CN101397048A - 一种自行车全自动变速器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种自行车全自动变速器。它包括变速传动装置和变速控制装置两部分，其中：变速传动装置为与主轴同轴的三级行星齿轮系结构，变速控制装置包括行星齿轮系内齿圈外圆周均布的、三级通过复位弹簧控制的常啮合的输出棘爪和常脱开动作的控制棘爪，控制棘爪与棘轮啮合动作的离心块平衡盘两部分，其中离心块平衡盘包括固定盘和安装在固定盘轴径上的摆杆盘，摆杆盘通过挡位连杆、棘爪拔动杆与控制棘爪铰接；在棘爪拨动臂沿复位弹簧滑动和摆动所形成的运动轨迹加设凹型弧槽；在摆杆盘和固定盘的轴径之间加设滚动轴承。本发明具有变速控制高灵敏度、高可靠性特点。

Description

一种自行车全自动变速器
技术领域
本发明涉及变速器结构，特别是一种自行车全自动变速器的改进结构。
背景技术
已有技术中，中国实用新型专利(专利号：ZL 2004 2 0070090.3)公开一种实心轴自行车自动变速器，该变速控制是通过柔性拉套沿轴向改变位置并通过十字轮实现对行星齿轮系不同的输入方式，且变速控制装置必须通过轴向的一系列传动装置，所以会产生较大轴向传动阻力，造成变速不灵活；其变速装置有一个行星齿轮系，通过改变输入位置实现变速，在低、中、高三个速度档位上，档位十字轮是传动的驱动元件，档位十字轮与行星齿轮系的传动元件之间有较大的结合力，只有解除这种结合力才能实现沿轴向移位换档变速，所以，变速时要估计速度达到变速要求时，缓蹬一下脚蹬，解除档位十字轮与档位之间的传动结合力才能实现自动移位换档，造成变速控制困难。
中国发明专利申请(申请号：200610046543.2)公开了一种改进了的自行车自动变速器，该变速器主要由变速传动装置和变速控制装置两部分组成。其中：变速传动装置为与主轴同轴的三级行星齿轮系结构，变速控制装置包括行星齿轮系内齿圈外圆周均布的、三级通过复位弹簧控制的常啮合的输出棘爪和常脱开动作的控制棘爪，控制棘爪与棘轮啮合动作的离心块平衡盘两部分，其中离心块平衡盘包括固定盘和安装在固定盘轴径上的摆杆盘，摆杆盘通过挡位连杆、棘爪拔动杆与控制棘爪铰接。尽管这种变速控制装置能够克服由轴向传动阻力大造成的变速不灵活及档位十字轮与档位之间的传动结合力造成变速控制困难的不足，较好地实现了变速器的变速功能和动作，但仍存在如下不足：
1.复位弹簧动作不可靠。由于复位弹簧的主要功能是完成脱开棘爪和棘轮的啮合，在棘爪频繁摆动的过程中，具有较长悬臂、在棘爪背部滑动行程较大的复位弹簧必须保证与棘爪背部的稳定和可靠的接触。但因这种变速器中的棘爪背部是完全光滑的曲面，复位弹簧较长的悬臂无法稳定定位，在十分频繁的摆动过程中一旦产生与棘爪滑脱现象就会造成变速器变速动作的完全失灵，从而而造成整个变速器传动装置的卡死和传动元件的损伤。
2.离心块平衡盘动作不可靠。由于离心块平衡盘是整个变速控制装置的核心，同时每个完成变速动作元件(如棘爪、棘爪拨动杆)的驱动装置，所以离心块平衡盘动作的灵敏度和动作精度的高低决定了变速器变速动作的一致性，也就是说完全决定了变速器个体变速动作差异的大小。而在这种变速器中，控制与离心块铰接的连杆动作的、绕轴向摆转的摆杆盘与固定盘之间为平面摩擦的转动副结构(其中：固定盘为离心块平衡盘的主体件；摆杆盘位于固定盘的轴径外圆上，摆杆盘上的盘孔通过挡位连杆与棘爪拨动杆相连)，所以，工作中摩擦力较大。加之零件精度(如平面度、同轴度、轴向压紧力的大小)以及零件表面粗糙度等各种因素也会造成完成变速动作的元件的不协调和较大的个体差异。
3.离心块质量平衡精度低。在这种变速器中，离心块平衡盘中完成摆转动作的元件即摆杆盘与固定盘之间形成的是平面摩擦副，摆杆盘与固定盘在转动圆周面间必然形成一定的径向间隙，从而必然造成离心块转动圆心的不确定而自然形成了变动的旋转半径，从而使对称布置的离心块无法实现质量平衡，造成了摆杆盘径向不定位，最终使变速器无法形成确定的变速动作。
发明内容
为了克服上述不足，本发明的目的在于提供一种变速控制高灵敏度、高可靠性的自行车全自动变速器。
为了实现上述目的，本发明的技术方案包括：变速传动装置和变速控制装置两部分，其中：变速传动装置为与主轴同轴的三级行星齿轮系结构，变速控制装置包括行星齿轮系内齿圈外圆周均布的、三级通过复位弹簧控制的常啮合的输出棘爪和常脱开动作的控制棘爪，控制棘爪与棘轮啮合动作的离心块平衡盘两部分，其中离心块平衡盘包括固定盘和安装在固定盘轴径上的摆杆盘，摆杆盘通过挡位连杆、棘爪拔动杆与控制棘爪铰接；在棘爪拨动臂沿复位弹簧滑动和摆动所形成的运动轨迹加设凹型弧槽；在摆杆盘和固定盘的轴径之间加设滚动轴承；
所述滚动轴承分别安装在第二～三级行星齿轮的摆杆盘和固定盘轴径之间；滚动轴承之间加设调整垫；滚动轴承外圈设挡圈，用于摆杆盘的轴向限位；所述滚动轴承内径尺寸为22mm～25mm，外径尺寸为28mm～31mm；珠粒直径为1.0mm～1.5mm。
本发明在中国发明专利申请(200610046543.2)公开的基本结构基础上进行了改进，克服了现有技术中所述的变速器所存在的三点不足。本发明所述全自动变速器不仅具有三个相同模数的行星齿轮系结构所具有的变速灵活、变速控制容易等优点外，特别具有如下有益效果：
1.本发明在棘爪光滑背部沿复位弹簧滑动和摆动所形成的运动轨迹处加工出一条凹进的圆弧槽，用以保证复位弹簧与棘爪背部的稳定和可靠的接触，使复位弹簧的运动具有完全的确定性且使棘爪受力均匀稳定，不会产生偏载，复位弹簧动作具有可靠性，同时也完全避免了复位弹簧产生滑脱造成变速器动作失灵的可能。
2.采用滚动轴承替代摆杆盘和固定盘形成的平面摩擦副，实现了离心块平衡盘动作的高灵敏度和动作的高精度，同时保证了变速器变速动作的一致性。本发明所述滚动轴承径向游隙仅在1/1000mm范围之内，具有任何方式所无法比拟的径向定位精度，还可实现高精度的具有轴向自预紧功能的滚动摩擦，其摩擦系数几乎可以忽略不计，这样就可以完全排除由于零件的加工精度以及零件表面粗糙度等各种因素造成的变速动作元件的不协调和较大的个体差异的现象。
附图说明
图1是现有技术自行车自动变速器主视图；
图2是图1的A-A剖面示意图；
图3是图1的B-B剖面示意图；
图4是图1的C-C剖面示意图(为复位弹簧与棘爪配合关系结构)；
图5是图1中离心块平衡盘的主视图；
图6是图5的E-E剖面示意图。
图7是现有技术二级变速控制的局部剖面示意图；
图8是现有技术三级变速控制的局部剖面示意图；
图9是现有技术复位弹簧位置的示意图；
图10是本发明复位弹簧与棘爪配合关系结构示意图(棘爪光滑背部设凹型圆弧槽)；
图11-1是本发明离心块平衡盘的改进结构图；
图11-2是图11-1的L-L剖视图；
图12-1是滚动轴承结构示意图；
图12-2是图11-1的M-M剖视图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
图1～图9中，本发明自行车全自动变速器有用于套装在自行车后轴位置上的车轴1，具体：轮毂壳体2外一端的车轴上装有动力输入链轮3，作为变速输出轮毂的轮毂壳体内的车轴上有变速传动装置和变速控制装置。所述变速传动装置有与车轴同轴依次安装的一级～三级行星齿轮系4～6，一级行星齿轮系的内齿圈9与动力输入链轮相连，作为变速装置的输入端，其行星架7是二级行星齿轮系的行星架；二级行星齿轮系的内齿圈8是三级行星齿轮系的行星架；在一级行星齿轮系的行星架的外圆周、二级行星齿轮系内齿圈的外圆周和三级行星齿轮系内齿圈10的外圆周分别设一级、二级和三级三个棘轮，作为变速装置的三个输出端；轮毂壳体的内圆周分别有与上述三个棘轮相配合的三级棘爪11～13，棘爪的轴孔套在轮毂壳体内圆周上的棘爪轴14上；一级棘爪11是常啮合的输出棘爪；二级棘爪12和三级棘爪13是常脱开动作(杠杆式)的控制棘爪，以轴孔15为支点，一端是棘爪齿16，另一端是带有轴向拨动孔18的棘爪拨动臂17，棘爪拨动臂上分别连有使棘爪与棘轮脱开的复位弹簧19。所述变速控制装置包括与轮毂相连的与车轴同轴线的离心块平衡盘20，在离心块平衡盘上，铰接有四个离心块(沿圆周均布)，相对的两个离心块是一组，组成二级离心块22和三级离心块23(三级离心块的质量小于二级离心块的质量)，二级离心块和三级离心块上分别连有轴向设置的、分别插在二级棘爪和三级棘爪的轴向拨动孔内的二级棘爪拨动杆24和三级棘爪拨动杆25，二级棘爪拨动杆24和三级棘爪拨动杆25与挡位连杆铰接(二级棘爪拨动杆24与二挡连杆铰接，三级棘爪拨动杆25与三挡连杆铰接)，每个挡位连杆均通过孔铰接在摆杆盘上。轮毂壳体的一端可以安装任何形式的通用刹车鼓26。
现有技术中变速器的复位弹簧与棘爪配合关系结构示意图参见图4。为了使复位弹簧在完成脱开棘爪和棘轮的啮合动作，在棘爪频繁摆动的过程中具有较长悬臂和在棘爪背部滑动行程较大的复位弹簧能保证与棘爪背部的稳定和可靠的接触，本发明在棘爪拨动臂的光滑背部沿复位弹簧滑动和摆动所形成的运动轨迹处加工出一条凹进的圆弧槽(如图10所示，其中：19为复位弹簧，30为棘爪的棘爪拨动臂17上的凹进的圆弧槽)。其结果是：复位弹簧的运动具有完全的确定性，且使棘爪受力均匀稳定，不会产生偏载，动作可靠，同时也完全避免了复位弹簧产生滑脱造成变速器动作失灵的可能。
现有技术中离心块平衡盘结构参见图5、6，其中：41为固定盘，42为三档连杆，43为卡簧(用于固定摆杆盘与挡位连杆间构成转动副结构的销轴)，44为销轴，45为摆杆盘(带耳孔的环状中空结构)，46为摩擦盘(位于两摆杆盘之间)，47为弹性挡圈，48为二档连杆。
本发明在离心块平衡盘的摆杆盘和固定盘之间加设微型高精度滚动轴承(见图11-1～11-2，12-1～12-2，其中：49为挡圈，50为滚动轴承，51为调整垫)；所述滚动轴承的安装位置分别在第二～三级行星齿轮的摆杆盘和固定盘之间，且在两个滚动轴承之间设调整垫。另外，每个滚动轴承外圈设圆钢丝挡圈，用于摆杆盘的轴向限位。本实施例所述滚动轴承尺寸为微型，其内径尺寸为23.5，外径尺寸为29.5mm；珠粒直径为1.2。
本发明采用微型高精度滚动轴承替代摆杆盘和固定盘形成的平面摩擦副，从而实现了离心块平衡盘动作的高灵敏度和动作的高精度，保证了变速器变速动作的一致性。其定位精度表现在：滚动轴承径向游隙在1/1000mm范围之内，同时，由于轴承具有内个环运动轨迹，使其具有轴向自预紧功能的滚动摩擦，其摩擦系数几乎可以忽略不计。由于定位精度高，则回避了由于零件的加工精度(如平面度、同轴度、轴向压紧力的大小)以及零件表面粗糙度等各种因素造成的变速动作元件的不协调和较大的个体差异。
所述变速装置的三个行星齿轮系构成三级输出，与输入端相比分别有低、中、高三个递增的速比。因一级棘爪是常啮合棘爪，二级棘爪和三级棘爪是常断开啮合的棘爪，在骑自行车时，用低速比从静止状态起车；当自行车达到一定的速度时，质量较大的二级离心块先因离心力产生径向位移，二级离心块的径向位移驱使轴向安装的二级棘爪拨动杆拨动二级棘爪拨动臂，由于棘爪拨动臂的棘爪光滑背部沿复位弹簧滑动和摆动所形成的运动轨迹处加工出一条凹进的圆弧槽，使二级棘爪在受力均匀稳定的情况下克服复位弹簧的压力而与二级棘轮相啮合，此时自行车可用中速比骑行；当自行车达到更高一些的速度时，质量较小的三级离心块也会因离心力产生径向位移，通过轴向三级棘爪拨动杆拨动三级棘爪拨动臂，使三级棘爪在受力均匀稳定的情况下克服复位弹簧的压力而与三级棘轮相啮合，此时自行车可用高速比骑行。
实施例2
所述滚动轴承内径尺寸可以为22mm，外径尺寸为28mm；珠粒直径为1.0mm。
实施例3
所述滚动轴承内径尺寸可以为25mm，外径尺寸为31mm；珠粒直径为1.50mm。

Claims (5)

1.一种自行车全自动变速器，包括变速传动装置和变速控制装置两部分，其中：变速传动装置为与主轴同轴的三级行星齿轮系结构，变速控制装置包括行星齿轮系内齿圈外圆周均布的、三级通过复位弹簧控制的常啮合的输出棘爪和常脱开动作的控制棘爪，控制棘爪与棘轮啮合动作的离心块平衡盘两部分，其中离心块平衡盘包括固定盘和安装在固定盘轴径上的摆杆盘，摆杆盘通过挡位连杆、棘爪拔动杆与控制棘爪铰接；其特征在于：在棘爪拨动臂沿复位弹簧滑动和摆动所形成的运动轨迹加设凹型弧槽；在摆杆盘和固定盘的轴径之间加设滚动轴承。
2.按权利要求1所述自行车全自动变速器，其特征在于：所述滚动轴承分别安装在第二～三级行星齿轮的摆杆盘和固定盘轴径之间。
3.按权利要求1或2所述自行车全自动变速器，其特征在于：滚动轴承之间加设调整垫。
4.按权利要求1或2所述自行车全自动变速器，其特征在于：滚动轴承外圈设挡圈，用于摆杆盘的轴向限位。
5.按权利要求1～4之一所述自行车全自动变速器，其特征在于：所述滚动轴承内径尺寸为22mm～25mm，外径尺寸为28mm～31mm；珠粒直径为1.0mm～1.5mm。
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