CN102483137A - 多级变速装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种多级行星齿轮式变速装置，其中，包括：中心轴，其不能旋转地设置在框架；输入部件，其同轴地安装于所述中心轴，以使输入部件可以转动；轮毂，其同轴地安装于所述中心轴，以使输入部件可以转动；行星齿轮组件，其与所述输入部件结合并安装在所述轮毂，以同轴可旋转地安装在所述中心轴，而且将包含太阳齿轮、环形齿轮、行星架、卫星齿轮的行星齿轮并列配置两组以上，并具有相邻接的两组行星齿轮与环形齿轮和行星架交叉而不能旋转地结合的行星齿轮副；离合器组件，用于将所述每个太阳齿轮选择性地与所述环形齿轮、所述行星架、所述卫星齿轮、相邻接的太阳齿轮或所述中心轴中的至少一个结合或分离；变速轴，在所述中心轴的同轴上对于所述中心轴选择旋转方向位置，用于使所述离合器组件运转；根据所述变速轴的旋转方向位置，对所述输入部件和输出部件之间提供3级、6级、9级、12级、18级以上的齿轮比。

Description

多级变速装置
技术领域
本发明涉及一种多级行星齿轮式变速装置。
背景技术
多级变速装置有很多适用于实际生活或工业现场的实施例。作为一例，适用于自行车时，将多个链轮重叠分别设置在后轮轮毂及曲柄并用链条结合，然后通过换挡装置选择变速档为最普遍。所述变速装置可以实现27阶段的变速比。但是，存在当变速比重叠或从每一个档位变速到下一个档位时，无法变速到预定比率的问题。
作为另一个形态有行星齿轮式轮毂变速器，所述变速器在轮毂内设置行星齿轮，将太阳齿轮结合在中心轴或从中心轴分离而控制太阳齿轮的旋转，从而实现变速。
作为轮毂变速器的太阳齿轮结合在中心轴的一个方法公知的有具有8阶段变速比的变速器，所述变速器的构成是在太阳齿轮的内面形成棘爪，并在中心轴形成与棘爪结合的结合槽，从而通过变速轴将棘爪结合在所述结合槽或从结合槽分离。但是，所述形态存在用于变速的变速轴和周边部件的形状复杂，其部件数量多而难以制造，而且变速档位之间的增速比不均匀的问题。
作为其他方法公知的有具有14阶段变速比的变速器，所述变速器在中心轴的外周面安装棘爪，并在中心轴的中空部安装具有凸轮面的变速轴，在太阳齿轮的内周面形成用于结合棘爪的结合槽，棘爪沿凸轮面立起或凹陷，从而结合在太阳齿轮或从太阳齿轮分离。但是，所述形态在中心轴插入变速轴，通过使变速轴旋转2次增加变速档数。
发明内容
参照所述形态的变速器，本发明的目的在于，提供一种小型且轻量，并能够有效构成多样的变速档的多级变速装置。
本发明的另一目的在于，提供一种在行驶时或停止时，也不会为了变速而切断动力或迂回而可以及时变速，并且变速器的各档位以相同的变速比转换到下一个档位的多级变速装置。
为解决所述问题点，本发明提供多级变速装置，本发明的多级变速装置，包括：中心轴，其不能旋转地设置在框架；输入部件，其同轴地安装于所述中心轴，以使输入部件可以转动；行星齿轮组件，其与所述输入部件结合并安装在所述轮毂，以同轴可旋转地安装在所述中心轴，而且将包含太阳齿轮(11、21、31、41)、环形齿轮(14、24、34、44)、行星架(13、23、33、43)、卫星齿轮(12、22、32、42)的行星齿轮并列配置两组以上(1、2、3、4)，并具有相邻接的两组行星齿轮与环形齿轮和行星架交叉而不能旋转地结合(13和24，14和23，33和44，34和43)的行星齿轮副；离合器组件，用于将所述每个太阳齿轮选择性地与所述环形齿轮、所述行星架、所述卫星齿轮、相邻接的太阳齿轮或所述中心轴中的至少一个结合或分离；变速轴，在所述中心轴的同轴上对于所述中心轴选择旋转方向位置，用于使所述离合器组件运转；轮毂，其围绕所述行星齿轮组件，同轴地安装于中心轴，以使轮毂可以转动，根据所述变速轴的旋转方向位置，对所述输入部件和输出部件之间提供3级以上的齿轮比。
本发明的多级变速装置以组合两组行星齿轮而提供3级齿轮比的行星齿轮副为基础，在行星齿轮副进一步结合行星齿轮，从而可以提供6级、9级、12级、18级或其以上的变速比。此处，输入部件可以为太阳齿轮、行星架、环形齿轮中的一个，输出部件为太阳齿轮、行星架、环形齿轮、轮毂中的一个。
根据权利要求1，权利要求2的多级变速装置，其中，所述行星齿轮组件中，在内周面具有多个凹陷的结合面并可与中心轴选择性地结合的多个太阳齿轮彼此向轴方向相隔距离配置，形成在所述中心轴的周面并支撑与太阳齿轮选择性地结合的棘爪的导向槽和、被所述导向槽支撑与所述太阳齿轮结合或分离的多个棘爪和、形成在变速轴周面的多个变速轴通孔分别配置在对应于所述每个太阳齿轮的轴向空间。
此处，太阳齿轮的凹陷的结合面协助棘爪作为棘轮运转。
根据权利要求1，权利要求3的多级变速装置，其中，将两组行星齿轮可旋转地并列配置在所述中心轴，在包含于所述行星齿轮的两个太阳齿轮中，将一个太阳齿轮不能旋转地结合在所述中心轴，而使另一个太阳齿轮自如地旋转以1以下的齿轮比和1以上的齿轮比连接，将所述两个太阳齿轮结合为一起旋转，或将一个太阳齿轮和所述行星架结合为一起旋转，同时使另一侧太阳齿轮自如地旋转使之串联(1∶1)，在所述行星齿轮副的输入侧和行星架和输出侧行星架之间提供3级齿轮比。
向行星齿轮副输入旋转的行星齿轮叫输入侧，输出旋转的行星齿轮脚输出侧，当输入侧太阳齿轮结合在中心轴时，输入侧卫星齿轮与输入侧行星架一同旋转，以比所输入的旋转数快1以上的齿轮比传递至结合在输出侧行星架的输入侧环形齿轮，当输出侧太阳齿轮结合在中心轴时，输出侧环形齿轮将输出侧卫星齿轮以比所输入的旋转数慢的1以下齿轮比传递至输出侧行星架。行星齿轮在4个构成要素中结合2个时成一体动作，当太阳齿轮结合在行星架、卫星齿轮、环形齿轮中的一个而与其中一个一起旋转时，输入侧和输出侧一起旋转。并且，使行星齿轮副的两个太阳齿轮轴向结合并一同旋转时，输入侧和输出侧也一起旋转。因此，在行星齿轮副的输入侧行星架和输出侧行星架之间提供加速、减速、直接耦合式3级齿轮比。
根据权利要求3，权利要求4的多级变速装置，其中，在所述行星齿轮副的行星架中的任一个结合第3行星齿轮，构成与1以下的变速比或1以上的变速比中的一个串联的2级变速比，在所述输入部件和输出部件之间提供6级齿轮比。
此时，在具有3级齿轮比的行星齿轮副串联2级齿轮比而提供3×2的齿轮比，即6级齿轮比。与所述行星架结合的行星齿轮的构成要素可以为环形齿轮、行星架、太阳齿轮，不与所述行星架结合的剩下的两个构成要素中的一个可以作为输入侧或输出侧动作。
此处，当输入部件为输入侧行星架时，输出部件是第3行星齿轮，当输入部件为第3行星齿轮时，输出部件是输出侧行星架。
根据权利要求1，权利要求5的多级变速装置，其中，所述行星齿轮组件，将四组行星齿轮可旋转地并列配置在所述中心轴，中央的齿轮副(2、3)将每个行星架(23、33)结合为不能互相旋转，外侧的两个齿轮副(1、2、3、4)分别构成行星齿轮副而在输入所述旋转的行星齿轮副的输入侧行星架和所述输出行星齿轮副的输出侧行星架之间提供9级齿轮比。
根据权利要求5，权利要求6的多级变速装置，其中，所述外侧的行星齿轮副将包含于所述行星齿轮副的所述两个太阳齿轮中的一个不能旋转地结合在所述中心轴，而使另一个太阳齿轮自如地旋转以1以下的齿轮比和1以上的齿轮比连接，将所述两个太阳齿轮结合为一起旋转，或将一个太阳齿轮和所述行星架结合为一起旋转，同时使另一侧太阳齿轮自如地旋转而串联(1∶1)，选择3级变速比，从而通过两个行星齿轮副的组合提供9级齿轮比。
此时，串联两个权利要求3的3级变速器，当具有不同的齿轮齿数时(参照实施例)成为3×3的构成，从而可以提供9级齿轮比。
根据权利要求5，权利要求7的多级变速装置，其中，在所述两组行星齿轮副的外侧行星架中的任一个结合第五行星齿轮，构成与1以下的变速比或1以上的变速比中的一个串联的2级变速比，在所述输入部件和输出部件之间提供18级齿轮比。
当第5行星齿轮结合在输如行星齿轮副时，输入部件可以为第5行星齿轮的太阳齿轮、行星架、环形齿轮，与输入行星齿轮的行星架结合的第5行星齿轮的要素也可以为太阳齿轮、行星架、环形齿轮，输出部件是第2行星齿轮副的输出行星架。而且，当第5行星齿轮结合在输出行星齿轮副时，输入部件为第1行星齿轮副的输入行星架，输出部件可以为第5行星齿轮的太阳齿轮、行星架、环形齿轮，与输入行星齿轮的行星架结合的第5行星齿轮的要素也可以为太阳齿轮、行星架、环形齿轮。
根据权利要求1，权利要求8的多级变速装置，其中，所述变速轴具备围绕所述中心轴而旋转的中空部和形成在外周面的多个径向通孔，通过所述通孔使所述离合器组件运转，并由所述轮毂的外部控制。
此时，变速轴在中心轴和太阳齿轮之间旋转，为了将太阳齿轮与中心轴结合或分离而具有径向通孔。为了结合使用被支撑在中心轴的棘爪，通过径向通孔棘爪和太阳齿轮结合。随此，每个棘爪1∶1对应于太阳齿轮，分别对应于棘爪的通孔轴向排列在周面，并朝圆周方向形成有多个。而且，变速轴朝轮毂的外侧突出而可以控制旋转方向。
根据权利要求1，权利要求9的多级变速装置，其中，包括：所述变速轴提供凸轮，所述凸轮通过凹陷于所述中心轴的轴向中空部而形成在中心轴的周面径向通孔使所述离合器组件运转，并由所述轮毂的外部控制。
此时，变速轴在中心轴内进行旋转，为了将太阳齿轮与中心轴结合或分离而在周面具有凸轮操作面。为了结合在中心轴具有支撑点，并使用具有凸轮从动件的棘爪，按照凸轮操作面的形状，棘爪朝太阳齿轮立起或隐藏而控制太阳齿轮的旋转。随此，每个棘爪1∶1对应于太阳齿轮，分别对应于棘爪的凸轮操作面的周面轴向排列在周面，并朝圆周方向形成有多个。而且，变速轴朝轮毂的外侧突出而可以控制旋转方向。
根据权利要求9，权利要求10的多级变速装置，其中，所述行星齿轮组件，在轮毂内将行星齿轮副可旋转地并列配置在所述中心轴，在包含于所述行星齿轮副的两个太阳齿轮中，将一个太阳齿轮不能旋转地结合在所述中心轴，而将另一个太阳齿轮自如地旋转以1以下的齿轮比和1以上的齿轮比连接，将所述两个太阳齿轮结合为一起旋转，或将一个太阳齿轮和所述行星架结合为一起旋转，同时使另一个太阳齿轮自如地旋转而串联(1∶1)提供3级变速比；在所述行星齿轮副的行星架串联第3行星齿轮和第四行星齿轮，构成分别串联在1以下的变速比或1以上的变速比中的一个的2级变速比，从而在所述输入部件和所述输出部件之间提供12级齿轮比。
此时，在变速轴每旋转1/2时构成具有行星齿轮副的3级变速比，第3行星齿轮的2级变速比是变速轴1旋转而构成，第4行星齿轮的2级变速比是变速轴2旋转而构成的，从而可以构成3×2×2的12级。
根据权利要求1，权利要求11的多级变速装置，其中，所述多级变速装置提案3级或6级或9级或12级变速器，通过变速轴的1旋转选择各变速器的齿轮比。
此时，3级是每档间隔可以为120°以内，6级是每档间隔可以在60°以内，以3级变速×2级变速的结合而成，9级是每档间隔可以在40°以内，以3级变速×3级变速的结合而成，12级是每档间隔可以在30°以内，以3级变速×2级变速×2级变速的结合而成。尤其，12级变速是变速轴每旋转1/4进行3级变速来实现的，2级变速中的一个是变速轴每旋转1/2时得以实现，其他2级变速是变速轴的1旋转即可达成。
根据权利要求1，权利要求12的多级变速装置，其中，所述多级变速装置提案6级或12级或18级变速器，通过中心轴的2旋转导向槽和变速轴的2旋转(各1旋转)选择各变速器的齿轮比。
此时，6级是每档间隔为120°以内，2级变速比的变速轴旋转2次而达成，12级是各档的间隔为60°以内，两个2级变速比的每个变速轴每旋转1次，且旋转两侧达成，18级是各档的间隔为0°以内，3级变速比串联的9级变速轴旋转1次而达成，也可以在2级变速比的变速轴旋转2次达成。
根据权利要求1，权利要求13的多级变速装置，其中，所述行星齿轮组件的行星齿轮至少包括一个规格不同的太阳齿轮、卫星齿轮及环形齿轮，根据权利要求1，权利要求14的多级变速装置，其中，所述行星齿轮组件的行星齿轮具有规格相同的太阳齿轮、卫星齿轮及环形齿轮。
若构成行星齿轮副的规格相同的齿轮，则可以构成为直接耦合(1∶1)及增速及与增速反比的减速的3阶段，通过结合变速比互不相通的行星齿轮副，则多级变速装置可使变速量在每个档间以预定的比率变化(参照表2、3、5、6)
根据权利要求1，权利要求15的多级变速装置，其中，所述行星齿轮副的一侧环形齿轮围绕另一侧的环形齿轮旋转而与另一侧行星架结合，从而可以与已经结合的一侧行星架和另一侧环形齿轮一起构成行星齿轮副的交叉结合。
根据权利要求15，权利要求16的多级变速装置，其中，与一侧环形齿轮一体结合的环形齿轮适配器和与另一侧行星架一体结合的行星架适配器围绕另一侧的环形齿轮而旋转，坚固结合为不能相对旋转。
根据权利要求4或7或10或12，权利要求17的多级变速装置，其中，具有所述2级变速比而串联的所述行星齿轮中，所述行星齿轮的太阳齿轮或行星架或环形齿轮中的一个结合在行星齿轮副的行星架，所述行星齿轮的太阳齿轮或行星架中的一个不能旋转地结合在中心轴，从而在所述2级变速比中具有1以下的变速比或1以上的变速比，所述行星齿轮的太阳齿轮和行星架结合成不能相对旋转，在所述2级变速比中具有直接耦合式变速比。
根据权利要求1，权利要求18的多级变速装置，其中，所述轮毂是变速器的输出部件，围绕所述行星齿轮组件和离合器组件而旋转。
此时，由于变速器的轮毂进行旋转，因此可以用作安装于自行车或摩托车的后轮的轮毂变速器。
根据权利要求1，权利要求19的多级变速装置，其中，具备，旋转轴，朝轴向穿通所述中心轴并可以转动；齿轮或链条或同类连杆，其将所述旋转轴可旋转地连接在所述输入部件。
此时，变速器是为了适用于自行车或同类装置的，将变速器设置在自行车的曲柄位置，自行车的曲柄穿通中心轴而设置，通过连杆连接曲柄轴和输入部件，轮毂固定在自行车的框架。
根据权利要求1，权利要求20的多级变速装置，其中，具备：旋转轴，其可旋转地设置于所述框架；齿轮或链条或同类连杆，其将所述旋转轴可旋转地连接在所述输入部件。
此时，变速器可以适用于变速器的壳体固定在框架的一般形态，当适用于自行车时，将变速器设在自行车的曲柄周边，通过连杆连接曲柄轴和输入部件，轮毂固定在自行车的框架。
根据权利要求19或20，权利要求21的多级变速装置，其中，所述的多变急速装置的轮毂是可旋转地围绕所述输入部件和输出部件而固定在所述框架的壳体，进一步具备将所述中心轴固定在框架的支架。
此时，轮毂不能旋转地固定在框架的同时，为了不以变速器的中心轴进行旋转而用支架固定在框架。
根据权利要求21，权利要求22的多级变速装置，其中，进一步具备伞齿轮，安装于所述输出侧；小齿轮，被支撑于所述壳体，并与所述伞齿轮啮合而旋转。
此时，可以构成从曲柄变速器将旋转力不通过链条传递至后轮轮毂的无链条字形成。
根据权利要求22，权利要求23的多级变速装置，其中，所述小齿轮结合在输出轴以将输出轴的旋转力传递至外部，进一步具备中空软管，所述中空管结合在所述壳体并围绕支撑所述小齿轮和输出轴。
此时，将围绕没有链条的自行车的传递轴的软管可以设置在变速器的轮毂和后轮的轮毂之间。
本发明提供一种可以有效地构成多样的变速档，并可以有效地构成为具有均匀的变速比增加量的、小型且轻量的变速装置。并且，在行驶时或停止时，也不会为了变速而切断动力或迂回而能以小的动力进行变速，而且，变速器的各档位不是依次转换而可以任意选择下一个档位的多级变速装置。
附图说明
图1是根据本发明的多级变速装置的一例，是以能够设置在自行车后轮的方式构成的轮毂变速器的剖面图。
图2是根据图1的变速装置的简略符号图。
图3是根据本发明的多级变速装置的一例，是以能够设置在自行车曲柄周边的方式构成的变速器的简略符号图。
图4是根据图1的变速装置的整体分解立体图。
图5是图4的输入侧行星齿轮副的分级立体图。
图6是图4的输出侧行星齿轮副的分解立体图。
图7是图4的中心轴及变速轴的分解立体图。
图8是图4的输出轴的2级行星齿轮的分解立体图。
图9是图1的第五行星齿轮的剖面图。
图10是根据图1的变速器的棘爪的动作图。
具体实施方式
本说明书以及权利要求范围中所使用的术语或单词不能解释为通常的词典上的含义，发明人基于为了以最佳的方法说明自己的发明而可适当地定义术语的概念的原则，应解释为符合本发明的技术思想的含义或概念。
因此，本说明书中所记载的实施例和图中所示的构成只不过是本发明的最佳实施例而已，不能代替本发明的技术思想，所以可以理解为在本发明的申请时点存在代替本发明的各种均等物以及变形例。
此处，所谓“轴向”是用来表示沿平行于变速器的中心轴或支撑部件的中心轴的轴的方向或位置的术语。“半径”及“半径方向”是用来表示相对于变速器的中心轴以直角延长的方向或位置的术语。
为了使说明书简单明确，用单一的图面符号(例如，控制活塞582)来总称标注类似的图面符号的类似的构成元件(例如，棘爪弹簧64a及棘爪弹簧64b)。
以下，参照附图详细说明本发明的优选实施例。虽然在本实施例中说明用于自行车的变速器，但是，本发明的变速装置可适用于变换输入速度并输出的任何装置。
根据图1及图7，本发明的多级变速装置的中心轴6是为了不能旋转地设置在框架(省略图示)而在两端面具有阶梯状突部6e，并具有中空的通孔6f的轴。在中心轴的中央周面沿周面形成有两个直接耦合式离合器导槽6a，在每个凹槽的侧面朝相对的凹槽轴向形成有用于直接耦合式离合器的凹形凸轮面6b。所述凸轮面的凹槽是预先程序化的凹槽用于使直接耦合式离合器21、31运转，当变速档位已定则设定为适当的间隔，此处，为了9档变速被程序化为40°的间隔。
在中心轴6的两侧周面朝轴方向隔预定间隔分别形成有两个用于容纳棘爪15、25、35、45的导向槽6c，在每个导向槽6c形成有棘爪弹簧槽6g用以容纳棘爪弹簧64a、64b、64c、64d，棘爪弹簧对棘爪15、25、35、45施加弹力并使之旋转立起。
并且，如图7所示，在一侧形成有旋转两次的离合器导槽6d用于2级离合器5。第一旋转6d1保持轴向原位，从0°旋转到320°，从320°轴向移动到360°，第二旋转6d2是从360°到680°保持轴向原位。
变速轴7是能够围绕中心轴6旋转的管型部件，由变速轴7和变速轴7a构成，所述变速轴7在周面形成有用于使棘爪15、25、35、45运转的多个棘爪运转孔7b、2级离合器导销58c及朝旋转方向引导直接耦合式离合器导销58b的导槽；变速轴7a具有固定用于在外部控制变速器的旋转而连接的变速钢丝的凹槽7f和用于卷绕变速钢丝的螺旋7e，为了不相对旋转而由凹凸的突起结合。变速轴7通过固定在中心轴6的侧壁6h和中心轴的止动环65轴向固定在中心轴6，并形成有将轴承8a轴向支撑的突起。
变速轴的棘爪运转孔8b是径向穿通的孔，提供允许棘爪立起的空间，当变速档位已定时，为了棘爪15、25、35、45运转，而预先被程序化为适当的间隔，此处为了9档变速被程序化为40°的间隔。导销的引导槽7c、7d是朝轴向形成的长孔。
棘爪运转孔7b的旋转方向侧壁7e用于使棘爪15、25、35、45进入每个导向槽6c，所述侧壁7e倾斜地形成为以便在变速轴7旋转而控制棘爪15、25、35、45时，不受来自棘爪15、25、35、45的旋转影响与棘爪凸轮25a、25b协助将棘爪15、25、35、45顺利地进入每个凹槽6c。
棘爪15、25、35、45是在中心轴6和变速轴7之间，在中心轴6具有支撑点，并通过变速轴7的控制朝太阳齿轮11、21、31、41立起，或者陷入于中心轴的导向槽6c的旋转部件。在棘爪的两侧肩部形成有突起用以支撑棘爪并使棘爪不从原位脱离。而且，在棘爪15、25、35、45的一侧具有棘爪引导凸轮25a、25b用以引导棘爪15、25、35、45通过变速轴7的旋转进入导向槽6c，从而棘爪15、25、35、45通过变速轴7的顺时针方向旋转或逆时针方向的旋转顺利地进入到导向槽6c。卷绕有棘爪的弹簧64a、64b、64c、64d对棘爪15、25、35、45提供立起的力，当变速轴的通孔7b允许棘爪15、25、35、45立起时，朝太阳齿轮11、21、31、41立起。
为了阻止太阳齿轮11、21、31、41旋转而执行变速，将棘爪15、25、35、45设置为在行星齿轮副内其立起方向为相反。通过顺时针方向的旋转传递动力的实施例中，输入侧行星齿轮副1、2的输入侧棘爪15配置成阻止太阳齿轮11的顺时针方向的旋转，输出侧棘爪25配置成阻止太阳齿轮21的逆时针方向的旋转。输出侧行星齿轮福3、4的输入侧棘爪35也配置成阻止太阳齿轮31的顺时针方向的旋转，输出侧棘爪45也配置成阻止太阳齿轮41的逆时针方向的旋转。
直接耦合式离合器导环26、36被设置为轴向支撑太阳齿轮21、31，所述太阳齿轮围绕变速轴7并加压导环26、36，导环26、36结合在直接耦合式导销58a、58b，可沿导销58a、58b轴向摇动。在直接耦合式离合器导环26、36和太阳齿轮21、31之间设置轴承63以减小太阳齿轮21、31旋转时产生的摩擦。直接耦合式离合器导销58a、58b结合在直接耦合式导环26、36，经过朝变速轴7的轴向形成的长孔7c沿形成在中心轴的直接耦合式离合器导槽的凸轮面6b与变速轴7一起旋转，并轴向摇动。
2级离合器导环57围绕变速轴7，并结合在2级离合器导销58c，沿导销58c轴向摇动。2级离合器导销58c结合在2级离合器导环57，经过朝变速轴7的轴方向形成的长孔的所谓2级离合器导销引导槽7d沿形成在中心轴6的2级离合器导槽6d的凸轮面与变速轴一起旋转，在变速轴的1旋转6d1时保持轴向原位，2次旋转6d2时朝轴向移动，然后保持原位。
在2级离合器导环57的两侧配置有2级变速离合器55和2级直接耦合式离合器56。2级变速离合器55受弹簧610的按压力而与2级离合器导环57接触，并不能旋转地固定在中心轴6，沿2级离合器导环57轴向摇动，为了阻止顺时针方向的旋转，在侧面朝二级直接耦合式离合器56形成有突起。2级直接耦合式离合器56受弹簧61c的按压力而与2级离合器导环57接触，不能相对旋转地结合在2级离合器太阳齿轮51，沿2级离合器导环57轴向摇动，为了阻止逆时针方向的旋转，在侧面朝2级变速离合器55形成有突起。
太阳齿轮11、41为了在内周面提供棘爪15、45的凹槽而形成有倾斜的凹槽，在齿轮的一侧边形成有侧壁。该侧壁位于行星架13、43和卫星齿轮12、42之间用以防止太阳齿轮11、41轴向移动。每个太阳齿轮11、41配置在与分别成对的棘爪14、45结合的轴向位置，在太阳齿轮11配置有内齿倾斜以阻止顺时针方向的旋转，在太阳齿轮41配置有内齿倾斜以阻止逆时针方向的旋转。
太阳齿轮21、31为了在内周面提供棘爪25、36的凹槽而形成有倾斜的凹槽，在太阳齿轮21、31的一侧边形成有倾斜的阶梯用以阻止一侧方向的旋转。每个太阳齿轮21、31配置在与分别成对的棘爪25、35结合的轴向位置，在太阳齿轮21配置有内齿倾斜以阻止逆时针方向的旋转，侧面的倾斜的阶梯朝太阳齿轮41突出用以阻止逆时针方向的旋转，在太阳齿轮31配置有内齿倾斜以阻止逆时针方向的旋转，侧面的倾斜的阶梯朝太阳齿轮21突出用以阻止顺时针方向的旋转。
太阳齿轮21、31被弹簧61a、61b按压，围绕直接耦合式导环26、36接触，随着直接耦合式离合器导环26、36轴向摇动向简易轴方向摇动与直接耦合式离合器环38结合或从直接耦合式离合器环38分离。
直接耦合式离合器环38在两个太阳齿轮31、21之间不能旋转地结合在行星架33，并在两侧方向形成有轴向倾斜的阶梯，所述阶梯结合在太阳齿轮21、31的侧面突起，用于阻止太阳齿轮21、31的旋转。在与太阳齿轮21接触的侧面形成有轴向倾斜的阶梯用以阻止太阳齿轮21的逆时针方向的旋转，在与太阳齿轮31接触的侧面形成有轴向倾斜的阶梯用以阻止太阳齿轮31的顺时针方向的旋转。
由于直接耦合式引导凸轮面6b为平面状，因此当直接耦合式离合器分离时，直接耦合式离合器导环26按压太阳齿轮21，引导太阳齿轮21位于不与直接耦合式离合器环38结合的位置，在直接耦合式离合器引导凸轮面7b凹陷的位置，直接耦合式离合器导环26通过弹簧61a的按压力与太阳齿轮21一起前进，其结果，直接耦合式离合器环38和太阳齿轮21结合。
由于直接耦合式离合器引导凸轮面6b为平面状，因此当直接耦合式离合器分离时，直接耦合式离合器导环36按压太阳齿轮31，引导太阳齿轮31位于不与直接耦合式离合器环38结合的位置，在直接耦合式离合器引导凸轮面7b凹陷的位置，直接耦合式离合器导环36通过弹簧61b的按压力与太阳齿轮31一起前进，其结果，直接耦合式离合器环38和太阳齿轮31结合。
行星齿轮组件以一个行星齿轮副为基础能制成为3档、6档、9档、12档、18档等各种档数，作为一实施例，若串列结合输入侧行星齿轮副1-2、输出侧行星齿轮副3-4及2档行星齿轮5，则可以提供18档变速档数的行星齿轮变速器。
行星齿轮副1-2、3-4由两个行星齿轮1、2或3、4构成，一侧行星齿轮朝行星齿轮副的输入侧运转，另一侧行星齿轮朝行星齿轮副的输出侧运转。行星齿轮副的太阳齿轮用作变速控制元件，与环形齿轮一体结合的行星架朝行星齿轮副的输入侧及输出侧运转。
图5中，输入侧行星齿轮副1-2的输入行星架13具有通孔，在所述通孔具有支撑并容纳太阳齿轮11的突部，分别形成有3个用于容纳3个卫星齿轮12的凹槽和支撑卫星齿轮轴29的轴向通孔，在行星架13的一侧面的突出的外周面形成有用于结合链轮的螺丝，在内周面形成有圆筒形部件，所述圆筒形部件具有用以容纳轴承的通孔。在相反侧面形成有用于容纳推力轴承27的凹槽。
卫星齿轮12被设置为通过由止动环39固定在行星架的3个通孔的卫星齿轮轴29固定在行星架13并与行星架13一起旋转，太阳齿轮11是太阳齿轮的侧壁支撑在行星架的支撑突起，并与卫星齿轮12啮合轴向固定在行星架进行旋转。
输入侧行星齿轮副的输出侧行星架23具有用于容纳太阳齿轮21的通孔，分别形成有3个用于容纳3个卫星齿轮22的凹槽和支撑卫星齿轮轴29的轴向通孔，在一侧面形成有与输出侧行星齿轮副3-4的输入行星架33结合的突起。在相反侧形成有用于容纳推力轴承27的凹槽。
卫星齿轮22被设置为通过由止动环39固定在行星架的3个通孔的卫星齿轮轴29固定在行星架23并与行星架23一起旋转，太阳齿轮21是太阳齿轮的侧壁通过支撑在推力轴承27的弹簧61a轴向支撑，并与卫星齿轮22啮合进行旋转。
输出侧环形齿轮24径向扩张以不能旋转地结合在输入行星架13，输入侧环形齿轮14轴向扩张，围绕输出侧环形齿轮24进行旋转，由凹凸的突起不能旋转地结合在从输出行星架23扩张的输出行星架适配器23a。
推力轴承27设置在输入行星架13和输出行星架23之间而保持两者之间的间隔，并支撑按压太阳齿轮21的弹簧。
与输入侧行星齿轮副1-2不能旋转地结合的输出侧行星齿轮副3-4的输入侧行星架33具有用于容纳太阳齿轮31的通孔，分别形成有3个用于容纳3个卫星齿轮32的凹槽和支撑卫星齿轮轴29的轴向通孔，在一侧面形成有突起用以与输入侧行星齿轮副1-2的输出侧行星架23及直接耦合式离合器环38结合。在相反侧形成有用于容纳推力轴承37的凹槽。
卫星齿轮32被设置为通过由止动环39固定在行星架的3个通孔的卫星齿轮轴29固定在行星架33并与行星架33一起旋转，太阳齿轮31是太阳齿轮的侧壁通过支撑在推力轴承37的弹簧61b轴向支撑，并与卫星齿轮32啮合进行旋转。
输出侧行星齿轮副3-4的输出行星架43具有用于支撑并容纳太阳齿轮41的通孔，所述通孔具有突起，并分别形成有3个用于容纳3个卫星齿轮42的凹槽和支撑卫星齿轮轴29的轴向通孔，在行星架43的一侧面为了与2级离合器太阳齿轮51结合而形成有突起。在相反侧面形成有用于容纳推力轴承37的凹槽。
卫星齿轮42被设置为通过由止动环39固定在行星架43的3个通孔的卫星齿轮轴29固定在行星架并与行星架43一起旋转，太阳齿轮41是太阳齿轮的侧壁支撑在行星架43的支撑突起，并与卫星齿轮42啮合轴向固定在行星架43进行旋转。
输入侧环形齿轮34径向扩张以不能旋转地结合在输出行星架43，输出侧环形齿轮44轴向扩张，围绕输入侧环形齿轮34进行旋转，由凹凸的突起不能旋转地结合在从输入行星架33扩张的输入行星架适配器33a。
推力轴承37设置在输入行星架33和输出行星架43之间而保持两者之间的间隔，并支撑按压太阳齿轮31的弹簧。
2级变速行星齿轮5作为固定元件可以使用太阳齿轮51和行星架53中的一个，作为输入元件可以使用太阳齿轮、行星架及环形齿轮，作为输出元件可以使用环形齿轮和行星架。作为固定元件使用太阳齿轮时，可以选择减速和直接耦合、加速和直接耦合中的一个来构成，作为固定元件使用行星架时，可以进行减速和直接耦合变速。减速时使用双卫星齿轮。
根据图2进行说明，作为固定元件使用行星架53来构成减速和直接耦合变速，行星架53通过两侧离合器运转。行星架53在2级变速离合器55和2级直接耦合式离合器56之间围绕2级离合器导环57，并具有用于容纳卫星齿轮52的凹槽和为了将卫星齿轮52固定在行星架53的6个轴向通孔。并且，在与壳体10相对的行星架53的侧壁形成有倾斜阶梯，所述倾斜阶梯结合在2级变速离合器55用来阻止行星架的逆时针方向的旋转，在与输出侧行星齿轮副3-4相对的侧壁形成有倾斜阶梯，所述倾斜阶梯结合在2级直接耦合式离合器56用来阻止2级直接耦合式离合器56的顺时针方向的旋转。而且，行星架53通过受壳体10的支撑的推力轴承59和2级离合器太阳齿轮51固定并保持轴向位置。
卫星齿轮52通过卫星齿轮轴29固定在行星架53，并啮合在2级离合器太阳齿轮51和环形齿轮54与行星架一起旋转。
2级离合器太阳齿轮51和输出侧行星齿轮副3-4的输出行星架43互相不能旋转的结合并支撑行星架53的侧壁，围绕二级直接耦合式离合器56相对不能旋转地结合并一起旋转。
当二级离合器导环57通过变速轴7的旋转进行轴向移动时，二级变速离合器55和二级直接耦合式离合器56一起轴向移动与行星架53的倾斜突起结合，当二级离合器导销58c位于1旋转导槽6d1时，二级直接耦合式离合器56朝行星架53侧前进，而结合在二级直接耦合式离合器56，从而行星架53结合在太阳齿轮51而成为一体运转来实现直接耦合传递，二级离合器导销58c位于2旋转导槽6d2时，二级变速离合器55朝行星架53侧前进而与二级变速离合器55结合，从而行星架53固定在中心轴6，同时进行变速。
环形齿轮54相对于变速器的轮毂的所谓壳体10不能旋转地结合，当从卫星齿轮52传递旋转力时，壳体10进行旋转。
壳体10，包括：壳体主体，围绕行星齿轮组件并结合在环形齿轮54，具有用于将动力传递至轮胎的凸缘；盖子10a，密封所述壳体以防止异物进入壳体以及将行星齿轮组与外部隔绝。
壳体10被轴承18a支撑，所述轴承18a通过固定螺母17a固定在中心轴6，盖子10a被轴承8c支撑，所述轴承8c通过链轮9固定在输入行星架13并进行旋转，壳体10和盖子10a一起旋转。
图3示出以可设置在自行车曲柄周边的方式构成的变速器。变速器的壳体10`接近曲柄而设置，并不能旋转地设置在框架。曲柄的旋转力通过链轮或皮带60传递至输入侧9`。第5行星齿轮作为固定元件使用太阳齿轮51`，太阳齿轮51`通过两侧离合器运转，利用单一卫星齿轮进行加速及直接耦合式变速。在变速器的输出侧19通过链轮或皮带61将动力传递至后轮。
实施例1
使用4个行星齿轮，以如表1所示的齿轮结构构成行星齿轮组件。变速轴如表2的离合器号15、25、35、45列，在周面形成通孔，每个档以40°的间隔配置，各档以50°宽度开放。重叠的部分为共有，因此不会影响棘爪的运转。中心轴如表2的离合器号26、36列，在中心轴的周面形成轴向凸轮槽，而每个档以40°的间隔配置。输入行星齿轮副是将表2的离合器号15、25、26作为一对配置，输出行星齿轮副是将36、35、45作为一对配置，从2档到8档，每个档的变速增加量从13.3％增加到13.8％增加量比较均匀，在两端增加得较多为29％，变速幅为356％。
表1
Figure BPA00001497436800141
表2
Figure BPA00001497436800142
Figure BPA00001497436800151
实施例2
基于实施例1设计了具有均匀的变速幅度的变速器。在表1和表2的构成，除了变速幅度大的两端之外进一步安装2级行星齿轮，由此构成了如表3的齿轮结构，变速轴如表4进行旋转两次，从而构成进行14档变速的变速器。
由于是1旋转7档的结构，因此每个档以51.4°的间隔配置，将2级离合器减速比设定为0.413时，各档的变速增加量为13.3至13.8比较均匀，变速幅度为519％，实现了较宽的变速区域。
表3
Figure BPA00001497436800152
Figure BPA00001497436800161
表4
Figure BPA00001497436800162
实施例3
为了设计变速增加量更加稠密且变速幅度更宽的变速器，如表5及6所示，基于9档变速器设计了如表7的18档变速器。
使得即使包含表6的两端，也使变速增加量一定，而将2级离合器的减速比设定为0.363时，除两端之外，变速增加量11.4％至12.3％增加量比较均匀，变速幅度为538％，实现了较宽的变速区域。
而且，若包含两端，则变速幅度为841％，实现了较宽的变速区域。注意在本实施例中实际运转的9档和10档的顺序为颠倒。
表5
Figure BPA00001497436800171
表6
Figure BPA00001497436800172
Figure BPA00001497436800181
表7
Figure BPA00001497436800182

Claims (23)

1.一种多级变速装置，其中，包括：
中心轴，其不能旋转地设置于框架；
输入部件，其同轴地安装于所述中心轴，使得输入部件可以转动；
行星齿轮组件，其与所述输入部件结合并安装于所述轮毂，以同轴可旋转地安装在所述中心轴，而且将包含太阳齿轮、环形齿轮、行星架、卫星齿轮的行星齿轮并列配置两组以上，并且相邻接的两组行星齿轮的环形齿轮和行星架交叉而不能旋转地结合构成行星齿轮副；
离合器组件，其用于将所述每个太阳齿轮选择性地与所述环形齿轮、所述行星架、所述卫星齿轮、相邻接的太阳齿轮或所述中心轴中的至少一个结合或分离；
变速轴，其与所述中心轴的同轴设置从而相对于所述中心轴来选择旋转方向位置，该变速轴用于使所述离合器组件运转；
轮毂，其围绕所述行星齿轮组件，同轴地安装于所述中心轴，使得轮毂可以转动，
根据所述变速轴的旋转方向位置，对所述输入部件和所述多级变速装置的输出部件之间提供3级以上的齿轮比。
2.根据权利要求1所述的多级变速装置，其中，所述行星齿轮组件中，具有多个凹陷的结合面并可与中心轴选择性地结合的多个太阳齿轮彼此在轴向方向相间隔地配置，形成在所述中心轴的周面并支撑与太阳齿轮选择性地结合的棘爪的导向槽、被所述导向槽支撑与所述太阳齿轮结合或分离的多个棘爪、形成在变速轴周面的多个变速轴通孔分别配置在对应于所述每个太阳齿轮的轴向空间。
3.根据权利要求1所述的多级变速装置，其中，所述行星齿轮副是将两组行星齿轮可旋转地并列配置在所述中心轴，在包含于所述行星齿轮副的两个太阳齿轮中，将一个太阳齿轮不能旋转地结合在所述中心轴，而使另一个太阳齿轮自如地旋转以1以下的齿轮比和1以上的齿轮比连接，将所述两个太阳齿轮结合为一起旋转，或将一个太阳齿轮和所述行星架结合为一起旋转同时使另一侧太阳齿轮自如地旋转而串联(1∶1)，在所述行星齿轮副的输入行星架和输出行星架之间提供3级齿轮比。
4.根据权利要求3所述的多级变速装置，其中，在所述行星齿轮副的行星架中的任一个结合第3行星齿轮，构成与1以下的变速比或1以上的变速比中的一个串联的2级变速比，在所述输入部件和输出部件之间提供6级齿轮比。
5.根据权利要求1所述的多级变速装置，其中，所述行星齿轮组件，将四组行星齿轮可旋转地并列配置在所述中心轴，中央的一对行星齿轮将两个行星架结合为不能互相旋转，中央的一对行星齿轮与外侧的两个行星齿轮构成一对行星齿轮副，在所述输入部件和所述输出部件之间提供9级齿轮比。
6.根据权利要求5所述的多级变速装置，其中，所述两个行星齿轮副将包含于每个所述行星齿轮副的所述两个太阳齿轮中的一个不能旋转地结合在所述中心轴而使另一个太阳齿轮自如地旋转以1以下的齿轮比和1以上的齿轮比连接，将所述两个太阳齿轮结合为一起旋转，或将一个太阳齿轮和所述行星架结合为一起旋转同时使另一侧太阳齿轮自如地旋转而串联(1∶1)，以选择3级变速比，从而通过两个行星齿轮副的组合提供9级齿轮比。
7.根据权利要求5所述的多级变速装置，其中，在所述行星齿轮副的外侧行星架中的任一个结合第五行星齿轮，构成与1以下的变速比和1以上的变速比中的一个串联的2级变速比，在所述输入部件和输出部件之间提供18级齿轮比。
8.根据权利要求1所述的多级变速装置，其中，所述变速轴具备围绕所述中心轴而旋转的中空部和形成在外周面的多个径向通孔，通过所述通孔使所述离合器组件运转，并且所述变速轴由所述轮毂的外部控制。
9.根据权利要求1所述的多级变速装置，其中，所述变速轴提供有凸轮，所述凸轮容纳于所述中心轴的轴向中空部中，通过穿过形成于所述变速轴的径向通孔而使所述离合器组件运转；并且所述凸轮由所述轮毂的外部控制。
10.根据权利要求9所述的多级变速装置，其中，所述行星齿轮组件，在轮毂内将行星齿轮副可旋转地并列配置在所述中心轴，在包含于所述行星齿轮副的两个太阳齿轮中，将一个太阳齿轮不能旋转地结合在所述中心轴，而将另一个太阳齿轮自如地旋转以1以下的齿轮比和1以上的齿轮比连接、将所述两个太阳齿轮结合为一起旋转、或将一个太阳齿轮和所述行星架结合为一起旋转同时使另一个太阳齿轮自如地旋转而串联提供3级变速比；在所述行星齿轮副的行星架串联第三行星齿轮和第四行星齿轮，构成分别串联在1以下的变速比或1以上的变速比中的一个的2级变速比，从而在所述输入部件和所述输出部件之间提供12级齿轮比。
11.根据权利要求1所述的多级变速装置，其中，所述多级变速装置设计为3级或6级或9级或12级变速器，通过变速轴的1旋转选择各变速器的齿轮比。
12.根据权利要求1所述的多级变速装置，其中，所述多级变速装置设计为6级或12级或18级变速器，通过中心轴的2旋转导向槽和变速轴的2旋转选择各变速器的齿轮比。
13.根据权利要求1所述的多级变速装置，其中，所述行星齿轮组件的行星齿轮至少包括一个规格不同的太阳齿轮、卫星齿轮及环形齿轮。
14.根据权利要求1所述的多级变速装置，其中，所述行星齿轮组件的行星齿轮具有规格相同的太阳齿轮、卫星齿轮及环形齿轮。
15.根据权利要求1所述的多级变速装置，其中，所述行星齿轮副的一侧的环形齿轮围绕另一侧的环形齿轮旋转而与另一侧的行星架结合。
16.根据权利要求15所述的多级变速装置，其中，与一侧的环形齿轮不能旋转地结合的环形齿轮适配器和与另一侧的行星架不能旋转地结合的行星架适配器坚固结合为不能相对旋转，所述环形齿轮适配器围绕另一侧的环形齿轮旋转。
17.根据权利要求4或7或10或12所述的多级变速装置，其中，具有所述2级变速比而结合的所述行星齿轮中，所述行星齿轮的太阳齿轮或行星架或环形齿轮中的一个结合在行星齿轮副的行星架，所述行星齿轮的太阳齿轮或行星架中的一个不能旋转地结合在中心轴，从而在2级变速比中具有1以下的变速比或1以上的变速比，所述行星齿轮的太阳齿轮和行星架结合成不能相对旋转，在所述2级变速比中具有直接耦合式变速比。
18.根据权利要求1所述的多级变速装置，其中，所述轮毂不能旋转地结合在多级变速装置的输出部件。
19.根据权利要求1所述的多级变速装置，其中，进一步包括：
旋转轴，该旋转轴沿轴向穿过所述中心轴并可以转动；
齿轮或链条或同类连杆，其将所述旋转轴可旋转地连接在所述输入部件。
20.根据权利要求1所述的多级变速装置，其中，进一步包括：
旋转轴，其可旋转地设置于所述框架；
齿轮或链条或同类连杆，其将所述旋转轴可旋转地连接在所述输入部件。
21.根据权利要求19或20所述的多级变速装置，其中，所述轮毂包括：
壳体，其可旋转地围绕输入部件和输出部件且固定于所述框架；
支架，其将所述中心轴固定于所述框架。
22.根据权利要求21所述的多级变速装置，其中，进一步具备：
伞齿轮，安装于所述输出侧；
小齿轮，被支撑于所述壳体，并与所述伞齿轮啮合进行旋转。
23.根据权利要求22所述的多级变速装置，其中，所述小齿轮结合在输出侧以将输出侧的旋转力传递至外部；进一步具备中空软管，所述中空管结合在所述壳体并围绕支撑所述小齿轮和输出侧。
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PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
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