具体实施方式

下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，还可以是两个元件内部的连通，可以是无线连接，也可以是有线连接。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

请参阅图1-20所示，本发明实施例中提供了一种无级变速器装置，该无级变速器装置包括伸缩牙条变径牙盘系统1、固定变径系统2、无级调速控制系统3和传动链条系统4，

其中，伸缩牙条变径牙盘系统1包括脚蹬大牙盘变径组件11、后轮牙盘变径组件12和链条13，链条13连接在脚蹬大牙盘变径组件11和后轮牙盘变径组件12上，在脚蹬大牙盘变径组件11的驱动旋转作用下，链条13带动后轮牙盘变径组件12旋转，脚蹬大牙盘变径组件11包括脚蹬大牙盘111和第一传动轴112，第一传动轴112轴向安装在脚蹬大牙盘111的中心，第一传动轴112的两侧端部安装脚踏板，当人力踩动脚踏板驱动第一传动轴112运动，第一传动轴112与脚蹬大牙盘111连接在一起，从而带动脚蹬大牙盘111同步转动，后轮牙盘变径组件12包括后轮牙盘121和第二传动轴122，第二传动轴122与第一传动轴112相互平行并轴向安装在后轮牙盘121的中心，且与后轮牙盘121同步转动；

固定变径系统2包括安装在脚蹬大牙盘变径组件11两侧的第一固定变径组件21和安装在后轮牙盘变径组件12两侧的第二固定变径组件22，第一固定变径组件21用于实现脚蹬大牙盘111的变径，第二固定变径组件22用于实现后轮牙盘121的变径；

无级调速控制系统3咬合接触设于第一固定变径组件21和第二固定变径组件22的一侧，用于控制脚蹬大牙盘111与后轮牙盘121的传动齿比；

传动链条系统4在伸缩牙条变径牙盘系统1和固定变径系统2的作用下，用于实现不同链条传动比。

由此，通过上述技术方案，解决了现有自行车变速装置，在变速传动中存在的传动接触强度不够、传动摩擦力不强不稳、传动不能支撑大扭矩、前后牙盘不在同一平面、变速不顺滑有顿挫、易打滑掉链子、变速前挡后挡不能任意组合、无级变速不精确、电子控制局限性大、机械控制功能不全、装置复杂重量大等问题。

请参阅图1、2所示，进一步的，在本发明的实施例当中，脚蹬大牙盘变径组件11还包括第一圆形轮毂套挡板113、第一变径浮动飞子114、第一牙条链115、第一平面涡卷弹簧116、第一轮毂117、第一棘爪飞轮118和第一滚珠轴承(图中未示意出)，两个第一圆形轮毂套挡板113分别固定在第一轮毂117的两端，第一棘爪飞轮118固定在第一传动轴112上，且位于两个第一圆形轮毂套挡板113之间，第一平面涡卷弹簧116的内端固定在第一轮毂117上，外端固定在第一簧盒的内周壁上，第一牙条链115的内端固定在第一簧盒的外周壁上，第一牙条链115的外端固定在第一变径浮动飞子114上，第一圆形轮毂套挡板113上开设有位于圆心的第一轮毂孔1131和围绕第一轮毂孔1131呈辐射状均匀设置的第一长条槽孔1132；

请参阅图1、3所示，后轮牙盘变径组件12还包括第二圆形轮毂套挡板123、第二变径浮动飞子124、第二牙条链125、第二平面涡卷弹簧126、第二轮毂127、第二棘爪飞轮128和第二滚珠轴承(图中未示意出)，两个第二圆形轮毂套挡板123分别固定在第二轮毂127的两端，第二棘爪飞轮128固定在第二传动轴122上，且位于两个第二圆形轮毂套挡板123之间，第二平面涡卷弹簧126的内端固定在第二轮毂127上，外端固定在第二簧盒的内周壁上，第二牙条链125的内端固定在第二簧盒的外周壁上，第二牙条链125的外端固定在第二变径浮动飞子124上，第二圆形轮毂套挡板123上开设有位于圆心的第二轮毂孔1231和围绕第二轮毂孔1231呈辐射状均匀设置的第二长条槽孔1232。

由此，将第一牙条链115的外端牢固固定在特定的第一变径浮动飞子114上，将第二牙条链125的外端牢固固定在特定的第二变径浮动飞子124上。其中，第一变径浮动飞子114和第二变径浮动飞子124的外部结构均呈“十”字形，其均由碳素结构钢制作而成。

需要特别说明的是，本实施例中的第一平面涡卷弹簧116和第二平面涡卷弹簧126均设置有圆形簧盒，其中第一平面涡卷弹簧116呈平面涡卷设置在第一簧盒内，其中第一平面涡卷弹簧116的内端固定处在第一簧盒内的第一轮毂117上，外端固定在第一簧盒的内壁上，同样地，第二平面涡卷弹簧126呈平面涡卷设置在第二簧盒内，其中第二平面涡卷弹簧126的内端固定处在第二簧盒内的第二轮毂127上，外端呈回转形式且最外端固定在第二簧盒的内壁上。

另外，在本实施例当中，第一圆形轮毂套挡板113和第二圆形轮毂套挡板123均采用碳素结构钢制作而成，其材质为38CrMoAl，两片第一圆形轮毂套挡板113固定在第一轮毂117的两侧，两片第二圆形轮毂套挡板123固定在第二轮毂127的两侧，从而都形成中间带槽的深槽型带轮结构，其形状类似“工”字形结构。

深槽型带轮结构通过第一轮毂117固定在第一棘爪飞轮118上，通过第二轮毂127固定在第二棘爪飞轮128上，需要特别说明的是，第一棘爪飞轮118支撑脚蹬大牙盘111和第一传动轴112正转，但不反转，第一棘爪飞轮118的圆心设有通过第一棘爪飞轮孔，第一棘爪飞轮118通过第一棘爪飞轮孔安装到第一传动轴112上。

同样地，第二棘爪飞轮128支撑第二棘爪飞轮128和第二传动轴122正转，但不反转，第二棘爪飞轮128的圆心设有通过第二棘爪飞轮孔，第二棘爪飞轮128通过第二棘爪飞轮孔安装到第二传动轴122上。

由此，在深槽型带轮结构的深槽内，首先，将第一平面涡卷弹簧116的内端固定在第一轮毂117上，第一平面涡卷弹簧116的外端固定在第一簧盒的内圆周壁上，将第二平面涡卷弹簧126的内端固定在第二轮毂127上，第二平面涡卷弹簧126的外端固定在第二簧盒的内圆周壁上。

另外，第一平面涡卷弹簧116和第二平面涡卷弹簧126的材质均选用60/62Si2MnA等，以保证连接强度。

请参阅图1、2、9所示，进一步的，在本发明的实施例当中，第一牙条链115和第二牙条链125均为相同圆环形逐步向外扩径的卷缩结构，第一牙条链115的外端顺第一平面涡卷弹簧116的展开方向缠卷在第一簧盒的外周壁上，使拉出第一牙条链115时，给第一簧盒的外周施加转矩，使第一平面涡卷弹簧116被卷紧并储蓄能量，当松开第一牙条链115时，使第一平面涡卷弹簧116储能被释放拉回第一牙条链115；

同样地，请参阅图1、3、9所示，第二牙条链125的外端顺第二平面涡卷弹簧126的展开方向缠卷在第二簧盒的外周壁上，使拉出第二牙条链125时，给第二簧盒的外周施加转矩，使第二平面涡卷弹簧126被卷紧并储蓄能量，当松开第二牙条链125时，使第二平面涡卷弹簧126储能被释放拉回第二牙条链125。

请参阅图12所示，进一步的，在本发明的实施例当中，第一固定变径组件21包括同轴夹设在脚蹬大牙盘111端面的第一圆形基座211、第一变径升降杆组212、第一升降齿轮片213、第一控制齿轮片214和第一抬升涡卷弹簧卷片215，第一圆形基座211的盘面上设有径向呈辐条状分布的第一放射滑槽组2111、位于圆心的第一轴孔2112和位于第一放射滑槽组2111之间的第二轴孔2113，第一变径升降杆组212适于在第一放射滑槽组2111内上下滑动，第一升降齿轮片213安装在第一轴孔2112上，第一控制齿轮片214适于安装在第二轴孔2113上，且第一升降齿轮片213与第一控制齿轮片214啮合传动连接。

请参阅图13所示，第二固定变径组件22包括同轴夹设在后轮牙盘121端面的第二圆形基座221、第二变径升降杆组222、第二升降齿轮片223、第二控制齿轮片224和第二抬升涡卷弹簧卷片225，第二圆形基座221的盘面上设有径向呈辐条状分布的第二放射滑槽组2211、位于圆心的第三轴孔2212和位于第二放射滑槽组2211之间的第四轴孔2213，第二变径升降杆组222适于在第二放射滑槽组2211内上下滑动，第二升降齿轮片223安装在第三轴孔2212上，第二控制齿轮片224适于安装在第四轴孔2213上，且第二升降齿轮片223与第二控制齿轮片224啮合传动连接。

其中，第一圆形基座211和第二圆形基座221均由碳素结构钢制作而成，其材质为38CrMoAl等，在第一圆形基座211的第一轴孔2112内固定安装第三滚珠轴承，将第三滚珠轴承穿过第一传动轴112固定在车架上，在第二圆形基座221的第三轴孔2212内固定安装第四滚珠轴承，将第四滚珠轴承穿过第二传动轴122固定在车架上。

请参阅图12、15所示，进一步的，在本发明的实施例当中，第一变径升降杆组212包括多个环形均匀分布的第一T型升降杆2121，每个第一T型升降杆2121包括第一弧形顶杆21211和与第一弧形顶杆21211固定连接的第一直底杆21212，第一直底杆21212远离第一弧形顶杆21211的一端侧面设有第一导向柱21213，第一升降齿轮片213的面上围绕圆心呈辐射状均匀开设有第一渐开线弧型孔2131，第一导向柱21213适于在第一升降齿轮片213旋转时沿着第一渐开线弧型孔2131滑动，以带动第一T型升降杆2121作升降运动。

请参阅图13所示，第二变径升降杆组222包括多个环形均匀分布的第二T型升降杆2221，每个第二T型升降杆2221包括第二弧形顶杆22211和与第二弧形顶杆22211固定连接的第二直底杆22212，第二直底杆22212远离第二弧形顶杆22211的一端侧面设有第二导向柱22213，第二升降齿轮片223的面上围绕圆心呈辐射状均匀开设有第二渐开线弧型孔2231，第二导向柱22213适于在第二升降齿轮片223旋转时沿着第二渐开线弧型孔2231滑动，以带动第二T型升降杆2221作升降运动。

其中，在本实施例当中，第一变径升降杆组212和第二变径升降杆组222均由碳素结构钢(材质38CrMoAl等)制作而成。第一变径升降杆组212的第一T型升降杆2121适于插入第一圆形基座211上的第一放射滑槽组2111中，并且第一直底杆21212的杆脚穿过第一放射滑槽组2111，插入到第一升降齿轮片213面上的第一渐开线弧型孔2131中；第二变径升降杆组222的第二T型升降杆2221适于插入第二圆形基座221上的第二放射滑槽组2211中，并且第二直底杆22212的杆脚穿过第二放射滑槽组2211，插入到第二升降齿轮片223面上的第二渐开线弧型孔2231中。

在本实施例当中，第一升降齿轮片213、第一控制齿轮片214、第二升降齿轮片223和第二控制齿轮片224均由碳素结构钢(材质38CrMoAl等)制作而成。第一升降齿轮片213的面上围绕圆心呈辐射状均匀开设有第一渐开线弧型孔2131，第一升降齿轮片213可正转或反转，以灵活控制第一变径升降杆组212的伸缩运动，第二升降齿轮片223的面上围绕圆心呈辐射状均匀开设有第二渐开线弧型孔2231，第二升降齿轮片223可正转或反转，以灵活控制第二变径升降杆组222的伸缩运动。

在升降变径过程中，第一抬升涡卷弹簧卷片215始终呈大小可变的360°圆周状，将所有第一T型升降杆2121的第一导向柱21213包围在第一抬升涡卷弹簧卷片215所构成的圆周内，而在第一抬升涡卷弹簧卷片215构成的圆周外面，顶推脚蹬大牙盘变径组件11上第一变径浮动飞子114脚上的小滚珠轴承伸展运动。同样地，第二抬升涡卷弹簧卷片225始终呈大小可变的360°圆周状，将所有第二T型升降杆2221的第二导向柱22213包围在第二抬升涡卷弹簧卷片225所构成的圆周内，而在第二抬升涡卷弹簧卷片225构成的圆周外面，顶推后轮牙盘变径组件12上第二变径浮动飞子124脚上的小滚珠轴承伸展运动。

由此，第一抬升涡卷弹簧卷片215形成的大小可变360°圆周，也填补了第一T型升降杆2121在变径过程中，第一T型升降杆2121的杆顶之间产生的大小缝隙，始终保证第一变径浮动飞子114在360°无缝隙的圆周上平稳滚动；第二抬升涡卷弹簧卷片225形成的大小可变360°圆周，也填补了第二T型升降杆2221在变径过程中，第二T型升降杆2221的杆顶之间产生的大小缝隙，始终保证第二变径浮动飞子124在360°无缝隙的圆周上平稳滚动。

另外，第一抬升涡卷弹簧卷片215和第二抬升涡卷弹簧卷片225均由碳钢(材质60/62Si2MnA等)制作，保证结构强度。

由此，在升降变径过程中，第一抬升涡卷弹簧卷片215和第二抬升涡卷弹簧卷片225始终呈大小可变的360°圆周状，将所有第一变径浮动飞子114脚上的小滚珠轴承包围在第一抬升涡卷弹簧卷片215构成的圆周内，将所有第二变径浮动飞子124脚上的小滚珠轴承包围在第二抬升涡卷弹簧卷片225构成的圆周内。通过第一抬升涡卷弹簧卷片215和第二抬升涡卷弹簧卷片225的向心弹力，始终约束第一变径浮动飞子114保持与第一抬升涡卷弹簧卷片215接触，始终约束第二变径浮动飞子124保持与第二抬升涡卷弹簧卷片225接触。

需要特别注意的是：在安装时，固定变径系统2采取每两套一组，其中一套分别从前面和后面共同夹着脚蹬大牙盘111安装，协同同步工作以稳定支撑脚蹬大牙盘111的变径，另一套分别从前面和后面共同夹着后轮牙盘121安装，协同同步工作以稳定支撑后轮牙盘121的变径。

由此，这样安装好的固定变径系统2，实现在变径过程中，第一T型升降杆2121和第二T型升降杆2221不需转动，第一T型升降杆2121仅沿着第一圆形基座211上的第一放射滑槽组2111协同升降，第二T型升降杆2221仅沿着第二圆形基座221上的第二放射滑槽组2211协同升降，并通过与伸缩牙条变径牙盘系统1中的第一变径浮动飞子114和第二变径浮动飞子124的滚动接触方式，支撑转动中和自行车脚蹬大牙盘、后轮牙盘变径，为自行车变数提供稳定可操控的支撑。

优选的，第一变径浮动飞子114和第二变径浮动飞子124的材质选取为38CrMoAl，当然也可选取类似同等性能材料。

请参阅图6所示，进一步的，在本发明的实施例当中，第一变径浮动飞子114包括多个均匀环形分布的第一弧形浮动环1141，第一弧形浮动环1141包括第一弧形结构11411和对称设置在第一弧形结构11411上的第一浮子11412，第一浮子11412包括位于第一圆形轮毂套挡板113内滑动连接的第一方形滑脚114121和与第一方形滑脚114121连接的第一圆形滚脚114122，第一圆形滚脚114122的外圆周上设有第一滚珠轴承(图中未示意出)和第一抬升涡卷弹簧卷片215，第一滚珠轴承适于在第一抬升涡卷弹簧卷片215上滚动；

请参阅图7所示，第二变径浮动飞子124包括多个均匀环形分布的第二弧形浮动环1241，第二弧形浮动环1241包括第二弧形结构12411和对称设置在第二弧形结构12411上的第二浮子12412，第二浮子12412包括位于第二圆形轮毂套挡板123内滑动连接的第二方形滑脚124121和与第二方形滑脚124121连接的第二圆形滚脚124122，第二圆形滚脚124122的外圆周上设有第二滚珠轴承(图中未示意出)和第二抬升涡卷弹簧卷片225，第二滚珠轴承适于在第二抬升涡卷弹簧卷片225上滚动。

这样，位于第一弧形结构11411两侧的第一方形滑脚114121分别位于两个第一圆形轮毂套挡板113上的第一长条槽孔1132内上下滑动，位于第二弧形结构12411两侧的第二方形滑脚124121分别位于两个第二圆形轮毂套挡板123上的第二长条槽孔1232内上下滑动。

需要特别说明的是，本实施例中的第一变径浮动飞子114是由多个均匀环形分布的第一弧形浮动环1141围绕而成的环形结构，第一浮子11412关于第一弧形结构11411垂直对称设置。

请参阅图12所示，进一步的，在本发明的实施例当中，第一T型升降杆2121适于在第一抬升涡卷弹簧卷片215的包围下顶推第一抬升涡卷弹簧卷片215和第一弧形浮动环1141运动，以使第一变径浮动飞子114圆周平稳滚动，第一抬升涡卷弹簧卷片215适于约束第一弧形浮动环1141的第一圆形滚脚114121始终与第一抬升涡卷弹簧卷片215接触。

请参阅图13所示，第二T型升降杆2221适于在第二抬升涡卷弹簧卷片225的包围下顶推第二抬升涡卷弹簧卷片225和第二弧形浮动环1241运动，以使第二变径浮动飞子124圆周平稳滚动，第二抬升涡卷弹簧卷片225适于约束第二弧形浮动环1241的第二圆形滚脚124122始终与第二抬升涡卷弹簧卷片225接触。

这样，位于第一弧形结构11411两侧的第一圆形滚脚114122和位于第二弧形结构12411两侧的第二圆形滚脚124122则分别伸到固定变径系统2中，第一圆形滚脚114122和第二圆形滚脚124122的外部均套装有第二滚珠轴承(图中未示意出)，分别在前后对称的固定变径系统2中的第一抬升涡卷弹簧卷片215和第二抬升涡卷弹簧卷片225上面滚动。

由此，在本发明的具体实施例中，将全部的第一弧形浮动环1141和第二弧形浮动环1241分别安装到第一轮毂117和第二轮毂127的深槽型带轮结构的槽内，并将每个第一弧形浮动环1141的第一方形滑脚114121分别对应插在两块第一圆形轮毂套挡板113上前后对称的第一长条槽孔1132中，每个第二弧形浮动环1241的第二方形滑脚124121分别对应插在两块第二圆形轮毂套挡板123上前后对称的第二长条槽孔1232中，让第一方形滑脚114121和第二方形滑脚124121分别在对应的第一长条槽孔1132和第二长条槽孔1232中仅能做上下移动，而不能转动，而让每个第一弧形浮动环1141的第一圆形滚脚114122伸出前后两个第一圆形轮毂套挡板113端面的部分，分别固定安装上第三滚珠轴承(图中未示意出)，让每个第二弧形浮动环1241的第二圆形滚脚124122伸出前后两个第二圆形轮毂套挡板123端面的部分，也分别固定安装上第三滚珠轴承。

由此，这样安装好的脚蹬大牙盘111，通过第一变径浮动飞子114上第一圆形滚脚114122的第三滚珠轴承与固定变径系统2中的第一抬升涡卷弹簧卷片215滚动接触，可以实现跟随无级变径、增减脚蹬大牙盘111的齿数；安装好的后轮牙盘121，通过第二变径浮动飞子124上第二圆形滚脚124122的第三滚珠轴承与固定变径系统2中的第二抬升涡卷弹簧卷片225滚动接触，可以实现跟随无级变径、增减后轮牙盘121的齿数。

请参阅图19所示，在本发明的实施例当中，无级调速控制系统3包括适于调节脚蹬大牙盘111大小的第一调速控制装置31和适于调节后轮牙盘121大小的第二调速控制装置32，

第一调速控制装置31包括第一控制齿条311、第一控制弹簧312、第一操控绳缆313、第一绳缆锁定器和第一操控环，第一控制齿条311与第一控制齿轮片214啮合传动，第一控制齿条311的一端与第一控制弹簧312连接，另一端与第一操控绳缆313连接，第一操控绳缆313通过第一绳缆锁定器连接在车架上，第一控制弹簧312的另一端与车架固定连接；

第二调速控制装置32包括第二控制齿条321、第二控制弹簧322、第二操控绳缆323、第二绳缆锁定器和第二操控环，第二控制齿条321与第二控制齿轮片224啮合传动，第二控制齿条321的一端与第二控制弹簧322连接，另一端与第二操控绳缆323连接，第二操控绳缆323通过第二绳缆锁定器连接在车架上，第二控制弹簧322的另一端与车架固定连接。

由此，通过第一控制齿条311与固定变径系统2中的第一控制齿轮片214的外齿相咬合接触，第二控制齿条321与固定变径系统2中的第二控制齿轮片224的外齿相咬合接触，可灵活调整自行车脚蹬大牙盘111与后轮牙盘121的传动齿比。

需要说明的是，在本实施例中，无级调速控制系统3可提供三种调速控制方式：

第一种控制方式：脚蹬大牙盘111与后轮牙盘121的大小“负相关”控制，脚蹬大牙盘111的第一操控绳缆313与后轮牙盘121的第二操控绳缆323同步拉或同步放；

第二种控制方式：脚蹬大牙盘111的大小任意锁定，仅调控后轮牙盘121的大小，此时脚蹬大牙盘111的第一操控绳缆313任意锁定，仅后轮牙盘121的第二操控绳缆323拉或放；

第三种控制方式：后轮牙盘121的大小任意锁定，仅调控脚蹬大牙盘111的大小，此时后轮牙盘121的第二操控绳缆323任意锁定，仅脚蹬大牙盘111的第一操控绳缆313拉或放。

请参阅图1、20所示，在本发明的实施例当中，传动链条系统4包括第一链条张力轮41和第二链条张力轮42，链条13安装在第一链条张力轮41、第二链条张力轮42、脚蹬大牙盘111的第一牙条链115以及后轮牙盘121的第二牙条链125上。

由此，通过传动链条系统4可实现链条传动，并有序调整链条13的长度冗余及涨紧度，因此不会产生掉链子的情况。

本发明还提供一种自行车，包括上述所述的无级变速器装置。

所述自行车对于现有技术所具有的优势与上述无级变速器装置相同，在此不再赘述。

虽然本公开披露如上，但本公开的保护范围并非仅限于此。本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的前提下，可进行各种变更与修改，这些变更与修改均将落入本发明的保护范围。