CN117090907A - 行星齿轮变速器自动控制系统及自行车花鼓内3速自动变速器 - Google Patents

Abstract

行星齿轮变速器自动控制系统及自行车花鼓内3速自动变速器，其属于行星齿轮变速器纯机械自动控制领域并应用于自行车花鼓内变速器。本发明专利的自动控制系统是利用行星齿轮高速输入端与被动件是通过可设定力矩的限矩离合器连接，与主动件是通过可控单向离合器连接；低速输入端与被动件是单向离合器连接，与主动件是通过可以与主动件相对转动一个设定角度的连接器连接，当传递力矩大于设定力矩时自动降挡，没有力矩传递时自动升挡。自行车花鼓内3速自动变速器在输入端采用以上所述的行星齿轮变速器自动控制系统，在输出端采用已有的离心力棘爪升速控制技术，并在离心棘爪部分设置扭矩脱挡结构，具有速度控制与扭矩控制的双重功能。

Description

行星齿轮变速器自动控制系统及自行车花鼓内3速自动变 速器

技术领域：本发明属于行星齿轮变速器纯机械自动控制领域，其自行车花鼓内3速自动变速器属于自行车内变速器领域。

背景技术：现有的行星齿轮变速器自动控制系统需要借助较复杂的电器及电子控制系统，其自行车花鼓内变速器纯机械控制方式只采用了离心棘爪速度控制技术，存在3个问题，在初始设定的档位上只能升挡不能降挡，具有一定的局限性；升挡容易，脱挡困难，尤其是在自行车上坡时；离心棘爪设在主动件上，自行车滑行时档位脱开，再进入踏骑时有踩空的感觉。

发明内容：本发明的行星齿轮变速器自动控制系统属于纯机械控制，具有力矩传感器的控制功能，在初始设定挡位可以实现降挡变速，其自行车花鼓内3速自动变速器采用本发明的行星齿轮变速器自动控制系统与现有的离心棘爪控制技术结合，在初始设定档位可以实现升挡和降挡，离心棘爪设置在被动件上，离心棘爪设置了扭矩脱挡机构，完全解决了现有自行车花鼓内自动变速器存在的问题。

附图说明：图1是自行车花鼓内3速自动变速器装配图的剖面图。

图2是自行车花鼓内3速自动变速器飞轮座组件的轴侧图。

图3是自行车花鼓内3速自动变速器飞轮座组件的爆炸图。

图4是自行车花鼓内3速自动变速器花鼓端盖组件的轴侧图。

图5是自行车花鼓内3速自动变速器花鼓端盖组件的爆炸图。

图6是自行车花鼓内3速自动变速器离合器组件的轴侧图。

图7是自行车花鼓内3速自动变速器离合器组件的爆炸图。

图8是自行车花鼓内3速自动变速器行星齿轮架的轴侧图。

图9是自行车花鼓内3速自动变速器行星齿轮架的爆炸图。

具体实施方式：

1、附图中各零件和组件的命名及功能描述：

图1是自行车花鼓内3速自动变速器总图剖面图：

零件1是变速器齿轮轴，具有行星齿轮系统的中心齿轮功能，通过轴两端的螺纹及附件(未画出)连接于自行车后叉，支撑自行车后轮的所有重量并限制轴的转动，通过轴承支撑花鼓转动并限制花鼓及花鼓内零件的轴向位移。零件2是螺母，锁紧轴承。零件3是轴承，在右端支撑飞轮座转动。组件4是飞轮座组件，通过内轴承及外轴承支撑于轴和花鼓之间并可自由转动，负责变速器的动力输入，也是行星齿轮变速器自动控制系统的主要组件。零件5是花鼓，右端通过轴承支撑于飞轮座，左端与花鼓端盖螺栓连接，通过花鼓端盖及轴承支撑于轴上，通过辐条(未画出)连接于轮圈。零件6是齿圈，右端具有内棘齿通过飞轮座外棘爪接受飞轮座的单向动力输入，齿圈中间具有内齿轮是变速器主件，右端具有内棘齿通过花鼓端盖上的离心棘爪输出动力给花鼓。组件7是行星齿轮架组件，右端面具有端面齿形，结合于离合器组件具有动力输入功能，中间有行星齿轮组件，通过行星齿轮轴支撑行星齿轮在外圈与齿圈啮合，在内圈与齿轮轴啮合，行星齿轮架左端套装单向轴承与花鼓端盖连接，具有单向动力输出功能，行星齿轮架套装于齿轮轴，可周向自由转动，轴向有限位。零件8是花鼓螺栓，连接花鼓与花鼓端盖。组件9是花鼓端盖，外圈通过花鼓螺栓连接于花鼓，内圈左端通过轴承支撑于轴，内圈右端通过单向轴承连接于行星齿轮架，接受行星齿轮架单向输出动力，中间圈设有离心棘爪，接受齿圈单向输出动力。零件10是单向轴承。零件11是轴承。零件12是轴承螺母。零件13是行星齿轮架卡簧，用于行星齿轮架轴向限位。组件14是离合器组件，左端通过齿形与行星齿轮架结合，右端通过飞轮座的内棘爪与飞轮座连接，离合器组件的中间段通过蝶形弹簧、锁紧螺母及离合器轴、摩擦柱使得从飞轮座到行星齿轮架之间的动力传输路线具有滑差离合器功能，通过锁紧螺母可调整设定力矩。零件15是薄壁轴承。零件16是薄壁轴承卡簧。零件17是离合器组件卡簧。零件18是链轮，传递自行车链条的动力给飞轮座。零件19是链轮调整环。零件20是链轮卡簧。

图2、图3是飞轮座组件的轴侧图及爆炸图(零件号通用)

零件401是飞轮座内棘爪，零件402是飞轮座扭簧，零件403是飞轮座，零件404是内棘爪弹簧，零件405是棘爪座，零件406是飞轮座外棘爪，零件407是外棘爪卡簧。棘爪座套装于飞轮座左端外圈的槽中，相对于飞轮座可以有一个周向的转动角度，棘爪座的C形勾爪位于左端，扭力弹簧套装于棘爪座左端的C形勾爪的外周，并通过扭力弹簧两个伸出端连接飞轮座和棘爪座，扭力弹簧一个伸出端插入飞轮座的孔内，另一个伸出端插入棘爪座孔内，使得棘爪座相对于飞轮座处于向前转动的极限位置，棘爪座外周装入外棘爪并用卡簧限位，使得外棘爪处于张开状态，飞轮座左端内周装入内棘爪，并用棘爪弹簧限位，使得内棘爪处于向内周张开位置，飞轮座组件可以通过外棘爪传输动力给齿圈，也可以通过内棘爪传输动力给离合器组件。

图4、图5是花鼓端盖的轴侧图和爆炸图(零件序号通用)

零件901是花鼓端盖，零件902是离心棘爪，零件903是棘爪轴，零件904是离心棘爪脱挡销，零件905是离心棘爪座，零件906是离心棘爪橡胶弹簧，零件907是离心棘爪扭簧；离心棘爪通过棘爪轴以螺纹的形式连接于离心棘爪座，离心棘爪座安装于花鼓端盖的周向槽中，并压装入橡胶弹簧，且通过棘爪扭簧限制离心棘爪的初始位置，可以通过调整扭簧的扭力及离心棘爪的重量来设定合适的离心力矩，初始位置是离心棘爪收回位置，不传输动力，离心棘爪的动力传动是通过已压缩的橡胶弹簧给花鼓端盖，橡胶弹簧的压缩力可以设定离心棘爪的传递扭矩，当离心棘爪的传递扭矩大于设定扭矩时橡胶弹簧进一步压缩，使离心棘爪座相对于花鼓端盖有一个周向转动，这个转动位移使离心棘爪通过离心棘爪脱挡销而脱出挡位，解决离心棘爪脱挡困难的问题。

图6、图7是离合器组件的轴侧图和爆炸图(零件序号通用)

零件1401是离合器轴，零件1402是离合器输出盘，零件1403是离合器压紧盘，零件1404是蝶形弹簧，零件1405是离合器小压紧盘，零件1406是离合器输入盘，零件1407是离合器锁紧螺母，零件1408是离合器摩擦柱。离合器组件的功能是通过离合器输入盘的外周棘齿接受飞轮座内棘爪传输的动力，并将动力通过离合器的压紧盘及离合器轴压紧摩擦柱产生的摩擦力进行动力传动，而传输给离合器结合盘，离合器结合盘再传输给行星齿轮架，离合器的传输力矩可以通过锁紧螺母的锁紧力进行调整，离合器的初始位置是动力传输状态，当传输力矩大于离合器的设定力矩时，离合器产生滑差。

图8、图9是行星齿轮架组件轴侧图及爆炸图(零件序号通用)

零件701是行星齿轮架，零件702是行星齿轮，零件703是行星齿轮轴。行星齿轮组件的功能是在右端通过端面齿与离合器组件的输出盘结合，接受离合器的动力传输，在右端通过套装于行星齿轮架外而压装于花鼓端盖内的单向轴承传输单向动力给花鼓端盖，在中间段通过行星齿轮轴支撑行星齿轮内周啮合于轴上的中心齿轮，外周啮合于齿圈。

2、自行车花鼓内3速自动变速器实施方案说明：

本方案初始档位是2挡(也是直接挡、起步档)，1挡是减速挡(爬坡挡、低速挡)，3挡是增速挡(平路及下坡挡、高速挡)。

本自行车起步时处于2挡；动力传输路线是链轮→飞轮座→飞轮座内棘爪→离合器输入盘→离合器轴→离合器压紧盘→离合器结合盘→行星齿轮架→单向轴承→花鼓端盖→花鼓。此时输出力矩小于离合器的设定力矩，离合器处于结合状态；齿圈处于高速转动状态超越了飞轮座的转动；离心棘爪处于初始位置，因花鼓转速较低还未能张开。

自行车起步后速度增高或下坡状态处于3挡；动力传输路线是链轮→飞轮座→飞轮座内棘爪→离合器输入盘→离合器轴→离合器压紧盘

离合器结合盘→行星齿轮架→行星齿轮→齿圈→离心棘爪→

离心棘爪轴→花鼓端盖→花鼓。此时传输的力矩小于离合器设定力矩离合器处于工作状态，齿圈超越飞轮座转动，离心棘爪因花鼓转速提高离心力加大而克服棘爪扭簧的限制力处于张开状态，花鼓端盖的转速高于行星齿轮架通过单向轴承超越了行星齿轮架。

自行车上坡时处于1挡；动力传输路线是链轮→飞轮座→飞轮座外棘爪→齿圈→行星齿轮→行星齿轮架→单向轴承→花鼓端盖→

花鼓。此时自行车速度降低传输的力矩加大，离心棘爪因花鼓的转速降低，离心棘爪的离心力小于离心棘爪扭簧的限制力矩而收回，同时因为离心棘爪承受大的扭矩与棘齿之间摩擦力较大脱挡困难，这是离心棘爪的传动扭矩已大于橡胶弹簧的设定力矩使橡胶弹簧进一步压缩，离心棘爪在离心棘爪脱挡销的压力下而脱出档位。离合器因传输力矩大于设定的力矩而产生滑差，飞轮座外棘爪在齿圈的反力作用下推动棘爪座克服扭力弹簧的力矩相对于飞轮座向后转动一个限定的角度，棘爪座的C形爪收回飞轮座内棘爪，使得离合器处于分离状态。而当自行车爬坡完成，输出力矩减小时，只要自行车骑行者松一下脚蹬，飞轮座上的棘爪座便在扭力弹簧的作用下回到初始位置，飞轮座内棘爪张开，离合器开始工作，挡位回复2挡。当自行车骑行速度提高，花鼓转速增加离心棘爪张开即进入3挡。

Claims (8)

1.行星齿轮变速器自动控制系统，其高速端利用可设定力矩的滑差离合器与被动件连接，用可控单向离合器与主动件连接，低速端利用单向离合器与被动件连接，通过单向离合器座和弹性元件与主动件连接并可以相对主动件有一个可设定的转动角度，且利用这个相对转动产生的力矩及位移控制高速端的可控单向离合器。

2.自行车花鼓内3速自动变速器在输入端采用了权利要求书1)的行星齿轮自动控制系统，属于力矩控制系统。

3.自行车花鼓内3速自动变速器在输出端采用离心棘爪、棘轮离心力升速控制系统，并在离心棘爪与被动件之间设置棘爪座及橡胶弹簧，离心棘爪的传动扭矩可通过弹簧设定，具有扭矩脱挡控制机构，棘轮齿设在齿圈内侧，离心棘爪座通过橡胶弹簧与花鼓端盖连接，通过花鼓端盖输出扭矩，属于速度控制系统。

4.利用行星齿轮自动控制系统与棘轮棘爪升速控制系统组成中间转接盘，可以实现系统级联，从而实现自行车花鼓内5速自动变速器及内7速自动变速器的设计方案。

5.采用权利要求1)、2)、3)、4)的基本原理可以设计自行车中轴五通内自动变速器。

6.权利要求书1)所述的行星齿轮变速器控制系统可以用在输入侧也可以用在输出侧。

7.利用权利要求书1)所述的单向离合器座与主动件的相对转动可以设置一个触发式无线发射器对助力电机系统进行控制，可以实现扭矩控制的电机助力功能。

8.利用权利要求书1)的技术，可设计出电动自行车、摩托车、汽车及其他需要行星齿轮变速自动控制的自动变速器。