CN1184103C - 一种轮毂传动装置 - Google Patents

Abstract

一种轮毂传动装置包括：一轮毂轴；一可旋转地支承到轮毂轴上的驱动器；一可旋转地支承到轮毂轴上的轮毂外壳；一在驱动器和轮毂外壳之间的动力传递机构，将旋转动力从驱动器经若干动力传递路径传递给轮毂外壳；一离合器，用来选择若干动力传递路径，当离合器使动力传递机构从具有第一中间齿轮速比的第一中速传递路径改变到具有第二中间齿轮速比的第二中速传递路径，该第二中间齿轮速比高于第一中间齿轮速比且接近第一中间齿轮速比时，离合器在将动力传递机构转换到第二中速传递路径之前，将动力传递机构从第一中速传递路径切换到具有第三中间齿轮速比的第三中速传递路径转换，该第三中间齿轮速比低于第一中间齿轮速比并且高于低速齿轮速比。

Description

一种轮毂传动装置

技术领域

本发明涉及自行车传动装置，具体涉及一种自行车的内部安装多速轮毂传动装置。

背景技术

内部安装的多速轮毂传动装置有时候安装在自行车的后轮上，这样，骑车人可选择不同的齿轮速比，以改变蹬踏力。典型的轮毂传动装置包括安装到自行车车架上的轮毂轴，可旋转地支承到轮毂轴上以便经由链轮和链条承受蹬踏力的驱动器，和可旋转地支承到轮毂轴上的轮毂壳体。动力传递机构布置在驱动器和轮毂壳体之间，以便经由若干动力传递路径从驱动器向轮毂壳体传递旋转动力，其中每个动力传递路径通常产生唯一的齿轮速比。动力传递机构通常包括一个行星齿轮机构，该行星齿轮机构包括一个或多个太阳齿轮，该太阳齿轮围绕轮毂轴可旋转的得到支承，一个围绕轮毂轴可旋转的得到支承的环形齿轮，一个围绕轮毂轴可旋转的得到支承的行星齿轮架，和可旋转地支承到行星齿轮架上并与太阳齿轮和环形齿轮啮合的若干行星齿轮。通过使不同的部件有选择且不可旋转地相互接合，可选择若干动力传递路径和相应的齿轮速比。例如，通过使太阳齿轮与轮毂轴不可旋转地接合，可选择一个齿轮速比，并通过使驱动器相对于行星齿轮架不可旋转地接合，可选择另一个齿轮速比，而且通过使驱动器相对于环形齿轮不可旋转地接合，可选择又一个齿轮速比。在一种典型的轮毂传动装置中，很可能存在许多这种接合关系，这样，可形成许多可能的齿轮速比。

当通过使太阳齿轮与轮轴不可旋转地接合来选择齿轮速比时，通过棘轮和推爪机构可实现接合，该棘轮推爪机构布置在太阳齿轮的内周表面和轮毂轴之间。具体来说，若干推爪可安装到太阳齿轮的内周表面上，因此每个推爪的一端由弹簧径向向内偏压。轮毂轴的外周表面通常形成若干棘轮齿或支座，该棘轮齿或支座与推爪的端部接合，以便不可旋转地使太阳齿轮与轮毂轴接合，控制套可旋转地支承轮毂轴，以便有选择地暴露支座。结果，当支座由控制套覆盖时，太阳齿轮可自由地相对于轮毂轴旋转，且当支座暴露时，太阳齿轮不可旋转地与轮毂轴接合。

太阳齿轮通常通过若干推爪支承到轮毂轴上。结果，在轮毂轴上支承的太阳齿轮经常会松动，这降低了棘轮推爪机构的精度。这种松动可通过增加推爪的数量来补偿，但是这增加了传动装置的成本和复杂性，更不必说有故障的危险。另外，轮毂轴上相邻的棘轮齿或支座之间的圆周距通常较大。结果，在推爪与棘轮齿或支座啮合之前，太阳齿轮通常必须旋转一个实际距离。这导致齿轮切换操作不期望的延迟。

另一类轮毂传动装置包括围绕轮轴可旋转地安装的一个太阳齿轮，其中，太阳齿轮的内周表面限定了若干棘轮齿。一个或多个推爪可布置在一个孔中，该孔在空心轮轴中形成以便可选择地与若干棘轮齿啮合。但是，空心轮轴不太坚固，并且不适合恶劣的操作条件。而另一类轮毂传动装置也使用安装到轮轴上的推爪，但是推爪由控制套操纵，该控制套直接支承太阳齿轮。这种结构导致控制套过度摩擦。

传统的轮毂传动装置的另一个缺点是，当从一个齿轮速比转换成另一个齿轮速比时，如果不同的部件改变它们的连接关系，传动装置有时必须暂时采用另一个齿轮速比，该齿轮速比不接近目的齿轮速比。这种现象在下面的细节描述中更充分地讨论。例如，当从一个小齿轮速比，其中轮毂外壳以相对于驱动器较低的速率绕轮轴旋转，向较高齿轮速比，其中轮毂外壳以相对于驱动器较大的速率绕轮轴旋转(例如当自行车减速时发生)，换档时，传动装置可暂时转换到比原来的齿轮速比低的一个齿轮速比。这导致脚踏板暂时加速，这与期望的效果相反，并且会使骑车人非常惊慌。

传统的轮毂传动装置的另一个缺点是太阳齿轮棘轮推爪机构通常由可旋转地支承在轮毂轴上的较薄的套控制。如上所述，这种套通常用来可选择地暴露轮毂轴上的支座，以便与太阳齿轮上的推爪啮合。套通常较长，并且从轮毂外壳外部操作，这样在套上形成显著的扭应力。这种应力导致套弯曲或扭曲的危险。

传统的轮毂传动装置的另一个缺点是，控制棘轮推爪机构(和任何其它期望的连接机构)的套有时通过一个或多个复位弹簧与外致动元件，例如致动环接合，该复位弹簧使致动环偏转到开始位置。这种偏压力不仅用来提供在转换期间元件的合适张力，而且还有助于控制变速辅助功能。这种变速辅助功能利用旋转驱动器的力来帮助克服变速操作的阻力，例如当显著的脚踏力施加到轮毂上时产生的阻力。更具体说，通常偏转到不工作状态的接合机构受到驱动，以便使套与驱动器接合，这样来自驱动器的力克服过量的阻力。在任何情况下，当这种受偏压的致动环由电池驱动的电动机操纵时，电动机必须克服复位弹簧的偏压力。这通常需要耗费大量能量的较大的电动机，因而显著地减少了电池的寿命。

发明内容

本发明涉及自行车轮毂传动装置，其中太阳齿轮牢固地支承在轮毂轴上，齿轮转换操作精确致动，并且延迟最小并且对骑车人的影响最小，其中元件例如用来控制棘轮推爪机构的控制套被牢固地支撑，以使其弯曲或其它危险最小，并且其中在由电池供电的电动机驱动时，用于齿轮转换操作的致动部件不会导致过量的能量耗费。

在涉及一个基本的太阳齿轮装置的本发明的一个实施例中，太阳齿轮装置包括一个轮轴，一个可绕该轮轴旋转地受到支承的太阳齿轮，和一个太阳齿轮导环，该太阳齿轮导环在太阳齿轮的一个内周表面和该轮轴之间不可转动地固定在轮轴上。太阳齿轮导环使太阳齿轮和轮轴相接合的松动最小或消除。一个或多个这种导环可用来支承单个太阳齿轮，或者一个导环可用来支承多个太阳齿轮。

在本发明的一个更具体的实施例中，其中推爪布置在太阳齿轮的内周表面和轮轴之间，以便在啮合位置(其中太阳齿轮不可旋转地与轮轴接合)和脱离啮合位置(其中太阳齿轮可相对于轮轴旋转)之间移动，推爪使轮轴保持就位，这样推爪的一端径向向外偏转，以便与太阳齿轮上的若干棘轮齿中的一个相啮合。为了使在将太阳齿轮从啮合状态向脱离啮合状态转换时的延迟最短，仅提供一个这种推爪，一个太阳齿轮包括多于十个棘轮齿(例如，十二个)，以确保推爪和其中一个棘轮齿之间快速啮合。如果太阳齿轮装置用于这类轮毂传动装置中，该传动装置具有一个驱动器和一个可旋转地支承到轮毂轴上的轮毂外壳，其中太阳齿轮机构是上述类型的行星齿轮机构的一部分，那么滚柱离合器可布置在环形齿轮和轮毂外壳之间，以便在从一个齿轮速比向另一个齿轮速比转换时可进一步减少延迟。

在本发明的另一个更具体的实施例中，推爪控制部件可用来使推爪在啮合位置和脱离啮合位置之间移动。如果推爪控制部件是布置在太阳齿轮导环和轮轴之间的细长部件，然后太阳齿轮导环不仅在轮轴上牢固地支撑太阳齿轮，而且使推爪控制部件加强，以便使推爪控制部件弯曲或其它损坏的危险最小或消除。

在涉及传动装置如何从一个齿轮换档到另一个齿轮的本发明的另一个特征中，离合器用来选择若干动力传递路径，这样当离合器使动力传递机构从具有第一中间齿轮速比的第一中速传递路径向具有第二中间齿轮速比的第二中速传递路径转换时，其中，该第二中间齿轮速比低于第一中间齿轮速比且接近第一中间齿轮速比，此时，离合器在使动力传递机构转换到第二中速传递路径之前，该离合器使动力传递机构从第一中速传递路径向具有第三中间齿轮速比的第三中速传递路径转换，该第三中间齿轮速比高于第一中间齿轮速比并且低于一个高速齿轮速比。相反，可提供这样一种离合器，即当离合器使动力传递机构从具有第一中间齿轮速比的第一中速传递路径转换到具有第二中间齿轮速比的第二中速传递路径时，其中该第二中间齿轮速比高于第一中间齿轮速比且接近第一中间齿轮速比，此时，离合器在将动力传递机构转换到第二中速传递路径之前，该离合器使动力传递机构从第一中速传递路径向具有第三中间齿轮速比的第三中速传递路径转换，该第三中间齿轮速比低于第一中间齿轮速比并且高于低速齿轮速比。

在本发明的另一个特征中，在仍提供上述变速辅助功能的同时，用无偏转致动部件来操作离合器。更特别地，所述轮轴限定了一条轮轴轴线；第一旋转部件绕轮轴轴线可旋转地受到支承，其中第一旋转部件包括用来与变速控制机构接合的位置；一个第二旋转部件绕轮轴轴线可旋转地受到支承；并且第一弹簧在第一旋转部件和第二旋转部件之间连接，以便使第一旋转部件和第二旋转部件在彼此相对的预定旋转方向上受到偏压。推爪支承旋转部件绕轮轴轴线可旋转地受到支承，其中第二旋转部件布置在第一旋转部件和推爪支承旋转部件之间；推爪可旋转地支承到推爪支承旋转部件上；偏压机构使推爪在径向方向上受到偏压；第一接合部件使第一旋转部件与推爪支承旋转部件接合；并且推爪控制旋转部件控制推爪的径向位置。致动部件绕轮轴轴线可旋转地受到支承，以便使第一旋转部件旋转；而第二接合部件与第二旋转部件，推爪控制旋转部件和致动部件接合，以便使推爪控制旋转部件相对于推爪支承旋转部件旋转。这种结构提供无净偏压致动部件，同时还提供变速辅助功能。

附图说明

图1是自行车后部的侧视图，它包括一个结合有本发明的许多特点的轮毂传动装置；

图2是根据本发明的轮毂传动装置的具体实施例的横截面图；

图3是用于轮毂传动装置中的一个轮轴和太阳齿轮装置的分解图；

图4是轮轴和太阳齿轮装置的装配图；

图5是表示如何在轮轴上安装用于第二或第三太阳齿轮的太阳齿轮导环的侧视图；

图6是表示如何在轮轴上装配用于第四太阳齿轮的太阳齿轮导环的侧视图；

图7是用在轮毂传动装置中的换档控制套的侧视图；

图8是沿着图7的线VIII-VIII截取的视图；

图9是沿着图7的线IX-IX截取的视图；

图10是沿着图7的线X-X截取的视图；

图11是沿着图2的线XI-XI截取的视图，显示出在第一位置的换档控制套；

图12是沿着图2的线XI-XI截取的视图，显示出在第二位置的换档控制套；

图13是沿着图2的线XI-XI截取的视图，显示出在第三位置的换档控制套；

图14是沿着图2的线XI-XI截取的视图，显示出在第四位置的换档控制套；

图15是用在轮毂传动装置中的变速/辅助机构的分解图；

图16是表示在装配状态下的太阳齿轮装置和变速/辅助机构的斜视图；

图17是表示在驱动器与行星齿轮架接合时的变速/辅助机构的详图；

图18是表示在驱动器不与行星齿轮架接合时的变速/辅助机构的详图；

图19表示变速/辅助机构偏压的示意图；

图20是沿着图17的线XX-XX截取的视图，显示出在不工作状态下的变速/辅助机构；

图21是沿着图17的线XX-XX截取的视图，显示出在工作状态下的变速/辅助机构；

图22是沿着图17的线XX-XX截取的视图，显示出变速/辅助机构朝着不工作状态向后移动；

图23是根据本发明的轮毂传动装置的替代实施例的横截面图；

图24是用于图23所示的轮毂传动装置中的变速/辅助机构的分解图；

图25是表示变速/辅助机构的偏转示意图。

具体实施方式

图1是自行车10后部的侧视图，它包括一个接合有本发明的许多特点的轮毂传动装置14的具体实施例。自行车10的后部包括一个带有用来支承鞍座24的车座管22的车架18，一对传统的链撑杆26，和一对传统的座撑30。在链撑杆26和座撑30的交接处，车轮34由车架端部35绕轮毂传动装置14的轮轴36可旋转地支承，并且，在车座管22和链撑杆26的交接处，具有踏板42和链环46的曲柄组件38可旋转地受到支承。链50与链环46啮合，并且环绕链轮54，该链轮54可旋转地驱动轮毂传动装置14。波顿式操纵拉索62用来以下面更详细地描述的方式改变轮毂传动装置14的齿轮速比。

图2是轮毂传动装置14的具体实施例的横截面视图。如图2所示，轮毂传动装置14包括轮轴36，一个可旋转地支承到轮轴36上的驱动器70，一个轮毂外壳74，该轮毂外壳74包括可旋转地支承到轮轴36上的轮辐凸缘78，一个动力传递机构82，该动力传递机构82布置在驱动器70和轮毂外壳74之间，以便将旋转动力从驱动器70经若干动力传递路径传递到轮毂外壳74，一个脚刹车86，该脚刹车86用来阻止轮毂外壳74相对于轮轴36旋转，和一个变速/辅助机构90，该变速/辅助机构90用来控制选择若干动力传递路径，以及用来利用驱动器70的旋转动力，以便帮助改变在动力传递机构82中的动力传递路径。

链轮54使用开孔环94以花键方式与驱动器70连接，并且驱动器70通过滚珠轴承98和圆锥轴承环102可旋转地支承在轮轴36上。圆锥轴承环102通过致动板104，隔板108，垫圈112，不可旋转的锁紧垫圈113和锁紧螺母114保持就位。

右盖120不可旋转地装配在轮毂外壳74的右侧内周表面上，而左盖124不可旋转地装配在轮毂外壳74的左侧内周表面上。右盖120通过滚珠轴承128可旋转地将轮毂外壳74支撑到驱动器70上，并且装配在右盖120上的密封盖132使轮毂传动装置14右侧的内部元件免受外部污染。左盖124通过滚珠轴承136和制动锥体138可旋转地支撑轮轴36上的轮毂外壳74。通过制动螺母142和锁紧螺母146，制动锥体138保持在轮轴36上。制动臂150不可旋转地与制动锥体138接合，并且以公知的方式紧固到链撑杆26上。密封盖152使轮毂传动装置14左侧的内部元件免受外部污染。

如图2-6所示，动力传递机构82包括一个第一太阳齿轮160，一个分离的第二太阳齿轮164，一个分离的第三太阳齿轮168和一个分离的第四太阳齿轮172。第一太阳齿轮160不可旋转地支承在轮轴36上，并且它包括一个离合器凸轮部分176，若干在其外周表面上形成的第一太阳齿轮齿178(例如，48T)，和一个外周的第二太阳齿轮接触面180。第二太阳齿轮164在靠近第一太阳齿轮160处绕轮轴36旋转地受到支撑，并且从图3中更清楚可见，它包括一个内周的第一太阳齿轮接触面192，以用来可滑动地与第一太阳齿轮160上的第二太阳齿轮接触面180接触，在其内周表面上形成的若干第二太阳齿轮棘轮齿206(例如，12T)，以便与第二太阳齿轮推爪207啮合，一个内周导环接触面208，它用来可滑动地与太阳齿轮导环210的外周表面209接触，一个内周第三太阳齿轮接触面200，和形成在其外周表面上的若干第二太阳齿轮齿198(例如48T)。第三太阳齿轮168在靠近第二太阳齿轮164处绕轮轴36可旋转受到支承，并且它包括一个内周第一导环接触面220，以用来可滑动地接触太阳齿轮导环210的外周表面209，在其内周表面上形成的若干第三太阳齿轮棘轮齿224(例如，12T)，以便与第三太阳齿轮推爪226啮合，一个内周第二导环接触面228，以便用来与太阳齿轮导环234的外周表面232接触，一个外周第二太阳齿轮接触面235，以便用来在第二太阳齿轮164处可滑动地与第三太阳齿轮接触面200接触，和在其外周表面上形成的若干第三太阳齿轮齿236(例如，42T)。第四太阳齿轮172包括在其外周表面上形成的若干第四太阳齿轮齿244(例如，36T)，在其内周表面上形成的若干第四太阳齿轮棘轮齿248(例如，12T)，以便用来与第四太阳齿轮推爪250啮合，和一个内周导环接触面252，以便用来可滑动地与导环258的外周表面254接触。

推爪207包括一个推爪座260，该推爪座260可转动地安置在位于轮轴36中的推爪接收槽264内，一个弹簧接收槽268，该弹簧接收槽268用来接收安装在位于轮轴36中的弹簧接收槽276内的弹簧272，一个推爪控制表面280，该推爪控制表面280用来与推爪控制套288的推爪控制臂284的内周表面282接触，和一个推爪齿289，该推爪齿289与第二太阳齿轮棘轮齿206啮合。类似的，推爪226包括一个推爪座290，该推爪座290可转动地安置在位于轮轴36中的推爪接收槽294内，一个弹簧接收槽298，该弹簧接收槽298用来接收安装在位于轮轴36中的弹簧接收槽306内的弹簧302，一个推爪控制表面310(图2)，该推爪控制表面310用来与推爪控制套288的推爪控制臂314的内周表面312接触，和一个推爪齿316，该推爪齿316用来与第三太阳齿轮棘轮齿224啮合。最后，推爪250包括一个推爪座320，该推爪座320可转动地安置在位于轮轴36中的推爪接收槽324内，一个弹簧接收槽328，该弹簧接收槽328用来接收安装在位于轮轴36中的弹簧接收槽336中的弹簧332，一个推爪控制表面340(图2)，该推爪控制表面340用来与推爪控制套288的推爪控制臂344的内周表面342接触，和一个推爪齿346，该推爪齿346用来与第四太阳齿轮棘轮齿248啮合。推爪207，226和250的推爪齿289，316和346通过各自的弹簧272，302和332以公知方式径向向外偏压。

在本实施例中，太阳齿轮导环210的一半装配在第二太阳齿轮164的导环接触面208和轮轴36之间，而太阳齿轮导环210的另一半装配在第三太阳齿轮168的第一导环接触面220和轮轴36之间。如图3和5所示，除了外周表面209之外，太阳齿轮导环210还包括一个与锁定脊364啮合的锁定凹槽360，该锁定脊364间断地在轮轴36的轴线X的方向上成形，一个与锁定槽372啮合的锁定突起368，该锁定槽372间断地在轮轴36的轴线X的方向上成形，一个与锁定凹槽388啮合的锁定突起384，该锁定凹槽388间断地在轮轴36的轴线X的方向上成形，一个与锁定脊396啮合的锁定槽392，该锁定脊396间断地在轮轴36的轴线X的方向上成形，和一个控制套支承表面404，该控制套支承表面404用来在太阳齿轮导环210和轮轴36之间支承所述推爪控制套288的基套408。

太阳齿轮导环234装在第三太阳齿轮168的第二导环接触面228和轮轴36之间。如图3和5所示，除了外周表面232，太阳齿轮导环234还包括一个锁定凹槽420，该锁定凹槽420与在轮轴36上形成的锁定脊364啮合，一个锁定突起424，该锁定突起424与在轮轴36上形成的锁定槽372啮合，一个与在轮轴36上形成的锁定脊380啮合的锁定凹槽428，一个与在轮轴36上形成的锁定凹槽388啮合的锁定突起432，一个与在轮轴36上形成的锁定脊396啮合的锁定槽436，和一个控制套支承表面440，该控制套支承表面440用来在太阳齿轮导环234和轮轴36之间支承所述推爪控制套288的基套408。

太阳齿轮导环254装在第四太阳齿轮172的导环接触面252和轮轴36之间。如图3和6所示，与太阳齿轮导环210和234不同，太阳齿轮导环254有一个环形内周表面444，该环形内周表面444绕轮轴36上的锁定脊364，380和396安装。内周表面444的一部分形成控制套支承表面448，以支承太阳齿轮导环258和轮轴36之间的基套408的端452。基套408的端452终止在垫圈456中的槽454内。

推爪控制套288的基套408可旋转地装配在控制套槽460内，并由太阳齿轮导环210，234和258向外径向支承，该控制套槽460在轮轴36的轴线X的方向上成形。推爪控制臂284，314和344分别可滑动地布置在控制臂槽464，468和472中，该控制臂槽464，468和472环向形成在轮轴36中。如图8所示，推爪控制臂344包括一个凹槽480，该凹槽480具有锥形侧表面484和486，和一个凹槽490，该凹槽490具有锥形侧表面492和494。如上所述，推爪控制臂344的内周表面342与推爪250的推爪控制表面340接触。因此，由于推爪250受弹簧332径向向外的偏压，推爪250保持径向向内，并且除了当凹槽480或490与推爪控制表面340成一条直线时之外，只要推爪控制臂344的内周表面342与推爪控制表面340接触，该推爪250就会与第四太阳齿轮棘轮齿248分离。在那种情况下，推爪控制表面340升高到凹槽480或490中，并且推爪齿346与第四太阳齿轮棘轮齿248中的其中之一啮合，以便使第四太阳齿轮172不可旋转地与轮轴36接合。当推爪控制套288绕轮轴36旋转时，锥形表面484，486，492和494使推爪控制表面340易于进出凹槽480和490。

类似的，如图9所示，推爪控制臂314包括一个凹槽500，该凹槽500具有锥形侧表面502和504，和一个凹槽510，该凹槽510具有锥形侧表面512和514。如上所述，推爪控制臂314的内周表面312与推爪226的推爪控制表面310接触。这样，由于推爪226受弹簧302径向向外的偏压，推爪226保持径向向内，并且除了当凹槽500或510与推爪控制表面310成一条直线时之外，只要推爪控制臂314的内周表面312与推爪控制表面310接触，该推爪226就会与第三太阳齿轮棘轮齿224分离。在那种情况下，推爪控制表面310升高到凹槽500或510中，并且推爪齿316与第三太阳齿轮棘轮齿224中的其中之一啮合，以便使第三太阳齿轮168不可旋转地与轮轴36接合。当推爪控制套288绕轮轴36旋转时，锥形表面502，504，512和514使推爪控制表面310易于进出凹槽500和510。

最后，如图10所示，推爪控制臂284包括一个凹槽520，该凹槽520具有锥形侧表面522和524。锥形表面526也布置在推爪控制臂284的端部527。如上所述，推爪控制臂284的内周表面282与推爪207的推爪控制表面280接触。这样，由于推爪207受弹簧272径向向外的偏压，推爪207保持径向向内，并且除了当凹槽520与推爪控制表面280成一条直线时之外，只要推爪控制臂284的内周表面282与推爪控制表面280接触，该推爪207就会与第二太阳齿轮棘轮齿206分离。在那种情况下，推爪控制表面280升高到凹槽520中，并且推爪齿289与第二太阳齿轮棘轮齿206中的其中之一啮合，以便使第二太阳齿轮164不可旋转地与轮轴36接合。当推爪控制套288绕轮轴36旋转时，锥形表面522和524使推爪控制表面280易于进出凹槽520，同时锥形表面526使推爪控制表面280易于进入到推爪控制臂284之下。

图11-14说明了使用了作为一个实例的第二太阳齿轮164的推爪控制套288的操作。在图11所示的位置中，推爪控制套288位于其极端逆时针的位置，推爪207在推爪控制臂284外，推爪齿289与第二太阳齿轮棘轮齿206啮合，并且第二太阳齿轮164不可旋转地与轮轴36接合。

当推爪控制臂284顺时针旋转到如图12的位置时，推爪控制表面280在锥形表面526下方滑动，并且抵靠推爪控制臂284的内周表面282。结果，推爪齿289保持径向向内，并且与第二太阳齿轮棘轮齿206分离。在这种状态下，第二太阳齿轮164相对于轮轴36能够自由旋转。因为推爪控制套288的基套408装配在太阳齿轮导环210的控制套支承表面404和轮轴36上的控制套槽460之间，施加到基套408上的扭力和其它力不会导致推爪控制套288发生不希望的弯曲。

当推爪控制臂284进一步顺时针旋转到如图13的位置时，推爪控制表面280进入凹槽520，这样使推爪齿289能够径向向外移动到与第二太阳齿轮棘轮齿206中的其中之一啮合，这样再次使第二太阳齿轮164与轮轴36不可旋转地接合。因为第二太阳齿轮164具有12个第二太阳齿轮棘轮齿206和仅一个推爪207，第二太阳齿轮164和轮轴36之间的不可旋转啮合很快发生。在已有技术的系统中，即具有多于一个推爪(典型地安装到太阳齿轮的内周表面上)和较少的棘轮齿(通常在轮轴上形成)的系统中，棘轮齿的圆周距和所有的推爪要对准棘轮齿的要求导致连接操作大大延迟。

当推爪控制臂284进一步顺时针旋转到如图14的位置时，推爪控制表面280沿着锥形表面522滑出凹槽520，直到推爪控制表面280受到推爪控制臂284的内周表面282径向向内的支承。结果，推爪齿289与第二太阳齿轮棘轮齿206分离，并且第二太阳齿轮164相对于轮轴36能够自由旋转。

如图2所示，动力传递机构82还包括一个第一行星齿轮架550，一个第一环形齿轮551，一个第二行星齿轮架552和一个第二环形齿轮553，所有这些都是绕轮轴36可旋转地安装的。行星齿轮架550包括在其右侧上形成的若干(例如，12个)圆周形布置的离合器接合花键554，该离合器接合花键554与在离合器环562上形成的互补的若干行星齿轮架接合花键558接合，在其左侧上形成的若干(例如，12个)圆周形布置的第二行星齿轮架接合花键564，该第二行星齿轮架接合花键564与在第二行星齿轮架552的右侧上形成的互补圆周形布置的第一行星架接合花键568啮合，和若干圆周形布置的行星齿轮支承销572，每个行星齿轮支承销572都可旋转地支承一个行星齿轮576。每个行星齿轮576具有一个小直径齿轮部分580(例如，14T)，该小直径齿轮部分580与第一太阳齿轮160上的若干第一太阳齿轮齿178啮合，和一个大直径齿轮部分584(例如，22T)，该大直径齿轮部分584与第一环形齿轮551的第一内周齿轮部分585(例如，84T)啮合。

除了内周齿轮部分585外，第一环形齿轮551还包括一个第二内周齿轮部分586(例如，36T)，以便与若干圆周形布置的推爪587啮合，这些推爪587安装在固定到驱动器70上的相应的若干圆周形布置的推爪销588上。推爪587受推爪弹簧589的径向向外偏压，这样用作驱动器70和第一环形齿轮551之间的单向离合器。若干推爪590也圆周形布置在推爪销588上，以便以公知方式在向后的方向上驱动第一环形齿轮551。

第一行星齿轮架接合花键568使第二行星齿轮架552不可旋转地与第一行星齿轮架550上的若干第二行星齿轮架接合花键564接合，除了若干圆周形布置的该第一行星齿轮架接合花键568外，第二行星齿轮架552还包括若干圆周形布置的制动滚柱保持架接合花键592，该制动滚柱保持架接合花键592与在制动滚柱保持架597上形成的互补的若干第二行星架接合花键596接合，和若干(例如18个)圆周形布置的外周凸轮面904，该外周凸轮面904与脚刹车86中的相应的若干滚柱900啮合。

第二行星齿轮架552还包括若干圆周形布置的行星齿轮支承销604，每个支承销604可旋转地支承行星齿轮608。每个行星齿轮608包括一个大直径齿轮部分612(例如29T)，该大直径齿轮部分612与第四太阳齿轮172上的若干第四太阳齿轮齿244啮合，一个中直径齿轮部分616(例如18T)，该中直径齿轮部分616与第三太阳齿轮168上的若干第三太阳齿轮齿236啮合，和一个小直径齿轮部分620(例如14T)，该小直径齿轮部分620与第二太阳齿轮164上的若干第二太阳齿轮齿198啮合，以及第二环形齿轮553的内周齿轮部分624(例如78T)。通过具有例如18个滚柱和凸轮面的滚柱离合器形式的单向离合器，第二环形齿轮553与右盖120接合，并因此与轮毂外壳74接合。

图15是变速/辅助机构90的分解图，图16表示装配在轮轴36上的变速/辅助机构90的斜视图，图17表示在离合器环562与第一行星齿轮架550接合时的变速/辅助机构90的详细图，图18表示在离合器环562不与第一行星齿轮架550接合时的变速/辅助机构90的详细图。如这些图中所示，变速/辅助机构90包括一个环形换档键部件700，一个换档键部件导向器704，一个回收器弹簧708，一个弹簧垫圈712，一个复位弹簧716，一个连接套筒720，一个弹簧垫圈724，一个推爪支架728，一个连接套筒732和一个推爪控制垫圈736。换档键部件700包括径向向内延伸的凸轮随动件740，该凸轮随动件740经第一太阳齿轮160(图17)的离合器凸轮部分176延伸到轴向延伸槽744中，该槽744位于换档键部件导向器704的侧壁748内。如图17和18所示，第一太阳齿轮160的离合器凸轮部分176包括一个凸轮面749，该凸轮面749限定了一个第一凸轮级750和一个第二凸轮级751。而且，离合器环562由离合器偏压弹簧747向左偏压。这样，当换档键部件700位于图17的位置时，离合器环562上的行星齿轮架接合花键558与第一行星齿轮架550上的离合器接合花键554接合，并且离合器环562上的若干圆周形布置的驱动器接合花键753不可旋转地与驱动器70上的互补的若干离合器接合花键754接合，这样驱动器70，离合器环562和第一行星齿轮架550作为一个单元旋转。但是，当换档键部件700旋转时，换档键部件700上的凸轮随动件740移动到第一太阳齿轮160上的第二凸轮级751，这如图18所示。在该位置，离合器环562上的行星齿轮架接合花键558与第一行星齿轮架550上的离合器接合花键554分离，因此，行星齿轮架550不再直接与驱动器70接合。

换档键部件导向器704还包括一个换档控制套连接开口752，该换档控制套连接开口752用来与换档控制套288的端756接合。回收器弹簧708和弹簧垫圈712都径向向内布置在换档键部件导向器704的侧壁748内，其中回收器弹簧708的第一端756保持在一个轴向延伸的弹簧凸耳760上，该弹簧凸耳760位于换档键部件导向器704上，且回收器弹簧708的第二端764保持在位于弹簧垫圈712上的一个筒接合凸耳768的侧边上。

复位弹簧716的第一端772保持在位于弹簧垫圈712上的弹簧凸耳776上，复位弹簧716的第二端780保持在弹簧垫圈724的弹簧凸耳784上。弹簧垫圈724包括径向向内延伸且完全相反的轴向接合突起792，该接合突起792装配在位于轮轴36中的完全相反的轴向槽796中(在图15中仅示出一个这种槽796)，这样，弹簧垫圈724不可旋转地与轮轴36接合。弹簧垫圈724不可旋转地在轮轴36上接合，结果，复位弹簧716使弹簧垫圈712相对于弹簧垫圈724顺时针偏转。

连接套筒720上的径向对置的左侧接合腿800不可旋转地与弹簧垫圈712上的套接合凸耳768中的互补凹槽804接合(图15中仅显示了一个这种套接合凸耳768)，并且连接套筒720上的径向对置的右侧接合腿808经过弹簧垫圈724中的中央开口812延伸，并且不可旋转地与推爪支架728中的互补连接套筒接合凹槽816接合。这样，弹簧垫圈712，连接套筒720和推爪支架728作为一个单元旋转。

径向对置的推爪820通过C形卡箍822可旋转地安装到推爪支承销824上，然后，该推爪支承销824安装到弹簧垫圈728上。每个推爪偏压弹簧828都具有一个端823，该端823与推爪支架728上的弹簧保持凸耳836接合，并且该推爪偏压弹簧828的另一个端840与各自的推爪820接合，以便径向向外偏压推爪端844。推爪控制垫圈736包括完全相反和轴向延伸的推爪控制凸耳850，该推爪控制凸耳850通常径向向内对推爪820施压。当推爪控制凸耳850如下面更详细地描述移动离开推爪820时，推爪820径向向外摆动，并且与在驱动器70的内周表面上形成的变速辅助齿854(图17)啮合。

连接套筒732上的径向对置的左侧接合腿860与连接套筒720上的完全相反的右侧接合腿808(如图20所示)接触，并且连接套筒732上的完全相反的右侧接合腿868不可旋转地延伸经过推爪控制垫圈736中的连接凹槽872，并经过圆锥轴承环102中的开口876，并且不可旋转地与致动板104中的互补连接套筒连接凹槽880啮合。这样，连接套筒732，推爪控制垫圈736和致动板104作为一个单元旋转。但是，连接套筒732可相对于连接套筒720和推爪支架728顺时针旋转，这在下面将更详细地描述。因为复位弹簧716使弹簧垫圈712相对于弹簧垫圈724顺时针偏转，又因为弹簧垫圈712通过连接套筒720与推爪支架728接合，还因为推爪支架728通过连接套筒732与致动板104连接，因此，所有致动板104还如图19示意显示净顺时针偏转。给定致动板104的最初的顺时针起始位置，动力传递机构82中的传递路径随后可通过使致动板104逆时针旋转来选择。

对于每个速度档位，不同部件的连接如表1中所示，而每个速度档位的动力传递路径如表2所示。

                                表1

速度档位	离合器环562	太阳齿轮164	太阳齿轮168	太阳齿轮172	齿轮速比
						1(低)	脱离啮合	自由	自由	自由	0.53
2	脱离啮合	自由	自由	锁定	0.64
						3	脱离啮合	自由	锁定	自由	0.74
4	脱离啮合	锁定	锁定	自由	0.85
						5	啮合	自由	自由	自由	1.0
6	啮合	自由	自由	锁定	1.22
						7	啮合	自由	锁定	自由	1.42
8(高)	啮合	锁定	自由	自由	1.62

                                表2

速度档位	动力传递路径
		1	驱动器70→推爪587→第一环形齿轮551→第一行星齿轮架550(行星齿轮576绕第一太阳齿轮160旋转)→第二行星齿轮架552→推爪908→轮毂外壳74
2	驱动器70→推爪587→第一环形齿轮551→第一行星齿轮架550(行星齿轮576绕第一太阳齿轮160旋转)→第二行星齿轮架552(行星齿轮608绕第四太阳齿轮172旋转)→第二环形齿轮553→滚柱离合器628→轮毂外壳74
		3	驱动器70→推爪587→第一环形齿轮551→第一行星齿轮架550(行星齿轮576绕第一太阳齿轮160旋转)→第二行星齿轮架552(行星齿轮608绕第三太阳齿轮168旋转)→第二环形齿轮553→滚柱离合器628→轮毂外壳74
4	驱动器70→推爪587→第一环形齿轮551→第一行星齿轮架550(行星齿轮576绕第一太阳齿轮160旋转)→

	第二行星齿轮架552(行星齿轮608绕第二太阳齿轮164旋转)→第二环形齿轮553→滚柱离合器628→轮毂外壳74
		5	驱动器70→离合器环562→第一行星齿轮架550→第二行星齿轮架552→推爪908→轮毂外壳74
6	驱动器70→离合器环562→第一行星齿轮架550→第二行星齿轮架552(行星齿轮608绕第四太阳齿轮172旋转)→第二环形齿轮553→滚柱离合器628→轮毂外壳74
		7	驱动器70→离合器环562→第一行星齿轮架550→第二行星齿轮架552(行星齿轮608绕第三太阳齿轮168旋转)→第二环形齿轮553→滚柱离合器628→轮毂外壳74
8	驱动器70→离合器环562→第一行星齿轮架550→第二行星齿轮架552(行星齿轮608绕第二太阳齿轮164旋转)→第二环形齿轮553→滚柱离合器628→轮毂外壳74

当从速度档位4换档到速度档位5时，例如当自行车加速时，根据下列顺序进行连接机构的调速：

速度档位	离合器环562	太阳齿轮164	太阳齿轮168	太阳齿轮172
					4	脱离啮合	锁定	锁定	自由
(同3)	脱离啮合	自由	锁定	自由
					(同7)	啮合	自由	锁定	自由
5	啮合	自由	自由	自由

这样，当自行车加速并且骑车人从速度档位4换档到速度档位5时，第二太阳齿轮164首先松开以便进入与速度档位3相同的状态。骑车人感到这时脚踏板轻微加速，当自行车加速时，这是骑车人所期望的。然后，离合器环562与第一行星齿轮架550啮合以便进入与速度档位7相同的状态。骑车人感到这时脚踏板减速，在传动装置换档到较高齿轮速比时，这是期望的。然后，松开第三太阳齿轮168，以产生期望的速度档位4。如果在离合器环562啮合前松开太阳齿轮，然后传动装置处于与速度档位1相同的状态，这将导致脚踏板非常不利的快速加速，并且当传动装置换档到速度档位5时有明显的震颤。

当自行车减速并且骑车人希望从速度档位5换档到速度档位4时，这个顺序还具有特殊的好处。在这种情况下，速度档位5到速度档位7的暂时换档导致脚踏板的减速，但是与如果离合器环562首先脱离啮合相比，这样更好。如果离合器环562首先脱离啮合，然后传动装置就可在与速度档位1相同的状态下使脚踏板的快速加速。当例如爬山时这种脚踏板的快速加速是不合需要的。然后，传动装置产生从速度档位7临时换档到速度档位3。这使脚踏板加速，但是因为速度档位3与骑车人正好所处的速度档位4接近，换档更可接受。然后，传动装置换档到期望的速度档位4。这样，从速度档位5到速度档位4的整个转换避免了在不希望有这种快速加速或减速的条件下，脚踏板的过度加速或减速。

如前所述，轮毂传动装置14还包括一个脚刹车86，该脚刹车86用来在链轮54(并且驱动器70)在向后的方向上旋转时，制止轮毂外壳74相对于轮轴36旋转。如图2所示，脚刹车86包括左盖124，该左盖124不可旋转地支承到轮毂外壳74上，并且限定了圆周形布置的制动面890，若干圆周形布置的弓形闸皮894，这些闸皮894由制动弹簧898从制动面890径向向内偏压，支承若干圆周形布置的滚柱900的滚柱保持架597，和在第二行星齿轮架552的外周表面上成圆周形布置的若干凸轮面904。若干圆周形布置的推爪908安装到滚柱保持架597上，并且由推爪弹簧912径向向外偏压，以便与在左盖124右侧上形成的内周齿轮916啮合。推爪908将第二行星齿轮架552的向前旋转传递到左盖124，并因此传递到轮毂外壳74。

脚刹车86由旋转链轮54相反操作。离合器环562上的行星齿轮架花键558和第一行星齿轮架550上的离合器接合花键554尖端较细，这样，当离合器环562与第一行星齿轮架550啮合，并且链轮54反向旋转以启动脚刹车86时，离合器环562与第一行星齿轮架550脱离啮合。这样，不管那时轮毂传动装置14处于哪个速度档位，驱动器70的旋转动力都沿着下述路径传递：驱动器70→推爪590→第一环形齿轮551→第一行星齿轮架550→第二行星齿轮架552→制动滚柱900→闸皮898→制动面890→轮毂外壳74。这个路径产生的制动力为当传动路径经过离合器环562时的制动力的1.3倍多。

如前所述，变速/辅助机构90还使用驱动器70的旋转动力，以便帮助改变动力传递机构82中的动力传递路径。当向链轮54施加显著的驱动力，并且导致对不同元件的接合或拆分的巨大阻力时，这是期望的。在正常操作期间，致动板104，连接套筒732，推爪控制垫圈736，推爪支架728，连接套筒720，弹簧垫圈712，换档键部件导向器704和换档控制套288作为一个单元旋转，以便使不同的元件接合或分离。结果，连接套筒732，推爪控制垫圈736，推爪820和连接套筒720的位置如图20所示。在这种状态下，推爪820与驱动器70上的变速辅助齿854脱离啮合。但是，当向链轮54施加显著的驱动力，并且导致对换档控制套288的操作产生显著阻力时，尽管致动板104的转动，换档控制套288趋于保持静止。在这种情况下，连接套筒732相对于连接套筒720旋转，这样导致推爪控制垫圈736相对于推爪支架728旋转，这样，推爪控制凸耳850移动离开推爪820，这如图21所示。结果，推爪820径向向外旋转，并且与驱动器70上的变速辅助齿854啮合，这样推爪支架728与驱动器70一起旋转。这又提供了一种辅助力，以便使连接套筒720，换档键部件导向器704和换档控制套288旋转，从而完成换档操作。当克服了换档控制套288的阻力时，推爪支架728相对于推爪控制垫圈736顺时针旋转，这如图22所示，直到换档操作完成，并且状态恢复到图20所示的状态。

图23是轮毂传动装置14′的横截面图，该轮毂传动装置14′代表本发明的一个替代实施例。轮毂传动装置14′与轮毂传动装置14构造基本相同，这样相同的元件用相同标号表示。这个实施例不同之处在于脚刹车86和推爪590去掉(制动圆盘形转子在安装孔950处安装到轮毂外壳74上)，滚柱离合器952替换推爪908，并且变速/辅助结构90′的结构与第一实施例中变速/辅助结构90稍有不同。图24是变速/辅助结构90′的相关部分的分解图。在本实施例中，弹簧垫圈724′绕轮轴36可旋转地安装，并且连接套筒732′的左侧腿860′与弹簧垫圈724′啮合。结果，弹簧716导致推爪支架728和推爪控制垫圈736在彼此相对的方向偏转，以提供辅助功能，但是推爪控制凸耳850紧靠推爪820，以防止推爪控制垫圈736相对于推爪支架728进一步旋转。结果，致动板104上没有施加净复位弹簧偏压力。当电池供电的电动机使致动板104旋转时，这种结构是有用的，因为不偏转的致动板104不会在电动机操作期间产生电池的显著能量消耗。

上面是对本发明的不同实施例的描述，只要不脱离本发明的实质和范围，还可进一步修改本发明。例如，不同元件的尺寸、形状、位置或定位可根据需要修改。一个元件的功能可由两个元件完成，反之亦然。在具体的实施例中不必同时体现所有优点。每个与已有技术不同的特征，无论单独或与其它特征接合，申请人也应认为是对本发明的独立描述，它包括这个(些)特征所体现的结构和/或功能概念。

这样，本发明的范围不应局限于所公开的具体结构，或者不应明显地首先集中在具体的结构或特征。

Claims (2)

1.一种轮毂传动装置，该轮毂传动装置包括：

一轮毂轴；

一驱动器，该驱动器可旋转地支承到轮毂轴上；

一轮毂外壳，该轮毂外壳可旋转地支承到轮毂轴上；

一动力传递机构，该动力传递机构布置在驱动器和轮毂外壳之间，以便将旋转动力从驱动器经若干动力传递路径传递给轮毂外壳，该动力传递路径包括一具有低速齿轮速比的低速传动路径，一具有高速齿轮速比的高速传动路径，和若干中速传动路径；

一离合器，该离合器用来选择若干动力传递路径，这样，当离合器使动力传递机构从具有第一中间齿轮速比的第一中速传递路径改变到具有第二中间齿轮速比的第二中速传递路径，该第二中间齿轮速比高于第一中间齿轮速比且接近第一中间齿轮速比时，离合器在将动力传递机构转换到第二中速传递路径之前，将动力传递机构从第一中速传递路径切换到具有第三中间齿轮速比的第三中速传递路径转换，该第三中间齿轮速比低于第一中间齿轮速比并且高于低速齿轮速比。

2.根据权利要求1的传动装置，其中离合器在将动力传递机构转换到第二中速传递路径之前，使动力传递机构从第三中速传递路径切换到具有第四中间齿轮速比的第四中速传递路径，该第四中间齿轮速比高于第二中间齿轮速比并且低于高速齿轮速比。

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