳動軸)傳動裝置，傳動距離長、構(gòu)件多，可靠性、耐久性、簡潔性、轉(zhuǎn)換效率等相對較低。

⑤因設(shè)有中軸，車體結(jié)構(gòu)復(fù)雜，大輪徑折疊、便攜困難。

四、

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了克服現(xiàn)有技術(shù)自行車驅(qū)動、傳動、變速、折疊等方面存有的 不足，本發(fā)明提供一種嶄新理念的自行車，該車采取步踏式驅(qū)動、無鏈傳動、曲柄桿伸縮式變速，并因缺省中軸更易折疊便攜。

本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是：

①變自行車圓周踏蹬，為更具人性化、科學(xué)化的步踏式驅(qū)動。

②變齒比調(diào)整的變速，為力臂(曲柄)長度調(diào)整的無級別變速。

③改現(xiàn)有技術(shù)鏈條(或傳動軸)傳動，為封閉于輪轂內(nèi)的齒輪直接傳動。

④取消中軸設(shè)置，將其功能復(fù)合于主動輪軸，置于封閉的主動輪輪轂內(nèi)。

⑤實(shí)現(xiàn)自行車的折疊便捷，且更加小型、實(shí)用。

五、技術(shù)方案：

本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：利用空心軸、單向軸承、齒輪、曲柄伸縮桿等，替代將現(xiàn)有技術(shù)自行車的中軸、齒盤、鏈條、飛輪、變速裝置，并集結(jié)置于復(fù)合輪轂內(nèi)，形成全封閉狀態(tài)。

(一)本發(fā)明的零部件及功能為：

1、曲柄 由曲柄伸縮桿、曲柄軸、扇形撥輪組成。功能：接受步踏力，產(chǎn)生驅(qū)動力矩，經(jīng)曲柄的扇形撥輪、I型傳動輪、單向齒輪，傳遞至輪轂驅(qū)動車輪前旋。

2、十字空心軸 由空心軸，十字交叉固接而成。功能：兼做主動輪的輪軸，與前叉固接形成基座：內(nèi)鉸固定曲柄軸、I型傳動輪軸，外鉸固定與輪轂一體的單向齒輪、車輪軸承。

3、I型傳動輪 由大、小齒輪和傳動軸固接組成。功能：小齒輪與兩側(cè)曲柄的扇形撥輪嚙合，使兩扇形撥輪相向運(yùn)動，帶動曲柄桿此起彼 伏；傳遞力矩至兩側(cè)的單向齒輪。

4、單向齒輪 由單向軸承和齒圈復(fù)合而成，即單向軸承的外圈用齒圈替代。功能：左、右側(cè)單向齒輪，交替承接與之嚙合的I型傳動輪傳動的力矩，并分別拾綴前旋力矩通過內(nèi)圈傳遞至固接的復(fù)合輪轂，確保車輪獲得連續(xù)前旋力矩。

5、復(fù)合輪轂 將兩側(cè)圓盤型輪轂圓心與各側(cè)單向齒輪的內(nèi)圈固接；兩側(cè)輪轂外緣及車輪輪圈，用螺絲固接，組成復(fù)合輪轂。功能：既具有輪轂的功能，又可封閉上述傳動裝置，起到美觀潔凈保護(hù)作用。

6、伸縮控制輪 (調(diào)速輪)置于曲柄桿(外桿)上，由輪齒與曲柄桿(內(nèi)桿)嚙合。功能：使用者可用腳掌撥動伸縮控制輪，使曲柄內(nèi)外桿相對運(yùn)動，調(diào)整曲柄桿長，實(shí)現(xiàn)變速。

7、車架 由五種部件即：車把、前叉、中架、車座、后叉組成。各部件功能：

(1)車把，固定手剎；車把軸與前叉軸鉸接同軸，可相對運(yùn)動；車把軸齒輪與后插軸齒輪嚙合，轉(zhuǎn)動車把可使后輪導(dǎo)向；打開固定手柄，車把可折疊或調(diào)整適用位置。

(2)前叉，與前輪軸(十字空心軸)固接共同形成固定基座；叉下雙肢與十字空心軸兩端固接一體，上端鉸接穿過中架與車把軸鉸接；打開固定手柄，前叉可繞中架軸座內(nèi)旋折疊；鎖緊固定手柄與中架固結(jié)一體。

(3)中架，將車把、前叉、車座軸、后叉軸等，集結(jié)一體的部件；中架設(shè)置的固定手柄，起到分時(shí)固定或鉸接各相關(guān)軸的作用。

(4)車座，使用座架；車座軸鉸接插入中架，經(jīng)手柄控制可調(diào)整高 度、扭轉(zhuǎn)方向。

(5)后叉，后叉軸鉸接固定于中架，后叉下部固定后輪軸；穿入中架的后叉軸齒輪，與車把軸齒輪嚙合；車把右旋，經(jīng)兩齒輪作用后叉軸(后輪)左旋，實(shí)現(xiàn)自行車右轉(zhuǎn)。

(二)本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是：由上述七種功能部件有機(jī)組合，實(shí)現(xiàn)自行車步踏、前驅(qū)、無級變速、后輪轉(zhuǎn)向、無鏈、無中軸、可折疊。

1、傳動機(jī)構(gòu)組合

(1)基架：在十字空心軸內(nèi)鉸固定左右側(cè)曲柄軸、I型傳動輪的傳動軸；此時(shí)，I型傳動輪的大、小齒輪，分別與左右側(cè)的單向齒輪、曲柄的扇形撥輪嚙合妥當(dāng)；將十字空心軸的左右端與前叉固接一體，構(gòu)成固定傳動構(gòu)件的基架。

以I型傳動輪軸線，分左、右側(cè)裝配組合零部件。

(2)右側(cè)部件：令十字空心軸鉸接穿過與右側(cè)輪轂固接的單向齒輪內(nèi)圈，與前叉右肢固接；以曲柄軸自右向左鉸接穿過右段十字空心軸，固接于扇形撥輪；此時(shí)，基架鉸接固定的I型傳動輪大、小齒輪，分別與單向齒輪的齒圈、曲柄的扇形撥輪嚙合。

(3)左側(cè)部件組合，同右側(cè)。

(4)傳動機(jī)構(gòu)零部件組裝到位后，兩曲柄的扇形撥輪，嚙合I型傳動輪小齒輪；I型傳動輪的大齒輪，則嚙合單向齒輪；將傳動機(jī)構(gòu)密封于輪轂內(nèi)(左、右輪轂及車圈在輪轂邊緣固接閉合，即成)；最后，左、右曲柄桿固接曲柄軸；完成步踏式驅(qū)動裝置的組裝。

2、無級變速機(jī)構(gòu)

本發(fā)明變速的技術(shù)方案，是利用曲柄桿伸縮，調(diào)整力臂長度，實(shí)現(xiàn)無極變速。

齒輪，相當(dāng)于變形的杠桿；調(diào)整齒輪傳動比的變速，亦即是杠桿長度調(diào)整的變速?，F(xiàn)有變速技術(shù)，不變是曲柄(拐臂)長度，變化的是齒比。本發(fā)明的變速技術(shù)，與之相反，即固定齒比，改變曲柄(拐臂)即力臂長度，實(shí)現(xiàn)變速。

因本發(fā)明的扇形撥輪、I型傳動輪、單向齒輪等，傳動件的徑級(或齒數(shù))固定不變，即傳動比恒定。同等條件，增加曲柄桿長則省力，與縮小扇形撥輪徑級的效果一致；亦與現(xiàn)有技術(shù)齒比變小后的結(jié)果相同，皆可實(shí)現(xiàn)變速。

3、導(dǎo)向和折疊

導(dǎo)向：本發(fā)明采取前輪、后輪同時(shí)導(dǎo)向。車把軸與前叉軸共軸，由中架鉸接固定；當(dāng)需右轉(zhuǎn)時(shí)，車把向右旋則前輪右旋，同時(shí)車把軸驅(qū)使同軸的導(dǎo)向齒輪帶動與之嚙合的后導(dǎo)向齒輪促使后輪叉與后輪向左旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)同步向右轉(zhuǎn)向。(左轉(zhuǎn)向，原理相同。)

折疊：本發(fā)明的折疊技術(shù)方案，采取車把左旋，即形成前后輪對折折疊；松動車把和中架上控制手柄，車把前傾，車座可落下。

六、有益效果：

①變自行車圓周踏蹬，為更具人性化、科學(xué)化的步踏式驅(qū)動；可增大驅(qū)動力矩、提高肌能轉(zhuǎn)換效率、增強(qiáng)爬坡性能、提升騎行速度，增加舒適度、降低疲勞程度，使用輕松、省力、耐久，易于長途騎行。

②變調(diào)整多級齒輪齒比(傳動比)的變速，為調(diào)整力臂(曲柄)長度實(shí)現(xiàn)無級別變速；無極變速裝置，簡捷、順暢、可靠，成本低、 易實(shí)現(xiàn)。

③改現(xiàn)有技術(shù)鏈條(或傳動軸)傳動，為輪轂封閉的齒輪直接傳動；傳動安全、可靠、效率高，清潔、美觀、耐久。

④取消中軸設(shè)置，將其功能復(fù)合于空心的主動輪軸內(nèi)；簡化車體構(gòu)架、節(jié)省空間，解決大輪徑折疊車，傳動部件裸露、折疊攜帶不便的難題。

⑤自行車導(dǎo)向輕松快捷。

⑥實(shí)現(xiàn)自行車的快速折疊及向微型、實(shí)用、便利上發(fā)展。

七、附圖及說明：

結(jié)合下附圖及實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

圖1是步踏式無鏈無中軸無級變速折疊自行車，傳動機(jī)構(gòu)示意圖；

圖2是步踏式無鏈無中軸無級變速折疊自行車，整車側(cè)視示意圖；

圖3是圖1傳動機(jī)構(gòu)A-A部位的剖面圖。

圖中：

①′、①前叉左右肢；②十字軸空心軸；③′I型傳動輪；固④、③I型傳動輪的大、小輪；⑤′、⑤左右側(cè)單向齒輪齒圈；⑥′、⑥左右側(cè)單向齒輪內(nèi)圈；⑦′、⑦左右側(cè)曲柄軸；⑧輪圈；⑧′復(fù)合輪轂組合部位；⑨′、⑨左右側(cè)曲柄的扇形撥輪；⑩′、⑩左右側(cè)輪轂；左右側(cè)曲柄(外)桿；左右側(cè)曲柄(內(nèi))桿；左右側(cè)曲柄桿伸縮閥；左右側(cè)腳蹬；控制手柄；中架；車把；車把導(dǎo)向齒輪；后導(dǎo)向齒輪；車座；后輪后輪叉

八、具體實(shí)施方式：

本發(fā)明具體實(shí)施方式為：

(一)步踏式驅(qū)動

見附圖1、附圖3，當(dāng)右腳蹬接受踏力時(shí)，曲柄桿驅(qū)動固接的曲柄軸⑦旋轉(zhuǎn)(下端進(jìn)入紙面)，帶動與曲柄軸⑦固結(jié)的扇形撥輪⑨，撥動I型傳動輪③′的輪③、輪④正向(順時(shí)針)旋轉(zhuǎn)，輪④驅(qū)動嚙合的單向齒輪的齒圈⑤驅(qū)動內(nèi)圈⑥(此時(shí)，單向軸承功能處于鎖死狀態(tài)，即⑤⑥同步運(yùn)動)，帶動固結(jié)一體的輪轂⑩前旋；

此時(shí)，左側(cè)與輪④嚙合的單向齒輪齒圈⑤′反向旋轉(zhuǎn)(后旋)，齒圈⑤′與單向齒輪的內(nèi)圈⑥′處于單向軸承的可超越狀態(tài)(允許⑤′⑥′相對運(yùn)動)，未阻礙輪轂的前旋。

同時(shí)，傳動輪③撥動另側(cè)(左側(cè))嚙合的撥輪⑨，，繞左側(cè)曲柄軸⑦′與曲柄桿腳蹬旋轉(zhuǎn)離開入紙面，即左側(cè)腳蹬抬起；為左腳步踏做功準(zhǔn)備。

左側(cè)步踏，原理同上。

以上兩種狀態(tài)，輪轂皆前旋。如此，左右交替步踏，驅(qū)動車輪連續(xù)不斷前進(jìn)。

當(dāng)左右腳蹬皆停止施力，車輪轂依慣性向前旋轉(zhuǎn)，與輪轂固結(jié)的兩單向齒輪內(nèi)圈⑥⑥′與外齒圈⑤⑤′，皆處于可超越狀態(tài)，即外齒圈靜止，不影響內(nèi)圈隨輪轂向前旋動。

若本發(fā)明自行車倒行，則有輪轂⑩⑩′帶動單向齒輪的內(nèi)圈⑥⑥′倒旋，此時(shí)單向軸承功能處于鎖死狀態(tài)，即單向齒輪的外圈⑤⑤′與⑥⑥′同步倒旋，而⑤、⑤′在兩側(cè)嚙合于同一傳動輪④，結(jié)果是后旋力 抵消，自行車戛然而止。

(二)無級變速

參見附圖1、附圖3，本發(fā)明的傳動部件傳動比恒定，即扇形撥輪⑨⑨′、傳動輪③④及單向齒輪⑤⑤′的齒數(shù)恒定。

曲柄桿伸縮閥可使曲柄(內(nèi))桿(外)桿相對伸縮。

當(dāng)曲柄收縮為最短時(shí)，步踏力對主動輪軸，產(chǎn)生的扭矩最小，驅(qū)動最感吃力，踏頻相應(yīng)最慢；同等條件下，腳蹬在單位時(shí)間內(nèi)行程(頻率×位移)最短。(相當(dāng)于現(xiàn)有變速自行車的最大齒比狀態(tài))。

反之，當(dāng)曲柄伸至最長時(shí)，步踏力對主動輪軸，產(chǎn)生的扭矩相對最大，驅(qū)動最省力，踏頻應(yīng)最快，腳蹬在單位時(shí)間內(nèi)行程最長。(相當(dāng)于現(xiàn)有技術(shù)變速自行車，最小齒比狀態(tài))。

當(dāng)曲柄桿長度在上述兩種極限狀態(tài)間變化時(shí)，即實(shí)施無級別調(diào)速。

(三)導(dǎo)向和折疊

參見附圖2

1、導(dǎo)向?yàn)槭骨膀?qū)自行車行使的順暢，本發(fā)明采取后輪導(dǎo)向。中架將車把軸與前叉軸鉸接固定；當(dāng)需右轉(zhuǎn)時(shí)，車把向右旋，驅(qū)使同軸的導(dǎo)向齒輪帶動與之嚙合的后導(dǎo)向齒輪與后輪向左旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)向右轉(zhuǎn)向。左轉(zhuǎn)向時(shí)，原理相同。

2、折疊松動三個(gè)折疊控制手柄車把可前赴，與導(dǎo)向齒輪 成鉸接可相對運(yùn)動；前、后輪皆可向內(nèi)旋轉(zhuǎn)形成對折式折疊；車座可落下并自由旋轉(zhuǎn)。