CN112026982A - 一种新型自行车变速器 - Google Patents

Abstract

本发明属于变速箱技术领域，提供了一种新型自行车变速器，具体包括：壳体、输入部、变速部和输出部，输入部安装在壳体中，变速部安装在壳体中，变速部与输入部啮合传动，输出部安装在壳体，输出部与变速部传动连接。输入部包括输入轴和主动齿，主动齿安装在输入轴上；变速部包括从动齿、变速分离套、凸轮轴和离合滚柱，从动齿安装在变速分离套表面，凸轮轴安装在变速分离套中，凸轮轴具有凸轮，离合滚柱抵接在凸轮轴上，并与变速分离套抵接；输出部包括输出齿和输出轴套，输出轴套安装在输入轴上，输出齿安装在输出轴套中，且与从动齿啮合传动连接。综上所述，采用轴套结合的变挡方式，提高了该变速器的性能，能做到六档变速，适用于使用推广。

Description

一种新型自行车变速器

技术领域

本发明涉及变速箱技术领域，具体涉及一种新型自行车变速器。

背景技术

现有的自行车变速装置分为外变速器和内变数器，外变速器大多设置在后轮中，且采用链式变速器；在骑行过程中，采用的链式变速器由于链式变速器需要将一定的部件暴露在外，使得在骑行过程中，容易受到外部干扰，且换挡动作不稳定，换挡过程中噪音较大。而内变速器多采用齿轮组合，通过齿轮的啮合与传动，实现变挡换速，该方式，齿轮变挡多采用行星轮组与棘轮组合的方式，换挡过程，配合紧密，装配精密，使得该内变速器多用于室内自行车比赛的专用车辆，难以在普通路面行进。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明提供一种新型自行车变速器，采用轴与套结合的调速变挡方式，以提高使用该变速器的适应性；包括壳体、输入部、变速部和输出部；所述输入部安装在所述壳体中，所述输入部包括输入轴和主动齿，所述主动齿安装在所述输入轴上；所述变速部安装在所述壳体中，所述变速部与所述输入部啮合传动，所述变速部包括从动齿、变速分离套、凸轮轴和离合滚柱，所述从动齿安装在变速分离套表面，所述凸轮轴安装在所述变速分离套中，所述凸轮轴具有凸轮，凸轮处的凸轮轴径向中心线与从动齿的径向中心线平行，且凸轮轴径向中心线与从动齿的径向中心线的轴向距离小于凸轮的厚度与从动齿齿宽之和，所述离合滚柱转动安装在所述凸轮轴上，并在凸轮轴的凸轮与所述变速分离套抵接；所述输出部安装在所述壳体，所述输出部与所述变速部传动连接，所述输出部包括输出齿、牙盘和输出轴套，所述输出轴套安装在所述输入轴上，所述输出齿安装在所述输出轴套中，且与从动齿啮合传动连接，所述牙盘固定安装在所述输出轴套端。

进一步的，所述输入部还包括单向棘刺和单向齿圏，所述单向棘刺安装在所述输入轴上，所述单向齿圏安装在所述单向棘刺上，所述单向棘刺与所述单向齿圏链接咬合。

进一步的，还包括：换挡部，所述换挡部设置在所述变速部中，所述换挡部包括拨挡机构和角度定位钢珠，所述凸轮轴还具有分角定位段；所述分角定位段位于凸轮轴末端位置，并具有多个卡定位且呈径向均分，所述定位钢珠与所述卡定位可抵接固定；所述拨挡机构安装在所述变速分离套外，且与凸轮轴传动连接。

进一步的，所述拨挡机构包括主动齿圈、行星轮和驱动太阳轮；所述驱动太阳轮固定安装在所述凸轮轴上，并位于远离分角定位段方向的轴端上，所述行星轮与所述驱动太阳轮啮合传动，所述主动齿圈与所述行星轮啮合传动。

进一步的，所述输入轴贯穿安装在所述输出轴套中，且转动安装在所述壳体内，所述输出轴套转动安装在所述壳体中。

进一步的，所述凸轮包括短凸轮和半周凸轮，所述短凸轮设置在凸轮轴中，并靠近分角定位段方向，且呈上下相错三处短凸轮，所述半周凸轮设置在凸轮轴中，并远离分角定位段方向，所述短凸轮和半周凸轮，分别与离合滚柱抵接。

进一步的，所述变速分离套具有固定孔，所述固定孔位于变速分离套表面，且与凸轮轴中的凸轮位置相对，所述离合滚柱滑动安装在所述固定孔内，并与凸轮轴中的凸轮抵接。

进一步的，所述从动齿转动安装在所述变速分离套上，并位于固定孔上；所述从动齿齿具有卡接处，且靠近变速分离套方向，所述离合滚柱与所述卡接处抵接。

由上述技术方案可知，本发明提供的一种新型自行车变速器的有益效果：(1)通过将输入部、变速部和输出部，设置于壳体中，使得该变速箱在实际工作中，遇到不佳的路况时，如泥泞等路况，路面中的灰尘在壳体的遮盖下，避免了污物进入变速箱，损坏变速箱，较于现有的自行车变速机构，在复杂路况的骑行效果更稳定。(2)通过在变速部将从动齿安装在变速分离套中，而凸轮轴安装变速分离套，不仅保护凸轮轴，防止凸轮轴被变速箱内的磨损杂质损坏；(3)同时离合滚柱分别与凸轮和变速分离套抵接，变速分离套使得离合滚柱轴受到轴向约束，避免离合滚柱出现轴向滑落错位，只能在径向方向下落，脱离与变速分离套的抵接，这时候从主动齿传递至从动齿的做功，将由于离合滚柱与变速分离套脱离抵接，将不再传递至原从动齿，进而实现变速。(4)同时通过将输出部中输出轴套安装在输入轴上，变速部与输出部传动连接，这样的设计，将原有的三轴转动，改为两轴加轴套形式，这样一来，就极大的节省了壳体中安装空间；(5)同时输出轴套不仅对输入轴起到保护作用，也避免了输出轴套在转动过程的振幅过大。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。

图1为本发明立体示意图；

图2为本装置的结构示意图；

图3为图2中A处放大示意图；

图4为本发明中凸轮轴的立体示意图；

附图标记：壳体1、输入部2、输入轴21、主动齿22、第一主动齿221、第二主动齿222、第三主动齿223、单向棘刺23、单向齿圏24、变速部3、从动齿31、第一从动齿311、第二从动齿312、第三从动齿313、第四从动齿314、第五从动齿315、卡接处3111、变速分离套32、变速分离套32、固定孔321、凸轮轴33、凸轮331、短凸轮3311、半周凸轮3312、分角定位段332、卡定位3321、离合滚柱34、输出部4、输出齿41、第一输出齿411、第二输出齿412、牙盘42、输出轴套43、换挡部5、拨挡机构51、卡绳槽5111、角度定位钢珠52、主动齿圈511、行星轮512、驱动太阳轮513。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。

在本申请的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个以上，除非另有明确具体的限定。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

实施例基本如附图1至图4所示：

实施例1：

如图1-4所示，本实施例提供的一种新型自行车变速器，采用轴与套结合的调速变挡方式，以提高使用该变速器的适应性，其包括壳体1、输入部2、变速部3和输出部4；具体地，输入部2安装在壳体1中，输入部2包括输入轴21和主动齿22，主动齿22安装在输入轴21上；变速部3安装在壳体1中，变速部3与输入部2啮合传动，变速部3包括从动齿31、变速分离套32、凸轮轴33和离合滚柱34，从动齿31安装在变速分离套32表面，凸轮轴33安装在变速分离套32中，凸轮轴33具有凸轮331，凸轮331处的凸轮轴33径向中心线与从动齿31的径向中心线平行，且凸轮轴33径向中心线与从动齿31的径向中心线的轴向距离小于凸轮331的厚度与从动齿31齿宽之和，离合滚柱34转动安装在凸轮轴33上，并在凸轮轴33的凸轮331与变速分离套32抵接；输出部4安装在壳体1，输出部4与变速部3传动连接，输出部4包括输出齿41、牙盘42和输出轴套43，输出轴套43安装在输入轴21上，输出齿41安装在输出轴套43中，且与从动齿31啮合传动连接，牙盘42固定安装在输出轴套43端。

实际运用中，通过将输入部2、变速部3和输出部4，设置于壳体1中，使得该变速箱在实际工作中，遇到不佳的路况时，如泥泞等路况，路面中的灰尘在壳体1的遮盖下，避免了污物进入变速箱，损坏变速箱，较于现有的自行车变速机构，在复杂路况的骑行效果更稳定。通过在变速部3将从动齿31安装在变速分离套32中，而凸轮轴33安装变速分离套32，不仅保护凸轮轴33，防止凸轮轴33被变速箱内的磨损杂质损坏；同时离合滚柱34分别与凸轮331和变速分离套32抵接，变速分离套32使得离合滚柱34轴受到轴向约束，避免离合滚柱34出现轴向滑落错位，只能在径向方向下落，脱离与变速分离套32的抵接，这时候从主动齿22传递至从动齿31的做功，将由于离合滚柱34与变速分离套32脱离抵接，将不再传递至原从动齿31，进而实现变速。同时通过将输出部4中输出轴套43安装在输入轴21上，变速部3与输出部4传动连接，这样的设计，将原有的三轴转动，改为两轴加轴套形式，这样一来，就极大的节省了壳体1中安装空间；同时输出轴套43不仅对输入轴21起到保护作用，也避免了输出轴套43在转动过程的振幅过大。

在具体实施例中，输入轴21贯穿安装在输出轴套43中，且转动安装在壳体1内，输出轴套43转动安装在壳体1中。主动齿22包括第一主动齿221、第二主动齿222和第三主动齿223，从动齿31也包括第一从动齿311、第二从动齿312、第三从动齿313、第四从动齿314和第五从动齿315，输出部4中的输出齿41包括，第一输出齿411和第二输出齿412；进一步的在，使用过程中，为了实现，自行车踩踏中的反向转动失速，在输入部2中还包括单向棘刺23和单向齿圏24，单向棘刺23安装在输入轴21上，单向齿圏24安装在单向棘刺23上，单向棘刺23与单向齿圏24链接咬合，且主动齿22中的第一主动齿221、第二主动齿222和第三主动齿223分别固定在单向齿圏24外表面。

其中，第一主动齿221、第二主动齿222和第三主动齿223的齿数分别为30齿、35齿和57齿，而第一从动齿311、第二从动齿312、第三从动齿313、第四从动齿314和第五从动齿315的齿数分别为22齿、59齿、30齿、35齿和56齿；输出齿41中的第一输出齿411和第二输出齿412为23齿和31齿。同时为了实现变速箱换挡，在本实施例中，还包括换挡部5，换挡部5设置在变速部3中，换挡部5包括拨挡机构51和角度定位钢珠52，凸轮轴33还具有分角定位段332；分角定位段332位于凸轮轴33末端位置，并具有多个卡定位3321且呈径向均分，定位钢珠与卡定位3321可抵接固定；拨挡机构51安装在所述变速分离套32外，且与凸轮轴33传动连接。实际运用中，通过调节分角定位段332的转动，实现定位钢珠在不同位置的抵接固定，而在本实施例中，具有六处卡定位3321，那么在实际换挡的过程中，就可以实现六档换速。这当中，拨挡机构51包括主动齿圈、行星轮512和驱动太阳轮513；驱动太阳轮513固定安装在凸轮轴33上，并位于远离分角定位段332方向的轴端上，行星轮512与驱动太阳轮513啮合传动，主动齿圈与行星轮512啮合传动。

并通过拨挡机构51进行换挡调整，在主动齿圈外表面设置有卡绳槽5111，通过卡绳槽5111，就可以将先有的自行车变速调节手把机构与变速部3传动连接，并通过调节手把控制凸轮轴33的转动，进而控制变速换挡。同时行星轮512与主动齿圈的啮合能够进行对凸轮轴33的轴向稳定，防止其轴向窜动，行星齿与驱动太阳轮513啮合；通过行星齿的转动，使得驱动太阳轮513转动，进而带动凸轮轴33转动。

而在变速分离套32具有固定孔321，固定孔321位于变速分离套32表面，且与凸轮轴33中的凸轮331位置相对，所述离合滚柱34滑动安装在所述固定孔321内，并与凸轮轴33中的凸轮331抵接。从动齿31转动安装在变速分离套32上，并位于固定孔321上；从动齿31齿具有卡接处3111，且靠近变速分离套32方向，离合滚柱34与卡接处3111抵接。这样一来，有几处凸轮331，就有几个固定孔321，离合滚柱34在凸轮331的抵接下，实现在固定孔321中的滑动，并可抵接在从动齿31中的卡接处3111，实际运用中，就可以通过离合滚柱34在从动齿31卡接处3111的脱离与抵接，实现该从动齿31在变速分离套32上的转动或固定，当固定在变速分离套32时，会随变速分离套32转动而转动。

而为了实现六档变速，凸轮331包括短凸轮3311和半周凸轮3312，凸轮331共有五处，短凸轮3311设置在凸轮轴33上，并靠近分角定位段332方向，且呈上下相错三处短凸轮3311，半周凸轮3312在凸轮轴33上设置有两处，具有相同凸轮331凸出方向，并远离分角定位段332方向，短凸轮3311和半周凸轮3312，分别与离合滚柱34抵接。五处凸轮331与五个离合滚柱34抵接，就实现了五次变速，在加上离合滚柱34均不与凸轮331抵接，就实现了第六次变速，当然了离合滚柱34的轴向长度不小于凸轮轴33中凸轮331的厚度。其中，五处的凸轮331分别为第一凸轮331、第二凸轮331、第三凸轮331、第四凸轮331和第五凸轮331，且在凸轮轴33上从卡绳槽5111到分角定位段332的轴向方向依次设置。

实施例2：

在本实施例中，变速部3中的变速分离套32和凸轮轴33，其中凸轮轴33中的凸轮331排列方式，呈螺旋线均布，外表近似为丝杠轴；变速分离套32中具有多个固定孔321，离合滚柱34滑动安装在固定孔321中，且贯穿变速分离套32；从动齿31具有卡接处3111，离合滚柱34一端与卡接处3111抵接，离合滚柱34的另一端与凸轮轴33中的凸轮331抵接；实际运用中，凸轮轴33中的凸轮331排列方式，呈螺旋线均布，使得离合滚柱34在贯穿变速离合套中的滑动运动过程中，呈向外凸出和向内收缩，就可以实现与从动齿31卡接处3111的抵接或脱离；进一步地，就可以使得传动齿固定在变速离合套上，随变速离合套转动而转动，从而实现换挡变速。

实际操作过程中的六档变速；顺时针转动输入轴21；

一档变速：

第一主动齿221、第二主动齿222和第三主动齿223开始转动，并与之啮合的第一从动齿311和第三从动齿313传动，通过将变速分离套32中的凸轮轴33转动60°，实际利用连接在卡绳槽5111外部调节机构，实现对凸轮轴33的转动，使得短凸轮3311发生转动，在凸轮轴33中的短凸轮3311上，与变速分离套32的抵接的离合滚柱34，将会脱离抵接，此时，该处只有第三从动齿313受到输入轴21的力，并将传动给输出部4的第二输出齿412，此时经实际计算测的产生的速比为0.957。

二档变速：

第一主动齿221、第二主动齿222和第三主动齿223继续转动，此时与之啮合的第一从动齿311和第四从动齿314传动，并再次通过外部调节机构将变速分离套32中的凸轮轴33转动60°，这时候的变速分离套32内的凸轮轴33中，第一凸轮331将会与离合滚柱34抵接，第四从动齿314将会与第二输出齿412啮合。此时经实际计算测的产生的速比为1.339。

三档变速：

第一主动齿221、第二主动齿222和第三主动齿223持续转动，与之啮合的第一从动齿311和第五从动齿315传动，通过外部调节机构将变速分离套32中的凸轮轴33再次转动60°，这时候的变速分离套32内的凸轮轴33中，第二凸轮331将会与离合滚柱34抵接，第五从动齿315将会与第二输出齿412啮合。此时经实际计算测的产生的速比为1.575。

四档变速：

第一主动齿221、第二主动齿222和第三主动齿223依旧转动，与之啮合的第二从动齿312和第三从动齿313传动，通过外部调节机构将变速分离套32中的凸轮轴33再次转动60°，这时候的变速分离套32内的凸轮轴33中，第三凸轮331将会与离合滚柱34抵接，第三从动齿313将会与第二输出齿412啮合。此时经实际计算测的产生的速比为1.903。

五档变速：

第一主动齿221、第二主动齿222和第三主动齿223依旧转动，与之啮合的第二从动齿312和第四从动齿314传动，通过外部调节机构将变速分离套32中的凸轮轴33再次转动60°，这时候的变速分离套32内的凸轮轴33中，第四凸轮331将会与离合滚柱34抵接，第四从动齿314将会与第二输出齿412啮合。此时经实际计算测的产生的速比为2.665。

六档变速：

第一主动齿221、第二主动齿222和第三主动齿223依旧转动，与之啮合的第二从动齿312和第五从动齿315传动，通过外部调节机构将变速分离套32中的凸轮轴33再次转动60°，这时候的变速分离套32内的凸轮轴33中，第五凸轮331将会与离合滚柱34抵接，第五从动齿315将会与第二输出齿412啮合。此时经实际计算测的产生的速比为3.135。

当然为了更好的提高该变速箱的使用寿命，在壳体1里面采用机油润滑。

综上所述，本发明整合三轴共两点，使之输出更宽的传动比，体积小，重量轻，而实际测得整个箱体重量在1.5到1.7KG左右，传动比从0.95到3.135或许0.8到3.5之间。同时本发明使用凸轮轴3317加滚柱离合，强度刚性特别好，使用寿命长，档位之间角度分布均匀，换挡机构精准可靠。

本发明的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (8)

1.一种新型自行车变速器，其特征在于，包括：

壳体；

输入部，所述输入部安装在所述壳体中，所述输入部包括输入轴和主动齿，所述主动齿安装在所述输入轴上；

变速部，所述变速部安装在所述壳体中，所述变速部与所述输入部啮合传动，所述变速部包括从动齿、变速分离套、凸轮轴和离合滚柱，所述从动齿安装在变速分离套表面，所述凸轮轴安装在所述变速分离套中，所述凸轮轴具有凸轮，凸轮处的凸轮轴径向中心线与从动齿的径向中心线平行，且凸轮轴径向中心线与从动齿的径向中心线的轴向距离小于凸轮的厚度与从动齿齿宽之和，所述离合滚柱转动安装在所述凸轮轴上，并在凸轮轴的凸轮与所述变速分离套抵接；及

输出部，所述输出部安装在所述壳体，所述输出部与所述变速部传动连接，所述输出部包括输出齿、牙盘和输出轴套，所述输出轴套安装在所述输入轴上，所述输出齿安装在所述输出轴套中，且与从动齿啮合传动连接，所述牙盘固定安装在所述输出轴套端。

2.根据权利要求1所述的一种新型自行车变速器，其特征在于，所述输入部还包括单向棘刺和单向齿圏，所述单向棘刺安装在所述输入轴上，所述单向齿圏安装在所述单向棘刺上，所述单向棘刺与所述单向齿圏链接咬合。

3.根据权利要求1所述的一种新型自行车变速器，其特征在于，还包括：换挡部，所述换挡部设置在所述变速部中，所述换挡部包括拨挡机构和角度定位钢珠，所述凸轮轴还具有分角定位段；所述分角定位段位于凸轮轴末端位置，并具有多个卡定位且呈径向均分，所述定位钢珠与所述卡定位可抵接固定；所述拨挡机构安装在所述变速分离套外，且与凸轮轴传动连接。

4.根据权利要求3所述的一种新型自行车变速器，其特征在于，所述拨挡机构包括主动齿圈、行星轮和驱动太阳轮；所述驱动太阳轮固定安装在所述凸轮轴上，并位于远离分角定位段方向的轴端上，所述行星轮与所述驱动太阳轮啮合传动，所述主动齿圈与所述行星轮啮合传动。

5.根据权利要求1所述的一种新型自行车变速器，其特征在于，所述输入轴贯穿安装在所述输出轴套中，且转动安装在所述壳体内，所述输出轴套转动安装在所述壳体中。

6.根据权利要求1所述的一种新型自行车变速器，其特征在于，所述凸轮包括短凸轮和半周凸轮，所述短凸轮设置在凸轮轴中，并靠近分角定位段方向，且呈上下相错三处短凸轮，所述半周凸轮设置在凸轮轴中，并远离分角定位段方向，所述短凸轮和半周凸轮，分别与离合滚柱抵接。

7.根据权利要求1所述的一种新型自行车变速器，其特征在于，所述变速分离套具有固定孔，所述固定孔位于变速分离套表面，且与凸轮轴中的凸轮位置相对，所述离合滚柱滑动安装在所述固定孔内，并与凸轮轴中的凸轮抵接。

8.根据权利要求1所述的一种新型自行车变速器，其特征在于，所述从动齿转动安装在所述变速分离套上，并位于固定孔上；所述从动齿齿具有卡接处，且靠近变速分离套方向，所述离合滚柱与所述卡接处抵接。

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