CN1154595C - 自行车的变速装置 - Google Patents

Abstract

一种自行车变速装置，该变速装置使用设置在后轮毂内的内齿轮，并用安装在轮轴上的控制器控制内齿轮。此变速装置包括从动链轮(100)，用于接受驱动链轮的驱动力矩；变速装置还包括速度控制部，该速度控制部包括：支座(210)，固定在从动链轮(100)的一侧，数个行星齿轮(220)安装在支座上；至少两个恒星齿轮(231，232)，分别与每一级的行星齿轮啮合，在恒星齿轮的内周边制出棘轮齿(231a，232a)；环形齿轮(240)，与行星齿轮的另一侧啮合；变速装置还包括输出部，该输出部包括：轮毂壳(310)，用于通过支座(210)和环形齿轮(240)将驱动力矩传递至后轮；离合器装置(320)，由于其设置在支座(210)与轮毂壳(310)之间，和环形齿轮(240)与轮毂壳(310)之间，可以有选择地传递驱动力矩。

Description

自行车的变速装置

技术领域

本发明涉及一种自行车变速装置，更特别地涉及作为使用链轮和链条的自行车和类似车辆的变速器，本发明涉及这样的自行车的变速装置，该变速装置使用安装在自行车后轮毂内的内齿轮，并用安装在轮轴上的控制器控制内齿轮，以改变自行车的速度，这样，自行车具有良好的外观，变速操纵方便，一经操作后立即产生操纵效果，自行车变速时产生的噪声小，速度级数容易扩展。

技术背景

通常，变速装置(或变速器)安装在自行车上，在其它某些情况下，变速器安装在使用脚踏板的轮椅和玩具汽车上。

作为传统的自行车变速器，具有不同直径的链轮安装在中轴架的侧面，链条则连接前后链轮。于是，通过改变链轮的偶合就可以改变速度。

但是，传统的自行车变速器存在几个缺点，其中，这种变速器笨重，因为要安装许多大链轮，此外，自行车变速时产生噪声和冲击。

作为对克服这些缺点的修改方案，有一种内齿轮变速器，安装在后轮毂上。内齿轮变速器是这样一种装置，其中，小齿轮和控制装置安装在轮毂壳内，这样，通过改变齿轮的齿数比改变自行车的速度。

作为内齿轮变速器的例子，日本公开的专利文献No.Hei7-10069公开了一种自行车用的内齿轮变速器。

这种内齿轮变速器如图1所示，该内齿轮变速器包括变速部10，变速部包括：轮轴6；驱动体2；轮毂1，可以自由旋转；至少两个恒星齿轮12、13，与至少两个齿部11a、11b的齿啮合；变速器还包括变速控制部20，通过变换数个太阳轮12、13的旋转状态控制变速部10，变速控制部包括：单向驱动装置7，安装在驱动体2与轮毂1之间，使轮毂1优先于驱动体2旋转；环形齿轮部1c，固定在轮毂1上，与行星齿轮11啮合。

这样，变速器可以使自行车的速度变为三种状态，即：一种低速状态，这种状态下，驱动体2的驱动力，借助于变速控制部20的控制，通过单向驱动装置7传递至轮毂1；至少两种高速状态，在高速状态下，驱动体2的驱动力通过行星齿轮11，以增速传递至环形齿轮部1c。

就是说，在低速状态下，驱动体2的驱动力是通过单向驱动装置传递至轮毂1的。

但是，当骑车人控制变速控制部20时，恒星齿轮12、13其中之一有选择地被固定。驱动体2旋转，在这种状态下，环形齿轮部1c随行星齿轮11旋转，该行星齿轮与有选择地被固定的恒星齿轮啮合。

在这种情况下，速度由被固定的恒星齿轮、行星齿轮11和环形齿轮部1c的齿数比控制。由于固定的恒星齿轮的齿数比行星齿轮11的齿数多得多，绕被固定的恒星齿轮旋转的行星齿轮11的速度超越单向驱动装置7的速度，因此，可以实现高速状态。

变速控制部20的操作，如图2A至2C所示，是由安装在恒星齿轮12，13侧面的爪12a、13a、固定齿轮6a的突出部和控制套21进行的。就是说，每一级变速是用爪12a、13a连同控制套21使恒星齿轮被固定，或者通过使恒星齿轮从爪12a、13a释放而进行操作的。

在低速状态下，如图2A所示，两个爪12a、13a通过固定齿轮6a的突出部从控制套21释放。

但是在第一级高速时，如图2B所示，由于爪12a正使控制套21紧固，一个恒星齿轮13可以转动。于是，行星齿轮11的大直径部与被固定的恒星齿轮12啮合。

另一方面，当另一个爪13a使控制套21紧固时，另一个恒星齿轮12可以转动，于是，行星齿轮11的小直径部与被固定的恒星齿轮12啮合，如图2C所示。就是说，这时处于第二级高速状态。

但是，在上述这种速度控制方式中，由于两个爪12a、13a彼此设置在相反的两侧，存在一种缺点。就是说，当骑车人操作一个手柄以便对自行车变速时，操作的效果被延迟，一直到爪12a、13a其中之一起作用为止。最多时，操作效果是在车轮转过半圈之后实现。

尽管上述缺点可以通过设置更多的爪来解决一些问题，但就要求控制套21的形状必须更改。但是，由于还要求固定齿轮6a的突出部也必须改变，增加爪的数目是受到限制的。

即使爪处于不工作状态，爪12a、13a与控制套21总是存在摩擦。而这种摩擦也产生噪声和磨损，这也是缺点。

此外，在设置更多行星齿轮以实现更多级速度的情况下，上述缺点就变得更为严重。

发明概述

本发明的目的在于提供一种自行车变速装置，自行车速度的改变，是使用设置在轮毂中的内齿轮，并用设置在轮轴上的控制器控制内齿轮实现的，这样，自行车具有良好的外观，变速操作方便，变速操作的效果在操作之后立即生效，自行车变速时的噪声小，速度级数的扩展容易。

根据上述目的的第一方面，设有一种自行车变速装置，该变速装置包括从动链轮，接受由驱动链轮所传递的力矩；变速装置还包括速度控制部，该速度控制部包括：支座，固定在从动链轮的一侧，数个行星齿轮安装在支座上；至少两个恒星齿轮，分别与每级行星齿轮啮合，并在其内周边制出棘轮齿；环形齿轮，与行星齿轮的另一侧啮合；变速装置还包括输出部；该输出部包括：轮毂壳，该轮毂壳借助于支座和环形齿轮将驱动力矩传递到自行车的后轮；离合装置，由于其安装在支座与轮毂壳之间和环形齿轮与轮毂壳之间，可以有选择地传递力矩；变速装置还包括变速控制部，该变速控制部包括：轮轴，轮轴上具有爪定位部；至少两组爪，此爪与至少两个恒星齿轮的棘轮齿结合或从棘轮齿释放；一个爪控制环，用于控制至少两组爪的位置；变换盘，沿外周边设有一个槽，在外周边的适当部位制出钩形部，以便通过一个中间传递部改变爪控制环的位置；弹簧，用于使变换盘恢复其初始位置；隔离部，用于使变换盘自由旋转。

对附图的简要说明

图1是部分剖视图，示出了现有技术的一种变速器；

图2A至2C是现有技术中自行车变速器在每一个速度级时速度控制部的原理图；

图3是本发明的剖视图；

图4是沿图3中A-A’线剖切的剖视图；

图5是本发明变速控制部的剖视图；

图6是本发明变速控制部的透视图；

图7是本发明变速控制部的分解透视图；

图8是根据本发明另一个实施例的剖视图；

图9A是本发明的速度控制部处于低速状态时的原理图；

图9B是本发明的速度控制部处于中速状态时的原理图；

图9C是本发明的速度控制部处于高速状态时的原理图；

图10是根据本发明第三实施例的剖视图；

图11是根据本发明第四实施例的剖视图。

实施本发明的最佳方式

如图3和4所示，总体而言，本发明的自行车变速装置包括：从动链轮100，用于接受驱动链轮(未示出)所传递的驱动力矩；速度控制部；输出部；和变速控制部。

所述速度控制部包括：支座210，此支座固定在从动链轮100的一侧，数个行星齿轮220安装在支座上；至少两个恒星齿轮231、232，该恒星齿轮分别与行星齿轮220的每一级啮合，并在恒星齿轮的内周边制出棘轮齿231a、232a；环形齿轮240，该环形齿轮与行星齿轮220的另一侧啮合。

输出部包括：轮毂壳310，借助于支座210和环形齿轮240传递驱动力矩至自行车后轮；离合装置320，由于其分别安装在支座210与轮毂壳310之间和环形齿轮240与轮毂壳310之间，可以有选择地传递力矩。

变速控制部包括：轮轴410，具有爪定位部411，至少具有两组爪421、422，该爪定位部与至少两个恒星齿轮231、232的棘轮齿231a、232a接合或从该棘轮齿释放；爪控制环430，用于控制至少两组爪421、422的位置；变换盘450，沿其外周边具有一个槽451，并沿外周边某个位置制出的一个钩形部452(见图5)，以便通过中间传递部440变换爪控制环430的位置；弹簧460，用于使变换盘450恢复至其初始位置；隔离部470，用于使变换盘450自由地旋转。

在此实施例中，离合器装置320包括离合器环，在其中制出一组销，而斜面部241则在支座210和环形齿轮240的外表面制出。于是，随着通过离合器环相对位移而固定，支座210(或环形齿轮240)与轮毂壳310类似于一个整体而旋转。

不过，根据情况不同，棘轮齿和爪可以取代离合器环和斜面部241。

如图5和6所示，在爪控制环430的内表面，对称于中心点制出数个槽，以便控制爪421、422的位置。

这些槽包括一组倾斜槽431和一组角度槽432，倾斜槽431和角度槽432在爪控制环430的内表面交替制出。

当这些槽并不以相等间距制出时，爪421、422在爪定位部411以相同间距安装，这样，就只有一组爪被有选择地和平滑地被控制。

如图7所示，爪421、422包括：凹入部421a、422a，设置在爪控制环430内；锁挡部421b、422b，与棘轮齿231a、232a接合或从该棘轮齿释放，此棘轮齿沿恒星齿轮231、232的内周边制出。

距离爪控制环430较远的爪422，还包括一个延伸部422c，此延伸部比爪体薄，这样就避免了爪422与其它元件接合。

在此以后，为方便起见，爪421指的是第一爪，与接近爪控制环230的恒星齿轮231(也指的是第一恒星齿轮)接合；爪422指的是第二爪，与恒星齿轮232(也指的是第二恒星齿轮)接合。

中间传递部440包括：花键槽433，在爪控制环430的一侧制出；连接部441，与花键槽433接合，并在其上制出连接槽441a；一个弯边环442，安装在连接槽441a内，该连接槽由于与在变换盘450上制出的花键部453连接而传递旋转力矩。

再有，隔离部470包括：一个支承部471，此支承部支承安装在支座210与支承部471之间的轴承：一个固定盘472，固定在轮轴410上；数个间隔销，固定在固定盘472上，并穿过在变换盘450上制出的弧形槽454与支承部471接触。

而支承部471是可以旋转的，通孔471a在其上制出，以便不致妨碍中间传递部440的旋转。

图8示出了根据本发明另一个实施例的剖视图，即，此装置包括：行星齿轮220，该行星齿轮具有三级；恒星齿轮231、232、233，分别与每一级行星齿轮220啮合；和，扩展了的变速控制部，用于控制四种速度状态。

就是说，在包括多余两组爪的情况下，数个爪控制环安装在每一组爪之间。

不过，其它的元件与上述实施例相同，此外，其形状做了改变。

如上所述，根据本发明，速度级数的扩展是可能的，此外，由于速度级的实际控制发生在爪控制部的一部分，对于增加速度级数的限制小。

因此，多于四级的速度变换也是可能的。

根据本发明，对具有上述结构的自行车变速装置的操作及其效果，说明如下。

自此以后，对各速度级速度状态即低速状态、中速状态和高速状态，将结合图3至7所示本发明之第一实施例和图9A至9C进行说明。

1.低速状态

在低速状态，如图9A所示，第一和第二爪421、422两者均不在爪控制环430的槽431、432中，即并不与第一和第二恒星齿轮啮合。

当从动链轮100通过脚踏自行车而被驱动旋转时，与从动链轮100连接的支座210也旋转。于是，支座210的驱动力矩通过离合器装置320传递至轮毂壳310。

在这种情况下，尽管与恒星齿轮231、232啮合的行星齿轮220旋转，行星齿轮是空转，因为恒星齿轮231、232是处于自由状态。

2.中速状态

在中速状态，变速控制部处于图9B所示状态，即，当骑车人操作一个手柄(未示出)，由于变换盘450是通过连接装置例如一种钢丝与手柄连接，变换盘旋转某一个角度。

当变换盘450旋转某一角度时，与变换盘450的花键部453连接的弯边环442旋转，爪控制环430也旋转。

于是，第一爪421处于倾斜槽431中并向外突出。结果，第一爪421与第一恒星齿轮231的棘轮齿231a接合。

此时，第二爪422突出但并不是全部突出，第二爪最好处于对爪控制环430下一次运动敏感的状态，这样，也就会使其产生的噪声小。

在上述中速状态，当从动链轮100通过脚踏自行车而旋转时，与从动链轮100接合的支座210也旋转。于是，行星齿轮220也旋转，但在这种情况下，由于行星齿轮220大直径(简言之，第一级)的齿部与被第一爪421固定的第一恒星齿轮231啮合，行星齿轮220比支座210转动更快。

中速状态的速度比(由齿轮齿数计算)，在支座210的旋转速度为一的情况下，按下式计算：

速比

在此实施例中，速度提高至低速状态速度的大约一倍半。

结果，通过行星齿轮220的旋转，环形齿轮240的旋转速度超过支座210的速度，而离合器装置320只带来更快的部分，以将旋转运动传递到轮毂壳310。

3.高速状态

在上述中速状态下，当骑车人操作手柄，变换盘450转动，如图9C所示，就是高速状态。

当变换盘450转动某一角度时，就象中速状态那样，与变换盘450花键部453连接的弯边环442转动，爪控制环430也再转动。

于是，第一爪421向轮轴410的爪定位部411的内部运动，而第二爪处于角度槽432中并向外突出。结果，第二爪422与第二恒星齿轮232的棘轮齿232a接合。

在上述高速状态下，当从动链轮100通过脚踏自行车而旋转时，与从动链轮100接合的支座210也旋转。于是，行星齿轮220也旋转，但在此情况下，由于行星齿轮220的小直径齿部(简言之，第二级)与被第二爪422固定的第二恒星齿轮232啮合，行星齿轮220类似于中速状态，比支座210旋转得更快。

高速状态的速度比(由齿轮齿数计算)，在支座210的旋转速度为一的情况下，按下式计算：

速比

在此实施例中，速度的提高至低速状态速度的大约两倍。

结果，类似于中速状态，通过行星齿轮220的旋转，环形齿轮240的旋转速度超过支座210的速度，而离合器装置320只带来更快的部分，以将旋转运动传递到轮毂壳310。

根据第二实施例，如上所述，设置了三组爪421、422、423，因此，更高的速度可以包括低、中、高速度状态。

图10示出了根据本发明第三实施例的剖视图。此实施例的整个结构大体与上述实施例相同。

不过，行星齿轮220的安装方向与上述实施例相反。而趁行星齿轮220的方向改变而安装在空隙内的第一爪321，和在轮毂壳310内周边制出的环形齿轮部322，均用作图3和8中的离合器装置320。

使用了安装在爪控制环430一侧的销444，而销444通过盘443与变换盘450连接，该盘安装在爪控制环430与变换盘450之间(再有，盘443支承轴承50，如图10所示)。

第一爪321与环形齿轮部322啮合，这是通过操作安装在行星齿轮220的轴上的弹簧321a实现的。

因此，随着第一爪321与环形齿轮部322的接合，从动链轮100的旋转力矩传递到轮毂壳310，而与速度状态无关。

图11示出了根据本发明第四实施例的剖视图。在此实施例中，其结构与第三实施例的结构类似，行星齿轮220的安装方向与上述实施例相反，而趁行星齿轮220的方向改变而安装在空隙位置的第二爪323，被用作离合器装置320。

同时与行星齿轮220和第二爪323啮合的环形齿轮242，安装在第二爪323之外，而第三爪324安装在环形齿轮242和轮毂壳310之间。

其它元件与第三实施例相同。

因此，在低速状态，从动链轮100的旋转力矩，随着第二爪323通过第三爪324与环形齿轮242的啮合而传递至轮毂壳310。

而在中速状态和高速状态，从动链轮100的旋转力矩，随着行星齿轮220通过环形齿轮242和第三爪324的接合，传递至轮毂壳310。

即使在中速状态和高速状态，第二爪323还是与环形齿轮242接合，不过实际的连接并未发生，因为行星齿轮220的旋转比从动链轮100的速度更快。

在工业上的实用性

如上所述，本发明的自行车变速装置，作为自行车和某些使用链轮和链条车辆的变速器，使用安装在后轮毂内的内齿轮，并用安装在轮轴上的控制器控制内齿轮，使自行车变速，这样，自行车具有良好的外观，变速操作方便，操作的效果立即生效，自行车变速时产生的噪声小，容易扩展速度级数。

Claims (15)

1.一种自行车变速装置，该变速装置包括：

从动链轮，用于接受驱动链轮的驱动力矩；

速度控制部，该速度控制部包括：

支座，固定在从动链轮的一侧，数个行星齿轮安装在支座上；

至少两个恒星齿轮，分别与每一级的行星齿轮啮合，并在恒星齿轮的内周边制出棘轮齿；

环形齿轮，与行星齿轮的另一侧啮合；

输出部，该输出部包括：

轮毂壳，用于通过支座和环形齿轮将驱动力矩传递至后轮；

离合器装置，由于其设置在支座与轮毂壳之间和环形齿轮与轮毂壳之间，可以有选择地传递驱动力矩；

变速控制部，该变速控制部包括：

轮轴，具有爪定位部；

至少两组爪，该爪与至少两个恒星齿轮的棘轮齿接合或从棘轮齿释放；

爪控制环，用于控制至少两组爪的位置；

变换盘，沿其外周边具有一个槽，在盘的外周边制出钩形部，以便通过中间部变换爪控制环的位置；

弹簧，用于使变换盘恢复其初始位置；

隔离部，用于使变换盘自由地转动。

2.如权利要求1所述的自行车变速装置，其中，在爪控制环的内表面制出对称于中心点的槽。

3.如权利要求2所述的自行车变速装置，其中，爪控制环的槽相对于中心点并不制成具有相同的角度间隔。

4.如权利要求2所述的自行车变速装置，其中，槽包括交替设置的一对倾斜槽和一对角度槽。

5.如权利要求2所述的自行车变速装置，其中，爪以相同的间距设置在轮轴的爪定位部内。

6.如权利要求1所述的自行车变速装置，其中，爪包括：

凹入部，该凹入部定位在爪控制环内，和

锁挡部，该锁挡部与在恒星齿轮内周边制出的棘轮齿接合或从棘轮齿释放。

7.如权利要求6所述的自行车变速装置，其中，距离爪控制环较远定位的爪，还包括一个延伸部，该延伸部比爪体更薄，以避免此爪与其它元件接合。

8.如权利要求1所述的自行车变速装置，其中，中间传递部包括：

花键槽，在爪控制环内部制出；

连接部，与花键槽接合，并在连接部内制出一对槽；

弯边环，安装在一对槽内，随着其与变换盘内制出的花键槽部的接合，用于传递旋转力矩。

9.如权利要求1所述的自行车变速装置，其中，隔离部包括：

支承部，支承轴承环，此轴承环安装在支座与支承部之间；

固定盘，固定在轮轴上；

数个间隔销，固定在固定盘上，穿过变换盘上制出的弧形槽与支承部接触；

10.如权利要求1所述的自行车变速装置，其中，支承部可以旋转，并在其上制出通孔。

11.如权利要求1所述的自行车变速装置，在包括多于两组爪的情况下，数个爪控制环安装在每一组爪之间。

12.如权利要求1所述的自行车变速装置，其中，离合器装置包括：

离合器环，在其上制出一组销；和

倾斜部，在支座和环形齿轮的外表面制出。

13.如权利要求1所述的自行车变速装置，其中，离合器装置包括：

第一爪，设置在行星齿轮之间的空隙部；

环形齿轮部，在轮毂壳的内周边制出；

14.如权利要求1所述的自行车变速装置，其中，离合器装置包括：

第二爪，设置在行星齿轮之间的空隙部；

环形齿轮部，同时与行星齿轮和第二爪啮合，安装在第二爪之外；

第三爪，安装在环形齿轮与轮毂壳之间。

15.如权利要求1所述的自行车变速装置，其中，中间传递部包括：

销，固定在爪控制环的一侧，此销通过一盘与变换盘连接，此盘设置在爪控制环与变换盘之间。

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