CN101190704A - 钢球定位多档位内变速器 - Google Patents

Abstract

钢球定位多档位功能的内变速器：包括壳体、轮轴、飞轮轴、输入内齿轮座、输出内齿轮座、内齿轮、中心齿轮、中心齿轮辅助定位件等。变速档位较多时，采用2组有内齿轮的行星齿轮机构，一侧为运动输入，另一侧为运动输出，中心齿轮通过辅助定位件实现用钢球定位；飞轮驱动轴与右侧行星齿轮支承座可以结合为一体，或制成二个零件，其上至少装有一组行星齿轮；并和输入内齿轮座上的内齿轮相啮合；输入内齿轮座上也至少装有一组行星齿轮，并和输出内齿轮座上的内齿轮相配合；飞轮驱动轴、输入内齿轮座、输出内齿轮座上还安装有棘爪与另一个零件上的棘轮配合工作；中心齿轮侧面制有棘轮与辅助定位件上的轴向棘爪配合工作，辅助定位件内孔有钢球一部分可以进入到凹槽；轮轴上有孔，孔中装有钢球，在外力作用下钢球可以进入凹槽中，使中心齿轮成为固定轮；本发明可以实现3至16档变速。

Description

钢球定位多档位内变速器

技朮领域

本发明涉及自行车内变速器，具体涉及装在自行车后车轮中心部位的花毂内变速驱动装置。

背景技朮

<常用机构的原理及应用>(统一书号15033.4464)第242页中描述的自行车四速内变速轴、行星齿轮采用双联齿轮，共用内齿轮，中心齿轮在外力操纵下作轴向位移，并分别与轮轴外圆上的牙嵌向左或向右啮合成为固定轮，可得到不同的速比，这种机构操作不便，几十年来都没有得到发展；ZL01107540.6所描述的产品，尽管功能已满足使用要求，但改进后还可增加品种，提高性能。

本发明的目的是对以上变速器进行改进，设置输入内齿轮座和输出内齿轮座并对中心齿轮采用钢球定位，并可以同时对不同位置的几个中心齿轮定位使其成为固定轮；从而发展系列新产品。

发明内容

本发明是这样实现的：钢球定位多档位内变速器包括壳体、轮轴、飞轮驱动轴、输入内齿轮座、输出内齿轮座、内齿轮、中心齿轮、行星齿轮、行星齿轮轴、行星齿轮安装座、棘轮、棘爪、钢球、有凸轮的推杆、辅助定位件等组成；变速档位在3档以上时，采用2组以上有内齿轮相配合的行星齿轮机构，其中右侧将脚蹬的运动输入，左侧将改变速度后的运动输出。中心齿轮是通过辅助定位件与轮轴相固联，辅助定位件设置在中心齿轮的一侧，中心齿轮与辅助定位件均依靠内孔支承在轮轴上，辅助定位件内孔制有若干个钢球的一部分可进入的凹槽，轮轴上与辅助定位件相对应的位置，按圆周均分占有多个孔，孔中装钢球；轮轴中心沿轴向有长孔，孔中两端或一端装有1个以上凸轮的推杆，在外力作用下推杆可作轴向移动，凸轮可把钢球顶起，使钢球的一部分进入辅助定位件内孔的凹槽中，使辅助定位件不能转动与轮轴联结为一体，固时在辅助定位件上制有1个以上轴向棘爪，在弹簧力作用下棘爪始终有一端嵌入中心齿轮端面的棘轮中，中心齿轮端面棘轮是一个单向机构，当辅助定位件固定时，轴向棘爪通过棘轮能阻止中心齿轮向前进方向转动，使中心齿轮通过辅助定位件一同与轮轴相固联，成为固定齿轮，反转时中心齿轮端面的棘轮上有斜面，该斜面可将辅助定位件的轴向棘爪压入辅助定位件孔中，此时中心齿轮可以反转；钢球藏在轮轴孔中，未进入辅助定位件凹槽时，中心齿轮为随动齿轮，不参加工作；飞轮驱动轴上装有棘爪，与右端的行星齿轮座上的棘轮为常啮合，飞轮驱动轴与右端的行星齿轮座可以制成一体，若为便于装配也可以制成两个有牙嵌的零件组合起来；运动输入一侧是指由脚蹬传来的动力经过飞轮驱动轴传至输入内齿轮座及其相关的行星齿轮组将速度变换后，送至运动输出一侧，即是中间空心轴或与输出内齿轮座相关的行星齿轮组的右侧视为输入一侧(下同)；输出一侧可将速比再一次变换并由与输出内齿轮座相关联的棘爪带动与壳体相固联的棘轮向前转动，实现输出；无论是运动输入或运动输出一侧的行星齿轮安装座上，都可以安装共用内齿轮，但行星齿轮与中心齿轮中心距不同的2组行星齿轮，如果2组中心齿轮与行星齿轮中心距不同，又要共用一个内齿轮时，两组行星齿轮必须隔开，可错开一个角度安装，使用各自的轮轴，而且中心齿轮必须采用钢球定位方式与轮轴相固定，但共用内齿轮的两个行星齿轮组的中心齿轮不能同时被固定，即不能同时参加工作，这种结构的必要条件是行星齿轮与中心齿轮的中心距和行星齿轮与内齿轮的中心距之和相等；行星齿轮安装座上也可安装行星齿轮与中心齿轮中心距相同的多组行星齿轮，每一根行星齿轮轴上都装1个以上的行星齿轮，如果行星齿轮是多联齿轮时只有其中一个行星齿轮(组)与内齿轮座上的内齿轮相啮合；输出内齿轮座上安装有棘爪与和壳体相固联的盖上的棘轮配合工作，驱动车轮转动；在运动输入和运动输出的任何一侧可采用多个内齿轮，与不同内齿轮产生联系的行星齿轮组应独立安装；在轮轴上与行星齿轮组相对应的位置都安装了中心齿轮，中心齿轮的侧面装有辅助定位件并在轴向相对固定了位置；轮轴上安装内孔有凹槽的中心齿轮辅助定位件相对应位置处在圆周上占有多个等分孔，孔中装有钢球；轮轴中心有轴向长孔，孔中装有带凸轮的推杆，在外力操控下凸轮会产生位移将钢球顶起，使钢球的一部分进入某一个中心齿轮辅助定位件的凹槽中，通过该件使中心齿轮成为固定轮；有凸轮的推杆、在轮轴中心孔内两端各装一根由两端操控，视产品结构不同，在飞轮驱动轴、输入内齿轮轴座、输出内齿轮座上都安装了径向或轴向棘爪(轴向棘爪由直销构成)；在输入内齿轮座及输出内齿轮座上都制有径向或端面(轴向)的棘轮与棘爪配合工作。

本发明的优点是结构十分简单，零件数量少，变速档位多，工作可靠，无空档。

附图说明

图1为现有技术的内4速结构图；

图2是改进后，中心齿轮通过辅助定位件实现钢球定位的内4速结构图(为轴向剖视图，下同)实施例之1；

图3是中心齿轮通过辅助定位件实现钢球定位内6速结构图，实施例之2；

图4是中心齿轮通过辅助定位件实现钢球定位内8速结构图，实施例之3；

图5是中心齿轮通过辅助定位件实现钢球定位内12速结构图，实施例之4；

图6是中心齿轮通过辅助定位件实现钢球定位内16速结构图，实施例之5；

图7是中心齿孔轮内孔制有棘轮，由装在轮轴上的棘爪使中心齿轮定位的结构剖视图，实施例之6；

图8是中心齿轮通过辅助定位件实现钢球定位内3速结构图，实例之7；

图9至图20是相关零件外形图；

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明：

附图结构中包括：壳体1、轮轴2、飞轮驱动轴3、输入内齿轮座4(当有几个功能相同零件时，标为4-1、4-2、下同)输出内齿轮座5、内齿轮6、中心齿轮7、行星齿轮组8、行星齿轮轴9、棘爪及棘轮配偶件11、定位钢球12、有凸轮的推杆13、行星齿轮安装座14、盖19、飞轮20、辅助定位件24、旋转操纵臂25、中心齿轮定位棘爪252。

壳体上两端有装幅条的法兰，它通过钢碗、球架和轴档支承在轮轴上，它的内孔中有花键与盖外圆上的花键固联，也可在特定部位与棘轮相固联，轮轴用于支承壳体内的相关零件，并不可转动的安装在车架平叉耳片上；飞轮驱动轴上安装了飞轮(仅在少数图中示出)是接受中轴链轮通过链条传来的驱动力，并传递到变速器结构内部实行速度变换；棘爪和棘轮为配偶件，使用了棘爪，另一个零件中必有棘轮与之相配合，棘爪有多种结构形式，一种是常啮合的径向棘爪与棘轮相配合，还有一种是轴向棘爪，即为直销与端面棘轮相配合，有凸轮的推杆上所称的凸轮实为两端有斜肩的短圆柱，视结构不同，在同一根推杆上可制出多个凸轮；钢球可沿着斜肩被顶起进入中心齿轮辅助定位件的凹槽中，未被顶起时，钢球藏在轮轴孔中；一根推杆可以同时顶起两组钢球，使两个中心齿轮与轮轴固联成为固定齿轮；当有多个输入内齿轮座时，靠左边的输入内齿轮座的功能，除自身可变换速度外，还将从右侧输入的不同速度通过此件传输到左侧进行变换；盖19外圆有花键与壳体1内孔中的花键相配合，内孔有棘轮接受传来的动力，并传递到壳体上；

图1是现有技术内4速是通过移动中心齿轮与左右牙嵌相结合，使不同的中心齿轮与轮轴相固定；

图2中心齿轮是通过辅助定位件实现钢球定位的内4速，在飞轮驱动轴3上安装了一组常啮合的棘爪11-1与行星齿轮安装座14-1上的棘轮配合工作，输入内齿轮座4的左部也安装了一组行星齿轮，与输出内齿轮座5上的内齿轮相配合工作，并通过棘爪11-4和与壳体固联的盖19上的棘轮实现输出，本机构由有多个凸轮的推杆13向左移位实现4档位变速，图示位置，2个中心齿轮同时通过辅助定位件被固定，飞轮驱动轴3带动右侧行星齿轮8-1作增速运动，传递到左侧的行星齿轮组8-2再一次提高速度，得到最高速比，(设定为一档)当推杆13向右移1个档位时，右侧的中心齿轮7-1凹槽中的钢球12自动退回到轮轴孔内，该行星齿轮组8-1不参加工作，而左侧的行星齿轮组8-2仍然参加工作，通过11-2、11-3实现输出得到第二档速比；零件13再向右移动1个档位时，右侧的行星齿轮组7-1参加工作，同时左侧的一组的定位钢球12又自动退回到轮轴孔中，该组的中心齿轮8-2不参与工作，得到第三档速比，若零件13再向右移动1个档位则2组中心齿轮同时退出工作状态，得到第4档速比，也是最低速比；本结构在以下的多种实施例中会分别采用或左右两侧同时采用，其运动关系不再重复说明；

图3是中心齿轮通过辅助定位件实现定位的内6速变速器结构图，由3组行星齿轮组成，均采用钢球定位使中心齿轮成为固定轮，左侧部分在行星齿轮安装座14-2上，安装了中心距不同，但共用输出内齿轮座5的2个行星齿轮组，因此有3个档位；当2组中心齿轮与行星齿轮中心距不同又要共用一个内齿轮时，2组行星齿轮必须隔开，并错开一个角度安装，使用各自的轮轴，同时中心齿轮必须采用钢球定位方式与轮轴相固联，而且共用内齿轮的2个行星齿轮组的中心齿轮不能同时被固定，即这两组行星齿轮只可以轮换参加工作，不能同时参加工作，但可以都不参加工作，这种结构的必要条件是2组行星齿轮与中心齿轮的中心距和行星齿轮与内齿轮的中心距之和相等；也可以采用同轴的双联行星齿轮，此时仅有1组行星齿轮与内齿轮相啮合；右侧的飞轮驱动轴3可以与行星齿轮安装座14-1做成一体或做成二个零件再用牙嵌或棘轮棘爪相结合，其上安装一组行星齿轮与输入内齿轮座4上的内齿轮6配合工作，有2个档位，内齿轮座4有花键与行星齿轮安装座14-2上的花键相固联，这种结构对飞轮驱动轴3所传来的速度，内部不能做降低转换只有提高；本实施例作为中心齿轮钢球定位的典型结构，将其动力传动路线列于附表中；

附表

图4是中心齿轮通过辅助定位件实现钢球定位的内8速结构图，由3组行星齿轮构成，实质上是在图2内4速结构基础上，在输入内齿轮座4-1和输出内齿轮座5之间增加一组输入内齿轮座4-2及相关零件，并且由右端带凸轮的推杆13-1控制右侧2组行星齿轮，图示右侧2组行星齿轮都不参加工作(此时中轴链轮与后轴飞轮传来的速比直接传至左端)；若推杆13-1向左移一个档位，则钢球12的一部分进入辅助定位件24-1的凹槽中，使中心齿轮7-1参加工作，若再向左移动一个档位，则使钢球12的一部分进入辅助定位件24-2的凹槽中，使中心齿轮7-2参加工作，同时中心齿轮7-1退出工作；若推杆13-1再向左移动一个档位，此时中心齿轮7-1、7-2都参加工作，使输入的速比经二次增速后输送至左侧，以上得到4档不同的速度；左侧与输出内齿轮座配合工作的只有一组行星齿轮，它的操作形式只有参加工作或不参加工作二种状态；图示中心齿轮7-3未被固定，不参加工作，因此前级传来的速比不作变动，通过棘爪偶件11-4和11-5传递到盖19上，由于盖19外圆有花键，因此将动力传递到壳体上，如果推杆13-2向右移动一个工位，使钢球12进入辅助定位件24-3的凹槽中，则使中心齿轮7-3定位参加工作，此时前级传来的速比作增速输出，并且为乘数关系，共有8种速度；

图5是中心齿轮通过辅助定位件实现钢球定位的内12速结构图，是在内8速的基础上在左侧输出内齿轮座内增加了一组行星齿轮，或者说在图4内8速中保留右侧2个输入内齿轮座4-1、4-2；及所属行星齿轮组，而左侧采用图3左侧结构，由于右侧有4个档位，左侧有3个档位，二者结合后为乘数关系，可得到12档变速，本结构采用4组行星齿轮；

图6是中心齿轮通过辅助定位件实现钢球定位的内16速结构图，是由2个图2的内4速相组合所得出的新结构，也是采用4组行星齿轮，两端由有凸轮的推销13-1、13-2分别进行操纵，都可同时顶起2组钢球使2个行星齿轮组参加工作，由于输入和输出一侧各有4档位变速，且为乘数关系，因此可得到16档不同的速度；

图7是图4内8速，中心齿轮改为由装在轮轴上的棘爪定位的示意图，图示中心齿轮的侧面制有径向棘轮253，在轮轴上对应每个中心齿轮侧面制有棘轮的位置，安装棘爪252，该棘爪一半与棘轮相配合工作，另一半与旋转操纵臂25相配合，旋转操纵臂圆周上不同角度制有坑口251，当棘爪252处在坑口位置时，棘爪就抬头与棘轮253相配合工作，阻止中心齿轮朝前进方向转动，当坑口转过一个角度，坑口边沿的台阶就把棘爪压下，使棘爪与棘轮完全分离，此时中心齿轮为随动，两组中心齿轮的棘爪由同一个旋转操纵臂控制，由于坑口的角度不同，就可以做到两个棘爪先后不同顺序相分离或相结合，或同时分离，使2个中心齿轮都不参加工作，或同时相结合使二个中心齿轮同时参加工作，因此有4种工作状态，可得到4种不同速度，旋转操纵臂有柄254通过轴档留出的缺口伸出与转动盘255相联接，在外力操纵下实现换档变速；以上是指图7右侧，图7左侧只有相结合或相分离二个档位；如果用在其它实施例中，两端的旋转转臂均可制成可操控2至4个档位；

图8是钢球定位的一种内3速结构图，内齿轮直接制在壳体上，与飞轮轴3用牙嵌相结合的行星齿轮座上装有双联行星齿轮，但只有一个行星齿轮(组)与内齿轮相啮合，相对应有2个通过辅助定位件定位的中心齿轮，这2个中心齿轮只能分别被固定来参加工作；

图9示出2组行星齿轮可制成双联齿轮，但只有其中一个行星齿轮(组)与内齿轮相啮合，中心齿轮只能分别参加工作，这种结构既可在输出一侧采用，也可在输入一侧采用；图10是盖19的外形图，图11是与飞轮驱动轴配合工作的行星齿轮座14-1的外形图，其上可安装行星齿轮8；图12是飞轮驱动轴外形图，飞轮驱动轴3与零件14-1可不采用棘爪棘轮配偶件而制成牙嵌直接联结；图13是输出内齿轮座外形图，图a图b视角不同；图14是内齿轮座外形图，图a和图b视角不同，装在输入一侧为输入内齿轮座，装在输出一侧为输出内齿轮座结构外形相似，其上有内齿轮，有棘轮，有安装行星齿轮8的位置；图15是轮轴2的剖视图，图16为孔位的截面图，孔位数量与中心齿轮相同；

图17是辅助定位件与中心齿轮配合工作示意图，图a是钢球12未进入辅助定位件的凹槽的轴向剖示图，图b是图a钢球部位的截面图；图c是推杆13移动了一个档位，凸轮将钢球12的一部分顶入了辅助定位件24的凹槽243中，使其与轮轴2构成一体；由于轴向棘爪241在弹簧242的作用下始终嵌入在中心齿轮7的端面棘轮中，当辅助定位件与轮轴相固联时，中心齿轮不能向前转动，图d是图c的截面图；

图18、图19是2种典型的中心齿轮外形图，图18端面制有棘轮11，有斜面111，是单向机构，可阻止中心齿轮向前转动，但可向后转，图19是适用于图7，中心齿轮制有径向棘轮，图b是图a的侧视图，棘齿方向是阻止中心齿轮朝前进方向转动；图20是装有2组行星齿轮的行星齿安装座14的结构图，所装的二组行星齿轮的中心距不同，但行星齿轮至中心齿轮及行星齿轮至内齿轮的中心距之和相等，适用于图3，与前级相结合为花键；本图也可视为图5输入内齿轮座4-2的左部，只不过将行星齿轮安装座与内齿轮制成为一个整体；图b、图c为图a的E-E和F-F截面图，本发明输入一侧和输出一侧可以相互组合，形成新的结构。

Claims (6)

1.钢球定位多档位内变速器，包括壳体、轮轴、飞轮驱动轴、输入内齿轮座、输出内齿轮座、内齿轮、中心齿轮、行星齿轮、行星齿轮安装座、棘爪棘轮配偶件、钢球、有凸轮的推杆、中间空心轴、辅助定位件等，其特征在于：采用2组以上有内齿轮相配合的行星齿轮机构，右侧为运动输入，左侧将运动输出；在轮轴上与行星齿轮组相对应的位置安装中心齿轮，中心齿轮是通过辅助定位件与轮轴相固联，辅助定位件设置在中心齿轮的一侧，中心齿轮与辅助定位件均依靠内孔支承在轮轴上，辅助定位件内孔制有若干个钢球的一部分可进入的凹槽，轮轴上与辅助定位件相对应的位置，按圆周均分占有多个孔，孔中装钢球；轮轴中心沿轴向有长孔，孔中两端或一端装有带有1个以上凸轮的推杆在外力作用下，推杆可作轴向移动，凸轮可把钢球顶起，使钢球的一部分进入辅助定位件内孔的凹槽中，使辅助定位件不能转动与轮轴联结为一体，同时在辅助定位件上制有1个以上轴向棘爪，在弹簧力作用下棘爪始终有一端嵌入中心齿轮端面的棘轮中，中心齿轮端面棘轮是一个单向机构，当辅助定位件固定时，轴向棘爪通过棘轮能阻止中心齿轮向前进方向转动，使中心齿轮通过辅助定位件一同与轮轴相固联，成为固定齿轮；中心齿轮端面的棘轮上有斜面，反转时该斜面可将辅助定位件的轴向棘爪压入辅助定位件孔中，此时中心齿轮可以反转；当钢球藏在轮轴孔中，未进入辅助定位件凹槽时，中心齿轮为随动齿轮，不参加工作；飞轮驱动轴上装有棘爪，与右端的行星齿轮座上的棘轮为常啮合，飞轮驱动轴与右端的行星齿轮座也可制成一体，若为便于装配也可以制成两个有牙嵌的零件组合起来；无论是运动输入或运动输出一侧的行星齿轮安装座上，都可以安装共用内齿轮但行星齿轮与中心齿轮中心距不同的2组行星齿轮，当2组中心齿轮与行星齿轮中心距不相同又要共用一个内齿轮时，两组行星齿轮必须隔开，并错开一个角度安装，使用各自的轴芯，同时中心齿轮必须采用通过辅助定位件实现钢球定位方式与轮轴相固定，而且共用内齿轮的两个行星齿轮组的中心齿轮不能同时被固定，这种结构的必要条件是两组行星齿轮与中心齿轮的中心距和行星齿轮与内齿轮的中心距之和相等；行星齿轮安装座上也可装双联行星齿轮，并共用一个内齿轮，此时只有其中一个行星齿轮(组)和内齿轮相啮合；输出内齿轮座上安装有棘爪与和壳体相固联的棘轮配合工作；在飞轮驱动轴及输入内齿轮座和输出内齿轮座上都安装了径向或轴向棘爪；在输入内齿轮座及输出内齿轮座上都制有径向或端面棘轮与相邻零件上的棘爪配合工作。

2.根据权利要求1所述的钢球定位多档位内变速器，其特征是对于从右侧传来的速比不能降低，每固定一个中心齿轮时，速比增加1次且为乘数关系。

3.根据权利要求1所述的钢球定位多档位内变速器，其特征是一根有凸轮的推杆必要时可以同时顶起两组钢球，通过辅助定位件使两个中心齿轮定位，实现与轮轴相固联，成为固定齿轮，这两个中心齿轮所在行星齿轮组，分别与不同的内齿轮配合工作。

4.根据权利要求1所述的钢球定位多档位内变速器，其特征是输入内齿轮座和输出内齿轮座，可以采用一个以上，其上均制有内齿轮和接受前级传来动力的棘轮及可安装将运动传给下一级的棘爪。

5.根据权利要求1所述的钢球定位多档位内变器，其特征是在中心齿轮侧面制有径向棘轮，在轮轴上对应每个中心齿轮侧面制有棘轮的位置安装棘爪，该棘爪宽度的一半与棘轮相配合工作，另一半与旋转操纵臂相配合，旋转操纵臂圆周上不同角度制有坑口，当棘爪处于坑口位置时，棘爪抬头与棘轮相配合工作，并阻止中心齿轮朝前进方向转动，当转过一个角度坑口边沿的台阶就把棘爪压下，使棘爪与棘轮相分离，此时中心齿轮不参加工作。

6.根据权利要求1所述的钢球定位多档位内变速器，其特征是内3速变速器的内齿轮可直接制在壳体上，有2个中心齿轮并采用双联行星齿轮只有1个行星齿轮(组)和内齿轮相啮合，使用一根有凸轮的推杆移动一个档位，只能通过辅助定位件使一个中心齿轮成为固定齿轮。

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