CN104554609A - 自行车用无级变速后驱轴 - Google Patents

Abstract

本发明涉及自行车用变速后驱轴，即一种自行车用无级变速后驱轴，包括固定中心轴，设置在固定中心轴上的后轴小链轮和后轴轮毂，所述后轴轮毂位于后轴小链轮一侧；其中：所述后轴小链轮的一侧依次设置有第一组行星式动轴轮系、楔爪式无级变速机构、第二组行星式动轴轮系和第三组行星式动轴轮系，所述设置均位于后轴轮毂内腔中。由于所述结构，使这种自行车用无级变速后驱轴具备了：极简动作即可使变速于瞬间到位的高可操控性；各种状态下可连续呈梯度变档的高加速性；扭矩大、转速低、传动效率高的高专业适应性；大速比范围的大适用涵盖面和体积小、重量轻、无噪音、全密封润滑的可实用性等诸多的优点。

Description

自行车用无级变速后驱轴

技术领域

本发明涉及自行车用变速后驱轴，尤其是一种大扭矩、低转速，体积小质量小，高加速性能、高传动效率、大速比范围、一次性准确选定速比点、变速便捷和大应用范围的自行车用无级变速后驱轴。

背景技术

一般用于变速自行车的变速传动装置有内变速和外变速两种，其工作方式主要是依靠分级换挡来实现变速的目的。虽然加工技术的发展使这些装置已经被做到了几近极致，但受其工作原理和变速方式的与生俱来的局限性所影响，使它们在使用性能上还是存在诸多不能尽如人意之处。

现有技术的自行车用变速传动装置存在以下技术问题：

1、分档变速，以爪式离合或跳链的原始方式多级挂档，费力耗时，特别是大跨度变速，不能快速地一次性达到最佳速比状态，还因不能快速而呈均匀梯度地变速，使自行车的加速性能不佳。

2、受其变速方式的机制的限制，其分级档数和速比范围都受到一定限制。

3.变速动作较为复杂，特别是外变速装置，使用者需要经过一定训练才能比较熟练掌握变速技巧；大跨度的变速必须经多次换挡完成，反应很慢，因此不能适应复杂路况所需的快捷反应要求，不能作骑行中的适应性微调。

4.外变速装置完全暴露，润滑、防尘不佳，使用及存放过程中受环境影响大。

5.有噪音，如棘轮和跳档噪音等。

6.适用范围有限，基本上是一种车型一个型号的态势，并且很难应用于其它领域。

综上所述，现有技术的自行车用变速传动装置存在的问题是：换挡费力耗时、分级档数和速比范围受限、加速性能不佳、受使用环境影响、有噪音和适用范围有限。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种大扭矩、低转速，体积小质量小，高加速性能、高传动效率、大速比范围、一次性准确选定速比点、变速便捷和大应用范围的自行车用无级变速后驱轴。

为实现本发明上述目的而采用的技术方案是：一种自行车用无级变速后驱轴，包括固定中心轴，设置在固定中心轴上的后轴小链轮和后轴轮毂，所述后轴轮毂位于后轴小链轮一侧；其特征在于：

所述后轴小链轮的一侧依次设置有第一组行星式动轴轮系、楔爪式无级变速机构、第二组行星式动轴轮系和第三组行星式动轴轮系，所述第一组行星式动轴轮系、楔爪式无级变速机构、第二组行星式动轴轮系和第三组行星式动轴轮系位于后轴轮毂内腔中；

所述第一组行星式动轴轮系又包括中心齿轮Ⅰ，该中心齿轮Ⅰ固定在后轴小链轮的空心转轴的一端，同时与中心齿轮Ⅰ和内齿轮Ⅰ啮合的是行星齿轮Ⅰ，设置有行星齿轮Ⅰ的转臂Ⅰ与楔爪式无级变速机构的动力输入端连接；

所述第二组行星式动轴轮系又包括固定在固定中心轴上的中心齿轮Ⅱ,同时与中心齿轮Ⅱ和内齿轮Ⅱ啮合的是行星齿轮Ⅱ，所述内齿轮Ⅱ通过连接轴与楔爪式无级变速机构的动力输出端连接，行星齿轮Ⅱ设置在转臂Ⅱ上；

所述第三组行星式动轴轮系又包括与后轴轮毂相牢固连接的中心齿轮Ⅲ，同时与中心齿轮Ⅲ和内齿轮Ⅲ啮合的是行星齿轮Ⅲ，所述行星齿轮Ⅲ设置在转臂Ⅲ上，该转臂Ⅲ与第二组行星式动轴轮系的转臂Ⅱ连接为一体，内齿轮Ⅲ通过连接轴与第一组行星式动轴轮系的内齿轮Ⅰ连接；

所述楔爪式无级变速机构包括固定中心轴上具有的四方轴段，在四方轴段处套装有矩形滑块框，外力作用下所述矩形滑块框在四方轴段处上下滑动；所述矩形滑块框外套装有方孔框盘，外力作用下所述方孔框盘在矩形滑块框外左右滑动；在四方轴段靠近动力输入端的固定中心轴上套装有小偏心套，该小偏心套外套装有与小偏心套匹配的大偏心套，外力作用下小偏心套在大偏心套内绕固定中心轴的轴心旋转，所述小偏心套与大偏心套一体形成双偏调心机构；所述大偏心套的一端紧卡在方孔框盘的外沿，外力作用下大偏心套随方孔框盘一体在四方轴段处左右滑动，外力作用下所述大偏心套随与矩形滑块框联动的方孔框盘在四方轴段处上下滑动，大偏心套不能转动，该大偏心套的轴线只能作平行的矢量位移，使所述矩形滑块框与方孔框盘一体在四方轴段处形成矢量位移限制机构；

所述小偏心套靠近动力输入端一方具有延伸空心轴段，该延伸空心轴段为调速导入管，该调速导入管外壁通过轴承与楔爪式一级变速机构的一级槽盘连接，所述矩形滑块框靠近动力输出端一方的固定中心轴的轴段上通过轴承与楔爪式二级变速机构的二级支架连接；

所述楔爪式一级变速机构中的楔爪组件与楔爪式二级变速机构中的楔爪组件结构相同；

所述楔爪式一级变速机构又包括一级支架，该一级支架通过位于其内孔中的轴承与大偏心套外壁连接，所述一级支架的底盘外沿上设置有至少两组楔爪组件，所述一级支架的底盘位于一级槽盘的内腔中；所述楔爪式一级变速机构的楔爪组件还包括连杆，该连杆的一端通过支架销轴铰接在一级支架的底盘上，连杆的另一端通过楔爪销轴铰接在楔块上，该楔块在外力作用下绕楔爪销轴摆动，截面为梯形的楔块的弧形外沿位于一级槽盘内侧壁上的梯形环槽内；所述楔爪销轴靠近一级槽盘内底壁处的轴端上设置有滚轮，该滚轮的外沿紧抵在一级槽盘的内凸台外圆柱面上，所述滚轮外力作用下绕楔爪销轴旋转，该内凸台位于一级槽盘的内底壁中部，且内凸台与一级槽盘内侧壁上的梯形环槽具有同一轴心；所述楔块的开槽中通过弹簧销固定有扭力弹簧，该扭力弹簧的一端紧抵在楔块上，扭力弹簧的另一端紧抵在连杆腰部的弧形槽内；所述扭力弹簧的预紧力与滚轮的支撑力将楔块的弧形外沿楔合在一级槽盘内侧壁上的梯形环槽内；

所述楔爪式二级变速机构又包括通过轴承安装在靠近动力输出端的固定中心轴的轴段上的二级支架，该二级支架的底盘外沿上设置有至少两组楔爪组件，所述二级支架的底盘位于二级槽盘的内腔中，该二级槽盘与一级支架固定为一体，所述二级槽盘的内壁与大偏心套之间设置有轴承，外力作用下二级槽盘与一级支架一体同步转动；所述楔爪式二级变速机构的楔爪组件

还包括连杆，该连杆的一端通过支架销轴铰接在二级支架的底盘上，连杆的另一端通过楔爪销轴铰接在楔块上，该楔块在外力作用下绕楔爪销轴摆动，截面为梯形的楔块的弧形外沿位于二级槽盘内侧壁上的梯形环槽内；所述楔爪销轴靠近二级槽盘内底壁处的轴端上设置有滚轮，该滚轮的外沿紧抵在二级槽盘的内凸台外圆柱面上，所述滚轮外力作用下绕楔爪销轴旋转，该内凸台位于二级槽盘的内底壁中部，且内凸台与二级槽盘内侧壁上的梯形环槽具有同一轴心；所述楔块的开槽中通过弹簧销固定有扭力弹簧，该扭力弹簧的一端紧抵在楔块上，扭力弹簧的另一端紧抵在连杆腰部的弧形槽内；所述扭力弹簧的预紧力与滚轮的支撑力将楔块的弧形外沿楔合在二级槽盘内侧壁上的梯形环槽内。

使用时，楔爪式无级变速机构的调速导入管的外壁末端固定有一个调速槽轮，使用时该调速槽轮通过环形的调速钢绳与自行车车把上的转动把手连接，转动转动把手带动调速钢绳，再由调速钢绳带动调速槽轮正反向旋转。后轴小链轮通过链条与自行车中轴上的驱动链轮连接，固定中心轴的两端分别固定在车架平叉后端。

由于上述结构，使这种自行车用无级变速后驱轴具备了大扭矩、低转速、体积小质量小、高加速性能、高传动效率、大速比范围内一次性准确选定速比点、变速便捷和大应用范围的优点。

附图说明

本发明可以通过附图给出的非限定性实施例进一步说明。

图1为本发明自行车用无级变速后驱轴的结构示意图。

图2 为本发明楔爪式无级变速机构的结构示意图。

图3为双偏调心机构A初始状态时图2左视方向的结构示意图。

图4为双偏调心机构A偏心状态时图2左视方向的结构示意图。

图5为图2左视方向中双偏调心机构A初始状态的结构示意图。

图6为图2左视方向中矢量位移限制机构B初始状态的结构示意图。

图7为图2左视方向中双偏调心机构A偏心状态的结构示意图。

图8为图2左视方向中矢量位移限制机构B作平面位移后的结构示意图。

图中：1、固定中心轴；2、小偏心套；3、大偏心套；4、矩形滑块框；5、方孔框盘；6、一级槽盘；7、一级支架；8、二级槽盘；9、二级支架；10、楔爪组件；11、楔块；12、连杆；13、滚轮；14、楔爪销轴；15、弹簧销；16、扭力弹簧；17、支架销轴；18、调速导入管；19、动力输入端；20、动力输出端；21、第一组行星式动轴轮系；2101、中心齿轮Ⅰ；2102、行星齿轮Ⅰ；2103、内齿轮Ⅰ；2104、转臂Ⅰ；22、第二组行星式动轴轮系；2201、中心齿轮Ⅱ；2202、行星齿轮Ⅱ；2203、内齿轮Ⅱ；2204、转臂Ⅱ；23、第三组行星式动轴轮系；2301、中心齿轮Ⅲ；2302、行星齿轮Ⅲ；2303、内齿轮Ⅲ；2304、转臂Ⅲ；24、后轴轮毂；25、链条；26、后轴小链轮；27、调速钢绳；28、调速槽轮；29、车架平叉；30、辐条；A、双偏调心机构；B、矢量位移限制机构；C、楔爪式一级变速机构；D、楔爪式二级变速机构；E、楔爪式无级变速机构。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：

参见附图1至8，图中的自行车用无级变速后驱轴，包括固定中心轴1，设置在固定中心轴1上的后轴小链轮26和后轴轮毂24，所述后轴轮毂24位于后轴小链轮26一侧；其中：

所述后轴小链轮26的一侧依次设置有第一组行星式动轴轮系21、楔爪式无级变速机构E、第二组行星式动轴轮系22和第三组行星式动轴轮系23，所述第一组行星式动轴轮系21、楔爪式无级变速机构E、第二组行星式动轴轮系22和第三组行星式动轴轮系23位于后轴轮毂24内腔中；

所述第一组行星式动轴轮系21又包括中心齿轮Ⅰ2101，该中心齿轮Ⅰ2101固定在后轴小链轮26的空心转轴的一端，同时与中心齿轮Ⅰ2101和内齿轮Ⅰ2103啮合的是行星齿轮Ⅰ2102，设置有行星齿轮Ⅰ2102的转臂Ⅰ2104与楔爪式无级变速机构E的动力输入端19连接；

所述第二组行星式动轴轮系22又包括固定在固定中心轴1上的中心齿轮Ⅱ2201,同时与中心齿轮Ⅱ2201和内齿轮Ⅱ2203啮合的是行星齿轮Ⅱ2202，所述内齿轮Ⅱ2203通过连接轴与楔爪式无级变速机构E的动力输出端20连接，行星齿轮Ⅱ2202设置在转臂Ⅱ2204上；

所述第三组行星式动轴轮系23又包括与后轴轮毂24相牢固连接的中心齿轮Ⅲ2301，同时与中心齿轮Ⅲ2301和内齿轮Ⅲ2303啮合的是行星齿轮Ⅲ2302，所述行星齿轮Ⅲ2302设置在转臂Ⅲ2304上，该转臂Ⅲ2304与第二组行星式动轴轮系22的转臂Ⅱ2204连接为一体，内齿轮Ⅲ2303通过连接轴与第一组行星式动轴轮系21的内齿轮Ⅰ2103连接；

所述楔爪式无级变速机构E包括固定中心轴1上具有的四方轴段，在四方轴段处套装有矩形滑块框4，外力作用下所述矩形滑块框4在四方轴段处上下滑动；所述矩形滑块框4外套装有方孔框盘5，外力作用下所述方孔框盘5在矩形滑块框4外左右滑动；在四方轴段靠近动力输入端19的固定中心轴1上套装有小偏心套2，该小偏心套2外套装有与小偏心套2匹配的大偏心套3，外力作用下小偏心套2在大偏心套3内绕固定中心轴1的轴心旋转，所述小偏心套2与大偏心套3一体形成双偏调心机构A；所述大偏心套3的一端紧卡在方孔框盘5的外沿，外力作用下大偏心套3随方孔框盘5一体在四方轴段处左右滑动，外力作用下所述大偏心套3随与矩形滑块框4联动的方孔框盘5在四方轴段处上下滑动，大偏心套3不能转动，该大偏心套3的轴线只能作平行的矢量位移，使所述矩形滑块框4与方孔框盘5一体在四方轴段处形成矢量位移限制机构B；

所述小偏心套2靠近动力输入端19一方具有延伸空心轴段，该延伸空心轴段为调速导入管18，该调速导入管18外壁通过轴承与楔爪式一级变速机构C的一级槽盘6连接，所述矩形滑块框4靠近动力输出端20一方的固定中心轴1的轴段上通过轴承与楔爪式二级变速机构D的二级支架9连接；

所述楔爪式一级变速机构C中的楔爪组件10与楔爪式二级变速机构D中的楔爪组件10结构相同；

所述楔爪式一级变速机构C又包括一级支架7，该一级支架7通过位于其内孔中的轴承与大偏心套3外壁连接，所述一级支架7的底盘外沿上设置有至少两组楔爪组件10，所述一级支架7的底盘位于一级槽盘6的内腔中；所述楔爪式一级变速机构C的楔爪组件10还包括连杆12，该连杆12的一端通过支架销轴17铰接在一级支架7的底盘上，连杆12的另一端通过楔爪销轴14铰接在楔块11上，该楔块11在外力作用下绕楔爪销轴14摆动，截面为梯形的楔块11的弧形外沿位于一级槽盘6内侧壁上的梯形环槽内；所述楔爪销轴14靠近一级槽盘6内底壁处的轴端上设置有滚轮13，该滚轮13的外沿紧抵在一级槽盘6的内凸台外圆柱面上，所述滚轮13外力作用下绕楔爪销轴14旋转，该内凸台位于一级槽盘6的内底壁中部，且内凸台与一级槽盘6内侧壁上的梯形环槽具有同一轴心；所述楔块11的开槽中通过弹簧销15固定有扭力弹簧16，该扭力弹簧16的一端紧抵在楔块11上，扭力弹簧16的另一端紧抵在连杆12腰部的弧形槽内；所述扭力弹簧16的预紧力与滚轮13的支撑力将楔块11的弧形外沿楔合在一级槽盘6内侧壁上的梯形环槽内；

所述楔爪式二级变速机构D又包括通过轴承安装在靠近动力输出端20的固定中心轴1的轴段上的二级支架9，该二级支架9的底盘外沿上设置有至少两组楔爪组件10，所述二级支架9的底盘位于二级槽盘8的内腔中，该二级槽盘8与一级支架7固定为一体，所述二级槽盘8的内壁与大偏心套3之间设置有轴承，外力作用下二级槽盘8与一级支架7一体同步转动；所述楔爪式二级变速机构D的楔爪组件10

还包括连杆12，该连杆12的一端通过支架销轴17铰接在二级支架9的底盘上，连杆12的另一端通过楔爪销轴14铰接在楔块11上，该楔块11在外力作用下绕楔爪销轴14摆动，截面为梯形的楔块11的弧形外沿位于二级槽盘8内侧壁上的梯形环槽内；所述楔爪销轴14靠近二级槽盘8内底壁处的轴端上设置有滚轮13，该滚轮13的外沿紧抵在二级槽盘8的内凸台外圆柱面上，所述滚轮13外力作用下绕楔爪销轴14旋转，该内凸台位于二级槽盘8的内底壁中部，且内凸台与二级槽盘8内侧壁上的梯形环槽具有同一轴心；所述楔块11的开槽中通过弹簧销15固定有扭力弹簧16，该扭力弹簧16的一端紧抵在楔块11上，扭力弹簧16的另一端紧抵在连杆12腰部的弧形槽内；所述扭力弹簧16的预紧力与滚轮13的支撑力将楔块11的弧形外沿楔合在二级槽盘8内侧壁上的梯形环槽内。

为便于装配，上述实施例中，优选地：所述动力输入端19位于一级槽盘6上，该一级槽盘6上设置有供动力输入件安装的输入安装部；所述动力输出端20位于二级支架9上，该二级支架9上设置有供动力输出件安装的输出安装部。

为保证传动平稳，上述实施例中，优选地：所述楔爪式一级变速机构C中的楔爪组件10与楔爪式二级变速机构D中的楔爪组件10均为五组。

为便于自行车行驶中的调速，上述实施例中，优选地：所述调速导入管18的外壁末端固定有一个调速槽轮28，使用时该调速槽轮28通过环形的调速钢绳27与自行车车把上的转动把手连接。

为使整个后驱轴系统扩大速比范围、提高输入转速、减小输入扭矩，并在无棘轮机构情况下可实现滑行、倒车和反踏踏板等功能，上述实施例中，优选地：所述中心齿轮Ⅰ2101、行星齿轮Ⅰ2102、内齿轮Ⅰ2103的齿数比为4:1:6。所述中心齿轮Ⅱ2201、行星齿轮Ⅱ2202、内齿轮Ⅱ2203的齿数比为8:7:22。所述中心齿轮Ⅲ2301、行星齿轮Ⅲ2302、内齿轮Ⅲ2303的齿数比为5:2:9。

后续描述中，后轴小链轮26的驱动旋向与图示旋向一致，并被确定为正向旋转或正转，反之则为反向旋转或反转；固定中心轴1的轴心O₁被确定为基准轴心，O₂是偏心传动时大偏心套3外圆柱面【外壁】的轴心，并与O₁平行。

整个自行车用无级变速后驱轴在使用过程中，后轴小链轮26作驱动动作的正转，第一组行星式动轴轮系21的中心齿轮Ⅰ2101与后轴小链轮26同向转动，第一组行星式动轴轮系21将运动分为两路传递，一路经转臂Ⅰ2104和动力输入端19正向地传递给楔爪式无级变速机构E，另外一路经内齿轮Ⅰ2103和内齿轮Ⅲ2303正向地传递给第三组行星式动轴轮系23；经过楔爪式无级变速机构E升式的变速处理后的运动由第二组行星式动轴轮系22减速，减速后的运动经转臂Ⅱ2204和转臂Ⅲ2304也正向地传递给第三组行星式动轴轮系23，第三组行星式动轴轮系23将转臂Ⅲ2304和内齿轮Ⅲ2303传递来的两个运动经过差动合成后由中心齿轮Ⅲ2301正向地传递给后轴轮毂24。在该过程中，第一组行星式动轴轮系21实际为运动分解差动轮系，将运动分解给楔爪式无级变速机构E和第三组行星式动轴轮系23；第二组行星式动轴轮系22实际为减速轮系；第三组行星式动轴轮系23实际为将运动合成的差动轮系。由于行星式齿轮传动的效率一般高于普通齿轮传动，因此所述各组动轴轮系的传动过程均属高效传动，高达0.98。

上述楔爪式无级变速机构E的驱动过程如下：

动力输入端19以正向输入的运动带动一级槽盘6正向转动，一级槽盘6通过楔爪式一级变速机构C中的楔爪组件10正向推动一级支架7，与一级支架7一体的二级槽盘8正向转动，二级槽盘8通过楔爪式二级变速机构D中的楔爪组件10推动二级支架9正向转动，二级支架9与负载连接实现运动的正向输出。

初始状态时，小偏心套2与大偏心套3装配后形成的双偏调心机构A中大偏心套3的外壁轴心与固定中心轴1的轴心重合，小偏心套2在矢量位移限制机构B限制作用下只能正向旋转，大偏心套3处于极限位置，且不能转动，只能向上和向右整体移动。此时，楔爪式一级变速机构C与楔爪式二级变速机构D中对应的槽盘【一级槽盘6和二级槽盘8】和支架【一级支架7和二级支架9】只能沿固定中心轴1的轴心O₁转动。在该过程中，所述楔爪式一级变速机构C与所述楔爪式二级变速机构D的传动比均为1:1，具体而言，【所述楔爪式一级变速机构C中的楔爪组件10与楔爪式二级变速机构D中的楔爪组件10均以五组为基础解释的】所述楔爪式一级变速机构C中所有楔爪组件10的楔块11均与一级槽盘6内侧壁上的梯形环槽楔紧从而驱动一级支架7，即一级槽盘6以2π/5的推角推动一级支架7转过2π/5的转角，该一级支架7直接带动二级槽盘8；所述楔爪式二级变速机构D中所有楔爪组件10的楔块11均与二级槽盘8内侧壁上的梯形环槽楔紧从而驱动二级支架9，二级槽盘8也以2π/5的推角推动二级支架9转过2π/5的转角。

当小偏心套2正向转动到极限位置，即在矢量位移限制机构B的限制作用下，小偏心套2不能再依正向旋转时，大偏心套3在双偏调心机构A和矢量位移限制机构B的双重作用下，该大偏心套3的外壁轴心将从O₁逐渐平行移动至O₂，此时，楔爪式一级变速机构C中一级支架7与楔爪式二级变速机构D中二级槽盘8的旋转轴心与大偏心套3一体移动，楔爪式一级变速机构C中一级支架7与楔爪式二级变速机构D中二级槽盘8的旋转轴心也从O₁逐渐移动至O₂，整个过程中楔爪式一级变速机构C中的一级槽盘6与一级支架7之间、楔爪式二级变速机构D中的二级槽盘8与二级支架9之间，在小偏心套2的转动下实现无级而精准的偏心度变化，该偏心度变化范围在O₁与O₂之间位移变化。在该过程中，所述楔爪式一级变速机构C中的一级槽盘6与一级支架7逐渐处于偏心状态，使得五组楔爪组件10中的一组楔爪组件10因驱动的楔紧作用而由一级槽盘6推动，此时一级槽盘6以最小的作用推角驱动一级支架7转过一个单位转角，该转角大于推角，紧邻所述一组楔爪组件10的前后的其余楔爪组件10，在被驱动的一级支架7的带动下转过一个单位转角时，其余楔爪组件10上的楔块11在一级槽盘6上将会以O₁为轴心转过一个大于上述推角的角度，即其余楔爪组件10上的楔块11会绕楔爪销轴14反转摆动而脱离一级槽盘6内侧壁上的梯形环槽，也就是其余楔爪组件10上的楔块11不再与一级槽盘6内侧壁上的梯形环槽楔紧，这些楔爪组件10将处于自由状态而不参与驱动一级支架7；当前面所述的一组楔爪组件10完成一个作用推角后，后续而来的其余楔爪组件10会顺次且十分平稳地接替前者继续作用，并且这种接替是无缝隙的连续，从而使传动平稳而连续不断，此时的传动是以升速方式进行的；如图3所示，【图中的楔爪式一级变速机构C中只有一级槽盘6的位置关系，但由于其零部件和传动关系均与楔爪式二级变速机构D相同，因此可参照说明。】一级槽盘6以小于2π/5的作用推角推动一级支架7转过了一个2π/5的单位转角，并且偏心度越大，升速比越大，随偏心度的精细调节，可使这种传动得到可准确调速的无级变速功能；同理，所述楔爪式二级变速机构D的二级槽盘8与二级支架9之间也逐渐处于偏心状态，使得五组楔爪组件10中的一组楔爪组件10因楔紧作用而由二级槽盘8推动，此时二级槽盘8以最小的作用推角驱动二级支架9转过一个单位转角，该转角大于推角，紧邻所述一组楔爪组件10的前后的其余楔爪组件10，在被驱动的二级支架9带动下转过一个单位转角时，其余楔爪组件10上的楔块11在二级槽盘8上将会以O₂为轴心转过一个大于上述推角的角度，即其余楔爪组件10上的楔块11会绕楔爪销轴14反转摆动而脱离二级槽盘8内侧壁上的梯形环槽，也就是其余楔爪组件10上的楔块11不再与二级槽盘8内侧壁上的梯形环槽楔紧，这些楔爪组件10将处于自由状态而不参与驱动二级支架9；当前面所述一组楔爪组件10完成一个作用推角后，后续而来的其余楔爪组件10会顺次且十分平稳地接替前者继续作用，并且这种接替是无缝隙的连续，从而使传动平稳而连续不断，此时的传动是以升速方式进行的；如图3所示，二级槽盘8以小于2π/5的作用推角推动二级支架9转过了一个2π/5的单位转角，并且偏心度越大，升速比越大，随偏心度的精细调节，可使这种传动得到可准确调速的无级变速功能。所述楔爪式一级变速机构C中一级支架7与楔爪式二级变速机构D中二级槽盘8的旋转轴心从O₁逐渐移动至O₂，是一个升速比逐渐加大的过程，当然在使用过程中，动力输入端19与动力输出端20的最大升速比一般不超过1:1.44。

在上述工作过程中，所述楔爪式一级变速机构C中的楔块11脱离一级槽盘6的动作方向上的楔角大过他们在推进时动作方向上的作用楔角，并大过他们之间的自锁角，在零件刚性足够的情况下，其离合的动作并不会产生机械损失，楔爪式二级变速机构D与述楔爪式一级变速机构C的效果完全相同；传动过程中动力的传递虽然依靠的是摩擦力矩，但此时的摩擦副之间相对处于静止状态，也就无摩擦损失之说。因此，这种传动方式是一种利用了摩擦力的纯刚性的传动，它在全速比范围内均具有很高的传动效率。正常情况下，其效率高于齿轮传动，一般传动效率能高达0.99。

上述楔爪式无级变速机构的优点如下：

降低了无用功耗、提高了功能传动效率、降低了质量、缩小了体积和降低了噪音，同时还具有单向离合的功能。

上述自行车用无级变速后驱轴应用在自行车中的具体工作过程是：

转动手把正反转动带动调速钢绳27，致使调节小偏心套2转动，小偏心套2的转动对楔爪式无级变速机构E产生速比调节，通过对楔爪式无级变速机构E的速比调节来实现对整个后驱轴系统的速比调节，而调速钢绳27的稳定是依靠附加在其上的微小摩擦力来完善。该结构能够以输出最大扭矩和最低转速的自动适应模式及性能工作，这种模式使得第一组行星式动轴轮系21在驱动状态下，其对速度分解的比值关系可以成为一个定式而被固定。第二组行星式动轴轮系22和第三组行星式动轴轮系23与楔爪式无级变速机构E结合后，能够使楔爪式无级变速机构E的升速无级变速模式变成自行车用无级变速后驱轴的升减速无级变速模式，并且可得到一个比楔爪式无级变速机构E大得多的速比范围【当楔爪式无级变速机构E的无级变速速比为1:1至1:1.42时，速比范围为1.42；对应的自行车用无级变速后驱轴的无级变速速比为1:0.253至1：1.116，速比范围为4.41；】，这也使得整个自行车无级变速后驱轴的输入转速可以提高而减小了输入扭矩，从而降低自行车用无级变速后驱轴的整体质量和体积；其大的速比范围基本涵盖各种速比范围的自行车的要求，扩大了适用范围。

自行车驱动路线：自行车中轴上的大链轮→链条25→后轴小链轮26→第一组行星式动轴轮系21，运动在第一组行星式动轴轮系21处分成两路；

其中一路为第一组行星式动轴轮系21内的中心齿轮Ⅰ2101→内齿轮Ⅰ2102→内齿轮Ⅲ2303；

另外一路为第一组行星式动轴轮系21内的中心齿轮Ⅰ2101→转臂Ⅰ2104→楔爪式无级变速机构E的动力输入端19→楔爪式一级变速机构C的一级槽盘6→楔爪式一级变速机构C的楔爪组件10→楔爪式一级变速机构C的一级支架7→楔爪式二级变速机构D的二级槽盘8→楔爪式二级变速机构D的楔爪组件10→楔爪式二级变速机构D的二级支架9→楔爪式无级变速机构E的动力输出端20→第二组行星式动轴轮系22的内齿轮Ⅱ2203→转臂Ⅱ2204→转臂Ⅲ2304；

两路运动在第三组行星式动轴轮系23处合成一路运动后由中心齿轮Ⅲ2301导出，中心齿轮Ⅲ2301→后轴轮毂24→辐条30→后轮轮辋,完成驱动。【驱动过程中提及零件旋向全部为正转】

滑行：后轮正转→后轴轮毂24正转→中心齿轮Ⅲ2301正转→转臂Ⅲ2304正转→转臂Ⅱ2204正转→内齿轮Ⅱ2202正转→楔爪式无级变速机构E的二级支架9正向空转】。

倒车：后轮反转→后轴轮毂24反转→中心齿轮Ⅲ2301反转→内齿轮Ⅲ2302正转→内齿轮Ⅰ2102正转→中心齿轮Ⅰ2101反转→后轴小链轮26反转→自行车中轴上的大链轮以及踏板反向空转。

反踏踏板：自行车中轴上的大链轮反转→后轴小链轮26反转→中心齿轮Ⅰ2101反转→转臂Ⅰ2104反转→楔爪式无级变速机构E的一级槽盘6反向空转。

本发明由于所述结构而具有的优点如下：

1、由于其特有的操控方式，只需一次扭动车把上的可转动手把，便可获得任何最佳的速比档位；还可以在驱动行进中快速而呈均匀梯度地连续调速，使自行车获得极佳的加速性能。

2、由于其独特的变速原理，可使装置获得很大的速比范围。

3、变速操作极为简单，使用者无需任何训练即可掌握。即便是很大跨度的变速动作也可于瞬间完成，更能适应复杂路况所需要的快速反应和骑行中的微调适应。

4、重要的零部件可以全部密封在后轴轮毂内，润滑效果好，零部件不易损耗，一次加油可以长时间使用，基本不会受环境条件影响。

5、本发明无棘轮机构，无爪式离合及跳链换档动作，因此基本无噪音，震动极小，是一款安静而平稳的传动机构。

6、体积重量不大，占用空间很小；适用范围很大，基本上一个型号的产品即可涵盖各型自行车的使用要求；可以方便地对普通自行车进行改装升级，可以直接加工成自行车板式后轮的一部分，可以再升级为自动变速版，也可以很容易地应用于其它非机动传动领域。

显然，上述描述的所有实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范畴。

综上所述，本发明由于上述结构，使这种自行车用无级变速后驱轴具备了大扭矩、低转速、体积小质量小、高加速性能、高传动效率、大速比范围内一次性准确选定速比点、变速便捷和大应用范围的优点。

Claims (7)

1.一种自行车用无级变速后驱轴，包括固定中心轴（1），设置在固定中心轴（1）上的后轴小链轮（26）和后轴轮毂（24），所述后轴轮毂（24）位于后轴小链轮（26）一侧；其特征在于：

所述后轴小链轮（26）的一侧依次设置有第一组行星式动轴轮系（21）、楔爪式无级变速机构（E）、第二组行星式动轴轮系（22）和第三组行星式动轴轮系（23），所述第一组行星式动轴轮系（21）、楔爪式无级变速机构（E）、第二组行星式动轴轮系（22）和第三组行星式动轴轮系（23）位于后轴轮毂（24）内腔中；

所述第一组行星式动轴轮系（21）又包括中心齿轮Ⅰ（2101），该中心齿轮Ⅰ（2101）固定在后轴小链轮（26）的空心转轴的一端，同时与中心齿轮Ⅰ（2101）和内齿轮Ⅰ（2103）啮合的是行星齿轮Ⅰ（2102），设置有行星齿轮Ⅰ（2102）的转臂Ⅰ（2104）与楔爪式无级变速机构（E）的动力输入端（19）连接；

所述第二组行星式动轴轮系（22）又包括固定在固定中心轴（1）上的中心齿轮Ⅱ（2201）,同时与中心齿轮Ⅱ（2201）和内齿轮Ⅱ（2203）啮合的是行星齿轮Ⅱ（2202），所述内齿轮Ⅱ（2203）通过连接轴与楔爪式无级变速机构（E）的动力输出端（20）连接，行星齿轮Ⅱ（2202）设置在转臂Ⅱ（2204）上；

所述第三组行星式动轴轮系（23）又包括与后轴轮毂（24）相牢固连接的中心齿轮Ⅲ（2301），同时与中心齿轮Ⅲ（2301）和内齿轮Ⅲ（2303）啮合的是行星齿轮Ⅲ（2302），所述行星齿轮Ⅲ（2302）设置在转臂Ⅲ（2304）上，该转臂Ⅲ（2304）与第二组行星式动轴轮系（22）的转臂Ⅱ（2204）连接为一体，内齿轮Ⅲ（2303）通过连接轴与第一组行星式动轴轮系（21）的内齿轮Ⅰ（2103）连接；

所述楔爪式无级变速机构（E）包括固定中心轴（1）上具有的四方轴段，在四方轴段处套装有矩形滑块框（4），外力作用下所述矩形滑块框（4）在四方轴段处上下滑动；所述矩形滑块框（4）外套装有方孔框盘（5），外力作用下所述方孔框盘（5）在矩形滑块框（4）外左右滑动；在四方轴段靠近动力输入端（19）的固定中心轴（1）上套装有小偏心套（2），该小偏心套（2）外套装有与小偏心套（2）匹配的大偏心套（3），外力作用下小偏心套（2）在大偏心套（3）内绕固定中心轴（1）的轴心旋转，所述小偏心套（2）与大偏心套（3）一体形成双偏调心机构（A）；所述大偏心套（3）的一端紧卡在方孔框盘（5）的外沿，外力作用下大偏心套（3）随方孔框盘（5）一体在四方轴段处左右滑动，外力作用下所述大偏心套（3）随与矩形滑块框（4）联动的方孔框盘（5）在四方轴段处上下滑动，大偏心套（3）不能转动，该大偏心套（3）的轴线只能作平行的矢量位移，使所述矩形滑块框（4）与方孔框盘（5）一体在四方轴段处形成矢量位移限制机构（B）；

所述小偏心套（2）靠近动力输入端（19）一方具有延伸空心轴段，该延伸空心轴段为调速导入管（18），该调速导入管（18）外壁通过轴承与楔爪式一级变速机构（C）的一级槽盘（6）连接，所述矩形滑块框（4）靠近动力输出端（20）一方的固定中心轴（1）的轴段上通过轴承与楔爪式二级变速机构（D）的二级支架（9）连接；

所述楔爪式一级变速机构（C）中的楔爪组件（10）与楔爪式二级变速机构（D）中的楔爪组件（10）结构相同；

所述楔爪式一级变速机构（C）又包括一级支架（7），该一级支架（7）通过位于其内孔中的轴承与大偏心套（3）外壁连接，所述一级支架（7）的底盘外沿上设置有至少两组楔爪组件（10），所述一级支架（7）的底盘位于一级槽盘（6）的内腔中；所述楔爪式一级变速机构（C）的楔爪组件（10）还包括连杆（12），该连杆（12）的一端通过支架销轴（17）铰接在一级支架（7）的底盘上，连杆（12）的另一端通过楔爪销轴（14）铰接在楔块（11）上，该楔块（11）在外力作用下绕楔爪销轴（14）摆动，截面为梯形的楔块（11）的弧形外沿位于一级槽盘（6）内侧壁上的梯形环槽内；所述楔爪销轴（14）靠近一级槽盘（6）内底壁处的轴端上设置有滚轮（13），该滚轮（13）的外沿紧抵在一级槽盘（6）的内凸台外圆柱面上，所述滚轮（13）外力作用下绕楔爪销轴（14）旋转，该内凸台位于一级槽盘（6）的内底壁中部，且内凸台与一级槽盘（6）内侧壁上的梯形环槽具有同一轴心；所述楔块（11）的开槽中通过弹簧销（15）固定有扭力弹簧（16），该扭力弹簧（16）的一端紧抵在楔块（11）上，扭力弹簧（16）的另一端紧抵在连杆（12）腰部的弧形槽内；所述扭力弹簧（16）的预紧力与滚轮（13）的支撑力将楔块（11）的弧形外沿楔合在一级槽盘（6）内侧壁上的梯形环槽内；

所述楔爪式二级变速机构（D）又包括通过轴承安装在靠近动力输出端（20）的固定中心轴（1）的轴段上的二级支架（9），该二级支架（9）的底盘外沿上设置有至少两组楔爪组件（10），所述二级支架（9）的底盘位于二级槽盘（8）的内腔中，该二级槽盘（8）与一级支架（7）固定为一体，所述二级槽盘（8）的内壁与大偏心套（3）之间设置有轴承，外力作用下二级槽盘（8）与一级支架（7）一体同步转动；所述楔爪式二级变速机构（D）的楔爪组件（10）

还包括连杆（12），该连杆（12）的一端通过支架销轴（17）铰接在二级支架（9）的底盘上，连杆（12）的另一端通过楔爪销轴（14）铰接在楔块（11）上，该楔块（11）在外力作用下绕楔爪销轴（14）摆动，截面为梯形的楔块（11）的弧形外沿位于二级槽盘（8）内侧壁上的梯形环槽内；所述楔爪销轴（14）靠近二级槽盘（8）内底壁处的轴端上设置有滚轮（13），该滚轮（13）的外沿紧抵在二级槽盘（8）的内凸台外圆柱面上，所述滚轮（13）外力作用下绕楔爪销轴（14）旋转，该内凸台位于二级槽盘（8）的内底壁中部，且内凸台与二级槽盘（8）内侧壁上的梯形环槽具有同一轴心；所述楔块（11）的开槽中通过弹簧销（15）固定有扭力弹簧（16），该扭力弹簧（16）的一端紧抵在楔块（11）上，扭力弹簧（16）的另一端紧抵在连杆（12）腰部的弧形槽内；所述扭力弹簧（16）的预紧力与滚轮（13）的支撑力将楔块（11）的弧形外沿楔合在二级槽盘（8）内侧壁上的梯形环槽内。

2.根据权利要求1所述的自行车用无级变速后驱轴，其特征在于：所述动力输入端（19）位于一级槽盘（6）上，该一级槽盘（6）上设置有供动力输入件安装的输入安装部；所述动力输出端（20）位于二级支架（9）上，该二级支架（9）上设置有供动力输出件安装的输出安装部。

3.根据权利要求1所述的自行车用无级变速后驱轴，其特征在于：所述楔爪式一级变速机构（C）中的楔爪组件（10）与楔爪式二级变速机构（D）中的楔爪组件（10）均为五组。

4.根据权利要求1所述的自行车用无级变速后驱轴，其特征在于：所述调速导入管（18）的外壁末端固定有一个调速槽轮（28），使用时该调速槽轮（28）通过环形的调速钢绳（27）与自行车车把上的转动把手连接。

5.根据权利要求1所述的自行车用无级变速后驱轴，其特征在于：所述中心齿轮Ⅰ（2101）、行星齿轮Ⅰ（2102）、内齿轮Ⅰ（2103）的齿数比为4:1:6。

6.根据权利要求1所述的自行车用无级变速后驱轴，其特征在于：所述中心齿轮Ⅱ（2201）、行星齿轮Ⅱ（2202）、内齿轮Ⅱ（2203）的齿数比为8:7:22。

7.根据权利要求1所述的自行车用无级变速后驱轴，其特征在于：所述中心齿轮Ⅲ（2301）、行星齿轮Ⅲ（2302）、内齿轮Ⅲ（2303）的齿数比为5:2:9。