CN113212634A

CN113212634A - 一种自行车齿轮变速器以及使用该齿轮变速器的自行车

Info

Publication number: CN113212634A
Application number: CN202110388153.8A
Authority: CN
Inventors: 王增; 柴少龙
Original assignee: Nanchang University
Current assignee: Nanchang University
Priority date: 2021-04-12
Filing date: 2021-04-12
Publication date: 2021-08-06
Anticipated expiration: 2041-04-12
Also published as: CN113212634B

Abstract

本发明公开了一种自行车齿轮变速器以及使用该齿轮变速器的自行车，齿轮变速器包括变速控制器、变速装置和变速齿轮组，所述变速控制器包括控制盒、漆包线、钢丝和指拨杆，所述钢丝一端经控制盒与指拨杆相连，另一端连接至变速装置；所述变速装置包括中空固定杆、保护壳和弹簧，所述弹簧设置在保护壳内，所述保护壳套接在中空固定杆一端；所述变速齿轮组包括外齿圈组、行星齿轮组和太阳轮组，所述钢丝穿过中空固定杆和保护壳与行星齿轮组相连，所述行星齿轮组与外齿圈组和太阳轮组相配合构成所述变速齿轮组。本发明自行车齿轮变速器结构简单，制造成本低，应用于自行车上可使自行车在实现变速的同时，减少自行车长度，降低了自行车的生产成本。

Description

一种自行车齿轮变速器以及使用该齿轮变速器的自行车

技术领域

本发明涉及自行车变速器领域，具体涉及一种自行车齿轮变速器以及使用该齿轮变速器的自行车。

背景技术

自行车作为绿色生活的代表，在我们生活中始终扮演着重要角色。中国是自行车生产大国，2019年中国脚踏自行车产量达2890.9万辆，但自行车变速器却还始终主要依赖进口，限制了国内自行车企业的发展。现有自行车大都采用链条传动机构，力通过脚踏板由链条传导到后轮，变速自行车还可以通过链条与不同前后齿轮盘的组合实现变速。这种传动方式结构复杂，生产要求较高，同时决定了自行车踏板必须位于前后轮之间的位置并与后轮连接，限制了自行车长度的减小与前轮作为驱动轮的形式。随着城镇化和社会经济的发展，各城镇地区人口不断增加，消费者对产品的多样化需求持续增加，体型更为小巧，结构更新颖的自行车显示出愈发明显的优势。现在虽然已经出现可以实现轴内变速的自行车变速器，但是都只能由带电力设备的自行车装配，结构复杂成本高昂。

发明内容

本发明的第一个目的是为了解决传统自行车变速器结构复杂，成本高的问题，提供一种自行车齿轮变速器。

为了实现本发明的第一个目的,采用如下技术方案：

一种自行车齿轮变速器，包括变速控制器、变速装置和变速齿轮组，所述变速控制器包括控制盒、漆包线及其内部的钢丝和指拨杆，所述钢丝一端经控制盒与指拨杆相连，另一端连接至变速装置；所述变速装置包括中空固定杆、保护壳和弹簧，所述弹簧设置在保护壳内，所述保护壳套接在中空固定杆一端；所述变速齿轮组包括外齿圈组、行星齿轮组和太阳轮组，所述钢丝穿过中空固定杆和保护壳与行星齿轮组相连，所述行星齿轮组设置在外齿圈组和太阳轮组之间，与外齿圈组和太阳轮组相配合构成所述变速齿轮组。

所述外齿圈组包括外壳和中心转轴，所述外壳内圈由外向内依次为大外齿圈、大圆环柱、中外齿圈、小圆环柱和小外齿圈；所述太阳轮组为中空结构，所述中心转轴穿过所述太阳轮组与自行车脚踏板相连，所述太阳轮组包括辐条连接圆柱和由内向外依次设置在辐条连接圆柱上的小太阳齿轮、小太阳圆柱、中太阳齿轮、大太阳圆柱和大太阳齿轮，所述辐条连接圆柱与自行车前轮轮胎相连；所述行星齿轮组设置在外齿圈组与太阳轮组之间，所述行星齿轮组包括固定圆柱和由内而外依次设置在固定圆柱上的大行星齿轮、大行星圆柱、中行星齿轮、中行星圆柱、小行星齿轮和小行星圆柱，所述固定圆柱与穿过保护壳的钢丝相连。

所述固定圆柱内设有一个直径略大于中空固定杆的空腔，该空腔与中空固定杆配合，使所述行星齿轮组能够在钢丝的作用下沿中空固定杆进行横向位移。

所述保护壳为杯型结构，其内径略大于行星齿轮组中小行星圆柱的外直径，所述行星齿轮组移动过程中，保护壳位置始终不变，所述变速齿轮组传动比最小即行星齿轮组中小行星齿轮处于啮合状态时，保护壳刚好与小行星齿轮接触。

所述弹簧的内直径略大于行星齿轮组中固定圆柱的直径，所述变速齿轮组传动比最大时弹簧的压缩量最小；所述变速齿轮组传动比最小时弹簧的压缩量最大，此时弹簧长度与固定圆柱等高。

所述变速齿轮组共有三种变速组合，分别是：大外尺圈、大行星齿轮与小太阳齿轮的高传动比组合；中外尺圈、中行星齿轮与中太阳齿轮的中传动比组合；小外尺圈、小行星齿轮与大太阳齿轮的低传动比组合。

本发明的另一个目的是为了提供一种装载上述变速器的自行车，通过将自行车变速器安装于前轮中轴位置，以简化自行车结构，减少自行车长度，实现变速自行车的前轮驱动，在带给自行车用户新颖体验的同时，降低变速自行车的生产成本。

为实现本发明的另一个目的，本发明还采用了如下技术方案：

一种装载本发明齿轮变速器的变速自行车，将所述控制器固定在自行车方向杆上，所述变速装置设置在自行车前轮框架上，使其连接控制器与行星齿轮组，所述变速齿轮组设置在自行车前轮一侧，所述辐条连接圆柱与自行车前轮轮胎相连，所述中心转轴与自行车脚踏板相连构成所述变速自行车。

本发明的有益效果在于：

本发明自行车齿轮变速器结构简单，制造成本低，将其应用于自行车上，在实现自行车变速的同时，减少了自行车长度，降低了变速自行车的生产成本，且前轮驱动的方式也能够让自行车用户得到不同的行车体验，满足用户对变速自行车的多样化需求。

附图说明

图1为本发明自行车齿轮变速器的结构示意图；

图2为本发明自行车齿轮变速器的左视图；

图3为本发明自行车齿轮变速器的分解结构示意图；

图4为本发明控制器的结构示意图；

图5为本发明变速装置的分解结构示意图；

图6为本发明变速齿轮组的分解结构示意图；

图7为本发明外尺圈组的结构示意图；

图8为本发明行星齿轮组的结构示意图；

图9为本发明太阳轮组的结构示意图；

图10为本发明变速齿轮组处于最大传动比状态下的示意图；

图11为本发明变速齿轮组处于中间传动比状态下的示意图；

图12为本发明变速齿轮组处于最小传动比状态下的示意图；

图13为装载本发明自行车齿轮变速器的一种变速自行车的效果图；

图中，1、控制器；2、变速装置；3、变速齿轮组；11、控制盒；12、漆包线；13、钢丝；14、指拨杆；21、中空固定杆；22、保护壳；23、弹簧；31、外尺圈组；311、外壳；312、大外尺圈；313、大圆环柱；314、中外尺圈；315、圆环柱；316、小外尺圈；317、中间转轴；32、行星齿轮组；321、大行星齿轮；322、大行星圆柱；323、中行星齿轮；324、中行星圆柱；325、小行星齿轮；326、小行星圆柱；327、固定圆柱；33、太阳轮组；331、小太阳齿轮；332、小太阳圆柱；333、中太阳齿轮；334、大太阳圆柱；335、大太阳齿轮；336、辐条连接圆柱。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：

参见图1-图13。

本发明公开了一种自行车齿轮变速器，如图1-6，包括变速控制器1、变速装置2和变速齿轮组3，所述变速控制器包括控制盒11、漆包线12及其内部的钢丝13和指拨杆14，所述钢丝13一端经控制盒11与指拨杆14相连，另一端连接至变速装置2；所述变速装置2包括中空固定杆21、保护壳22和弹簧23，所述弹簧23设置在保护壳22内，所述保护壳22套接在中空固定杆21一端；所述变速齿轮组3包括外齿圈组31、行星齿轮组32和太阳轮组33，所述钢丝13穿过中空固定杆21和保护壳22与行星齿轮组32相连，所述行星齿轮组32设置于外齿圈组31和太阳轮组33之间，与外齿圈组31和太阳轮组33相配合构成所述变速齿轮组3。

如图7-图9所示，所述外齿圈组31包括外壳311和中心转轴317，所述外壳311内圈由外向内依次为大外齿圈312、大圆环柱313、中外齿圈314、小圆环柱315和小外齿圈316；所述太阳轮组33为中空结构，所述中心转轴317穿过所述太阳轮组33与自行车脚踏板相连，所述太阳轮组33包括辐条连接圆柱336和由内向外依次设置在辐条连接圆柱336上的小太阳齿轮331、小太阳圆柱332、中太阳齿轮333、大太阳圆柱334和大太阳齿轮335，所述辐条连接圆柱336与自行车前轮轮胎相连；所述行星齿轮组32设置在外齿圈组31与太阳轮组33之间，所述行星齿轮组32包括固定圆柱327和由内而外依次设置在固定圆柱327上的大行星齿轮321、大行星圆柱322、中行星齿轮323、中行星圆柱324、小行星齿轮325和小行星圆柱326，所述固定圆柱327与穿过保护壳22的钢丝13相连。

如图5所示，所述固定圆柱327内设有一个直径略大于中空固定杆21的空腔，该空腔与中空固定杆21配合，使所述行星齿轮组32能够在钢丝13的作用下沿中空固定杆21进行横向位移。

所述保护壳22为杯型结构，其内径略大于行星齿轮组32中小行星圆柱326的外直径，所述行星齿轮组32移动过程中，保护壳22位置始终不变，所述变速齿轮组3传动比最小即行星齿轮组32中小行星齿轮325处于啮合状态时，保护壳22刚好与小行星齿轮325接触。

所述弹簧23的内直径略大于行星齿轮组32中固定圆柱327的直径，所述变速齿轮组3传动比最大时弹簧23的压缩量最小；所述变速齿轮组3传动比最小时弹簧23的压缩量最大，此时弹簧23长度与固定圆柱327等高。

如图10-图12所示，所述变速齿轮组3共有三种变速组合，分别是：大外尺圈312、大行星齿轮321与小太阳齿轮331的高传动比组合；中外尺圈314、中行星齿轮323与中太阳齿轮333的中传动比组合；小外尺圈316、小行星齿轮325与大太阳齿轮335的低传动比组合。

如图13所示，一种使用上述齿轮变速器的自行车，所述控制器1固定在自行车方向杆上，所述变速装置2设置在自行车前轮框架上，连接控制器1与行星齿轮组32，所述变速齿轮组3设置在自行车前轮一侧，所述辐条连接圆柱336与自行车前轮轮胎相连，所述中心转轴317与自行车脚踏板相连构成装载所述齿轮变速器的自行车。

请参阅图1-图13，下面对本发明一种自行车齿轮变速器以及使用该齿轮变速器的自行车的工作原理作进一步说明。

传动过程——将力施予脚踏板后，脚踏板带动外尺圈组31转动，外尺圈组31中的一个外齿圈与行星齿轮组32中一个齿轮相啮合，于是带动行星齿轮组32的转动，由于中空固定杆21的存在行星齿轮组32不会绕太阳轮组33转动，所以其带动与太阳轮组33中啮合的齿轮，进而带动了太阳轮组33的转动，太阳轮组中的辐条连接圆柱336通过辐条与自行车轮连接，从而带动自行车运动。

传动比由最高到中等——传动比最高时，大外尺圈312、大行星齿轮321与小太阳齿轮331组合，拨动指拨杆14，通过控制盒11拉动钢丝13，然后带动行星齿轮组32整体向保护壳22方向移动，同时弹簧23被压缩，行星齿轮组32和弹簧23的变化量相同，大行星齿轮321与大外尺圈312和小太阳齿轮331逐渐分离，分离完全后，中外尺圈314、中行星齿轮323与中太阳齿轮333逐渐啮合至完全。

传动比由中等到最低——传动比中等时，中外尺圈314、中行星齿轮323与中太阳齿轮333组合，拨动指拨杆14，通过控制盒11拉动钢丝13，然后带动行星齿轮组32整体向保护壳22方向移动，同时弹簧23被压缩直至最大压缩量，最终长度与固定圆柱327的高相同，行星齿轮组32和弹簧23的变化量也相同，小行星齿轮325不断靠近保护壳22最终刚好可以接触，这个过程中，中行星齿轮323与中外尺圈314和中太阳齿轮333逐渐分离，分离完全后，小外尺圈316、小行星齿轮325与大太阳齿轮335逐渐啮合至完全。

传动比由低到高与上述过程相同，不同之处在于行星齿轮组32移动的力源于弹簧23的弹力，而不是控制盒11提供的拉力，故该变速器在提升传动比过程中会比降低传动比时更省力。

以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等同变换或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims

1.一种自行车齿轮变速器，包括变速控制器（1）、变速装置（2）和变速齿轮组（3），其特征在于，所述变速控制器包括控制盒（11）、漆包线（12）及其内部的钢丝（13）和指拨杆（14），所述钢丝（13）一端经控制盒（11）与指拨杆（14）相连，另一端连接至变速装置（2）；所述变速装置（2）包括中空固定杆（21）、保护壳（22）和弹簧（23），所述弹簧（23）设置在保护壳（22）内，所述保护壳（22）套接在中空固定杆（21）一端；所述变速齿轮组（3）包括外齿圈组（31）、行星齿轮组（32）和太阳轮组（33），所述钢丝（13）穿过中空固定杆（21）和保护壳（22）与行星齿轮组（32）相连，所述行星齿轮组（32）与外齿圈组（31）和太阳轮组（33）相配合构成所述变速齿轮组（3）。

2.根据权利要求1所述的一种自行车齿轮变速器，其特征在于，所述外齿圈组（31）包括外壳（311）和中心转轴（317），所述外壳（311）内圈由外向内依次为大外齿圈（312）、大圆环柱（313）、中外齿圈（314）、小圆环柱（315）和小外齿圈（316）；所述太阳轮组（33）为中空结构，所述中心转轴（317）穿过所述太阳轮组（33）与自行车脚踏板相连，所述太阳轮组（33）包括辐条连接圆柱（336）和由内向外依次设置在辐条连接圆柱（336）上的小太阳齿轮（331）、小太阳圆柱（332）、中太阳齿轮（333）、大太阳圆柱（334）和大太阳齿轮（335），所述辐条连接圆柱（336）与自行车前轮轮胎相连；所述行星齿轮组（32）设置在外齿圈组（31）与太阳轮组（33）之间，所述行星齿轮组（32）包括固定圆柱（327）和由内而外依次设置在固定圆柱（327）上的大行星齿轮（321）、大行星圆柱（322）、中行星齿轮（323）、中行星圆柱（324）、小行星齿轮（325）和小行星圆柱（326），所述固定圆柱（327）与穿过保护壳（22）的钢丝（13）相连。

3.根据权利要求2所述的一种自行车齿轮变速器，其特征在于，所述固定圆柱（327）内设有一个直径略大于中空固定杆（21）的空腔，该空腔与中空固定杆（21）配合，使所述行星齿轮组（32）能够在钢丝（13）的作用下沿中空固定杆（21）进行横向位移。

4.根据权利要求1所述的一种自行车齿轮变速器，其特征在于，所述保护壳（22）为杯型结构，其内径略大于行星齿轮组（32）中小行星圆柱（326）的外直径，所述行星齿轮组（32）移动过程中，保护壳（22）位置始终不变，所述变速齿轮组（3）传动比最小即行星齿轮组（32）中小行星齿轮（325）处于啮合状态时，保护壳（22）刚好与小行星齿轮（325）接触。

5.根据权利要求1所述的一种自行车齿轮变速器，其特征在于，所述弹簧（23）的内直径略大于行星齿轮组（32）中固定圆柱（327）的直径，所述变速齿轮组（3）传动比最大时弹簧（23）的压缩量最小；所述变速齿轮组（3）传动比最小时弹簧（23）的压缩量最大，此时弹簧（23）长度与固定圆柱（327）等高。

6.根据权利要求1所述的一种自行车齿轮变速器，其特征在于，所述变速齿轮组（3）共有三种变速组合，分别是：大外尺圈（312）、大行星齿轮（321）与小太阳齿轮（331）的高传动比组合；中外尺圈（314）、中行星齿轮（323）与中太阳齿轮（333）的中传动比组合；小外尺圈（316）、小行星齿轮（325）与大太阳齿轮（335）的低传动比组合。

7.一种使用权利要求1-6所述齿轮变速器的自行车，其特征在于，所述控制器（1）固定在自行车方向杆上，所述变速装置（2）设置在自行车前轮框架上，连接控制器（1）与行星齿轮组（32），所述变速齿轮组（3）设置在自行车前轮一侧，所述辐条连接圆柱（336）与自行车前轮轮胎相连，所述中心转轴（317）与自行车脚踏板相连构成装载所述齿轮变速器的自行车。