CN103569306A - 自行车内变速器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自行车内变速器，设有档位控制机构，包括一个操纵组件和若干个执行组件；所述操纵组件包括一个空套在车轮轴上的操纵凸轮环，所述操纵凸轮环的两端均设有操纵凸起；所述执行组件包括一个中控控制杆和一个轴控控制杆，所述中控控制杆控制内变速器行星架以及内齿圈的离合机构开启和关闭，所述轴控控制杆控制内变速器中心轮的离合机构开启和关闭；所述中控控制杆和轴控控制杆分别与操纵凸轮环两端的操纵凸起接触。本发明精简了内变速器的结构，减轻了内变速器的重量，通过设置操纵凸轮环上凸起的轮廓与执行组件的动作进行匹配，自行车的档位操作更简单方便，同时本发明能够适用不同速别内变速器，有效提高了内变速器的实用性。

Description

自行车内变速器
技术领域
本发明涉及一种自行车内变速器。
背景技术
自行车变速器分为外变速器和内变速器两大类，外变速器是采用开放式链条机构为传动系统，结构较为简单，通过拨动链条到不同的齿盘或飞轮上实现不同的链条传动比，但是外变速器的构件外露，容易受到外力的干扰，产生换挡动作不稳定，并且普遍具有使用寿命不长的缺点，换挡过程中噪音较大；内变速器是以行星齿轮机构作为传动主体，同时封闭装配在自行车的后车轮轴的花鼓内，能够克服外变速器存在的上述缺陷，提供自行车较佳的传动性能，其在自行车的生产应用中越来越普及。
自行车的内变速器的档位控制机构是通过控制行星齿轮机构中的中心齿轮或行星架或外齿圈的咬合或分开实现不同的传动速比，应用在自行车内变速器上的离合机构通常是棘爪式超越离合器，传统的内变速器单独地控制行星齿轮机构的齿轮之间离合器的棘爪动作实现变速，因此在控制变档过程中，需要设置多个操纵机构实现，操作复杂，同时，这种变速器的控制执行机构是套装在自行车后车轮轴上实现，一般内变速器的档位越多，控制的执行机构也越多，造成内变速器的结构复杂，同时操纵起来也十分麻烦。另一方面，自行车轻量化是自行车在速度竞赛中的重要因素，内变速器的现有档位控制机构明显不能适应自行车在这方面的发展，进一步制约了内变速器在自行车上的推广。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、操纵简单方便的自行车内变速器，换挡结构简单，换挡操作方便，可以有效的减轻内变速器的重量，有利于进一步推广内变速器在自行车上的应用。
本发明采用如下技术方案实现：自行车内变速器，包括车轮轴18、行星齿轮传动机构和档位控制机构，所述行星齿轮传动机构设置在出轮轴上，行星齿轮传动机构的输入端连接自行车飞轮6，输出端连接车轮花鼓29，所述档位控制机构包括一个操纵组件以及若干个执行组件；所述操纵组件设置在车轮轴18上，包括一个空套在车轮轴18上的操纵凸轮环4，所述操纵凸轮环的两端均设有操纵凸起3；所述执行组件设置在所述行星齿轮传动机构的内齿圈内部，包括一个中控控制杆9和一个轴控控制杆10，所述中控控制杆9和轴控控制杆10均可沿车轮轴18的轴向移动，其中，所述中控控制杆9的一端与所述行星齿轮传动机构的行星架以及内齿圈的离合机构连接，所述轴控控制杆10的一端与所述车轮轴18与行星齿轮传动机构的中心轮之间的离合机构连接；所述中控控制杆9的另一端以及轴控控制杆10的另一端分别与操纵凸轮环4两端的操纵凸起接触；所述操纵凸轮环4与拉线33连接实现转动。
进一步的，所述操纵组件还包括套装在车轮轴18上与操纵凸轮环4连接的操纵回位扭簧2。
所述操纵组件设置在操纵固定外壳1内，所述操纵固定外壳1固设在车轮轴18一端。
在本发明中，所述轴控控制杆10嵌装在所述车轮轴18表面设置的滑槽内，轴控控制杆10上设有与车轮轴18上的行星齿轮传动机构中心轮的控制棘爪匹配的缺口，所述车轮轴18上分别套装有定位轴杆卡12和轴控回位弹簧16，轴控控制杆10的两端设置凸块分别与所述操纵凸轮环4的操纵凸起和轴控回位弹簧16接触。
在本发明中，所述执行组件还包括一个与中控控制杆9配合的中控轮11，所述中控轮11空套在车轮轴11上，所述中控轮11一端通过花键与自行车飞轮6内孔连接，另一端设有与内变速器行星架26内孔花键槽匹配的花键，所述中控控制杆9固定连接一个套装在车轮轴18上的中控套32，并通过控制所述中控套32与中控轮11接触实现轴线移动。
具体的，所述行星齿轮传动机构的内齿圈与自行车车轮花鼓内孔之间的离合机构为棘爪式超越离合器，所述中控轮11与内变速器内齿圈的棘爪接触。
作为本发明的优选方案，所述中控轮11设置在所述行星齿轮传动机构的内齿圈内部，中控轮11的外径与位于所述内齿圈内部的棘爪部分接触。
更进一步，所述中控轮11连接有一个配套的同步控制圈22，所述同步控制圈22与中控轮11之间通过同步控制杆17连接，同步控制圈22的外径与内变速器中其他内齿圈内部的棘爪部分接触。
其中，所述同步控制杆17插装在行星架26的导向槽内，其上设有与同步控制圈22接触的拨块。
在本发明中，所述中控轮11、同步控制圈22以及同步控制杆17均设有回位弹簧实现执行组件的自动回位。
本发明通过一个操纵组件即可控制多个执行组件，精简了内变速器的结构，有效减轻了内变速器的重量，通过设置操纵凸轮环上两端的凸起轮廓与中控控制杆以及轴控控制杆的运动匹配，即可通过两个控制杆配合实现连续换挡，自行车的档位操作更简单方便。
由上所述，本发明能够适用不同速别的内变速器上，可以进一步将内变速器推广到自行车应用中。
以下结合附图和具体实施方式对本发明做进一步说明。
附图说明
图1为本发明中的七速内变速器的分解示意图。
图2为本发明中的七速内变速器的装配示意图。
图3为操纵凸轮环以及中控套的结构示意图。
图4为轴控控制杆与中心轮的控制棘爪示意图。
图5为操纵凸轮环展开示意图
图中标号：1-操纵固定外壳，2-操纵回位扭簧，3-操纵凸起，4-操纵凸轮环，5-第一轴承，6-飞轮，7-A内齿圈，8-A内齿圈棘爪，9-中控控制杆，10-轴控控制杆，11-中控轮，12-定位轴杆卡，13-棘爪弹簧，14-可控棘爪，15-常开棘爪，16-轴控回位弹簧，17-同步控制杆，18-车轮轴，19-同步控制杆弹簧，20-B内齿圈，21-B内齿圈棘爪，22-同步控制圈，23-同步控制圈弹簧，24-A中心轮，25-B中心轮，26-行星架，27-行星轮，28-滚珠式超越离合器，29-车轮花鼓，30-中控轮弹簧，31-第二轴承，32-中控套，33-拉线。
具体实施方式
实施例
参见图1和图2，图示中为七个档位的七速内变速器，其变速传动机构为一双联行星齿轮传动机构，包括有A内齿圈7、B内齿圈20、行星架26，A中心轮24以及B中心轮25，行星架26上设有均布设有三个双联行星轮27分别与A、B内齿圈和A、B中心轮啮合。行星齿轮传动机构的输入端连接车轮的飞轮6（自行车后轮链轮），输出端连接车轮花鼓29，飞轮6与车轮轴18之间设置第一轴承5，飞轮6与车轮花鼓29之间设置第二轴承31，其中第一轴承与第二轴承均采用推力轴承，飞轮6一端的外径与A内齿圈7的内孔之间通过滚珠式超越离合器28装配，行星架26与车轮花鼓29的内孔之间同样设有滚珠式超越离合器28，A内齿圈7以及B内齿圈20上设有可打开收回的弹性棘爪，与车轮花鼓29内孔设置的花键槽组成棘爪式超越离合装置。在车轮轴18上设有两个棘爪，分别与A、B中心轮内孔设置的花键槽组成棘爪式超越离合装置。内变速器中的棘爪均采用棘爪弹簧13装配，并在棘爪的侧面上设置斜面，可在控制机构的作用下方便关闭或开启。
本发明的内变速器还包括有档位控制机构，其包括有一个操纵组件以及若干个执行组件；操纵组件设置在自行车车轮轴18一端，包括一个空套在车轮轴18上的操纵凸轮环4，操纵凸轮环的两端设有操纵凸起3。
结合参见图3和图4，执行组件设置在内变速器内齿圈内部，包括一个中控控制杆9和一个轴控控制杆10，中控控制杆9和轴控控制杆10均可沿车轮轴18的轴向移动。其中，中控控制杆9连接内变速器行星架以及两个内齿圈的离合机构并控制其开启和关闭，轴控控制杆10连接内变速器中心轮的离合机构并控制其开启和关闭；中控控制杆9和轴控控制杆10分别与操纵凸轮环4两端的操纵凸起接触；操纵凸轮环4与拉线33连接实现转动。
具体的，轴控控制杆10嵌装在车轮轴18表面设置的滑槽内，轴控控制杆10上设有与车轮轴18上的A中心轮24配合的可控棘爪14的缺口，移动轴控控制杆10的缺口与可控棘爪14对齐可将收起的可控棘爪14打开，B中心轮25对应的棘爪为常开棘爪15，轴控控制杆10不对其进行控制。在车轮轴18上分别套装有定位轴杆卡12和轴控回位弹簧16，轴控控制杆10的两端设置凸块分别与操纵凸轮环4的操纵凸起和轴控回位弹簧16接触，定位轴杆卡12将轴控控制杆10定位在滑槽内，轴控回位弹簧16用于轴控控制杆10的回位。
具体参见图1，在执行组件还包括一个与中控控制杆9配合的中控轮11，中控轮11空套在车轮轴18上，中控轮11一端通过花键与自行车飞轮6内孔连接，另一端设有与内变速器行星架26内孔花键槽匹配的花键，中控轮11可在自行车飞轮6与行星架26之间来回滑移，中控控制杆9固定连接一个套装在车轮轴18上的中控套32，控制中控套32与中控轮11接触实现轴线移动。
中控轮11设置在A内齿圈7内部，中控轮11的外径与A内齿圈棘爪8在内齿圈内部的部分接触，常态下将A内齿圈棘爪8收起；同时，中控轮11连接有一个配套的同步控制圈22，同步控制圈22与中控轮11之间通过同步控制杆17连接，同步控制圈22设置在B内齿圈20内，其外径与B内齿圈棘爪21内部的部分接触，常态下将B内齿圈21收起。同步控制杆17插装在行星架26的导向槽内，其上设有与同步控制圈22接触的拨块。
中控轮11、同步控制圈22以及同步控制杆17均设有回位弹簧用于执行组件的回位，其中，中控轮弹簧30套装在车轮轴18上，同步控制圈弹簧23套装在行星架26上，同步控制杆弹簧19可随同步控制杆17一端设置在行星架的导向槽内。
操纵组件还包括套装在车轮轴18上与操纵凸轮环4连接的操纵回位扭簧2。操纵组件设置在操纵固定外壳1内，操纵固定外壳1固设在车轮轴18一端。
结合参见图5中操纵凸轮环的展开示意图，操作本实施例中的变速器进行变速的步骤如下：
a、常态下，飞轮6通过其上设置的滚珠式超越离合器28将输入的动力传递至A内齿圈7，A内齿圈7通过与其啮合的行星轮27将动力传递至行星架26，此时B中心轮25由常开棘爪15固定传动，A中心轮24的可控棘爪14被轴控控制杆10关闭，A中心轮24空转，行星架26由行星轮27与B中心轮25啮合转动，通过行星架26上设置的滚珠式超越离合器将动力输出至车轮花鼓29，此为一个档位；在此状态下，中控控制杆9不动作，通过操纵凸轮环4推动轴控控制杆10打开可控棘爪14，此时A中心轮24由可控棘爪14固定传动，A内齿圈的转速加快，B中心轮25被行星轮27带动超越常开棘爪15实现空转，行星架26由行星轮27与A中心轮24啮合转动，通过行星架26上设置的滚珠式超越离合器将动力输出至车轮花鼓29，此为第二个档位。
b、继续转动操纵凸轮环4，推动中心控制杆9，进一步推动中控轮11，中控轮11滑移将A内齿圈8上的A内齿圈棘爪8打开，动力从飞轮6传输至A内齿圈8后，直接通过A内齿圈与车轮花鼓29之间的棘爪式超越离合装置将动力输出至车轮花鼓29，行星架以及B内齿圈皆空转，此为第三个档位。
c、在b的基础上，继续转动操纵凸轮环4，推动中心控制杆9，将中控轮6的外花键与行星架26的内花键咬合，动力从飞轮6直接传输至行星架26，此时轴控控制杆10已回位，B中心轮25由常开棘爪15固定传动，A中心轮24的可控棘爪14被轴控控制杆10关闭，A中心轮24空转，行星架26由行星轮27与B中心轮25啮合转动，此时车轮花鼓29的转速已超越行星架26，行星架26与车轮花鼓29之间的滚珠式超越离合器分离失效，行星架26通过行星轮27与B中心轮25啮合传递动力至A内齿圈7，A内齿圈7与车轮花鼓29之间的棘爪式超越离合装置将动力输出至车轮花鼓29，B内齿圈由于B内齿圈棘爪21被同步控制圈关闭而空转，此为第四个档位；同理，在此状态下，中控控制杆9保持不动作，通过操纵凸轮环4推动轴控控制杆10再次打开可控棘爪14，此时A中心轮24由可控棘爪14固定传动，A内齿圈的转速加快，B中心轮25被行星轮27带动超越常开棘爪15实现空转，行星架26通过行星轮27与A中心轮24啮合传递动力至A内齿圈7，A内齿圈7与车轮花鼓29之间的棘爪式超越离合装置将动力输出至车轮花鼓29，此为第五个档位。
d、在c的基础上，继续转动操纵凸轮环4，推动中心控制杆9，中控轮11通过同步控制杆17推动同步控制圈22，同步控制圈22移位，将B内齿圈20上的B内齿圈棘爪21打开，动力从飞轮6直接传输至行星架26后，此时轴控控制杆10已回位，B中心轮25由常开棘爪15固定传动，A中心轮24的可控棘爪14被轴控控制杆10关闭，A中心轮24空转，行星架26由行星轮27与B中心轮25啮合转动，车轮花鼓29的转速提高，与行星架26与之间的滚珠式超越离合器分离失效，行星架26通过行星轮27与B中心轮25啮合传递动力至B内齿圈20，B内齿圈20与车轮花鼓29之间的B内齿圈棘爪21将动力输出至车轮花鼓29，此时，车轮花鼓29的转速已超越A内齿圈7，因此A内齿圈棘爪8失效，此为第六个档位；同理，在此状态下，中控控制杆9保持不动作，通过操纵凸轮环4推动轴控控制杆10再次打开可控棘爪14，此时A中心轮24由可控棘爪14固定传动，A内齿圈的转速加快，B中心轮25被行星轮27带动超越常开棘爪15实现空转，行星架26通过行星轮27与A中心轮24啮合传递动力至B内齿圈20，B内齿圈20与车轮花鼓29之间的棘爪式超越离合装置将动力输出至车轮花鼓29，此为第七个档位。
上述七个档位的变换均通过拉线拉动操纵凸轮环转动实现，简化了操纵组件和执行组件的结构，同时操作更简便。
上述仅为本发明在七速内变速器上的实施例，但所属领域的技术人员应该明白，本发明所涉及的内变速器应该不限定于上述的变速器，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明的精神和范围内，在其他速别的内变速器上对本发明所作出的各种应用，都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.自行车内变速器，包括车轮轴（18）、行星齿轮传动机构和档位控制机构，所述行星齿轮传动机构设置在出轮轴上，行星齿轮传动机构的输入端连接自行车飞轮（6），输出端连接车轮花鼓（29），其特征在于：
所述档位控制机构包括一个操纵组件以及若干个执行组件；
所述操纵组件设置在车轮轴（18）上，包括一个空套在车轮轴（18）上的操纵凸轮环（4），所述操纵凸轮环的两端均设有操纵凸起（3）；
所述执行组件设置在所述行星齿轮传动机构的内齿圈内部，包括一个中控控制杆（9）和一个轴控控制杆（10），所述中控控制杆（9）和轴控控制杆（10）均可沿车轮轴（18）的轴向移动，其中，所述中控控制杆（9）的一端与所述行星齿轮传动机构的行星架以及内齿圈的离合机构连接，所述轴控控制杆（10）的一端与所述车轮轴（18）与行星齿轮传动机构的中心轮之间的离合机构连接；所述中控控制杆（9）的另一端以及轴控控制杆（10）的另一端分别与操纵凸轮环（4）两端的操纵凸起接触；
所述操纵凸轮环（4）与拉线（33）连接实现转动。
2.根据权利要求1所述的自行车内变速器，其特征在于：所述操纵组件还包括套装在车轮轴（18）上与操纵凸轮环（4）连接的操纵回位扭簧（2）。
3.根据权利要求2所述的自行车内变速器，其特征在于：所述操纵组件设置在操纵固定外壳（1）内，所述操纵固定外壳（1）固设在车轮轴（18）一端。
4.根据权利要求1所述的自行车内变速器，其特征在于：所述轴控控制杆（10）嵌装在所述车轮轴（18）表面设置的滑槽内，轴控控制杆（10）上设有与车轮轴（18）上的行星齿轮传动机构中心轮的控制棘爪匹配的缺口，所述车轮轴（18）上分别套装有定位轴杆卡（12）和轴控回位弹簧（16），轴控控制杆（10）的两端设置凸块分别与所述操纵凸轮环（4）的操纵凸起和轴控回位弹簧（16）接触。
5.根据权利要求1所述的自行车内变速器，其特征在于：所述执行组件还包括一个与中控控制杆（9）配合的中控轮（11），所述中控轮（11）空套在车轮轴（11）上，所述中控轮（11）一端通过花键与自行车飞轮（6）内孔连接，另一端设有与内变速器行星架（26）内孔花键槽匹配的花键，所述中控控制杆（9）固定连接一个套装在车轮轴（18）上的中控套（32），并通过控制所述中控套（32）与中控轮（11）接触实现轴线移动。
6.根据权利要求5所述的自行车内变速器，其特征在于：所述行星齿轮传动机构的内齿圈与自行车车轮花鼓内孔之间的离合机构为棘爪式超越离合器。
7.根据权利要求6所述的自行车内变速器，其特征在于：所述中控轮（11）设置在所述内齿圈内部，中控轮（11）的外径与位于所述内齿圈内部的棘爪部分接触。
8.根据权利要求7所述的自行车内变速器，其特征在于：所述中控轮（11）连接有一个配套的同步控制圈（22），所述同步控制圈（22）与中控轮（11）之间通过同步控制杆（17）连接，同步控制圈（22）的外径与内变速器中其他内齿圈内部的棘爪部分接触。
9.根据权利要求8所述的自行车内变速器，其特征在于：所述同步控制杆（17）插装在行星架（26）的导向槽内，其上设有与同步控制圈（22）接触的拨块。
10.根据权利要求9所述的自行车内变速器，其特征在于：所述中控轮（11）、同步控制圈（22）以及同步控制杆（17）均设有回位弹簧。
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