CN116495093B - 一种变速花鼓 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种变速花鼓，其包括花鼓壳体、第一级驱动组件和第二级驱动组件。第二级驱动组件包括第二离合和第二花键。第二离合通过第二爪棘与花鼓壳体固定并随其转动，以实现动力传递。第二爪棘位于第二花键的外周侧。本发明提供了一种有效的耦合和解耦机制，通过驱动臂的设计，使第二爪棘能够在超越多个键部时与外花键解耦。此外，外花键包括多个键部和斜坡面，提供平稳的耦合和解耦操作。本发明提供了一种结构紧凑、操作可靠的变速花鼓，可应用于各种机械传动系统中。

Description

一种变速花鼓

技术领域

本发明属于乘骑车辆领域，特别涉及对变速花鼓的改进。

背景技术

现有技术中自行车、电动车等能提供自动变速功能。自动变速功能是通过设置一自动变速花鼓实现的，自动变速花鼓的动力输入端连接自行车的飞轮，或电动车的电机输出轴，以提供动力。变速花鼓能够根据输入的转速自动改变输入、输出端的齿比以根据转速自动地调整自行车或电动车的行驶速度，从而达到高速、低能耗的效果，因其骑行便捷不需手动操作广受好评。

变速花鼓一般是通过其内置的一级、两级，或三级动力输出装置实现的。通常一级动力输出装置用于直接驱动花鼓壳体、二级动力输出装置通过行星齿轮组增速后驱动花鼓壳体，三级动力输出装置通过行星齿轮组在二级转速的基础上再增速后驱动花鼓壳体。

现有技术中存在两方面的问题：1.通过动力端输入的转动力驱动离合装置与花鼓壳体之间动力传递关系的耦合或解偶，当出现用户停止踩踏进入滑行状态时，用户再次介入踩踏时为了达到离合与花鼓壳体耦合的状态需要在低阻力下踩踏才能达到相应的转速所对应的挡位，低阻力下的踩踏给用户的感受是短时而快速的“踏空感”，骑行体验不佳。

现有技术中离合的爪棘设置在花键的内部，当转速达到对应的挡位时，爪棘与花键内部耦合。由于花键内部半径小,相应的爪棘的力臂更小，所述爪棘与花键配接的端面所承受的扭力更大容易造成爪棘本身受到的应力更大，或出现爪棘的轴卡顿无法升挡或降档的故障。同时爪棘设置在花键内部时，离合的结构和装配工艺也更复杂。

发明内容

本发明的目的是提供一种避免用户踏空、爪棘不易损坏、避免卡顿、结构简化的变速花鼓。

具体而言本发明提供一种变速花鼓，包括：

花鼓壳体；

第一级驱动组件，其通过第一爪棘直驱动花鼓壳体；

第二级驱动组件，与第一级驱动组件通过行星齿轮组连接；

第二级驱动组件包括第二离合，第二离合与所述花鼓壳体固定，并随花鼓壳体转动,以及用于驱动花鼓壳体的第二花键；

所述第二离合包括根据花鼓壳体转速耦合或解耦所述第二花键和花鼓壳体的动力传递关系的第二爪棘；

所述第二爪棘设置在所述第二花键的外周侧。

在本发明一较佳的实施例中，所述第二花键包括外花键，所述第二爪棘与所述第二花键的外花键的多个键部耦合或解耦。

在本发明一较佳的实施例中，第一级驱动组件包括所述行星齿轮组件的星轮和行星架，所述星轮可转动地固定在行星架上，所述第二级驱动组件包括所述行星齿轮组件中的齿环，所述第二花键设置在所述齿环上随所述齿环转动。

在本发明一较佳的实施例中，所述第二爪棘包括转轴，以及与转轴连接并绕转轴转动的驱动臂，驱动臂远离所述转轴的远端用于与所述多个键部耦合或解耦，所述远端被设置在径向靠近所述多个键部的位置，所述转轴被设置在径向远离所述多个键部的位置。

在本发明一较佳的实施例中，所述驱动臂远离所述转轴的远端具有第一宽度，靠近所述转轴的近端具有第二宽度；所述第一宽度小于所述第二宽度，所述的第一宽度与第二宽度过渡之处形成弧形过渡部。

在本发明一较佳的实施例中，所述多个键部包括用于与所述远端配接的配接槽，以及解耦所述第二爪棘与第二花键的驱动面和圆周外弧面；所述驱动面为一倾斜上升至所述圆周外弧面的斜坡面。

在本发明一较佳的实施例中，所述第二爪棘超越所述多个键部时，第二爪棘沿着位于所述壳体旋转方向前方键部的驱动面上升至圆周外弧面，靠近转轴一侧的弧形过渡部与所述圆周外弧面配接使得所述驱动臂的远端偏转一定角度远离所述圆周外弧面，该角度使得第二离合中的第二离合片的保持结构能够与所述第二爪棘的远端配接，以完成所述第二爪棘与第二花键外花键之间动力传递关系的解耦。

在本发明一较佳的实施例中，所述第二花键的外花键包括至少12个或14个所述键部。

在本发明一较佳的实施例中，所述第二离合包括：第二离合片、第二离心块、第二爪棘；所述第二离心块通过转轴固定在花鼓壳体的第二端盖上；所述第二端盖上包括收容所述第二爪棘的凹槽，所述凹槽包括轴槽，所述第二爪棘的转轴可在所述轴槽内转动；

所述花鼓壳体高于第二转速时，所述第二离心块驱动所述第二离合片沿着与所述花鼓壳体转动方向相反的方向转动，以使得所述第二离合片转动至第一位置，在第一位置时第二离合片使第二爪棘与第二花键的外花键耦合；

所述花鼓壳体低于第二转速时，所述第二离心块驱动所述第二离合片沿着与所述花鼓壳体转动方向相同的方向转动，以使得所述第二离合片转动至第二位置，在第二位置时第二离合片使第二爪棘与第二花键的外花键解耦。

在本发明一较佳的实施例中，第二爪棘与第二花键耦合时配接面的承压力为F=T/R1，其中R1为所述第二花键的外花键的半径，T为行星齿轮组的输入扭矩。

在本发明一较佳的实施例中，进一步包括：

第三级驱动组件，与所述第二级驱动组件通过行星齿轮组连接；

第三级驱动组件包括第三离合，所述第三离合与所述花鼓壳体固定，并随花鼓壳体转动；用于驱动花鼓壳体的第三花键；

所述第三离合包括根据花鼓转速耦合或解耦所述第三花键和花鼓壳体之间动力传递关系的第三爪棘；

所述第三爪棘轮设置在所述第三花键的外周侧。

所述第三花键包括外花键，所述第三爪棘与所述第三花键的外花键的多个键部耦合或解耦。

在本发明一较佳的实施例中，第三级驱动组件的第三离合与第二级驱动组件的第二离合为相互镜像的结构。

在本发明一较佳的实施例中，所述第三花键的外花键包括至少14或12个所述键部；

在本申请一优选的实施例中，所述行星齿轮组的齿环上包括第四花键，所述第四花键包括外花键，第四花键与所述第二花键的内花键配接，以将所述齿环的动力传递给所述第二花键。

在本发明一较佳的实施例中，所述第四花键包括内花键，所述第三级驱动组件包括行星架组件，所述行星架组件包括与所述第四花键内花键的配接的第五花键。

在本发明一较佳的实施例中，所述第三级驱动组件包括与行星架组件配接的齿环，所述齿环包括第六花键，所述第六花键为外花键，所述第六花键与所述第三花键的内花键配接。

在本发明一较佳的实施例中，所述第三离合包括：第三离合片、第三离心块、第三爪棘；所述第三离心块通过转轴固定在花鼓壳体的第三端盖上；所述第三端盖上包括收容所述第三爪棘的凹槽，所述凹槽包括轴槽，所述第三爪棘的转轴可在所述轴槽内转动。

所述花鼓壳体高于第三转速时，所述第三离心块驱动所述第三离合片沿着与所述花鼓壳体转动方向相反的方向转动，以使得所述第三离合片转动至第一位置，在第一位置时第三离合片使第三爪棘与第三外花键耦合；

所述花鼓壳体低于第三转速时，所述第三离心块驱动所述第二离合片沿着与所述花鼓壳体转动方向相同的方向转动，以使得所述第三离合片转动至第二位置，在第二位置时第三离合片使第三爪棘与第三外花键解耦。

在本发明一较佳的实施例中，花鼓壳体/车辆加速过程中：花鼓壳体达到第一转速时，所述第一爪棘直驱花鼓壳体、所述第二爪棘与第二花键解耦、第三爪棘与第三花键解耦；所述花鼓壳体达到第二转速时，第一爪棘处于超越状态、第二爪棘与花鼓壳体耦合、第三爪棘与第三花键解耦；所述花鼓壳体达到第三转速时第一爪棘和第二爪棘处于超越状态，第三爪棘与第三花键耦合。

在本发明一较佳的实施例中，花鼓壳体高于第三转速时第一爪棘、第二爪棘、第三爪棘均处于超越状态。

在本发明一较佳的实施例中，所述第三转速〉第二转速〉第一转速。

在本发明一较佳的实施例中，减速过程中：花鼓壳体低于第三转速但高于第二转速时，第三爪棘处于解偶状态，第二爪棘处于超越状态，第一爪棘处于超越状态；花鼓壳体处于第二转速时所述第三爪棘处于解偶状态，第二爪棘处于耦合状态，第一爪棘处于超越状态；花鼓壳体低于第二转速但高于第一转速时，第三爪棘处于解偶状态，第二爪棘处于解偶状态，第一爪棘处于超越状态；花鼓壳体处于第一转速时所述第三爪棘处于解偶状态，第二爪棘处于解偶状态，第一爪棘处于耦合状态。

在本发明一较佳的实施例中，所述花鼓壳体为封闭壳体，所述第二端盖与第三端盖固定在所述封闭壳体的内部。

在本发明一较佳的实施例中，所述第二端盖和第三端盖可拆卸地与壳体的主体固定。

在本发明一较佳的实施例中，所述第二端盖设置供所述第四花键通过的通孔，第三端盖上设置供第五花键通过的通孔。

在本发明一较佳的实施例中，所述第二花键包括外花键和内花键，所述外花键的半径为所述R1，所述内花键的半径为R2，所述R2<R1。

本申请相对现有技术，具有多方面的进步：1.通过第二、第三爪棘设置在所述第二花键和第三花键的外周侧，并与花键外周的键部配接，由于第二花键和第三花键的外部的半径较大增大了力矩，使得所述爪棘的端面在与花键配接时受到的扭力更小，其配接端面承受的应力更小从而避免爪棘损坏或卡住造成无法换挡的问题；2.爪棘与外花键配接相对于现有技术的爪棘设置在内花键内与内花键配接而言，可以设置更多的键部在外花键上，从而使得相同转速或骑行速度下，爪棘与花键的结合时间更短，能够减少换挡时产生的顿挫感；3.将第二、第三离合通过花鼓壳体的第二端和第三端盖固定在花鼓壳体上，离合的离心块随花鼓壳体的转速工作，第二、第三爪棘与外花键的耦合或解耦的时机由花鼓壳体确定，即由自行车的实际行驶速度决定，当用户滑行时变速花鼓也会根据滑行速度换挡到合适的挡位，不需要先让用户空踏换挡，从而避免了用户空踏的问题，避免因空踏用户失去平衡，提高了骑行体验。

附图说明

图1是实施例1变速花鼓总体结构示意图。

图2是实施例1变速花鼓轴向剖面结构示意图。

图3是实施例1变速花鼓轴向分解结构示意图。

图4是实施例1变速花鼓的驱动体结构示意图。

图5是实施例1变速花鼓的第二离合轴向分解结构示意图。

图6是实施例1变速花鼓的第二花键结构示意图。

图7是实施例1变速花鼓的第二爪棘结构示意图。

图8是实施例1变速花鼓的第二端盖示意图。

图9是实施例1变速花鼓的第二离合片示意图。

图10是实施例1变速花鼓的第二离心块结构示意图。

图11是实施例1变速花鼓的第二离合升档降档状态示意图。

图12是实施例2变速花鼓的轴向剖面结构示意图。

图13是实施例2花鼓壳结构示意图。

图14是实施例2第三端盖结构示意图。

图15是实施例2第二行星齿轮组和第三行星齿轮组轴向分解结构示意图。

实施方式

下面结合附图对本申请的技术方案作出进一步详尽的描述以帮助本领域技术人员理解本申请的技术方案，但不应当视为对保护范围的限制，本申请的保护范围应当以权利要求书的限定为准。

本申请中的术语“第一”“第二”等均是为了区分不同的技术特征，而不是对保护范围的限制。术语“耦合”是指不同部件之间通过直接或间接的传递动力的机械连接关系，术语“解耦”是解除不同部件之间的直接或间接的动力传递关系。术语“轴向”是指花鼓壳体的轴的延伸方向，或与延伸方向平行的方向。术语“径向”是指花鼓部件的旋转面的直径的延伸方向。术语“超越状态”是指爪棘转速小于配合的花鼓壳体或花键等部件，被这些部件在旋转方向上位置被超越的状态。

实施例1

变速花鼓整体外部结构

请参照图1所示的变速花鼓，其包括花鼓壳体104和花鼓轴100。所述花鼓整体支撑在花鼓轴100上，该花鼓轴100可选的与自行车、电动车、电机轴等同轴。所述花鼓轴100的两端设置用于将花鼓轴100固定在上述车辆上的固定螺母101，优选的所述固定螺母101还可以使用快拆结构替代。

参照图1、图2和图3设置用于向花鼓输入动力的驱动飞轮103，该驱动飞轮103可选地与用户的链条连接，所述链条可选地与用户的踏板飞轮或电机驱动器连接。所述驱动飞轮103直接与变速花鼓的第一级驱动组件L1的动力输入装置连接，用于作为变速花鼓整体动力的输入源。所述花鼓壳体104与车辆的轮毂连接，用于将原始动力或变速后的动力输出至轮毂以自动地改变车辆的行驶速度。

所述花鼓壳体104包括主体部分106以及第二端盖800。所述花鼓壳体104靠近飞轮的一侧形成花鼓壳体104的主体部分106，该主体内部形成收容花鼓壳体104内部零件的主要空间，所述第二端盖800通过螺钉等固定组件与所述主体部分106连接，并固定在所述主体部分106的一侧。同时在花鼓壳体104内部，所述第二端盖800用于固定第二级驱动组件L2的第二离合1000（如图5所示）。以使得第二离合1000能够根据花鼓壳体的转速自动选择升挡或降档。

通过将第二离合1000固定在花鼓壳体104的第二端盖800上，第二离合1000可以随花鼓壳体104同步转动，并根据花鼓壳体104的转速换挡，当用户滑行时（例如下坡时停止踩踏让车辆自行下滑），车辆花鼓的挡位跟随车速发生变化。而现有技术中离合通常跟随驱动组件转动，在车辆滑行时用户再次踩踏需要先将驱动组件转速提到离合的换挡临界值，在此过程中用户踩踏阻力小，而当换挡后由于离合突然结合踩踏阻力突然增大，给用户的骑行感受是短时的踏空骑行体验较差。本申请将第二离合1000固定在花鼓壳体104的第二端盖800上后，第二离合1000随花鼓转动，即使发生滑行后用户再次踩踏时动力也能够通过第二离合1000输出到花鼓壳体104上，换挡时与不具有自动换挡的自行车骑行体验没有差别，骑行体验上消除了滑行或暂时停止踩踏后的踏空感。

参照图2、图3和图4，第一级驱动组件L1包括驱动体400。所述花鼓壳体104内包括第一级驱动组件L1，所述第一级驱动组件L1用于直接驱动花鼓壳体104。所述第一级驱动组件L1包括与驱动飞轮103连接的驱动体400，所述驱动飞轮103通过卡接结构固定在驱动体400上，驱动飞轮103同时通过该卡接结构将转动动力传递给所述驱动体400。驱动体400与所述驱动飞轮103连接处设置允许所述驱动飞轮103内接的圆形口107进入的凹槽203，在该凹槽203内设置卡环204，该卡环204用于轴向固定所述驱动飞轮103的位置防止驱动飞轮103轴向移动。

所述驱动体400包括用于驱动花鼓壳体104的结构，以及用于与第二级驱动组件L2连接的行星齿轮组205的一部分。驱动体400为一空心的结构，其靠近所述驱动飞轮103的一端通过一密封环201密封。驱动体400的内部的空心腔401内接地设置第一滚珠轴承211和第二滚珠轴承212，第一滚珠轴承211和第二滚珠轴承212承被所述空心腔401体内的卡簧202限位在所述空心腔401体内，同时第一滚珠轴承211和第二滚珠轴承212靠在所述花鼓轴100上，花鼓轴100表面设置台阶结构108以限位第一滚珠轴承211和第二滚珠轴承212的轴向位置，通过这种结构即可限位所述驱动体400的轴向位置。

参照图4，驱动体400远离所述驱动飞轮103的一侧包括第一爪棘安装座402，所述第一爪棘安装座402的直径增大，第一爪棘安装座402上包括用于安装第一爪棘420的安装槽403，所述第一爪棘420包括驱动臂421，以及与驱动臂421连接的转轴422；所述第一爪棘安装槽403中包括对应于所述驱动臂421和转轴422的驱动臂槽404和轴槽405，所述第一爪棘420可以在所述安装槽403中转动。

所述安装座402的包括一绕安装座402设置的弹簧安装槽406，所述弹簧安装槽406内安装一箍簧425，同时所述第一爪棘420上设置一用于安装所述箍簧425的安装槽423，并且所述第一爪棘420在靠近所述转轴422的位置设置所述箍簧425着力点424，使得所述箍簧425的收缩力作用于转轴422后方的着力点424，进一步使得所述第一爪棘420的驱动臂421能够远离安装槽403张开一定角度，从而在低速时（变速花鼓处于一档）第一爪棘420始终保持与花鼓壳体104的齿环105连接。

驱动体400转动时通过所述第一爪棘420对花鼓壳体104的齿环105直接驱动，所述花鼓壳体104的齿环105安装在花鼓壳体104内，花鼓壳体104的齿环105进一步将动力传递给所述花鼓壳体104。当花鼓壳体104转速高于所述驱动体400的转速时第一爪棘420被花鼓壳体104的齿环105超越，所述第一爪棘420被花鼓壳体104的齿环105上的齿超越时，所述第一爪棘420的驱动臂421绕着转轴422弹性回缩，第一爪棘420的驱动臂421在所述齿环105的连续两个齿之间时被所述箍簧425复位，此时所述第一爪棘420处于超越状态，驱动体400的动力不直接传递至所述花鼓壳体104。

所述驱动体400的外部包括第三滚珠轴承213，所述第三滚珠轴承213轴向靠近所述驱动飞轮103的一侧设置止位环407，所述止位环407用于限定所述第三滚珠轴承213的轴向位置，所述第三滚珠轴承213用于支撑花鼓壳体104，使得花鼓壳体104能够与所述驱动体400之间自由的相对转动，同时使得所述花鼓壳体104能够在不同的挡位下以不同的相对速度转动。

在所述驱动体400的安装座402的一侧设置行星齿轮架408，该行星齿轮架408上包括三个星轮409，以及用于设置星轮的星轮轴411，三个星轮409与设置在花鼓轴100中心的太阳轮102（如图3）啮合，所述驱动体400转动时，所述行星架408和星轮409转动。星轮409转动的同时驱动行星齿轮组205的齿环410，由于太阳轮102固定，行星齿轮架408转动，所述行星齿轮组205的齿环410的转速相对于驱动体400的转速更高。

第二级驱动组件

请参照图2、图3和图5，所述第二级驱动组件L2通过行星齿轮组205与第一级驱动组件L1连接，第二级驱动组件L2包括第二离合1000、用于驱动花鼓壳体104的第二花键600。行星齿轮组205的齿环410包括第四花键413，该第四花键413为外花键用于与第二花键600啮合，向第二离合1000传递动力。

第二离合

所述第二离合1000包括：第二离合片900、第二离心块1100、第二爪棘700；所述第二离心块1100通过转轴1101固定在所述第二端盖800上；所述第二端盖800上包括收容所述第二爪棘700的凹槽804，所述凹槽804包括轴槽805，所述第二爪棘700的转轴701可在所述轴槽805内转动。

参照图5，第二离合1000通过第二端盖800与所述花鼓壳体104固定，并随花鼓壳体104转动。所述第二离合1000根据花鼓壳体104转速耦合或解耦所述第二花键600和花鼓壳体104之间的动力传递关系；所述第二爪棘700设置在所述第二花键600的外周侧。

参照图5和图7，通常在现有技术中离合以及离合上的爪棘随花鼓转动，并且所述爪棘设置在花键（相当于本申请的第二花键600）的内花键内。而本申请第二爪棘700设置在第二花键600的外周侧，相对设置在内花键的方案本申请装配结构更加简单，同时在第二爪棘700与所述外花键配接时，外花键的半径更大，相同扭矩下所述第二爪棘700与第二花键600的外花键受到的扭力更小，其配接端面703承受的应力更小从而避免第二爪棘700损坏或卡住造成无法换挡的问题。

第二花键

请参照图5、图6和图11，所述第二花键600包括外花键601和内花键608，第二爪棘700与所述第二花键600的外花键601的多个键部602耦合或解耦。所述外花键608包括多个键部602，所述内花键608包括多个键部612。每个所述外花键的键部602的结构相同，每个所述内花键608的键部612结构相同。内花键608的键部612包括第一斜面609和第二斜面610以及与所述第一斜面609和第二斜面610连接的顶面603，所述第一斜面609倾斜角大于第二斜面610的倾斜角。内花键608的键部612用于与齿环的第四花键413配接，以接收所述齿环410的动力即所述第二花键600设置在齿环410上并随齿环410转动。

内花键608的多个键部612之间，形成一圆周间距空间611，该圆周间距空间611用于周向收容所述齿环410的第四花键413的键部，并且所述第四花键413的圆周间距小于所述内花键的键部612之间圆周间距空间611，使得齿环的第四花键413与第二花键600的内花键608的键部612之间形成所述的周向缓冲空间，该缓冲空间能够减少换挡时的花键冲击。

所述外花键的多个键部602包括用于与所述第二爪棘700配接的配接槽604，以及圆周外弧面605，以及驱动面606。所述驱动面606为一倾斜上升至所述圆周外弧面605的斜坡面。所述配接槽604大致为“J”形剖面结构，其底部为半圆形，配接槽604的径向高度小于所述圆周外弧面605和所述驱动面606，在所述配接槽604和所述驱动面606之间为缓冲面607。

参照图11，所述第二花键600的外花键601的半径为R1，所述内花键608的半径为R2，所述R2<R1。假设扭矩为T，内花键扭力为F1外花键扭力为F2，则T=F1*R1=F2*R2，F2=F1*（R1/R2），由于R2<R1因此所述F2<F1，该较小的F2减少了对第二爪棘700配接面703的应力冲击能够避免所述第二爪棘700损坏或卡住。

所述第二爪棘700与第二花键600的外花键601配接时能够减少换挡响应时间。由于第二花键600的外花键601的直径更大，所述第二花键600的外花键601的键部602相对内花键608的键部612更多，相应的在换挡后所述第二爪棘700与键部602之间的接合时间更短。在优选的方案中所述第二花键600的外花键601的键部602设置至少10个，在优选的方案中所述第二花键的外花键601的键部602设置至少14个或12个，其换挡后的响应时间约为t1=（2π/14）/w或（2π/12）/w，其中w为转动的角速度，可见响应时间与键部602的数量成反比，相对而言外花键601圆周尺寸更大的允许其设置键部602的数量较内花键更多，相应的换挡响应时间更短，不会出现挡位结合时爪棘与键部602啮合面的冲击力，以及冲击声。

第二爪棘

参照图7和图11第二爪棘700设置在所述第二花键600的外周侧并被安装在所述第二离合1000上的花鼓壳体104的端盖800的凹槽804中。所述第二爪棘700包括转轴701，以及与转轴701连接并绕转轴701转动的驱动臂702，驱动臂702远离所述转轴701的远端(在端面703处，以及该端面附近的部分)用于与所述多个键部耦合或解耦，所述远端被设置在靠近所述多个键部602的位置，所述转轴701被设置在远离所述多个键部602的位置。耦合时驱动臂702的端面703与所述配接槽604的面抵触并通过该端面703传递动力至花鼓壳体104上。

所述第二爪棘700的中心包括一弹簧槽704。该弹簧槽704的贯穿所述第二爪棘700的厚度方向，并在靠近所述转轴701的位置形成一可供弹簧停靠的斜面705，在第二爪棘内设置一弹簧706，该弹簧706在所述第二爪棘700未受到所述第二离合片900约束时将所述第二爪棘700的驱动臂702偏转至靠近所述第二花键键部602的位置。

所述驱动臂702远离所述转轴701的远端具有第一宽度W1，靠近所述转轴701的近端具有第二宽度W2；所述第一宽度W1小于所述第二宽度W2，所述的第一宽度W1与第二宽度W2过渡之处形成一弧形过渡部708。所述第一宽度W1和第二宽度W2以及所述弧形过渡部708的作用是所述第二爪棘700在超越所述键部602时，所述第二爪棘700的驱动臂702的远端能够翘起一定角度，该角度大小大约如图11所示角b，借助较小的第一宽度W1和所述角b在所述圆周外弧面605与第二爪棘700驱动臂702之间形成一个空隙C，该空隙C允许第二离合片900的保持结构904进入使得第二爪棘700与所述第二花键600之间解耦。

参照图9和图11，在本发明一较佳的实施例中，所述第二爪棘700超越所述多个键部602时，第二爪棘700沿着位于所述花鼓壳体104旋转方向A前方键部的驱动面606上升至圆周外弧面605，靠近转轴701一侧的弧形过渡部708与所述圆周外弧面605配接使得所述驱动臂702的远端偏转一定角度远离所述圆周外弧面形成一个空隙C，空隙C使得第二离合1000中第二离合片900的保持结构904能够与所述第二爪棘700的远端第一宽度W1处配接，以完成所述第二爪棘700与第二花键600的外花键601解耦。

第二端盖

参照图5、图8，所述第二端盖800分为内面801和外面802。所述第二端盖800外面802穿过多个用将第二端盖800与壳体主体部分106固定的螺钉（图中未示出），所述第二端盖800上设置多个供所述螺钉穿过的固定孔803，这些螺钉穿过固定孔803将所述第二端盖800固定在所述花鼓壳体104的主体部分106上，所述端盖800与花鼓壳体104的主体部分106密封连接，可选的两者的连接面设置密封垫片。所述第二端盖800上包括多个加厚的台阶806，这些台阶806上设置了多个固定孔807，这些固定孔807用于固定第二离心块1100的轴1101，所述述第二离心块1100通过转轴1101固定在花鼓壳体104的第二端盖800上的该固定孔807内。

所述第二端盖800的内面801用于固定第二离合1000。所述第二端盖800具有一定的轴向厚度，该轴向厚度能够保证在所述第二端盖800的内部形成一圆形腔体808，在该圆形腔体808的周壁上包括用于设置弹簧的环形槽809，该环形槽809用于固定所述第二爪棘700的弹簧706。在所述圆形腔体808的周壁上包括用于收容安装所述第二爪棘的凹槽804，该凹槽804包括轴槽805和用于收容所述第二爪棘驱动臂702的槽812，所述第二爪棘700处于释放状态时，驱动臂702偏离所述槽812，此时第二爪棘700可以与所述第二花键600的键部602啮合/配接，或此时第二爪棘700可以处于超越状态。

在所述圆形腔体808的外周包括多个弧形挡条813，弧形挡条813的作用是固定第二离合片900的径向位置，并让所述第二离合片900能够以一定的角度转动，以让第二离合片900在第一位置P1和第二位置P2之间切换，从而通过第二离合片900控制所述第二爪棘700与第二花键600耦合或解耦。

在所述圆形腔体808的外周包括多个限位件814，这些限位件814的结构与所述弧形挡条813近似，限位件814的与第二离合片900的外周抵触以限位所述第二离合片900的径向位置。

第二离合片

参照图9，所述第二离合片900的中心包括一安装孔901，第二离合片900安装时安装在所述齿环410的第四花键413上，该安装孔901的直径与所述第四花键413的直径相等。在所述安装孔901的外周包括四个独立定位孔902，所述定位孔902被安装在所述多个限位件814上，所述定位孔902的弧长大于所述多个限位件814，以使得所述第二离合片900具有轴向的转动空间。

在所述安装孔901周向之间间隔设置爪棘离合孔903，所述爪棘离合孔903关于所述离合片安装孔901的中心对称设置，在爪棘离合孔903内设置一保持结构904，该保持结构904用于在所述第二爪棘700与所述第二花键600解耦时保持所述第二爪棘700与所述第二花键600的解耦状态，所述第二爪棘700具有第一轴向长度W3以在耦合或解耦状态下分别与轴向不同位置的所述第二花键600或所述第二离合片900配接。

保持结构904与所述第二爪棘700配接时所述保持结构904伸入所述第二爪棘700的驱动臂702的远端径向内部，并且所述保持结构904上边缘的径向高度高于所述第二花键600键部602的径向高度，使得保持结构904与第二爪棘700配接时所述第二爪棘700与第二花键600的键部602分离。

所述第二离合片900上还包括第二离心块1100适配孔905，所述第二离心块1100适配孔905大致为“T”形结构的孔构成，其由第一胶囊孔911和第二胶囊孔912，所述第一胶囊孔911具有更大的径向尺寸以及长度，并且第一胶囊孔911和第二胶囊孔912为相互连通，第二离心块1100设置在所述第一胶囊孔911之上但不与该胶囊孔干涉。

图11所示的第二离合片900’是另一实施方式的第二离合片900’，其与图9所示的第二离合片900的结构主要不同之处在于：不具有与适配孔905等同的孔，离心块的轴1101直接固定在端盖800上；第二离合片900’具有圆形的外轮廓，并且其直径小于图9所示的第二离合片900的最大直径之处。第二离合片900’工作时的原理与第二离合片900完全相同，在本申请中工作原理的描述中不作区分。

第二离心块

参照图10，所述第二离心块1100的安装轴1101通过第二离合片900上的适配孔905固定的所述第二端盖800上，所述第一胶囊孔911的尺寸大于所述安装轴1101的直径，以使得所述第二离合片900具有转动空间。所述第二离心块1100的安装轴1101上设置复位弹簧1102，通过调整该复位弹簧1102的扭力，可以相应的调整所述离合1000的换挡临界转速。所述第二离心块1100还包括一驱动杆1103该驱动杆1103驱动所述第二离合片900转动，当驱动杆1103随着所述第二离合片900转动时，所述驱动杆1103绕第二离心块1100安装轴1101转动并通过所述第二胶囊孔912将绕轴转动转换为所述第二离合片900的转动，显然所述第二离合片900转动的过程中所述驱动杆1103相对于所述第二胶囊孔912会径向向外或径向向内移动。

变速花鼓的换挡过程

参照图5、图11在一档时用户骑行或驱动装置（例如电机）带动所述驱动体400转动时，所述驱动体400随着驱动飞轮103转动，驱动体400的转速始终保持与输入的转速相同。驱动体400上的第一爪棘420与花鼓壳体104的齿环105配接并通过所述花鼓壳体104的齿环105直接驱动花鼓壳体104的转动，此时花鼓壳体104的转速与所述驱动体400的转速相同，同时花鼓壳体104的转速并未达到所述第二离合1000的换挡的临界转速，所述第二离合1000随着花鼓壳体104转动。所述行星齿轮组205的齿环410此时相对于所述驱动体400的转速更高，所述第二花键600随着所述行星齿轮组205的齿环410转动，此时所述第二花键600处于空转的状态，并不对所述花鼓壳体104输出动力。此时所述第二爪棘700的驱动臂702被所述第二离合片900的保持结构904保持住，使得驱动臂702不与所述第二花键600的键部602配接。

在从一档升二档时，用户加速骑行所述花鼓壳体104的转速达到所述第二离合1000的临界转速（达到第二转速）。所述第二离心块1100的离心力（在非惯性参考系下定义所述离心力）克服所述复位弹簧1102的复位力驱动所述第二离合片900反向转动（与所述花鼓壳体104的转动方向相反）以使得所述第二离合片900转动至第一位置p1，在第一位置p1所述第二离合片900的保持结构904释放所述第二爪棘700，被释放后所述第二爪棘700在弹簧706的作用下绕转轴701旋转，驱动臂702与所述第二花键600的外花键的键部602配接，使得所述花鼓壳体104直接由第二花键600驱动，第二花键600的驱动力通过所述第二爪棘700传递到第二端盖800，再通过所述第二端盖800传递到所述花鼓壳体104。此时所述花鼓壳体104的转速与所述行星齿轮组205的齿环410以及所述第二花键600的转速相同，由于所述行星齿轮组205的加速作用，使得花鼓壳104以及花鼓壳体的齿环105转速大于第一爪棘420的转速，所述第一爪棘420此时处于超越状态。达到临界转速后所述第二离心块1100保持所述第二离合片900的位置不复位。

在从二档降一档时，用户停止蹬踏或蹬踏速度变慢时（低于第二转速），所述花鼓壳体104的转速逐渐降低至所述临界转速以下，此时所述第二离心块1100在复位弹簧1102的作用下复位，所述第二离心块1100复位过程中第二离合片900复位转动（转动方向与花鼓壳体转动方向相同）至第二位置P2，此时花鼓壳体104的转速大于所述第二花键600的转速，所述第二爪棘700的前端超过位于所述花鼓壳体104旋转方向A前方键部的驱动面606，并上升至圆周外弧面605，靠近第二爪棘转轴701一侧的弧形过渡部708与所述圆周外弧面605配接使得所述驱动臂702的远端偏转一定角度远离所述圆周外弧面605形成间隙C，该间隙C使得复位过程中的离合片的保持结构904能够与所述第二爪棘700的远端配接，以完成所述第二爪棘700与第二花键600的外花键601解耦。此时如果用户不再蹬踏，所述第一爪棘420仍然处于超越状态，如果用户再次蹬踏并且驱动体400的转速与所述花鼓壳体104的转速相同或大于所述花鼓壳体104的转速时第一爪棘420重新与所述花鼓壳体104花鼓壳体104的齿环105配接，并在一档下驱动所述花鼓壳体104继续转动。

需要注意的是处于一档和二档时动力传递的路径有所区别，处于一档时动力通过驱动飞轮103（或电机轴）传递给驱动体400，再通过驱动体400传递给第一爪棘420，然后通过第一爪棘420传递花鼓壳体的齿环105，齿环105传递给花鼓壳体104。处于二档时动力通过驱动飞轮103（或电机轴）传递给驱动体400，驱动体400传递给星轮409，通过星轮409传递给行星齿轮组205的齿环410，齿环410传递给第二花键600，第二花键600传递给第二爪棘700，然后通过第二爪棘700传递给第二端盖800，再通过第二端盖800花鼓壳体104。

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上进步一提出的改进，在此对与实施例1相同的结构做简要描述，对与实施例1不同的结构做详细描述，为了与实施例1区分本实施例2使用了新的附图标记。

请参照图12所示三挡位变速花鼓结构，与实施例1的不同之处在于所述花鼓壳体1210内部包括第二级驱动组件L2和第三级驱动组件L3，两者都设置在所述花鼓壳体1210之内，并且第二端盖1202与花鼓壳体1210内部连接，同时所述第三级驱动组件L3的第三端盖1400与所述花鼓壳体1210内部连接。所述第二级驱动组件L2和第三级驱动组件L3的呈镜像对称结构，该镜像对称结构能够减少变速花鼓的整体轴向长度，以减少所述花鼓的整体体积。

花鼓壳体

参照图12和图13，花鼓壳体1210分为第一部分1211和第二部分1212。花鼓壳体1210的第一部分1211用于与所述第二端盖1202连接，花鼓壳体1210的第一部分1211同时收容所述第一级传动组件L1。与实施1不同之处在于所述花鼓的第一部分1211包括一轴向延长的连接结构1215，该连接结构1215嵌入到所述花鼓壳体1210的第二部分1212，并与所述花鼓壳体1210的第二部分1212的内壁配接，所述花鼓壳体1210的第一部分1211还包括连接端面1213，第一部分1211的连接端面1213与花鼓第二部分1212的连接端面1218通过螺钉连接。所述花鼓壳体1210的第二部分1212，内部包括多个沿着所述花鼓壳体1210壁布置的凸块1214，所述凸块1214上设置螺钉安装孔1216，该凸块1214用于将所述第三级驱动组件L3的第三端盖1400与花鼓壳体1210固定。在所述凸块1214的外周还包括一环形台阶1217，该环形台阶1217的轴向长度高于所述凸块1214，与所述凸块1214的表面形成高度落差，该高度落差便于所述第三端盖1400的固定。同样的所述花鼓壳体1210的第一部分1211也设置所述凸块1214以便于所述第二端盖1202安装在所述花鼓壳体1210的第一部分1211上。

在花鼓壳体1210的内部包括一转速传感器安装槽1219，该安装槽1219将霍尔转速传感器安装在其内，以确定花鼓转速以及挡位。

第三端盖

参照图12、图14和图15所述第三端盖1400与实施例1的主要不同之处在于，第三端盖1400的中间设置一较大的开口1401使得其内部能够容纳第三爪棘1501以及第三花键1503，以及第三行星齿轮组1500的齿环1502上的第六花键1510与所述第三花键1503配接的位置也通过此开口1401。

在本实施例中所述第二端盖1202和所述第三端盖1400具有相同的结构，并且第三端盖1400和第二端盖1202之间设置隔板1201，所述隔板1201用于隔离位于所述第二端盖1202的开口和第三端盖1400开口1401内部的所述第二爪棘1513、第三爪棘1501、第二离心块1515、第三离心块1516第二行星齿轮组1512的齿环1504，以及第三行星齿轮组1500的齿环1502。所述隔板1201能够防止上述组件在转动的过程中轴向移动，同时防止上述组件转动过程中发生干涉。可选的，所述隔板1201固定在第二端盖1202或第三端盖1400上，或所述隔板1201可为自由地安装在所述第三行星齿轮组1500的齿环1502一侧。

第三行星齿轮组

参照图12和图15所示，其中展示了第二行星齿轮组1512和第三行星齿轮组1500。所述第三行星齿轮组1500包括与第二行星齿轮组1512配接的第三行星架1505，第三行星架1505包括突出于所述第三行星架1505端部的第五花键1506，在第四花键1519内部包括与所述第五花键1506配接的三个内花键1509，每个所述内花键1509为弧形结构，其两端包括弧形表面1507过渡至所述第四花键1519的内表面。所述内表面设置三个所述花键1509每个花键之间预留一定的空间1520，该空间供所述第五花键1506进入并与所述第五花键1506配接，通过上述第五花键1506与第四花键1519的内花键1509的配接所述第二行星齿轮组1512的齿环1504动力可以传递至第三行星齿轮组1500的行星架1505上。为了保持稳定，在所述第四花键1519内、所述第五花键1506的一侧包括一滚珠轴承1508，该滚珠轴承1508用于支撑第二行星齿轮组1512的齿环1504使其轴向的两端都具有支撑轴承转动更加稳定顺滑。

所述第三行星齿轮组1500的齿环1502套设在所述第三行星架上1505，该第三行星架1505被所述具有二档转速的第二齿环1504的内花键1509驱动，所述齿环1502在所述第三行星架1505的驱动下具有第三转速。所述第三花键1503装配在所述齿环1502的第六花键1510上，在三档时所述齿环1502与第三爪棘1501配接以使得所述花鼓壳体1210具有第三转速，所述第六花键1510为外花键，其与所述第三花键1503的内花键配接。所述第三离合与第二离合结构相同，在此不再赘述其结构。

变速花鼓的换挡过程

本实施例在换挡过程中第三离心块1516、第三离合片1517、第三爪棘1501的动作过程均与实施例1相同，在此不再赘述其换挡时的动作过程。不同之处在于本实施例共包括三个挡位，对应所述花鼓壳体1210具有三种转速，并且第三转速〉第二转速〉第一转速。

在本发明一较佳的实施例中，花鼓/车辆的加速过程中：花鼓壳体1210达到第一转速时，所述第二爪棘1513与第二花键1514解耦，第三爪棘1501与第三花键1503解耦；所述花鼓壳体1210达到第二转速时，第一爪棘1518处于超越状态、第二爪棘1513与第二花键1514耦合，第三爪棘1501与第三花键1503解耦；所述花鼓壳体1210达到第三转速时第一爪棘1518和第二爪棘1513处于超越状态，第三爪棘1501与第三花键1503耦合。花鼓壳体1210高于第三转速时第一爪棘1518、第二爪棘1513、第三爪棘1501均处于超越状态。

花鼓壳体1210低于第三转速但高于第二转速时，第三爪棘1501处于解偶状态，第二爪棘1513处于超越状态，第一爪棘1518处于超越状态；花鼓壳体1210处于第二转速时所述第三爪棘1501处于解偶状态，第二爪棘1513处于耦合状态，第一爪棘1518处于超越状态；花鼓壳体1210低于第二转速但高于第一转速时，第三爪棘1501处于解偶状态，第二爪棘1513处于解偶状态，第一爪棘1518处于超越状态；花鼓壳体1210处于第一转速时所述第三爪棘1501处于解偶状态，第二爪棘1513处于解偶状态，第一爪棘1518处于耦合状态。

Claims (10)

1.一种变速花鼓，包括：

花鼓壳体；

第一级驱动组件，其通过第一爪棘直驱动花鼓壳体；

第二级驱动组件，与第一级驱动组件通过行星齿轮组连接；驱动臂

其特征在于，

所述第二级驱动组件包括第二离合，第二离合与所述花鼓壳体固定，并随花鼓壳体转动，以及用于驱动花鼓壳体的第二花键；

所述第二离合包括根据花鼓壳体转速耦合或解耦所述第二花键和花鼓壳体之间动力传递关系的第二爪棘；

所述第二爪棘设置在所述第二花键的外周侧。

2.根据权利要求1所述的变速花鼓，其特征在于，所述第二花键包括外花键，所述第二爪棘与所述第二花键的外花键的多个键部耦合或解耦。

3.根据权利要求2所述的变速花鼓，其特征在于，所述第二爪棘包括转轴，以及与转轴连接并绕转轴转动的驱动臂，驱动臂远离所述转轴的远端用于与所述多个键部耦合或解耦，所述远端被设置在径向靠近所述多个键部的位置，所述转轴被设置在径向远离所述多个键部的位置。

4.根据权利要求3所述的变速花鼓，其特征在于，所述驱动臂远离所述转轴的远端具有第一宽度，靠近所述转轴的近端具有第二宽度；所述第一宽度小于所述第二宽度，所述的第一宽度与第二宽度过渡之处形成弧形过渡部。

5.根据权利要求4所述的变速花鼓，其特征在于，所述多个键部包括用于与所述远端配接的配接槽，以及解耦所述第二爪棘与第二花键之间动力传递关系的驱动面和圆周外弧面；所述驱动面为一倾斜上升至所述圆周外弧面的斜坡面。

6.根据权利要求5所述的变速花鼓，其特征在于，所述第二爪棘超越所述多个键部时，第二爪棘沿着位于所述花鼓壳体旋转方向前方键部的驱动面上升至圆周外弧面，所述弧形过渡部与所述圆周外弧面配接使得所述驱动臂的远端偏转一定角度远离所述圆周外弧面，该角度使得第二离合中第二离合片的保持结构能够与所述第二爪棘的远端配接，以完成所述第二爪棘与第二花键的外花键之间动力传递关系的解耦。

7.根据权利要求2所述的变速花鼓，其特征在于，所述第二花键的外花键包括至少12个或14个所述键部。

8.根据权利要求1所述的变速花鼓，其特征在于，所述第二离合包括：第二离合片、第二离心块、第二爪棘；所述第二离心块通过转轴固定在花鼓壳体的第二端盖上；所述第二端盖上包括收容所述第二爪棘的凹槽，所述凹槽包括轴槽，所述第二爪棘的转轴可在所述轴槽内转动；

所述花鼓壳体高于第二转速时，所述第二离心块驱动所述第二离合片沿着与所述花鼓壳体转动方向相反的方向转动，以使得所述第二离合片转动至第一位置，在所述第一位置时第二离合片使第二爪棘与第二花键的外花键之间的动力传递关系耦合；

所述花鼓壳体低于第二转速时，所述第二离心块驱动所述第二离合片沿着与所述花鼓壳体转动方向相同的方向转动，以使得所述第二离合片转动至第二位置，在所述第二位置时第二离合片使第二爪棘与第二花键的外花键之间的动力传递关系解耦。

9.根据权利要求1所述的变速花鼓，其特征在于，第二爪棘与第二花键耦合时配接面的承压力为F=T/R1，其中R1为所述第二花键的外花键的半径，T为行星齿轮组的输入扭矩。

10.根据权利要求1所述的变速花鼓，其特征在于，进一步包括：

第三级驱动组件，与所述第二级驱动组件通过行星齿轮组连接；

第三级驱动组件包括第三离合，所述第三离合与所述花鼓壳体固定，并随花鼓壳体转动，以及用于驱动花鼓壳体的第三花键；

所述第三离合包括根据花鼓转速耦合或解耦所述第三花键和花鼓壳体之间动力传递关系的第三爪棘；

所述第三爪棘轮设置在所述第三花键的外周侧。