本发明是一种人力驱动的自行车传动及变速装置。 现有自行车的动力传递是通过人蹬踏两个脚蹬来带动链轮，以链传动方式带动车轮前进的。在这种传动方式中，两脚蹬各作360°的圆周运动，人的双脚作过大的往复运动，容易疲劳，且脚蹬在作圆周运动时，因有上、下死点等不合理因素而使动力传递功率损失30%左右。另外，现有自行车因传动机构所限，绝大多数无变速机构。为解决这些缺陷，已有很多改进方案相继公开，但这些方案有的只强调了脚蹬的杠杆作用，尽量缩小飞轮直径，其阻力臂极短，从而使靠机械传递的动力与阻力在末端部件处成倍地增加，因末端部件的体积被成倍地缩减了，致使该处部件的机械强度大幅度下降，因此这类方案纵能实施，亦不能实用，其使用寿命只等于现有自行车的若干分之一。有的方案涉及到变速装置，但其结构均太复杂，制造和维修都比较困难。此外，由于输出的动力通过多次转换，效率损失较大。
本发明的目的，在于提供一种能克服以上缺点，具有高效传动性能，没有传动死点，带有变速机构，且结构简单，易于实施、实用的自行车高效传动和无级变速装置。
本发明是这样实现的：它有一副左、右对称的杠杆式脚蹬（1）、内齿板（2）、飞轮（6）、变速滑动总成、变速支点轴（9）、变速杆总成、变速拉杆机构、后转轴总成组成，杠杆式脚蹬上的小转轴（5）穿入内齿板上的小转轴孔（33）内，内齿板通过中心转轴（34）固装在车架支撑座（21）上，内齿板直接传动飞轮（6），飞轮（6）装在后轮轴上，带动车轮转动，杠杆脚蹬上有一杠杆调距槽（10），变速支点轴（9）的一端穿入杠杆调距槽（10）内，变速支点轴（9）可通过变速机构在杠杆调距槽内前后移动，从而实现自行车的高效传动和无级变速。
下面结合附图对本发明作详细说明：
附图1为本发明装置与现有自行车车架组装后的示意图;
附图2为本发明装置一侧面装配程序示意图;
附图3为本发明装置作变速时的几何原理变化图;
附图4为内齿板部件示意图;
附图5为后轮轴组件示意图;
附图6为后轮轴轴承座剖面图;
附图7为固定钢绳滑轮机构总成示意图;
附图8为变速拉杆机构和变速杆总成装配示意图;
附图中，各序号表示为：
（1）杠杆式脚蹬;（2）内齿板;（3）变速滑槽;（4）滑板;（5）小转轴;（6）飞轮;（7）内齿板弧形槽内的滚动齿节;（8）后轴承座;（9）变速支点轴;（10）杠杆调距槽;（11）短拉杆;（12）转角叉;（13）长拉杆;（14）变速杆;（15）定位齿板;（16）弹簧销;（17）钢丝绳;（18）滑轮;（19）缓冲节;（20）钢丝绳调节管;（21）支撑座;（22）车架;（23）定位垫圈;（24）内向轴挡;（25）钢珠;（26）车架连接板;（27）后轴轴承钢碗;（28）后轴筒;（29）穿销螺钉;（30）后轮轴;（31）外向轴挡;（32）支点套;（33）小转轴孔;（34）内齿板中心转轴;（35）自行车三角架;（36）定位垫圈;（37）螺帽;（38）开口销。
杠杆式脚蹬一端固接有一小转轴5，另一端装有脚蹬踏板，杠杆中部开有杠杆调距槽10。
内齿板的弧形槽内装有滚动齿节7，在内齿板的径向平分线上有一轴孔36，内齿板根部（即内齿板圆心处）固装有一中心转轴37，参见附图4。
飞轮为左、右对称的一对，右侧飞轮螺纹为顺时针螺纹，左侧螺纹为逆时针螺纹。
变速滑动总成由变速滑槽3、滑板4及变速支点轴9组成，支点轴9固定在滑板4上，滑板4可以在变速滑槽3内前后移动，变速滑槽3连接在车架支撑座21上。
变速杆总成包括变速杆14、定位齿板15和弹簧销16，变速杆14一端连接拉杆机构，其弹簧销16可在定位齿板上移动，以便改变其位置，拉动拉杆前后移动。
变速拉杆机构是一种能传递推拉力地刚性元件，它可以为一根，也可以包括长拉杆13、短拉杆11和能改变方向的转角叉12组成的一组，其一端与变速杆14相连，另一端与滑板4相连。变速杆总成与变速拉杆机构的装配示意图参见附图8。
后轮轴总成包括后轮轴30、后轴承钢碗27、后轴承座8、后轴筒28、穿销螺钉29组成。后轮轴30的两端各装有一轴承座8，8分别固定在车架两边的连接板26上，后轮轴的中段穿入后轴筒28内，用穿销螺钉29销定两端装有后轴承，左右飞轮分别装在后轴的两端最外侧。其装配程序请参见附图5，附图2。
本发明所述的装置机构，实现高效转动的主要工作原理是：杠杆脚蹬的动力臂超过现有自行车脚蹬长度的2倍左右，阻力臂或内齿板半径超过现有自行车大链轮半径的2倍左右，由于杠杆脚蹬一端的小转轴（5）与内齿板的小转轴孔（33）相连接。又由于内齿板的滚动齿节直接与飞轮啮合而带动自行车后轮转动，因此只需踏动杠杆脚蹬另一端的脚踏板上下运动60°（即水平线±30°）时，后车轮即可获得现有自行车脚蹬上下运动180°的同等转速。现有自行车的脚蹬上下转动180°，其传动效率只有70%，而本发明的杠杆式脚蹬传动效率则是95%左右。另外，现有自行车脚踏板运动180°的时候，其运动距离约等于55cm，而本发明脚踏板运动60°时其运动距离只有37cm，相比之下，本发明所作的输入功比现有自行车的少33%;此外本发明是通过杠杆的形式，直接连动内齿板推动后车轮前进的，从而减少了更多动力传递的损失。
在本发明装置中，变速是这样实现的，参见附图3，设脚蹬踏板处为F点，变速支点轴（9）处为B点，杠杆脚蹬与内齿板的连接处为C点，内齿板固定点为A点，杠杆FB为动力臂，杠杆BC为阻力臂，由于B点可在杠杆脚蹬上的调距槽（10）中作前后移动，因此，当滑板（4）上的B点移动到与内齿板固定点相重合时，即A点与B点重合，杠杆动力臂上施加一个力使F点向下移动一个距离L，则C点移动到E点，内齿板绕固定点（即圆心）旋转了一个角度α，从而使飞轮转动，将力传给了车轮，见图3中的（一）。若设这一情况为中速传动情况，那么，当提起变速杆14上的弹簧销16，把变速杆向前推，则使B点向后移动，移至A点之后，此时动力臂变长，阻力臂变短，而内齿板的半径并未改变，若F亦移动一个相同的距离L时，其结果是α′1小于α1，则α2小于α1，内齿板转动距离变小，传动效率变大，车速变慢，此时车子处于低速省力状态，参见附图3中的（二）。反之，B点向前移到A点之前，其结果将使α″1大于α1，则α3大于α1，内齿板的转动距离变大，杠杆阻力臂变大，动力臂变小，车速变快，传动效率变小，此时车子处于高速费力状态，参见附图3中的（三）。在本发明中，依靠支点轴（9）在调距槽内的前后移动来改变杠杆脚蹬的动力臂和阻力臂比值，也改变了内齿板（2）的转角与转动距离，从而实现了自行车的无级变速。
实施例：
参照附图1，设飞轮直径为6cm，内齿板半径为23cm，杠杆全长63cm，当滑板上的支点轴（9）移动到与内齿板的圆心相重合时，杠杆的动力臂与阻力臂的比值正好等于现有自行车脚蹬与大链轮半径的比值（即1.75∶1）。每踏动一次杠杆脚蹬（约60°），后车轮转速同现有自行车脚蹬蹬踏180°的转速相等（后车轮转12周）。当支点轴9向后移动7cm时，其内齿板转角将减少 1/2 ，动力传递效率亦同时提高1倍;当支点轴9再向后移动4cm时，其内齿板2的转角只转动了原角度的 1/3 ，此时动力传递效率将提高2倍。反之，当支点轴9离开内齿板圆心向前移动时，车速增快，动力传递效率相应降低。
为了控制左右脚蹬上下运动的距离和能上下交替运动，在自行车后三角架上安装了一个钢索滑动机构，图7为该机构的示意图。
在本实施例中，由于飞轮直径比原自行车的飞轮缩小了25%，这使得传动效率损失了25%左右，但由于本实施例中的杠杆脚蹬传动机构、结构比较合理，经实际测定，其传动效率比现有自行车大35%左右，所以抵消其25%损失后还剩余5～10%左右。此外，在本实施例中，在单位时间内，人踏动脚蹬上、下一次，所输入的功比现有自行车节省了33%，由此可见本发明装置比现有自行车提高的传动效率为33%+5～10%≈40%，这种推算与发明人多次实际测定的数字是一致的。
本发明将传动与变速组合在一起，结构极简单，性能可靠，机械强度好，制造、维修均很方便，可在现有自行车的基础上进行改装，因此为实施与使用提供了有利条件，是一种快速、高效、省力的自行车装置。