一种脚踏车的变速系统及其组件技术方案

一种应用于脚踏车的变速系统，为使用传动轴传动，可实现骑行时的自动变速功能，同时免除骑行时链条掉链及传动时摩擦力大的问题；利用离心力原理，设置离心力驱动变速组合装置于后塔轮变速齿盘上，联动离心旋转架驱动离心锤，将旋转抛离动能转化为直线移动，来把传动轴中的变速拨杆依照车速给予推力，改变脚踏中轴变速及后轮变速的档位；实现骑行者不必再分心去操作手动变速杆，而是由实际相对于马路的速度，通过离心机装置中的拨杆来推动档位，如此即可以合宜的档位来应用于起步或爬坡阶段，及加速和高速阶段的档位全自动换档，让骑行时轻松愉快的面对各种路况；如此即可更加的专注于骑行时的路况变化，更安全的享受每趟骑行历程。

【技术实现步骤摘要】
一种脚踏车的变速系统及其组件
本创作专利技术涉及一种脚踏车的手动及全自动变速的应用技术。
技术介绍
习知目前市场销售的脚踏车，一般使用链条来传递脚踏轮的动力到后轮，来推动脚踏车往前行，并倚靠脚踏轮与后轮的齿数比来实现省力及高速行进的档位变换，其变换档位的方法为改变在后轮侧的拨链器位置，促使拨链器上的链条移位到相邻变速塔轮牙盘上来实现换档，所以一趟行程下来档位变换可能需超过数十次～数百次来适应各种路况，如道路红绿灯，上下坡，汽车或行人各种障碍物等，皆可能需重新起步或加速，高速，煞停，不停地重复此循环。并且此应用存在一难解困局，如图20，掉链问题为现今拨链器无法解决的难题，因现今变速方式为拨链器29将链条27拨离原变速塔轮28牙盘的运行轨道，驱使链条27带往下一牙盘轨道，搭附其欲变换目的档位牙盘齿后，逐齿攀附约180度后方能完成变速动作；在链条变速换牙盘的过程时间中，骑行者如未能完善操控，或变速拨链用钢缆线26未能勤于调校保养；则掉链的情况将层出不穷，是为链条拨链变速方式的一大心病。现今，以传动轴方式传动的脚踏车，未能成为市场的主力之一，是因为存在著变速档位少，致使骑行困難，多变速档位的变速花鼓价格偏高，维护不易。本专利技术可有效提升脚踏车骑行时的脚踏动力效率及骑行时的路况安全关注度，使已被广泛使用百年之久的脚踏车得以因而成为更符合现代人的需求，即是以传动轴方式，并引用离心力原理，来实现脚踏车全自动的档位变速系统。本专利技术经自我检索未发现类似专利技术案例可提供审查官参阅。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题为：为解决脚踏车手动拨杆频繁转换档位，影响骑行效能及可能影响骑行者的注意力，衍伸出的骑行安全问题；习知市面上都以如图19的架构设计应用，现今的发展主要着眼于拨链器及链条不掉落的设计应用及效能改善。本专利技术(应用于脚踏车的全自动档位变换系统)，如图1、3，提供一种能适应多牙盘齿数配比及不用拨链器，而是通过可被控制的轴承式单向离合器来实现各种档位的变动替换控制，也就是经由设置于其间的离心机装置21推动，使脚踏车手动拨链完成变速的慢速动作，能够完全被本专利技术的全自动档位变速系统所取代，实现完全依照相对于地面的骑行速度来自动转换合宜档位，不用骑行者一直观注速度与档位问题及因路况变化不停的手动操作拨杆变速；如此即可获得骑行时100％的路况的关注心力，再也不用分心去操作控制速度与换档的问题。为解决市场上脚踏车换档操控不慎容易致使掉链的问题；本专利技术的全自动档位变换系统，如图3，采用传动轴传动，无链条掉落的问题，免除骑行时链条掉落时的困境。为提升传动效能，降低摩擦损耗；使用传动轮来与变速齿盘传动，当传动轮接触变速齿盘传递脚踏动能时，只有脚踏轮齿盘6与传动轮14及塔轮变速齿盘7与传动轮15的传动负载接触区域零件的滑动摩擦，其余转换为摩擦力较小的轴承滚动摩擦，所以可降低大部份摩擦力来得到较好的动力传递效率；来取代现况脚踏车用链条存在疏于保养润滑时，摩擦力会过大的问题，因为市售链条都有将近110目左右的链节，链节由链销及滚圈轴套及链板组成，由脚踏轮牙盘节圆外圆周带动时，链条由直线姿态变为半圆周带动型态，并有拨链器的张紧轮30及拨链器及导向轮29及市售9速变速塔轮28与变速时脚踏轮牙盘与塔轮牙盘非平行姿态的链条换位摩擦，所述的每一链条转弯即是在踩踏行进过程时，在变速时的过程，其牙盘与滚圈轴套都存有链节组合件的转动摩擦力产生；即是骑行过程中每一秒都存在20～30链节旋转(由链销及滚圈轴套及链板及滚圈轴套与各牙盘及非平行姿态进入牙盘时)所产生的滑动摩擦力需克服，完全需由骑行人员多付出脚部力量做出抵抗，而此付出之力为纯耗损，无法化为脚踏车前进的行程。脚踏车的骑行使用方法及设计与现今市场使用链条传动的脚踏车骑行习惯相近，其脚踏轮(脚踏轮齿盘6)及后轮(塔轮变速齿盘7)的变速形态都相近，来让市场快速认同。需可增加配置，在现今市场习惯使用手动变速情况下，提供手动变速及(或)全自动档位变速系统可共享的基础，来获取更大的早期市场接受度。本专利技术技术方案为：本专利技术引用技术原理，主要包含：传动控制性的“滚柱单向离合原理”；及自动变换控制性的“离心力原理”。本专利技术技术主要为“可控制式多位置滚柱单向离合器的传动轮组合”，及“离心机装置21应用的变速换档拨杆”。本专利技术以传动轮14、15与脚踏轮齿盘6及塔轮变速齿盘7为接触传动介面，接触传动时球形钢珠12受力并向任意方向转移滑动，可几乎完全抵消因圆形脚踏轮齿盘6或塔轮变速齿盘7，因接触传动时角度不间断的偏移造成的侧向摩擦力量产生而将其转为正向推进的向量分力，在球形钢珠12与钢珠轮盘座15-8及钢珠轮盘盖15-7的少许滑动接触面(约球形钢珠表面积的20％～35％)的滑动摩擦力，适度的上油润滑后，可得到高效率传动效能。进一步的应用，本专利技术实施例，以滚柱单向离合原理，设置于脚踏轮齿盘6关联的3速动力变换档位组合内，与后轮轴心变速塔轮齿盘7关联的5速动力变换档位组合内，上述3速变换档位组合(为脚踏轮变速装置9)与5速变换档位组合(为后轮变速装置11)，与(链接用变速驱动装置10)，其中的离心机内中心轴(链接轴套10-2)，互锁结合为一体成为传动轴。进一步优选的，如上所述的后轮轴心上的塔轮变速齿盘7，如实施例以5速塔轮变速齿盘7与5速后轮变速装置11对接；也可依照需求将变速塔轮齿盘设置为2速～9速并与相应速率的后轮变速装置对接，实现更多的速率匹配以符合个别需求。本专利技术的变速系统，如图1，及图3放大图示，传动轴变速组合8与车架1呈现夹角5～30度的组合(需视所选用的脚踏轮及后轮区的塔轮变速齿盘的规格而定)，用以匹配中轴区脚踏轮齿盘6及后轴区塔轮变速齿盘7的各个齿盘及传动轮的密合对接。本专利技术的变速系统，如图3、8，将传动轴变速组合8内部的变速控制杆，由离心机旋转驱动组合10-1带动，来控制前及后每一传动轮为负载状态或卸除脱离状态，但会保持最低速档位前及后各别一个是负载可传动状态。本专利技术以离心机应用如图8、9、10、11，为响应旋转速度提升时，促使离心锤18及离心锤锁固件18-1向外侧抛离，进而拉动离心机活动旋转架16-1向内滑动，来拉动前传动轮14及推动后传动轮15的内部传动轴的驱动心轴9-1、11-1内的变速拨杆9-6、11-2，可通过简易的替换离心锤18的质量来改变变速换档的实际转速点，实现可控全自动变速并随个人的喜好来快速简单修正变速时机点的目的。本专利技术的变速系统，如图5的后轮轴心变速塔轮齿盘7为提供最低摩擦力的应用，採后轮变速个别各齿盘各自传动设计应用，来避免后轮齿盘与无制动输出的传动轮无效接触摩擦产生，(即是有负载的传动轮档位其相应塔轮齿盘会动，无负载的档位其相应塔轮齿盘及传动轮不会动，但离心机驱动齿盘例外，基于需驱动离心机，为常态与后轮转速同步转动)，但基于商品市场经济走向，亦提供较为经济便宜的变速齿盘一体成型的方案，(与脚踏轮齿盘同，即是后轮轴心变速塔轮齿盘为一整体构件)，即是忽略此传动轮其内部极小的本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种脚踏车的变速系统，包含：脚踏轮齿盘(6)及塔轮变速齿盘(7)与传动轴变速组合(8)，所述传动轴变速组合包含脚踏轮变速装置(9)及链接用变速驱动装置(10)及后轮变速装置(11)，主要特征包括：/n设置于脚踏车中轴的脚踏轮变速装置(9)具传动轮(14)，被脚踏轮齿盘(6)所驱动旋转，旋转动能经由链接用变速驱动装置(10)，将旋转动能传递到后轴的后轮变速装置(11)上的传动轮(15)，使传动轮(15)具动能来驱动塔轮变速齿盘(7)，并联动车后轮(5)，驱动脚踏车前进；其中传动轮(14)包含有复数个钢珠轮，搭配接收来自脚踏轮齿盘(6)上方复数个不同齿数的任一变速齿盘的动能；及传动轮(15)包含有复数个钢珠轮，搭配传递转速动能给塔轮变速齿盘(7)上方复数个不同齿数的任一变速齿盘并联动车后轮，经由变换所述个别钢珠轮的负载传动或脱离传动形态，成为控制变速系统的机制，可通过传动轴变速组合(8)的内部变速拨杆(9-6)、(11-2)，提供改变关联不同齿数比变速齿盘的钢珠轮负载，来改变所述变速齿盘转换齿比后的输出传动速率，组合成为脚踏车以传动轴方式传动的变速驱动系统。/n

【技术特征摘要】
1.一种脚踏车的变速系统，包含：脚踏轮齿盘(6)及塔轮变速齿盘(7)与传动轴变速组合(8)，所述传动轴变速组合包含脚踏轮变速装置(9)及链接用变速驱动装置(10)及后轮变速装置(11)，主要特征包括：
设置于脚踏车中轴的脚踏轮变速装置(9)具传动轮(14)，被脚踏轮齿盘(6)所驱动旋转，旋转动能经由链接用变速驱动装置(10)，将旋转动能传递到后轴的后轮变速装置(11)上的传动轮(15)，使传动轮(15)具动能来驱动塔轮变速齿盘(7)，并联动车后轮(5)，驱动脚踏车前进；其中传动轮(14)包含有复数个钢珠轮，搭配接收来自脚踏轮齿盘(6)上方复数个不同齿数的任一变速齿盘的动能；及传动轮(15)包含有复数个钢珠轮，搭配传递转速动能给塔轮变速齿盘(7)上方复数个不同齿数的任一变速齿盘并联动车后轮，经由变换所述个别钢珠轮的负载传动或脱离传动形态，成为控制变速系统的机制，可通过传动轴变速组合(8)的内部变速拨杆(9-6)、(11-2)，提供改变关联不同齿数比变速齿盘的钢珠轮负载，来改变所述变速齿盘转换齿比后的输出传动速率，组合成为脚踏车以传动轴方式传动的变速驱动系统。


2.根据权利要求1所述的脚踏车的变速系统，其中所述的脚踏轮变速装置(9)，主要包含有传动轮(14)及单向轴承离合套件(20)与驱动心轴(9-1)和变速拨杆(9-6)，主要特征包括：
具驱动心轴(9-1)其内轴孔安装有可径向滑移的变速拨杆(9-6)，所述驱动心轴(9-1)其轴上安装有复数个单向轴承离合套件(20)，并于所述单向轴承离合套件(20)上组装复数个与脚踏轮齿盘(6)上不同直径齿数齿盘搭配的低速～高速钢珠轮，接收传递来自脚踏轮齿盘(6)上的任一齿盘的脚踏动力。


3.根据权利要求1所述的脚踏车的变速系统，其中所述的后轮变速装置(11)，主要包含有传动轮(15)及单向轴承离合套件(20)与驱动心轴(11-1)和变速拨杆(11-2)，主要特征包括：
具驱动心轴(11-1)其内轴孔安装有可径向滑移的变速拨杆(11-2)，所述驱动心轴(11-1)其轴上安装有复数个单向轴承离合套件(20)，并于所述单向轴承离合套件(20)上组装复数个与塔轮变速齿盘(7)上不同直径齿数齿盘搭配的低速～高速钢珠轮，传递动能给驱动塔轮变速齿盘(7)上的任一齿盘。


4.根据权利要求2或权利要求3所述的脚踏车的变速系统，其中所述低速～高速钢珠轮为传动轮(14)、(15)，主要特征在于：以球形钢珠(12)作为传动齿。


5.根据权利要求2或权利要求3所述的脚踏车的变速系统，其中所述单向轴承离合套件(20)的主要特征在于：
具有轴承保持架开闭器(20-5)，并通过所述轴承保持架开闭器来控制滚柱(20-1)，使所述驱动心轴与所述传动轮之间为干涉闭锁的负载联动或无干涉的脱离形态。


6.一种脚踏车的自动变速系统，所述自动变速系统包含：链接用变速驱动装置(10)其中的离心机装置(21)，及所述离心机装置所联动的传动轮，其特征在于：
具离心机固定旋转架(16)，在离心锤(18)经旋转后，因离心力关系，抛离旋转中心线时，经由离心臂(17)内缩拉动离心机活动旋转架(16-1)，促使离心机旋转驱动组合(10-1)联动所连结的变速拨杆上方的单向轴承控制滑槽曲线，经轴径向推动滑移，促使轴承保持架开闭器(20-5)产生角度旋转，推动单向轴承离合套件(20)的滚柱(20-1)来与外圈套接传动轮(14)或传动轮(15)，产生接触干涉闭锁或接触滚动不闭锁的离合功能，进而改变传动轮与脚踏轮齿盘(6)或塔轮变速齿盘(7)上任一速率齿盘的联动，以此来作为脚踏车的变速系统模式。


7.一种脚踏车的变速系统的自动变速方法，包含如权利要求6所述的脚踏车的自动变速系统，其自动变速方法为：
通过离心机装置(21)的离心力，由离心机固定旋转架(16)将旋转运动经由离心臂(17)带动离心机活动旋转架(16-1)呈轴向移动，经变速换位推拉杆连接转为变速拨杆的直线滑移推拉动力，成为驱动心轴内的变速拨杆轴径向推拉移位，使传动轮为负载联动或脱离联动形态的自动变速动力来源。


8.根据权利要求7所述的脚踏车的变速系统的自动变速方法，其中所述离心机固定旋转架(16)的旋转驱动力来源为：
起步时由低速钢珠轮(15-1)负责动力输出至低速齿盘(7-1)并联动车后轮(5)；经骑行加速后，因升档转为中低速钢珠轮(15-2)负载传动或任何瞬间脚踏连动低速钢珠轮(15-1)的旋转速率低于低速齿盘(7-1)的反馈时，则变成由车后轮(5)实时同步联动的低速齿盘(7-1)提供旋转动能给低速钢珠轮(15-1)，并同步经由驱动离心机用钢珠轮盘盖(15-6)来带动离心机固定旋转架(16)旋转，成为以脚踏车以地面运动车速为变速机制的自动变速方法。


9.根据权利要求8所述的脚踏车的变速系统的自动变速方法，其中所述的离心机旋转驱动组合(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张连科，李妙真，
申请(专利权)人：张连科，李妙真，
类型：发明
国别省市：广东;44