一种自行车内变速器及其调速装置 |
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| 申请号 | CN201710377912.4 | 申请日 | 2017-05-25 | 公开(公告)号 | CN106969103A | 公开(公告)日 | 2017-07-21 |
| 申请人 | 李钢; | 发明人 | 李钢; | ||||
| 摘要 | 根据本 发明 所提供的一种 自行车 内 变速器 及其调速装置的优点在于：可按档位的需求增加或减少前级行星 齿轮 组及后级行星模 块 的数量，设计灵活，特别适合多档位数的自行车内变速器系统，可设定更小的变速级差及更多的变速档位来满足骑行者的需求，如：只需7组行星齿轮即可实现15档的变速输出，实际上相当于21速外变速的自行车档位（因外21外变速自行车的部分变速档位重叠），当速比级差设定在1.1左右时，总变比可达4.18，本发明控制系统极为简单，只需拨动设置在车把的变速 扳手 ，带动 凸轮 轴转动，使得凸轮 框架 的上下移动来 锁 定、解锁相应的行星齿轮的 内齿圈 即可，且只需2级齿轮副传动，效率高，结构简单、极大的减小了外形尺寸及重量，可完全满足各类自行车的变速需求。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种自行车内变速器，包括车架、车把、脚蹬轴、牙盘等，其特征在于：在自行车架安装中轴的套筒内设有至少一组行星模块，该行星模块由一组在太阳轮与内齿圈之间设有棘轮的行星齿轮组成，其中，在行星齿轮组的内齿圈外圆上设有轴向的凹槽，以配合调速装置的凸起对行星齿轮内齿圈的锁定，行星齿轮组的行星架与作为动力输入的脚蹬轴同轴固定，行星齿轮组的太阳轮与动力输出轴固定连接并与脚蹬轴呈同轴圆周滑动设置，牙盘与动力输出轴固定连作为动力输出，通过凸起对行星齿轮组的内齿圈外圆上凹槽的锁定与解锁来达到不同的转速输出，从而达到变速的目的。 |
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| 说明书全文 | 一种自行车内变速器及其调速装置技术领域[0001] 本发明属于自行车变速器领域，涉及一种自行车内变速器及其调速装置。 背景技术[0002] 现有的自行车变速系统大致分为两种，一种为在自行车后轮轴内通过齿轮变速的内变速系统，另一种为在自行车中轴上设置多级牙盘及后车轮轴上设置多级链轮的外变速系统，其中，作为结构简单的多级可调速的外变速系统得到了广泛的应用，但也存在一些不足，如：在车辆静止时无法变速，在车辆行驶中变速时，链条与链轮容易脱落，由于变速零件暴露在外，需频繁保养才能保证其正常运转，而内变速系统则解决了链条与链轮在变速时容易脱落的问题，同时因其变速传动零件基本都封闭在壳体内，使得其保养简单、容易，但与外变速系统相比，其最大的不足就是其变速档位过少，传动力矩波动过大，特别是在一些特殊路段时，无法调整到骑行者所需要的力矩，即档位太少，从而限制了其在自行车领域的全面应用，随着技术的进步，一些自行车厂家相继研制出了多档位自行车内变速系统，但从变速档位来说还远未达到现有的外变速自行车的变速档位，且随着档位的增加，内变速调速系统的结构复杂程度也随之大大增加，其成本过高，体积、重量过大等因素也使得其无法在自行车行业普及应用。 发明内容[0004] 本发明为了实现上述的发明目的而提供的一种自行车内变速器及其调速装置，包括设置于车架上的一种自行车内变速器及与之配合联动的一种调速装置。 [0005] 所述的一种自行车内变速器，包括车架、车把、脚蹬轴、牙盘等，在自行车架安装中轴的套筒内设有至少一组行星模块，该行星模块由一组在太阳轮与内齿圈之间设有棘轮的行星齿轮组成，其中，在行星齿轮组的内齿圈外圆上设有轴向的凹槽，以配合调速装置的凸起对行星齿轮内齿圈的锁定，行星齿轮组的行星架与作为动力输入的脚蹬轴同轴固定，行星齿轮组的太阳轮与动力输出轴固定连接并与脚蹬轴呈同轴圆周滑动设置，牙盘与动力输出轴固定连作为动力输出，通过凸起对行星齿轮组的内齿圈外圆上凹槽的锁定与解锁来达到不同的转速输出，从而达到变速的目的。 [0006] 所述的一种自行车内变速器，为了扩大内变速器的总变比，减小速比级差，在自行车架安装中轴的套筒内设有至少一组行星齿轮组成的前级及至少一组由行星模块所组成的后级，其中，在前级及后级行星齿轮组的内齿圈外圆上均设有轴向的凹槽，以配合调速装置的凸起的锁定，前级行星齿轮行星架与后级行星模块的行星架刚性连接，前级行星齿轮的太阳轮与作为动力输入的脚蹬轴同轴固定，后级行星模块的太阳轮与动力输出轴固定连接并与脚蹬轴呈同轴圆周滑动设置，牙盘与动力输出轴固定连作为动力输出，通过凸起对前级或后级不同的行星齿轮组的内齿圈外圆上凹槽的锁定与解锁来达到不同的转速输出，从而达到变速的目的。 [0007] 所述的一种自行车内变速器，为了在扩大内变速器的总变比的同时提供更小的速比级差，在自行车架安装中轴的套筒内设有由多组同轴并行的不同变比的行星齿轮所组成的前级，及多组同轴串行的由不同变比的行星模块所组成的后级，其中，在前级及后级行星齿轮组的内齿圈外圆上均设有轴向的凹槽，以配合调速装置的凸起的锁定，前级各组行星齿轮的太阳轮与作为动力输入的脚蹬轴同轴固定，前级各组行星齿轮的行星架与后级第一组行星模块的行星架均互相刚性连接，后级每组行星模块的太阳轮与下一组行星模块的行星架相连，最后一组行星模块的太阳轮与动力输出轴固定连接并与脚蹬轴呈同轴圆周滑动设置，牙盘与动力输出轴固定连接作为动力输出，由于前级多组并行的行星齿轮设定及后级多组串行的行星模块设定，在扩大变速器的总变比的同时，还可带来更多的变速档位调节，通过对前级或后级不同的行星齿轮组内齿圈的锁定与解锁，来达到不同的转速输出。 [0008] 需要说明的是：所谓行星齿轮组的并行可以解释为：各组行星齿轮组的太阳轮同轴刚性连接及行星架同轴刚性连接，所谓行星模块的串行可以解释为：后级前组行星模块的太阳轮作为动力输出与后组行星模块作为动力输入的行星架同轴刚性连接。 [0009] 在后级行星模块的内齿圈解除锁定后，行星架作为动力输入带动内齿圈与太阳轮同向转动，当太阳轮作为动力输出时，由于棘轮的单向锁定限制，内齿圈只能与太阳轮同向同速转动，此时行星模块的内齿圈与行星架及太阳轮同向同速转动，相当于前级行星齿轮组的行星架与动力输出轴直连，前级最低变比的行星齿轮组即为变速器的最低变比。 [0010] 当通过凸轮框架上的凸起向下移动锁定后级行星模块的内齿圈后，变速器的最高总变比等于锁定的最高变比行星模块的变比与前级最高变比的行星齿轮组变比的乘积，此时变速器的最高总变比=变速器的最高变比/变速器的最低变比，由此看出，随着后级串行行星模块的增加可极大的扩展变速器的总变比，使得其应用范围得以扩展，且由于只有两级齿轮传动，使得传动效率得以提高。 [0011] 所述的一种自行车内变速器，为了保持在后级第一组行星模块的内齿圈在锁定后，行星模块进入工作后变速的平顺性，后级的第一组级行星模块的变比与前级第一组行星齿轮的变比乘积大于前级最后一组行星齿轮的变比。 [0012] 所述的一种自行车内变速器，为了扩大变速器总变比，在后级行星模块的内齿圈解除锁定时，棘轮处于锁死状态。 [0013] 所述的一种调速装置,应用于自行车内变速器，包括：在自行车架安装中轴的套筒上设有凸轮轴支架，在凸轮轴支架上设有可转动的凸轮轴，在凸轮轴上固定安装有凸轮，在凸轮外部设有可随凸轮的转动而上下移动的凸轮框架，在凸轮框架上设有与前级行星齿轮及后级行星模块的内齿圈的外圆上的凹槽相配合凸起，在凸轮框架上下移动时，使得凸起在向下移动时进入行星齿轮内齿圈外圆的凹槽锁定内齿圈，或凸起在向上移动时脱离内齿圈外圆的凹槽，解除对内齿圈的锁定，通过凸起对前级或后级不同的行星齿轮组的内齿圈外圆上凹槽的锁定来达到动力输出轴不同的转速输出，从而达到变速的目的。 [0014] 所述的一种调速装置,为了给骑行者提供更多的档位选择，以减小传动力矩的波动，来更加适应骑行者的需求，在自行车架安装中轴的套筒上对应内变速器前级多组行星齿轮的位置设置一套调速装置，在自行车架安装中轴的套筒上对应内变速器后级多组行星模块的位置设置另一套调速装置。 [0016] 所述的一种调速装置,为了实现对各组行星齿轮内齿圈的方便控制，在凸轮轴上轴向并列安装有与行星齿轮组数量相同的凸轮及凸轮框架，在凸轮框架与中轴套筒之间设有复位弹簧，在凸轮轴的一端设有调速转盘，通过转动调速转盘带动凸轮转动。 [0017] 所述的一种调速装置,为了在车辆停止时也能进行变速档位的调节，并使凸起在行星齿轮内齿圈旋转至圆周任意位置时均能顺利进入凹槽后咬合锁定内齿圈，凸起与凹槽设置为相互对应的尖齿形结构，其中，尖齿受力的齿面与内齿圈的圆周切线方向垂直。 [0018] 所述的一种调速装置,为了变速档位调节方便，在车把的左右两侧分别设有变速档位扳手，并通过线缆与对应前级及后级的调速装置上的调速转盘连接。 [0019] 通过以上描述可以看出：当后级行星模块的内齿圈没有锁定时，后级行星模块的内齿轮、行星架、太阳轮同步锁定，相当于刚性连接的一根轴，当锁定前级并行的多组不同变比行星齿轮的任意一组的内齿圈，都会有不同的转速输出至动力输出轴。 [0020] 需要说明的是：上述的行星齿轮组的变比是：输出转速/输入转速，前级并行的多组不同变比行星齿轮组只能锁定其中一组，不可同时锁定两组以上，否则将会发生传动锁死现象，对后级多组行星模块的锁定无限制，可根据对后级各组行星模块的分别锁定组合出不同的转速输出。 [0021] 当后级某一级行星模块的内齿圈锁定时，后级行星模块都会变为普通的一组行星齿轮进行传动，此时前级行星齿轮组与后级行星模块串行作为动力传动，此时动力经与后级行星模块的太阳轮刚性连接的动力输出轴输出。 [0022] 综上所述：变速器的变比=前级锁定的行星齿轮组的变比×后级锁定的行星模块组变比（在后级的行星模块的内齿圈锁定时，变比=1）。 [0023] 变速器的变速档位=前级不同变比的变速行星齿轮组的组数×（后级行星模块组数+n），其中n是：当后级各组行星模块的内齿圈均未锁定状态+后级多组中的部分行星模块的内齿圈被锁定状态+后级各组行星模块的内齿圈均被锁定状态，即：状态数量之和。 [0024] 例如：在后级为A、B、C三组行星模块时，变速器的变速档位=前级不同变比的行星齿轮组的组数×8，(三组行星模块A、B、C均未锁定+锁定的行星模块：A、B、C、AB、AC、BC、ABC，共8种状态)。 [0025] 根据本发明所提供的一种自行车内变速器及其调速装置的优点在于：可按档位的需求增加或减少前级行星齿轮组及后级行星模块的数量，设计灵活，特别适合多档位数的自行车内变速器系统，可设定更小的变速级差及更多的变速档位来满足骑行者的需求，如：只需7组行星齿轮即可实现15档的变速输出，实际上相当于21速外变速的自行车档位（因外 21外变速自行车的部分变速档位重叠），当速比级差设定在1.1左右时，总变比可达4.18，本发明控制系统极为简单，只需拨动设置在车把的变速扳手，带动凸轮轴转动，使得凸轮框架的上下移动来锁定、解锁相应的行星齿轮的内齿圈即可，且只需2级齿轮副传动，效率高，结构简单、极大的减小了外形尺寸及重量，可完全满足各类自行车的变速需求。 [0027] 通过下面结合附图对实施例的进一步描述来详细阐述本发明的构思及应用。 [0028] 图1是本发明一种自行车内变速器及其调速装置实施方式的结构简图图2是本发明一种自行车内变速器及其调速装置实施方式的结构示意图 图3是沿图2的A-A线剖开的示意性的剖视图 图4是图2的B-B线剖开的示意性的剖视图 图5是图2的A0局部放大图 图6是图1的A01局部放大图 图7是图1的A1局部放大图 具体实施方式： 现在，将详细描述根据本发明的实施方式，其示例在附图中被示出。以下，将参照附图描述实施例，以解释本发明的总体构思。 [0029] 如图1至2所示，所述的一种自行车内变速器，为了在扩大内变速器的总变比的同时带来更多的变速档位调节，在自行车架安装中轴的套筒2内设有由7组同轴并行的不同变比的行星齿轮所组成的前级，及2组同轴串行的由不同变比的行星模块A1、A2所组成的后级，其中，行星模块由一组在太阳轮与内齿圈之间设有棘轮的行星齿轮组成，在前级及后级行星齿轮组的内齿圈外圆上均设有轴向的凹槽7，以配合调速装置的凸起9的锁定，前级第一组行星齿轮的太阳轮4及其余各组行星齿轮的太阳轮与作为动力输入的脚蹬轴3同轴固定，前级第一组行星齿轮的行星架1及其余各组行星齿轮的行星架与后级第一组行星模块的行星架18均互相刚性连接，后级第一组行星模块A1的太阳轮14与下一组行星模块A2的行星架13相连，第二组行星模块的太阳轮11与动力输出轴12固定连接并与脚蹬轴3呈同轴圆周滑动设置，牙盘25与动力输出轴12固定连接作为动力输出，由于前级多组并行的行星齿轮设定及后级多组串行的行星模块设定，在扩大变速器的总变比的同时，还可带来更多的变速档位调节，通过对前级或后级不同的行星齿轮组内齿圈的锁定，来达到不同的转速输出。 [0030] 如图1所示，所述的一种自行车内变速器，为了保持在后级第一组行星模块A1的内齿圈17在锁定后，行星模块A1进入工作后变速的平顺性，后级的第一组行星模块A1的变比与前级第一组行星齿轮的变比乘积大于前级最后一组行星齿轮的变比。 [0031] 所述的一种自行车内变速器，为了扩大变速器总变比，在后级行星模块的内齿圈解除锁定时，棘轮处于锁死状态。 [0032] 如图2至4所示，所述的一种调速装置,应用于自行车内变速器，包括：在自行车架安装中轴的套筒2上设有凸轮轴支架21，在凸轮轴支架21上设有可转动的凸轮轴20，在凸轮轴20上固定安装有凸轮24，在凸轮24外部设有可随凸轮24的转动而上下移动的凸轮框架22，在凸轮框架22上设有与前级行星齿轮及后级行星模块的内齿圈的外圆上的凹槽7相配合凸起9，在凸轮框架22上下移动时，使得凸起9在向下移动时进入行星齿轮内齿圈外圆的凹槽7锁定内齿圈6，或凸起9在向上移动时脱离内齿圈外圆的凹槽7，解除对内齿圈6的锁定，通过凸起9对前级或后级不同的行星齿轮组的内齿圈外圆上凹槽7的锁定来达到动力输出轴不同的转速输出，从而达到变速的目的。 [0033] 如图2所示，所述的一种调速装置,为了给骑行者提供更多的档位选择，以减小传动力矩的波动，来更加适应骑行者的需求，在自行车架安装中轴的套筒2上对应内变速器前级多组行星齿轮的位置设置一套调速装置，在自行车架安装中轴的套筒2上对应内变速器后级多组行星模块的位置设置另一套调速装置。 [0034] 如图2至3所示，所述的一种调速装置,为了实现在调速转盘19转动时，凸轮框架22上的凸起9可按需求咬合相对应的行星齿轮组内齿圈外圆的凹槽7，凸轮24与凸轮轴20通过花键按不同的经向角度安装。 [0035] 如图2所示，所述的一种调速装置,为了实现对各组行星齿轮内齿圈的方便控制，在凸轮轴20上轴向并列安装有与行星齿轮组数量相同的凸轮24及凸轮框架22，在凸轮框架22与中轴套筒2之间设有复位弹簧23，在凸轮轴的一端设有调速转盘19，通过转动调速转盘 19带动凸轮24转动。 [0036] 如图3所示，所述的一种调速装置,为了在车辆停止时也能进行变速档位的调节，并使凸起9在行星齿轮内齿圈旋转至圆周任意位置时均能顺利进入凹槽7后咬合锁定内齿圈，凸起9与凹槽7设置为相互对应的尖齿形结构，其中，尖齿受力的齿面与内齿圈的圆周切线方向垂直。 [0037] 所述的一种调速装置,为了变速档位调节方便，在车把的左右两侧分别设有变速档位扳手，并通过线缆与对应前级及后级的调速装置上的调速转盘19连接。 [0038] 需要说明的是：上述实施例为了方便调速及设定更多的档位，当前级设置成7组行星齿轮，后级2组行星模块设置成：A1锁定、A2锁定、及A1A2均不锁定的三种状态时，所述的一种自行车内变速器可以变化出7×3=21的速度输出，基本可满足大多数自行车的需要，对普通城市骑行的自行车，也可降低变速档位，用一组前级行星齿轮与一组后级行星模块的组合可得到三种速度档位，如只用一组行星模块可得到两种速度档位，结构也更加简单，从以上描述可以看出，可按档位的需求，增加或减少行星齿轮组及行星模块的数量，即可达到设计需求，设计灵活，特别适合多档位数的变速器系统，以上是对本发明实施方案的具体描述，这并非是对本发明的构思和范围的限定，在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域中普通工程技术人员对本发明作出的各种变形和改进，均应落入本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容已经记录在权利要求书中。 |
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