CN102180089A - 拨块式自动变速轮毂 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种拨块式自动变速轮毂，包括动力装置、平叉、箱体、传动轴和车轮，传动轴设置在箱体内与其转动配合，传动轴的一部分伸出箱体将动力输出至车轮，平叉的左腿管和右腿管分列车轮左右两侧，还包括自动变速机构；自动变速机构包括换挡拨块、变速弹簧、快挡超越离合器和慢挡传动机构；本发明不但能使电机输出功率与车辆行驶状况始终处于最佳匹配状态，实现车辆驱动力矩与综合行驶阻力的平衡控制，在不切断驱动力的情况下自适应随行驶阻力变化自动进行换挡变速，采用换挡拨块主动脱离超越离合器，换挡灵敏迅速，避免换挡过程滞后的问题，降低功率损耗，本发明体积小、重量轻、结构简单，适合电动自行车体积小轻便的特点。

Description

拨块式自动变速轮毂

技术领域

本发明涉及一种机动车轮毂，特别涉及一种拨块式自动变速轮毂。

背景技术

现有技术中，汽车、摩托车、电动自行车基本上都是通过调速手柄或加速踏板直接控制节气门或电流控制速度，或采用手控机械自动变速机构方式实现变速。手柄或加速踏板的操作完全取决于驾驶人员的操作，常常会造成操作与车行状况不匹配，致使电机或发动机运行不稳定，出现堵转现象。

机动车在由乘骑者在不知晓行驶阻力的情况下，仅根据经验操作控制的变速装置，难免存在以下问题：1.在启动、上坡和大负载时、由于行驶阻力增加，迫使电机或发动机转速下降在低效率区工作，甚至停止转动。2.由于没有机械变速器调整扭矩和速度，只能在平原地区推广使用，不能满足山区、丘陵和重负荷条件下使用，缩小了使用范围；3.驱动轮处安装空间小，安装了发动机或电机后很难再容纳自动变速器和其它新技术；4.不具备利用机械传动自动检测阻力的功能，不能自动检测、修正和排除驾驶员的操作错误；5.在车速变化突然时，会使电机或发动机处于非稳态工况下运转，必然造成电机或发动机功率与行驶阻力难以匹配。6.续行距离短、爬坡能力差，适应范围小。

为了解决以上问题，出现了一系列的凸轮自动变速器，利用行驶阻力驱动凸轮，达到自动换挡的目的；为配合自动换挡，设置超越离合器，而且传动存在分流；但是存在灵敏度较差，换挡过程滞后的问题，换挡过程凸轮之间的摩擦会增大功率损耗。

因此，需要一种自动变速轮毂，不但能够随行驶阻力变化不切断驱动力的情况下自动进行换挡变速，解决电动机扭矩-转速变化小不能满足复杂条件下道路使用的问题，并且换挡灵敏迅速，避免换挡过程滞后的问题，降低功率损耗。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种拨块式自动变速轮毂，不但能根据行驶阻力自动检测驱动扭矩-转速以及行驶阻力-车速信号，使电机或发动机输出功率与车辆行驶状况始终处于最佳匹配状态，实现车辆驱动力矩与综合行驶阻力的平衡控制，能够在不需要切断驱动力的情况下自适应随行驶阻力变化自动进行换挡变速，能满足山区、丘陵和重负荷条件下使用，车速变化稳缓；并且换挡灵敏迅速，避免换挡过程滞后的问题，降低功率损耗。

本发明的拨块式自动变速轮毂，包括动力装置、平叉、箱体、传动轴和车轮，所述传动轴设置在箱体内与其转动配合，传动轴的一部分伸出箱体将动力输出至车轮，平叉的左腿管和右腿管分列车轮左右两侧，还包括自动变速机构；

所述自动变速机构包括换挡拨块、变速弹簧、快挡超越离合器和慢挡传动机构；

快挡超越离合器的外圈与动力装置的动力输出端传动配合，快挡超越离合器的内圈螺纹配合套在传动轴上，变速弹簧间隙配合套在传动轴上，对快挡超越离合器的内圈施加轴向预紧力，传动轴上与快挡超越离合器的内圈配合的螺纹在变速弹簧轴向预紧力方向上的展开方向与传动方向相反；所述换挡拨块与传动轴在圆周方向固定配合并设有与快挡超越离合器的滚柱一一对应的拨爪，所述拨爪位于快挡超越离合器的滚柱啮合侧沿轴向伸入快挡超越离合器的楔形啮合空间；

所述慢挡传动机构包括慢挡超越离合器、慢挡中间齿轮和转动配合外套于传动轴的慢挡末级齿轮；所述慢挡超越离合器通过慢挡中间轴设置于箱体，慢挡超越离合器的外圈与动力装置的动力输出端传动配合，慢挡超越离合器的内圈通过慢挡中间齿轮与慢挡末级齿轮传动配合；

所述慢挡末级齿轮与快挡超越离合器的内圈轴向端部相对并通过轴向端面凸轮副传动配合。

进一步，所述动力装置的动力输出端通过传动架分别与快挡超越离合器的外圈和慢挡超越离合器的外圈传动配合；

进一步，所述传动架与快挡超越离合器的外圈一体成形；还包括转动配合外套于快挡超越离合器的内圈外圆的慢挡一级齿轮，所述快挡超越离合器的外圈端部形成与慢挡一级齿轮在圆周方向啮合的花键，所述慢挡一级齿轮与慢挡超越离合器的外圈设置的外齿轮啮合；

进一步，所述换挡拨块为圆周方向分布的拨块分体构成的分体式结构，所述快挡超越离合器的内圈上设置与拨块分体数量对应径向通槽，所述拨块分体穿过径向通槽并固定于传动轴；所述径向通槽的轴向尺寸大于拨块分体的轴向尺寸；

进一步，所述快挡超越离合器的内圈与变速弹簧之间设置调整垫圈和第一推力轴承；

进一步，所述慢挡中间轴与箱体转动配合，所述慢挡中间齿轮与慢挡中间轴同轴一体成型，所述慢挡中间轴构成慢挡超越离合器的内圈；

进一步，传动轴两端分别通过对应的第一径向滚动轴承和第四径向滚动轴承与箱体的左端面和右端面配合，所述第一径向滚动轴承与外界通过密封圈V密封；所述箱体与第四径向滚动轴承对应的一侧设置慢挡传动机构外壳，所述慢挡传动机构外壳设有端盖，所述第四径向滚动轴承位于端盖；所述慢挡中间轴两端分别通过对应的第二径向滚动轴承和第三径向滚动轴承设置于慢挡传动机构外壳；

进一步，所述换挡拨块的拨块分体与拨爪相对应，并通过柱销设置于传动轴，拨块分体外圆通过弹簧约束形成一体结构的换挡拨块；

进一步，所述传动架形成传动筒结构，所述变速弹簧位于传动筒结构的传动架内圆与传动轴之间的空腔内，一端顶住传动轴上形成的环形凸台，另一端顶住调整垫圈；

进一步，所述动力装置为电机，电机转子与传动架传动配合；所述传动轴上与快挡超越离合器的内圈相配合的螺纹的展开方向由左向右与传动轴动力输出旋转方向相反；慢挡末级齿轮位于快挡超越离合器右侧且与快挡超越离合器的内圈轴向端面凸轮啮合线展开方向由左向右与传动轴动力输出旋转方向相同；所述传动轴位于慢挡末级齿轮右侧设置轴向固定的卡圈，所述位于卡圈与慢挡末级齿轮之间设有第二推力轴承。

本发明的有益效果是：本发明的拨块式自动变速轮毂，不但能根据行驶阻力检测驱动扭矩-转速以及行驶阻力-车速信号，使电机或发动机输出功率与车辆行驶状况始终处于最佳匹配状态，实现车辆驱动力矩与综合行驶阻力的平衡控制，在不切断驱动力的情况下随行驶阻力变化自动进行换挡变速；采用换挡拨块主动脱离超越离合器，换挡灵敏迅速，避免换挡过程滞后的问题，降低功率损耗；本发明不但有利于车辆和机械动力设备高效节能，还能控制车辆减少排放，大大提高车辆的动力性、经济性、驾驶安全性和舒适性；由于能够在不切断驱动力的情况下随行驶阻力变化自动进行换挡变速，可以满足山区、丘陵和重负荷条件下使用，使电机或发动机负荷变化平缓，机动车辆运行平稳，提高安全性；和其它自动变速器相比，本发明具有体积小、重量轻、结构简单、结构紧凑、制造成本低等优点，适合于轮毂处安装，更符合于电动自行车体积小轻便的特点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。

图1为本发明的轴向剖面结构示意图；

图2为快挡超越离合器径向剖面示意图；

图3为图1A向放大图；

图4为换挡拨块结构示意图；

图5为图4沿B-B向剖视图；

图6为快挡超越离合器的内圈结构示意图；

图7为图6沿C-C向剖视图。

具体实施方式

图1为本发明的轴向剖面结构示意图，图2为快挡超越离合器径向剖面示意图，图3为图1A向放大图，图4为换挡拨块结构示意图，图5为图4沿B-B向剖视图，图6为快挡超越离合器的内圈结构示意图，图7为图6沿C-C向剖视图，如图所示：本实施例的动力装置为电机，工作时由左向右看逆时针旋转，电机为外转子电机。

本发明的拨块式自动变速轮毂，包括电机10、平叉27、箱体1、传动轴28和车轮9，所述传动轴28设置在箱体1内与其转动配合，传动轴28的一部分伸出箱体将动力输出至车轮9，平叉27的左腿管和右腿管分列车轮9左右两侧，如图所示，车轮与传动轴之间的配合方式为现有技术中的任何配合方式，只要能够实现传动即可；

还包括自动变速机构；

所述自动变速机构包括换挡拨块15、变速弹簧5、快挡超越离合器和慢挡传动机构；

快挡超越离合器的外圈14与电机10的转子(或者为其他动力装置的动力输出端)传动配合，快挡超越离合器的内圈12螺纹配合套在传动轴28上，变速弹簧5间隙配合套在传动轴28上，对快挡超越离合器的内圈12施加轴向预紧力，传动轴28上与快挡超越离合器的内圈12配合的螺纹在变速弹簧5轴向预紧力方向上的展开方向与传动方向相反；所述换挡拨块15与传动轴28在圆周方向固定配合并设有与快挡超越离合器的滚柱24一一对应的拨爪13，所述拨爪13位于快挡超越离合器的滚柱24啮合侧(用于啮合的一侧，靠近楔形啮合空间径向距离逐渐变窄的一侧)沿轴向伸入快挡超越离合器的楔形啮合空间；

所述慢挡传动机构包括慢挡超越离合器、慢挡中间齿轮22和转动配合外套于传动轴28的慢挡末级齿轮17；所述慢挡超越离合器通过慢挡中间轴21设置于箱体1，慢挡超越离合器的外圈23与电机10的转子(或者其他动力装置的动力输出端)传动配合，慢挡超越离合器的内圈通过慢挡中间齿轮22与慢挡末级齿轮17传动配合；

所述慢挡末级齿轮17与快挡超越离合器的内圈12轴向端部相对并通过轴向端面凸轮附传动配合；也就是慢挡末级齿轮17与快挡超越离合器的内圈12分别设置有端面凸轮，二者的端面凸轮相互啮合形成可传动的端面凸轮副。

本实施例中，所述电机10的转子通过传动架8分别与快挡超越离合器的外圈14和慢挡超越离合器的外圈23传动配合；结构简单紧凑，缩短传动链，保证传动效率。

本实施例中，所述传动架8与快挡超越离合器的外圈14一体成形；还包括转动配合外套于快挡超越离合器的内圈12外圆的慢挡一级齿轮16，所述快挡超越离合器的外圈14端部形成与慢挡一级齿轮16在圆周方向啮合的花键，实现传动配合；所述慢挡一级齿轮16与慢挡超越离合器的外圈23设置的外齿轮啮合，进一步减小结构的体积，缩短传动链，提高运行效能。

本实施例中，所述换挡拨块15为圆周方向分布的拨块分体构成的分体式结构，所述快挡超越离合器的内圈12上设置与拨块分体数量对应径向通槽12a，所述拨块分体穿过径向通槽12a并固定于传动轴28；所述径向通槽12a的轴向尺寸大于拨块分体的轴向尺寸；本结构能够缩短结构的轴向尺寸，同时，保证快挡超越离合器的内圈12的整体强度，使各部件的运行不发生干扰，进一步保证换挡动作的灵活性。

本实施例中，所述快挡超越离合器的内圈12与变速弹簧5之间设置调整垫圈6和第一推力轴承7；利于调整预紧力的大小，并保证各部件之间不发生运动干扰。

本实施例中，所述慢挡中间轴21与箱体1转动配合，所述慢挡中间齿轮22与慢挡中间轴22同轴一体成型，所述慢挡中间轴22构成慢挡超越离合器的内圈；能够较小结构的径向尺寸，缩短传动链，并且消除装配误差，利于提高传动效率。

本实施例中，传动轴28两端分别通过对应的第一径向滚动轴承3和第四径向滚动轴承19与箱体1的左端面和右端面配合，所述第一径向滚动轴承3与外界通过密封圈V4密封；所述箱体1与第四径向滚动轴承19对应的一侧设置慢挡传动机构外壳29，所述慢挡传动机构外壳29设有端盖30，所述第四径向滚动轴承19位于端盖；所述慢挡中间轴21两端分别通过对应的第二径向滚动轴承31和第三径向滚动轴承20设置于慢挡传动机构外壳29；设置作为箱体一部分的慢挡传动机构外壳29。分体式结构便于拆装，使慢挡传动机构可以作为一个整体拆装，便于维护和维修。

本实施例中，所述换挡拨块15的拨块分体与拨爪13相对应，并通过柱销25设置于传动轴28，拨块分体外圆通过弹簧26约束形成一体结构的换挡拨块；如图所示，传动轴28设有径向销孔，柱销沿径向穿入拨块分体和传动轴28，实现圆周方向的固定，通过弹簧26的约束，限制径向自由度，保证整体性的同时，还保证了装配的方便性。

本实施例中，所述传动架8形成传动筒结构，如图所示，传动筒结构的传动架8两端分别通过对应的滚动轴承2和滚动轴承11与箱体1配合；所述变速弹簧5位于传动筒结构的传动架8内圆与传动轴28之间的空腔内，变速弹簧5一端顶住传动轴28上形成的环形凸台28a，另一端顶住调整垫圈6；进一步使结构紧凑，保证变速器整体性。

本实施例中，所述传动轴上与快挡超越离合器的内圈12相配合的螺纹的展开方向由左向右与传动轴28动力输出旋转方向相反；慢挡末级齿轮17位于快挡超越离合器右侧且与快挡超越离合器的内圈12轴向端面凸轮啮合线展开方向由左向右与传动轴28动力输出旋转方向相同；所述传动轴28位于慢挡末级齿轮17右侧设置轴向固定的卡圈32，位于卡圈32与慢挡末级齿轮17之间设有第二推力轴承；保证推力，使端面凸轮具有较好的啮合传动效果，还能灵活转动，提高传动效率。

以上实施例只是本发明的最佳结构，并不是对本发明保护范围的限定；比如，电机也不局限于外转子电机，也可以是内转子电机，只是在连接方式上有所调整，等等一些技术特征都可做相应改变，而不影响本发明目的的实现。

本实施例的快挡动力传递路线：

电机转子→传动架8→快挡超越离合器的外圈14→快挡超越离合器的内圈12→螺纹副→传动轴28→车轮9；此时，慢挡超越离合器处于超越状态。

慢挡动力传递路线：

电机转子→传动架8→慢挡一级齿轮16→慢挡超越离合器外圈23→慢挡超越离合器内圈(慢挡中间轴21)→慢挡中间齿轮22→慢挡末级齿轮17→端面凸轮副→快挡超越离合器的内圈12→螺纹副→传动轴28→车轮9。

慢挡动力传递路线同时还经过下列路线：端面凸轮副→快挡超越离合器的内圈12→压缩变速弹簧5，防止慢挡传动过程中出现压缩变速弹簧5往复压缩。

本发明的快挡传递阻力传递路线和慢挡传递阻力传递路线与动力传递路线相反。

阻力还经过下列路线：传动轴28→螺纹副→快挡超越离合器的内圈12→压缩变速弹簧5；

本发明在运行时，快挡超越离合器的内圈12与传动轴28之间的螺纹副在变速弹簧5作用下轴向紧密贴合，形成一个保持一定压力的自动变速机构，并且可以通过增加垫圈6的厚度来调整离合器啮合所需压力，达到传动目的，按照上述传动路线，使车轮14逆时针旋转；此时慢挡超越离合器处于超越状态。

机动车启动时阻力大于驱动力，阻力迫使传动轴28顺时针转动一定角度，在螺纹副的轴向分力作用下，快挡超越离合器的内圈12向压缩变速弹簧5的方向运动并压缩变速弹簧5；同时，拨爪13跟随传动轴28作顺时针转动，拨动快挡超越离合器的滚柱24顺时针移动脱离啮合；同步，慢挡超越离合器啮合，电机10的转子按照上述慢挡传动路线带动车轮14以慢挡速度转动；因此，自动实现了低速挡起动，缩短了起动时间，减少了起动力。与此同时，变速弹簧5吸收运动阻力矩能量，为恢复快挡挡位传递动力蓄备势能。

启动成功后，行驶阻力减少，当螺纹副的轴向分力减少到小于变速弹簧5所产生的压力时，因被运动阻力压缩而产生变速弹簧5压力迅速释放推动下，快挡超越离合器的内圈12相对于传动轴28顺时针转动，拨爪13在快挡超越离合器的楔形啮合腔内逆时针转动的带动下回位，慢挡超越离合器处于超越状态。

行驶过程中，随着运动阻力的变化自动换挡原理同上，在不需要剪断驱动力的情况下实现变挡，换挡拨块在传动轴的直接带动下主动使快挡超越离合器脱离啮合，使整个机车运行平稳，安全低耗，而且传递路线简单化，提高传动效率。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种拨块式自动变速轮毂，包括动力装置、平叉、箱体、传动轴和车轮，所述传动轴设置在箱体内与其转动配合，传动轴的一部分伸出箱体将动力输出至车轮，平叉的左腿管和右腿管分列车轮左右两侧，其特征在于：还包括自动变速机构；

所述自动变速机构包括换挡拨块、变速弹簧、快挡超越离合器和慢挡传动机构；

快挡超越离合器的外圈与动力装置的动力输出端传动配合，快挡超越离合器的内圈螺纹配合套在传动轴上，变速弹簧间隙配合套在传动轴上，对快挡超越离合器的内圈施加轴向预紧力，传动轴上与快挡超越离合器的内圈配合的螺纹在变速弹簧轴向预紧力方向上的展开方向与传动方向相反；所述换挡拨块与传动轴在圆周方向固定配合并设有与快挡超越离合器的滚柱一一对应的拨爪，所述拨爪位于快挡超越离合器的滚柱啮合侧沿轴向伸入快挡超越离合器的楔形啮合空间；

所述慢挡传动机构包括慢挡超越离合器、慢挡中间齿轮和转动配合外套于传动轴的慢挡末级齿轮；所述慢挡超越离合器通过慢挡中间轴设置于箱体，慢挡超越离合器的外圈与动力装置的动力输出端传动配合，慢挡超越离合器的内圈通过慢挡中间齿轮与慢挡末级齿轮传动配合；

所述慢挡末级齿轮与快挡超越离合器的内圈轴向端部相对并通过轴向端面凸轮副传动配合。

2.根据权利要求1所述的拨块式自动变速轮毂，其特征在于：所述动力装置的动力输出端通过传动架分别与快挡超越离合器的外圈和慢挡超越离合器的外圈传动配合。

3.根据权利要求2所述的拨块式自动变速轮毂，其特征在于：所述传动架与快挡超越离合器的外圈一体成形；还包括转动配合外套于快挡超越离合器的内圈外圆的慢挡一级齿轮，所述快挡超越离合器的外圈端部形成与慢挡一级齿轮在圆周方向啮合的花键，所述慢挡一级齿轮与慢挡超越离合器的外圈设置的外齿轮啮合。

4.根据权利要求3所述的拨块式自动变速轮毂，其特征在于：所述换挡拨块为圆周方向分布的拨块分体构成的分体式结构，所述快挡超越离合器的内圈上设置与拨块分体数量对应径向通槽，所述拨块分体穿过径向通槽并固定于传动轴；所述径向通槽的轴向尺寸大于拨块分体的轴向尺寸。

5.根据权利要求4所述的拨块式自动变速轮毂，其特征在于：所述快挡超越离合器的内圈与变速弹簧之间设置调整垫圈和第一推力轴承。

6.根据权利要求5所述的拨块式自动变速轮毂，其特征在于：所述慢挡中间轴与箱体转动配合，所述慢挡中间齿轮与慢挡中间轴同轴一体成型，所述慢挡中间轴构成慢挡超越离合器的内圈。

7.根据权利要求6所述的拨块式自动变速轮毂，其特征在于：传动轴两端分别通过对应的第一径向滚动轴承和第四径向滚动轴承与箱体的左端面和右端面配合，所述第一径向滚动轴承与外界通过密封圈V密封；所述箱体与第四径向滚动轴承对应的一侧设置慢挡传动机构外壳，所述慢挡传动机构外壳设有端盖，所述第四径向滚动轴承位于端盖；所述慢挡中间轴两端分别通过对应的第二径向滚动轴承和第三径向滚动轴承设置于慢挡传动机构外壳。

8.根据权利要求7所述的拨块式自动变速轮毂，其特征在于：所述换挡拨块的拨块分体与拨爪相对应，并通过柱销设置于传动轴，拨块分体外圆通过弹簧约束形成一体结构的换挡拨块。

9.根据权利要求8所述的拨块式自动变速轮毂，其特征在于：所述传动架形成传动筒结构，所述变速弹簧位于传动筒结构的传动架内圆与传动轴之间的空腔内，一端顶住传动轴上形成的环形凸台，另一端顶住调整垫圈。

10.根据权利要求9所述的拨块式自动变速轮毂，其特征在于：所述动力装置为电机，电机转子与传动架传动配合；所述传动轴上与快挡超越离合器的内圈相配合的螺纹的展开方向由左向右与传动轴动力输出旋转方向相反；慢挡末级齿轮位于快挡超越离合器右侧且与快挡超越离合器的内圈轴向端面凸轮啮合线展开方向由左向右与传动轴动力输出旋转方向相同；所述传动轴位于慢挡末级齿轮右侧设置轴向固定的卡圈，所述位于卡圈与慢挡末级齿轮之间设有第二推力轴承。

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