CN108266503B - 基于行星轮系的传动装置及内变速器和变速控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于行星轮系的传动装置及其应用的内变速器和变速控制方法，该传动装置将行星轮系的第一旋转部件和动力输入件之间通过离合器连接，行星轮系的第二旋转部件通过超越离合组件与第一动力输出件连接，所述动力输入组件同时通过超越离合组件与第二旋转部件连接，通过离合器和超越离合组件的配合，实现行星轮系的传动方向在第一旋转部件和第二旋转部件之间调换，充分利用同一行星轮系的能够实现所有传动比，提高内变速器的传动效率，降低内变速器的结构、尺寸及重量，有利于实现行星轮系内变速器的推广应用。

Description

基于行星轮系的传动装置及内变速器和变速控制方法

技术领域

本发明属于行星轮系传动技术，具体涉及一种基于行星轮系的传动装置及内变速器和变速控制方法。

背景技术

现有的自行车内变速器可应用的速比切换方式较单一，通常是采用多级多联行星轮系进行串联，通过控制中心轮的锁止和解锁实现不同传动比的切换，相邻行星轮系的传动件之间通过单向离合器连接，只能够实现单向的动力传递，这样导致内变速器的结构较复杂，体积大，不利于内变速器的推广应用。

根据行星轮系的传动特性，在作为变速器的传动装置时，动力的传递方向是特定的，即如果将行星轮系的行星架作为动力输入，则将内齿圈作为动力输出，反之亦然，这样的固定传动模式导致了变速器如果要增加挡位，则相应地需要增加多级行星轮系进行串联。其实在将同一行星轮系的行星架到内齿圈之间的动力传输方向进行调换后，其速比同样会发生变化，但是目前没有一种技术能够实现行星轮系在行星架和内齿圈的动力传输方向之间实现换向传动调速。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对现有应用行星轮系作为传动机构的传动装置存在的结构复杂的缺陷，提供一种新型的基于行星轮系的传动装置及内变速器和变速控制方法。

本发明采用如下技术方案实现：

基于行星轮系的传动装置，包括动力输入件、离合器、超越离合组件以及行星轮系、第一动力输出件；所述动力输入件与行星轮系的中心轮同轴设置，所述行星轮系的第一旋转部件和动力输入件之间通过离合器连接，所述行星轮系的第二旋转部件通过超越离合组件与第一动力输出件连接，所述动力输入组件同时通过超越离合组件与第二旋转部件连接；所述超越离合组件包括第一单向传动件、保持架及若干滚动元件，所述保持架转动装配于第二旋转部件上，所述动力输入件通过第一单向传动件与保持架连接，所述滚动元件以超越离合结构的布置方式均匀设置在第二旋转部件和第一动力输出件之间，所述滚动元件之间的第二旋转部件上设有传动凸起，所述保持架的周向上设有若干保持块，将滚动元件和传动凸起之间进行分隔。

优选的，所述滚动元件为圆柱或圆球。

进一步的，所述动力输入件和行星架之间转动装配，所述离合器滑动装配在动力输入件和行星架之间，所述离合器周向嵌装在动力输入件上，离合器上设有若干离合凸块，对应的行星架周向位置设有嵌合离合凸块的离合凹槽。

作为本发明的优选方案，所述行星架与第二动力输出件直接传动连接。

作为另一优选方案，所述行星架通过第二单向传动件与第一动力输出件连接。

本发明还公开了一种内变速器，采用上诉优选方案中的基于行星轮系的传动装置，其中，所述动力输入件为内变速器的飞轮座，所述第一动力输出件为内变速器花鼓，所述离合器、超越离合组件以及行星轮系装配在内变速器的车轴和内变速器壳体上。

优选的，所述第一单向传动件和第二单向传动件采用超越离合器。

本发明还公开了使用上述内变速器的变速控制方法，包括以下两种变速模式：

模式一、通过控制离合器将飞轮座和行星轮系的行星架分离，动力从飞轮座沿超越离合组件传递至内齿圈，通过行星轮系将动力从行星架传递至内变速器花鼓输出；

模式二、通过控制离合器将飞轮座和行星轮系的行星架结合，动力从飞轮座传递至行星架，通过行星轮系将动力传递至内齿圈，再通过超越离合组件从内变速器花鼓输出。

进一步在上述所述两种变速模式中，均可通过控制多联中心轮的锁止和解锁实现多级变速挡位的实现。

本发明的有益效果：

（1）本发明结构简单，内齿圈既可作为输入件，也可作为输出件；

（2）相比较现有技术的多挡变速器，本发明可减少行星轮传动级数，提高传动效率；

（3）本发明最大限度利用同一行星轮系的传动比，可减小变速器的体积及宽度尺寸，同时减小变速器重量；

（4）采用本发明的超越离合组件，传动更稳、更快，且摩擦很小，花鼓超速时与内部零件分离无摩擦，骑行更润。

以下结合附图和具体实施方式对本发明作进一步说明。

附图说明

图1为实施例一中应用本发明的基于行星轮系的传动装置的自行车内变速器结构示意图。

图2为实施例一中的飞轮座示意图。

图3为实施例一中的行星架示意图。

图4为实施例一中的飞轮座和行星架之间的离合器轴线动作示意图。

图5为实施例一中的飞轮座和行星架之间的离合器装配示意图。

图6为实施例一中的保持架示意图。

图7为实施例一中的内齿圈示意图。

图8为实施例一中的自行车内变速器两种变速传动路线示意图。

图9为实施例一中的内变速器在变速模式一中的超越离合组件整体状态图。

图10为实施例一中的内变速器在变速模式一中的超越离合组件局部示意图

图11为实施例一中的内变速器在变速模式二中的超越离合组件整体状态图。

图12为实施例一中的内变速器在变速模式二中的超越离合组件局部示意图。

图13为实施例二中的保持架示意图。

图14为实施例二中的内变速器装配示意图，具体表示超越离合组件的装配方式。

图15为实施例三中的内齿圈示意图。

图16为实施例三中的内变速器装配示意图，具体表示超越离合组件的装配方式。

图中标号：

1-飞轮座，101-离合器安装槽，102-第一单向传动件安装面，

2-超越离合组件，21-保持架，211-保持块，22-第一单向传动件，23-滚动元件，

3-离合器，301-离合凸块，

4-行星轮系，41-内齿圈，411-传动凸起，412-楔形空间，42-行星架，421-离合凹槽，43-行星轮，44-中心轮，

51-花鼓，52-第二动力输出件，53-第二单向传动件，

6-车轴。

实施方式

实施例

参见图1，图示中的内变速器为应用本发明的基于行星轮系的传动装置的优选实施方案，具体包括飞轮座1、超越离合组件2、离合器3、行星轮系4、花鼓51和车轴6。

结合图2，飞轮座1作为内变速器的动力输入件与自行车的动力飞轮连接，转动安装在车轴6上，花鼓51作为内变速器的动力输出件，分别与作为行星轮系4第一旋转部件的内齿圈41、第二旋转部件的行星架42连接，在飞轮座1上分别设有设置离合器安装槽101和第一单向传动件安装面102，飞轮座1的离合器安装槽101上通过装配离合器3与行星轮系4的行星架42连接，行星架42通过第二单向传动件53与花鼓51连接，内齿圈41通过超越离合组件2与花鼓51连接，同时飞轮座1上的第一单向传动件安装面102通过装配第一单向传动件22与超越离合组件2连接。

结合图3至图5，行星架42用于安装行星轮43，同时通过行星轮43的公转实现动力的输出。本实施例中的行星架42一端直接与飞轮座1一端部分空套旋转装配，离合器3采用圆环型构件滑动套装在车轴上，在离合器3的周向上设有若干组离合凸块301，离合凸块301嵌装在飞轮座1的离合器安装槽101中，离合器安装槽101沿飞轮座1和行星架42空套的端部轴向设置，离合器3可沿离合器安装槽101轴向滑移，空套在飞轮座1上的行星架42端部沿周向设有若干对应离合凸块301的离合凹槽421，离合器3通过轴向滑移实现嵌入或脱离离合凹槽421，实现飞轮座1和行星架42之间的分离和接合。

为减小离合器3的离合凸块301嵌入行星架42上的离合凹槽421的刚性撞击，在离合凹槽421的非传动方向的侧面设置楔面，方便离合凸块301过渡嵌入以及退出。

离合器3可通过内变速器内部的换挡控制机构实现轴向滑移，本领域技术人员可通过实际设计要求选用多种常用的轴向滑移离合换挡机构，本实施例在此不做赘述。

结合图1、图6和图7，超越离合组件2包括保持架21、第一单向传动件22以及若干滚动元件23，保持架21为筒体构件，转动装配于内齿圈41上，同时保持架21通过第一单向传动件22与飞轮座1上的第一单向传动件安装面102装配。若干滚动元件23以超越离合结构的布置方式均匀设置在内齿圈41和花鼓51内壁之间，在滚动元件23之间的内齿圈41上设有传动凸起411，保持架21的端面周向上设有若干保持块211，保持块211之间依次形成两种槽体，其中一种槽体将装配后的滚动元件23形成限位保持，另一种槽体则将传动凸起411对应，使得滚动元件23和传动凸起411之间均通过保持块211进行分隔。

关于滚动元件23的超越离合结构布置方式，可参考超越离合器的滚动体设置方式。具体在本实施例中，在内齿圈41与花鼓51内壁空套连接的外周上通过斜面设置若干低位槽，滚动元件23装配在低位槽中，在内齿圈41的转速大于花鼓51的转速时，滚动元件23会在斜面的作用下向上推至与花鼓内壁的楔形空间412（如图12所示），直至将内齿圈41与花鼓51的内壁卡紧，形成可靠的动力传递连接，由内齿圈41带动花鼓51转动，若花鼓51的转速超过内齿圈41，则花鼓51和滚动元件23的动力传递分离失效。

结合图8中所示，与飞轮座1单向传动连接的保持架21通过保持块211和传动凸起411接触，能够将动力传递至内齿圈41上，飞轮座1与行星架42之间的离合器3分离，此时动力由飞轮座1从内齿圈41传入行星轮系，从行星架42输出动力至花鼓51，即图8中的动力传递路线A；若飞轮座1与行星架42之间通过离合器3接合，此时动力由飞轮座1从行星架42传入行星轮系，当固定其中一个中心轮时，由于传动比的改变，内齿圈41的转速超过连接飞轮座1的保持架21，滚动元件23形成超越离合，内齿圈41通过滚动元件23形成动力传递连接，由内齿圈41传递动力至花鼓51输出，即图8中的动力传递路线B，此时内齿圈41同样带动保持块211同速转动，保持架21通过第一单向传动件22超越飞轮座1。 当中心轮均不固定，处于自由状态时，此时动力由飞轮座1从行星架42输出动力至花鼓51，此时为直接挡。

保持块211和滚动元件23以及传动凸起411之间的距离设置，应当保证滚动元件23能够正常地在内齿圈41和花鼓51之间的楔形空间内完成超越离合动作。当离合器与行星架分离时，保证保持块211与传动凸起411接触时，保持块211将滚动元件23推至内齿圈低位槽，与花鼓内圈完全分离；当离合器与行星架接合时，内齿圈斜面将滚动元件23推至与花鼓内圈传动连接时，保持块211与传动凸起之间保留一定空间。

滚动元件23可采用圆柱件或圆球件。

本实施例中所指的第一单向传动件22及第二单向传动件53均为圆柱体作为滚动体的单向超越离合器，但还可采用其他具备单向超越功能的传动件。

在本实施例的内变速器应用中，内齿圈41和行星架42分别与花鼓51连接，其中内齿圈41通过超越离合组件2与花鼓51连接，行星架42通过第二单向传动件53与花鼓51连接，花鼓51的内壁可设置衬套分别与内齿圈41和行星架42连接。另外，在作为基于行星轮系的传动装置中，内齿圈41与花鼓51（第一动力输出件）连接，行星架42还可与第二动力输出件52直接传动连接，实现传动装置的分动输出。在应用本发明基于行星轮系的传动装置在其他传动机械中时，可根据实际设计的不同，将行星轮系的旋转传动部件（主要是行星架和内齿圈）与动力输入件的连接方式进行调换。

以下结合图4、图8以及图9-12，对本实施例的内变速的变速控制方法进行详细说明。

本实施例的内变速器根据与输出件的连接分为行星架输出（A）和内齿圈输出（B）两种模式。

在A模式中，将图4中的离合器3通过离合器控制机构（图中未示出）向右轴向移动，将飞轮座1和行星架42之间分离，此时飞轮座1的动力通过第一单向传动件22传递至保持架21，通过保持块211推动内齿圈41上的传动凸起411，传递动力至内齿圈41，此时保持块211将滚动元件23推至内齿圈低位槽，与花鼓内圈分离，内齿圈无法通过滚动元件23将动力传递至花鼓，动力从内齿圈41进入行星轮系，通过传动后从行星架42输出，行星架42通过第二单向传动件53传递动力至花鼓51，如图9和图10所示。

在B模式中，将图4中的离合器3通过离合器控制机构（图中未示出）向左轴向移动，将飞轮座1和行星架42之间接合，当中心轮均不固定，处于自由状态时，此时动力由飞轮座1从行星架42输出动力至花鼓51，此时为直接挡；当固定其中一个中心轮时，动力由飞轮座1从行星架42输入，通过传动后从内齿圈41输出，内齿圈41的转速超过行星架的转速，此时内齿圈41和花鼓51之间滚动体进入楔形空间412，将内齿圈41和花鼓51之间顶紧连接，实现动力从花鼓51输出，花鼓51的转速超越行星架42，第二单向传动件53失效。

本实施例中的行星轮系4中的行星轮43及中心轮44均可采用多联齿轮，通过两个以上的齿轮速比调整，实现A模式和B模式中的变速挡位叠加。具体关于多联齿轮行星轮系的中心轮切换控制为内变速器常用的变速换挡技术，本实施例不对其进行赘述。

实施例

参见图13和图14，本实施例中的离合超越组件的保持架21上设置的保持块211所在的圆周轨迹设置在保持架21的外圆周上，同时保持架21的内圈直接通过第一单向传动件22与飞轮座1连接，保持块211所在的圆周轨迹与第一单向传动件22位于同一轴向位置上，保持架21的横截面为凹形，内齿圈41采用实施例一图7所示，保持架21的凹形圆周槽与内齿圈41端部通过滚动元件转动嵌合装配。这样的设置缩减了保持架21的轴向长度，有利于减小其应用的内变速器长度尺寸。

实施例

参见图15和图16，本实施例中的离合超越组件的内齿圈41上设置的传动凸起411所在的圆周轨迹设置在内齿圈的内齿外圆周上，保持架21采用实施例一图6中所示的结构，可直接将超越离合组件设置在内齿圈与行星轮啮合的区域，有利于减小其应用的内变速器长度尺寸。

本发明所涉及的内容不限定于上述实施例，在不脱离所附权利要求书所限定的本发明精神和范围内，在其他场合对本发明所作出的各种应用，都属于本发明的保护范围。同时，任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均应落在本发明技术方案保护的范围内。

Claims (9)

1.基于行星轮系的传动装置，其特征在于：包括动力输入件、离合器、超越离合组件以及行星轮系、第一动力输出件；

所述动力输入件与行星轮系的太阳轮同轴设置，所述行星轮系的第一旋转部件和动力输入件之间通过离合器连接，所述行星轮系的第二旋转部件通过超越离合组件与第一动力输出件连接，所述动力输入件同时通过超越离合组件与第二旋转部件连接；

所述超越离合组件包括第一单向传动件、保持架及若干滚动元件，所述保持架转动装配于第二旋转部件上，所述动力输入件通过第一单向传动件与保持架连接，所述滚动元件以超越离合结构的布置方式均匀设置在第二旋转部件和第一动力输出件之间，所述滚动元件之间的第二旋转部件上设有传动凸起，所述保持架的周向上设有若干保持块，将滚动元件和传动凸起之间进行分隔。

2.根据权利要求1所述的基于行星轮系的传动装置，其特征在于：所述动力输入件和行星架之间转动装配，所述离合器滑动装配在动力输入件和行星架之间，所述离合器周向嵌装在动力输入件上，离合器上设有若干离合凸块，对应的行星架周向位置设有嵌合离合凸块的离合凹槽。

3.根据权利要求2所述的基于行星轮系的传动装置，其特征在于：所述滚动元件为圆柱或圆球。

4.根据权利要求2-3中任一项所述的基于行星轮系的传动装置，其特征在于：所述行星架与第二动力输出件传动连接。

5.根据权利要求2-3中任一项所述的基于行星轮系的传动装置，其特征在于：所述行星架通过第二单向传动件与第一动力输出件连接。

6.一种内变速器，其特征在于：采用权利要求5中的基于行星轮系的传动装置，其中，所述动力输入件为内变速器的飞轮座，所述第一动力输出件为内变速器花鼓，所述离合器、超越离合组件以及行星轮系装配在内变速器的车轴和内变速器壳体上，所述第一旋转部件为行星轮系的行星架，第二旋转部件为行星轮系的内齿圈。

7.根据权利要求6所述的内变速器，其特征在于：所述第一单向传动件和第二单向传动件采用超越离合器。

8.一种内变速器的变速控制方法，其特征在于：采用权利要求6中的内变速器，包括以下两种变速模式：

模式一、通过控制离合器将飞轮座和行星轮系的行星架分离，动力从飞轮座沿超越离合组件传递至内齿圈，通过行星轮系将动力从行星架传递至内变速器花鼓输出；

模式二、通过控制离合器将飞轮座和行星轮系的行星架结合，动力从飞轮座传递至行星架，通过行星轮系将动力传递至内齿圈，再通过超越离合组件从内变速器花鼓输出。

9.根据权利要求8中的一种内变速器的变速控制方法，其特征在于：所述两种变速模式中，均可通过控制行星轮系中的中心轮的锁止和解锁实现多级变速。