CN1057236A - 自动变速齿轮传动机构式换挡器 - Google Patents

Abstract

一种自动变速齿轮传动机构式换挡器包括一装 有链轮组的轮毂和将链条从一个链轮移向另一链轮 的变速齿轮传动系统。带有链轮的轮毂内装有自动 变速系统，它包括带有螺纹并与链轮相连的部件，该 螺纹与套筒螺纹配合使套筒轴向运动。套筒的轴向 运动受弹簧的阻碍而其转动则受啮合的轮毂限制。 从链轮组至轮毂的转矩变化通过套筒螺纹使套筒的 轴向运动启动变速齿轮传动装置进行变速。弹簧可 设在轮毂内或外面。套筒的运动可使第二螺纹件旋 转，用来对前部链轮组进行变速。

Description

本发明涉及用于如自行车那样的运输工具的自动变速齿轮传动机构式换档器。其中，该运输工具包括一脚踏驱动的链轮，它驱动通过一条链子连接到运输工具主动轮上的一组被动链轮中的一个。

目前大多数自行车变速系统都是采用包括一安装在弹簧系统上的空转齿轮的变速齿轮传动系统，该弹簧系统张紧链条并可将链条移动到被动链轮组上选定的那个链轮上。上述变速齿轮传动系统已经经过了多年的精心完善。目前，它一般还包括一定位装置，用于保证变速机构正确地位于被动链轮组的一个链轮的位置上，而不是处于链轮之间的位置，另外，齿轮链条系统在驱动端还经常包括两个或三个链轮。这些链轮与一脚踏装置和一变换系统相连，而该变换系统使链条可在不同驱动链轮的位置上横向移动。目前，某些系统可以达到由前端的三个驱动链轮和后轮轮毂上的七个被动链轮构成的多达21种可能的变换组合方式。该系统的变换是根据乘骑者的选择通过一简单的杠杆装置拉动一根绳缆，以移动前部链条系统或变速齿轮传动系统。然后，乘骑者将面对多种可能性，此时只有最有经验和热情的乘骑者才能充分控制变速系统，以便将脚踏板压力或转矩保持在相当窄的最佳范围内。

多年来，曾经进行过多方面的努力，以便提供一种自动变速系统，它通过检测施加到脚踏板上的转矩或压力来自动变换传动比，从而将转矩保持在相当窄的范围内。

美国专利3929025号（Prry）、4599079号（Chappell）、3831978号（Dunder）、4781663号（Reswick）、4061046号（Lang）、4343613号（Leiter）和3769848号（McGuire）描述了多种有关装置。

上述大多数装置都提供了非常复杂的检测系统，它包括安装在自行车上用以检测链条张力的附加部件或检测脚踏板压力的附加部件。

McGuire的专利（3769848号）中提供了一种相当简单的装置。其中，通过链轮组内表面和后轴外表面之间的螺纹连接使该链轮组可沿后轴轴向移动。从表面上看这种装置相当简单，但需要对自行车结构进行重大改动，使链轮组安装在车叉的外面，而不是象传统的设置方式那样安在车叉的里面。因此，该装置不能简单地安装到现有的自行车上，而必须对自行车进行重大改动或采用专门的自行车。

总之，上述专利中所涉及的装置均未在市场方面产生任何有影响的作用。可以说，目前基本上还无法获得可供使用的自动变速装置。

下面将参照附图对本发明进行详细描述。

图1是显示驱动系统的自行车的部分侧视图;

图2是通过图1中自行车后轮的轮毂截取的剖视图;

图3是沿图2中3-3线截取的剖视图;

图4是图2中轮毂的各部件的分解图;

图5是自行车另一侧的放大的侧视图，只显示了轮毂邻近的区域。

图1中的自行车包括一具有轮毂11的后轮10。该轮毂安装在具有传统的向上倾斜部分13和向下倾斜部分14的后叉12上。轮毂被固定在处于部分13和14顶点位置的C-形安装架15上。

驱动后轮的前链轮16连接到传统的脚踏系统17上。该链轮系统包括多个绕脚踏系统17的转动轴线共轴安装并以传统方式沿轴向隔开的链轮18和19。链条20与链轮系统配合并可由传统的变速系统21移动，使链条从图示的最大链轮上变换到较小的链轮上。

轮毂11带有一传统结构的链轮组22，该组链轮共轴并沿轴向间隔设置，使链条能够在变速齿轮传动系统23驱动下从一个链轮运动到另一个之上。

图1中所示的部件一般都具有传统的特征并根据下述的，尤其是图2中所示的装置进行改进。

轮毂11包括一呈套筒形状并具有一中空内部25的外轮毂部分24。该轮毂的外表面上设有一对沿轴向隔开的环状突缘26和27，该突缘具有连接支承车轮10的外缘的辐条的孔28（见图3）。

限定中空内部25的内表面包括邻近外轮毂部分左端的较大部分29和朝向轮毂部分右端的较小部分30。一单独的孔31在较小部分30的外面某一位置处沿轮毂部分的轴向延伸。较小部分30包括一对相隔180°并沿轮毂部分轴向延伸的键槽32和33（见图3）。

在较小部分30内装有一套筒件34，其长度大致等于该较小部分30的长度。套筒件34和外表面上有一对突肋35沿轴向延伸并与键槽32和33配合。上述结构允许套筒沿轴向相对轮毂部分24移动，由于突肋和键槽的配合使套筒又能与轮毂部分一起转动。套筒34的内表面包括具有相当宽的矩形截面的阴螺纹36。

在套筒34内安装有一沿轴向延伸的链轮组支承件38的突出部37。链轮组支承件38包括一环形支承表面39。在该表面上，链轮组（未示出）与一飞轮装置安装在一起，它允许链轮组驱动支承件向前运动，而在朝后的方向上空转。支承表面39的一端是突缘40，它具有一向内的表面41和一轴承支承部42。支承部42用以接受处于轮毂部分的外表面部分44和支承件38的内表面之间的轴承件的滚珠43。滚珠43可以在支承件38和轮毂部分24之间受约束地转动。这种运动在某种程度上是通过弹簧46作用的处于孔31前端的滚珠45与突缘40内表面上多个凹坑的配合来控制的。这样，支承件通过由滚珠45在凹坑中的位置所限定的断续步骤相对轮毂部分24被迫转过一限定的距离。

轴向延伸的部分37包括一具有与套筒34的阴螺纹形状相配合的外阳螺纹47。该螺纹具有一相当大的螺旋角，使支承件38相对轮毂部分转过一小于180°的角度时，就能使套筒34在轴向的运动达到其全部行程。

在支承件38内设有一沿其整个长度具有中空连续孔49的轴48。轴48两端的外表面上具有与螺母51配合的螺纹段50。螺纹段50的内侧是第一圆柱段52。接着是第二圆柱段53和方形段54。方形段上开有槽55，它延伸过整个方形段并与孔49配合。

锥形件56套在圆柱段52上并限定了一轴承接受部57，该接受部使轴承装置58顶在支承件38的表面59上。这样，由轴承58限定的主轴承允许支承件相对锥形件56，也就是相对于锥形件通过螺母51所安装的轴自由转动。在传统的方式中，自行车车叉的安装架被紧固在锁紧螺母51和外轮螺母（未示出）之间。

在轮毂部分的中空内部的较大部分29内设有一套筒件60，它通过限定在套筒件的表面62和轮毂部分的表面63之间的轴承61相对轮毂部分自由转动。轴承61还限定了使轮毂部分相对轴48转动的主轴承。套筒件60可通过辅助轴承64相对于轴48自由转动。轴承64限定在套筒件的端表面部分65和通过拧到螺纹段50上的螺母67而紧固到轴上的锥形件66之间。套筒件60在内表面上有阴螺纹68，它与第二部件70外表面69上的阳螺纹配合。如图4所示，第二部件70与轴的方形部分54相配合，使其能在该方形部分和横向销钉72的共同作用下沿轴向移动，但不能绕轴转动。销钉72穿过槽55并与沿轴孔49延伸的绳缆73接合。当第二部件70被驱动沿轴向运动时，绳缆73也在孔49中沿轴向运动。绳缆包括一插入轴中并由凹坑73B保持住的套管73A。绳缆还包括一被接纳在销钉72的凹坑73C中的头部73D，一备用绳缆可从左端沿轴向穿入。

第二部件70的一端面上装有一与套筒34一端面配合的推力轴承75。套筒34随轮毂转动，而第二部件70则相对轴保持静止。这样，推力轴承则接受上述转动并在第二部件70和套筒34之间进行力的传递。外螺纹69和套筒件60的内螺纹68之间的配合使套筒件60沿顺时针方向运动（如图5所示）。在图5中，套筒件60的环状端部突缘60A露出轮毂的一端并与链轮组相对，它作为自动变速系统的控制件。

特别是，突缘60A与钢缆77端部的接套76连接，而钢缆77连接到弹簧78上。弹簧78装在套筒79内，而套筒79通过托架80连接到向上倾斜的车叉13上。弹簧的拉力可通过螺母81进行调整，螺母81使套筒79沿钢缆77的纵向运动。这样，弹簧78对突缘60A的转动产生一阻力，进而对第二部件70的轴向运动产生阻力。

在装置的这一部分的工作中，由链条施加到链轮组上的转矩使支承件沿驱动方向相对轮毂的运动迫使轴套34沿轴向朝左运动（如图2所示）。该运动遇到弹簧78的阻力，使得达到一个平衡。当转矩增大时，套筒34朝左运动使绳缆73朝左运动。这样，拉动绳缆73以启动变速齿轮传动系统23的变速机构。因此，当转矩增加时，变速装置被启动朝低速档变换。

变速所需的力矩大小可根据乘骑者的体重通过调整弹簧78的作用力来改变。

链轮组16的前部变速机构21由图5所示的绳缆83启动。绳缆由限定在板85上的V-形凸轮轨84控制，而板85由环状突缘60A承载。该板通过铆钉86连接到突缘60A上，以便处于机构一侧的外面并处于突缘60A前表面所在的平面内。V-形凸轮轨84具有一底端87、基部88和另一端89。该装置受螺纹螺旋角的比的约束，使得该板运动过一90°量级的角度。当板沿顺时针方向运动过45°角时，安装在钢索83端部并包括一直角臂90A的刚性钢索连接器90沿凸轮轨84滑动到基部88，通过前部变速机构21的弹簧作用使变速机构允许链条运动到链轮组的三个链轮中居中的那个链轮的位置上。钢索连接器的头部90A靠在凸轮板85的后表面上运动。前部变速齿轮传动系统的伸展状态使其可将链条置于最大的链轮上，以进行高速运动。而当板85从45°位置运动到90°位置时，连接器90运动到V-形凸轮轨的外端89处。此时，V-形轨已经沿顺时针方向运动，使绳缆进一步放松，允许变速机构的弹簧将链条移动到最小的链轮上。

如此设置的装置使得在操作中链轮组的变速机构首先将链条从第一被动链轮变到第三被动链轮上。接着，在前链轮上的变化是从第一链轮至第二链轮。然后，随着转矩继续增加，链条从第三被动链轮变到第五被动链轮上。而前部变速机构则完成从第二至第三链轮的变化。最后，该装置使链条从第五被动轮变到第七被动轮上。

因此，上述装置提供了一种自动变速系统，它可同时作用在前后变速系统上并可基本上全部安装在轮毂上或轮毂内，使该装置可装入传统的自行车中并采用传统的变速系统21和传统的变速齿轮传动系统23。

Claims (20)

1、一种脚踏驱动的运输工具包括：具有轮毂和转轴的被动轮，轮毂安装在转轴上并绕转轴的轴线转动；一具有多个共轴设置并沿轴向间隔开的被动链轮的链轮组安装在轮毂上以传递动力；一主动链轮装置；为主动链轮装置提供旋转运动的脚踏装置；将主动链轮装置的旋转运动传递到一选定的被动链轮上以驱动轮毂的链条；安装在链轮附近用来张紧链条并通过使链条沿轮毂轴向运动与每一选定的链轮配合来实行变速的变速齿轮传动装置；还包括：一自动变速装置，它具有限定轮毂的中空的内部的装置；支承链轮组并沿驱动方向绕轴线转动但约束其沿驱动方向和与之相反方向相对轮毂转动的链轮支承装置；上述链轮支承装置具有一伸入上述中空内部的突出部；安装在中空内部里面并从链轮支承装置的突出部将转矩以驱动方向传递给轮毂的转矩传递装置；上述转矩传递装置具有用来阻碍链轮支承装置相对轮毂的受约束转动的弹簧装置，使上述旋转运动的运动量与转矩值成正比；变速装置响应上述旋转运动，进而启动上述变速齿轮传动装置完成变速操作。

2、按照权利要求1的运输工具，还包括一可响应上述旋转运动而沿轴向移动的部件，通过该部件的操作使变速装置产生运动。

3、按照权利要求2的运输工具，其中，上述部件包括其上面的螺纹装置，它与上述突出部的螺纹装置配合，使该部件沿轴向移动。

4、按照权利要求3的运输工具，其中，上述部件包括围绕着链轮支承装置的轴向突出部的一套筒，而上述螺纹装置则包括上述突出部外表面上的阳螺纹和套筒内表面上的阴螺纹。

5、按照权利要求4的运输工具，其中，套筒包括其外表面上的将上述轴向突出部的转矩传递到限定上述中空内部的轮毂表面上的装置，该装置允许套筒相对于轮毂和中空内部沿轴向运动。

6、按照权利要求5的运输工具，还包括位于链轮支承装置和转轴上的轴承支承件之间的主转动轴承装置以及位于链轮支承装置和轮毂之间的辅助轴承装置。

7、按照权利要求2的运输工具，其中，转轴具有中空内部通过开口与其一侧面相通;另外，还提供有将所述部件的轴向运动传递给在中空内部里面沿转轴轴向延伸的装置。

8、按照权利要求3的运输工具，其中，所述部件的轴向运动使一第二部件沿轴向运动但不相对转轴产生旋转运动。

9、按照权利要求8的运输工具，还包括响应第二部件的轴向运动而绕转轴进行角运动的第三部件，而所述弹簧装置用来阻碍该第三部件的角运动。

10、按照权利要求9的运输工具，还包括第二部件和第三部件之间的第二螺纹付装置，它使第三部件产生角运动，第二螺纹付装置具有与上述螺纹装置不同的螺旋角，以改变所述部件之间的运动比。

11、按照权利要求9的运输工具，其中，弹簧装置是可调整的，以改变将第一部件运动到预定位置所需要的转矩大小。

12、按照权利要求9的运输工具，其中，第三部件包括从轮毂中空内部上与链轮组相对的一端向外伸出的部分。

13、按照权利要求12的运输工具，其中，弹簧装置安装在轮毂之外并连接到上述向外伸出的部分上。

14、按照权利要求12的运输工具，其中，第三部件包括一位于轮毂中空内部的套筒，该套筒的一端面从中空内部上与链轮组相对的一端露出。

15、按照权利要求14的运输工具，还包括位于上述套筒和轮毂之间的主转动轴承以及位于该套筒和转轴上的轴承支承件之间的辅助轴承。

16、按照权利要求1的运输工具，其中，主动链轮装置包括多个共轴安装并沿轴向隔开的主动链轮和将链条从一个主动链轮移动到另一个主动链轮上的主动链轮变速装置以及将力从上述变速装置传递到主动链轮变速装置上以便将链条从第一主动链轮运动到相邻的主动链轮上继而运动到任一其它主动链轮上的装置。

17、按照权利要求16的运输工具，包括响应所述旋转运动而沿轴向运动的部件，通过该部件的操作使变速装置产生运动，其中，该部件包括其上的螺纹装置，它与所述突出部上的螺纹配合，还包括一响应第二部件的轴向运动绕转轴进行角运动的第三部件，所述弹簧装置设置成约束第三部件的角运动。

18、按照权利要求17的运输工具，还包括一安装在所述向外伸出部分上并可转动一小于360°角的连接器件，该连接器件具有与其相连的弹簧装置和一凸轮轨，以便通过连接一绳缆将连接器件上的力传递到主动链轮变速装置上。

19、按照权利要求18的运输工具，其中，连接器件可转过90°，而凸轮轨随连接器件绕转轴转动，使链条从一主动链轮运动到另一主动链轮上。

20、按照权利要求19的运输工具，其中，凸轮轨为限定了沿其长度上三个点的V字形，每个点与三个主动链轮中的一个相配合。

Images