CN1211306A - 齿轮可选择地与转轴闭锁的传动系统 - Google Patents

Abstract

一传动系统,设置至少一对应于转轴(34)的齿轮(58a),转轴(34)上装有至少一止动件(84),通过移动磁铁(48)在转轴内的定位,止动件和相对于穿过齿轮的转轴(34)正常自由地旋转的齿轮(58a)配合或脱开,从而使齿轮(58a)和转轴(34)一起转动。

Description

齿轮可选择地与转轴 闭锁的传动系统

本发明涉及一改进的齿轮传动系统，更确切地说，本发明的改进的齿轮传动系统旨在用于自行车及使用齿轮和变速杆的类似运输工具，但不局限于此。

现在，自行车一般使用一称为Derailleur系统的齿轮传动系统。这种系统通常包括两个或更多的与踏板曲轴刚性连接的大链轮。一“脱轨器”或变速杆由骑车人操纵来将链条设定到一个或另一个踏板曲轴链轮上。另一脱轨器或变速杆由骑车人操纵来将链条设定在与后轮刚性连接的几个飞轮中的一个上，所选踏板曲轴链轮和选定后轮链轮之间的直径的比决定了传动比。

上述现有技术的传动系统需要大量保养，因为它的链轮易损坏，而且暴露在水尘中。另外，使用的链轮的尺寸实际上有限制，且减少了自行车下方的地面净空，Derailleur系统最初并不打算用于“山地车”。

现有技术的传动系统的另一个缺点是需要至少两条变位钢绳。当在档位范围内静比和传动比加倍时，换档是不可能的。例如，21速的Derailleur齿轮传动系统有十个倍速齿轮。

本发明的改进齿轮传动系统的目的是从本质上克服现有技术的上述问题。

依照本发明，提供一改进齿轮传动系统，其特征为在一轴上至少有一齿轮，轴和齿轮上至少有一止动件，该止动件或每一个止动件被引导进入或脱离与通常相对轴自由旋转的一齿轮啮合，或者同穿过齿轮的轴啮合。齿轮通常自由转动，该止动件或每个止动件同齿轮或轴啮合，使得齿轮同轴一道转动。

一移动磁铁最好装在轴内，止动件按下面方法磁化：移动磁铁并靠着止动件的位置，使止动件被移动磁铁排斥或吸引，止动件部分从轴伸出，吸进设置在齿轮内的一槽内，或者部分从齿轮内伸出，吸进轴上的一槽内。

最好是至少一对止动件设置在轴内，用来同相对应的每个齿轮啮合。

根据本发明，还提供了一改进齿轮传动系统，其特征为包括一对大致平行的轴，每一轴至少装有两个齿轮，至少其中一个齿轮与轴固定，至少一个能在那里自由旋转。每一个轴上的齿轮设置成与另一个轴上的齿轮啮合，形成齿轮组。其中，通过啮合的齿轮施加到转轴的旋转力被传递到另一轴，在设置在一个或两个轴上的一移动磁铁的作用下，用户可控制其位置，移动磁铁，使得设置在该轴或每一个轴内并靠近每一个自由转动的齿轮的一个或多个止动块进入或脱离相应啮合。当这个或每一个与此相关的止动件啮合时，自由旋转的齿轮被带动同轴一道转动。

最好是，一自由或爪形齿轮设置在一轴上，并靠近另一个轴上的一固定齿轮，以便与自由齿轮相连的止动件没有与此啮合时，自由齿轮将绕其所在的轴自由旋转。

最好是，至少按下面方式设置一定比例的齿轮，各齿轮具有一不同直径，以便在其之间产生一传动比。在齿轮布局的中心或附近，最好是唯一一对齿轮组被设置成相同直径。

齿轮最好被安置在一盒子或壳体内，最好是通过支承装置固定在壳体里，以便相对于此可转动。

每一轴上最好安装多个固定齿轮和爪形齿轮，在每一个轴内的移动磁铁有一条引导索与之相连，通过引导索用户可以相对每一个轴控制其位置，那么设置在那里的齿轮允许用户控制两轴间的传动比。

壳体中最好装有一定量的润滑油以润滑工作中的齿轮。

改进的齿轮传动系统优选地应用于一踏板自行车，它具有一对踏板曲轴，一个或更多的从动轮，一固定齿轮安置在转轴的自由末端，这个齿轮直接或非直接与踏板上的相应互补齿轮配合。最好是另一轴至少有一位于或靠近其自由端的固定齿轮，与一从动轮中心上或相连的互补齿轮直接配合。

下面参照一仅作为范例的优选实施例和附图，对本发明的改进的齿轮传动系统进行描述。

附图1是一自行车示意图，它采用了根据本发明一实施例的一改进的齿轮传动系统。

附图2是附图1中改进的齿轮传动系统的局部剖视图，其中两轴上设置了十五对齿轮，并部分示出一齿轮盒或壳体。

附图3是对一个轴的局部剖视图，移动磁铁包含在轴内，止动件在那里与一齿轮配合。

附图4是一轴的端视图，示出一个齿轮和使一对止动件与齿轮啮合的移动磁铁。

附图5是依照附图3的一局部剖视图，示意移动磁铁从邻近状态移动到一对止动件。

附图1示出装有本发明的一改进齿轮传动系统10的自行车12。自行车12包括一前轮14，前叉16，手把18，和车架20，叉16的颈夹在车架上。座位支杆22支撑着一鞍形座，及一踏板曲轴26。踏板曲轴26上装了一对踏板28。

改进的齿轮传动系统10包括一与靠近踏板曲轴的支架20刚性连接的盒体30，盒体30支撑着一后轮32的一轴(未图示)。

附图2示出盒体30的局部截面。第一轴34通过轴承固定在盒体30内，例如单排滚珠轴承36和37。滚珠轴承36和37被刚性安装在盒体30的末端38。第一轴34有一个第一末端40，它连接并支撑在滚珠轴承36内。轴34的一自由或第二端42刚性安装了一锥齿轮44，锥齿轮44的转动使第一轴34也转动。

第一轴34有一空心腔46，它在第一轴34的第一末端40是盲孔，但在第二末端42是开孔。一移动磁铁48安装在空心腔46内，它可沿着其长度方向移动，移动磁铁48相应按比例制成。移动磁铁48有一个导引钢绳50与此相连，并通过空心腔46扩展，再通过第一轴34的第二末端42。导引钢绳50延伸到一刚性但可调连接的变位中52。一环形衬套54设置在靠近第二末端42的空心腔46内，导引钢绳50通过这里伸出。环形衬套用作密封件，辅助润滑导引钢绳50的移动，从而防止导引钢绳50同第一轴间的磨损。

一系列固定齿轮56按下面方法装在第一轴34上，当它们被固定连接时，其转动直接依赖第一轴34的转动。固定齿轮56朝第一轴34的第二末端42设置，并从第二末端42到第一末端40其直径逐步增大。一系列爪形齿轮58按下面的方法装在第一轴34上，它们并不总是与之固定连接，故能绕第一轴34自由独立地转动。

第二轴60通过轴承固定在盒体30内，例如单排滚珠轴承62和64。滚珠轴承62和64被刚性安装在盒体30的末端38，并安装成能使轴34和60大致平行。第二轴60有一个第一末端66，它连接并支撑在滚珠轴承64内。轴60的一自由或第二末端68刚性安装了一锥齿轮70，从而第二轴60的转动带动锥齿轮70也转动。

第二轴60有一空心腔72，它在第二轴60的第二末端68是盲孔，但在第二末端66是开孔。一移动磁铁74按下面方法安装在空心腔46内：它可沿着其长度方向移动，移动磁铁74相应按比例制成。移动磁铁74有一个导引钢绳76与之相连，并通过空心腔72和第二轴60的第一末端66向外扩展。导引钢绳76延伸到一刚性但可调连接的变位件52。一环形衬套78设置在空心腔72内，靠近第二末端66并穿过盒体30的末端部38的一段。衬套78用作密封件，辅助润滑导引钢绳76的移动，从而防止导引钢绳76同第二轴60间的磨损。

可以想见移动磁铁48和74可以用钕稀土磁铁做成，但这不应当认为是为了限制本发明的范围。

一系列固定齿轮80按下面方法装在第二轴60上：当它们被固定连接时，它们将随第二轴60的转动而转动。固定齿轮80朝第二轴60的第二末端68布置，并从第二末端68到第一末端66其直径逐步增大。一系列爪形齿轮82按下面方法装在第二轴60上：它们并不总是与之固定连接，故可绕第二轴60自由独立地转动。

齿轮组56,58,80和82装在盒体30内的一腔体84内。腔体84装有大量润滑油(没有图示)。盒体30连接在附图1所示的自行车12上，以便第一轴34的锥齿轮44与踏板曲轴26上的一齿轮啮合，如附图2剖视图所示。因此，一骑车人(未图示)产生的动力通过踏板曲轴26传递给产生转动的第一轴34。可以理解，盒体30最好覆盖或封闭锥形齿轮44和70。因此，盒体30应该有一个适当的孔，以便让踏板曲轴26和后轴上的齿轮进入。

第一轴34上的齿轮56和58与第二轴60上的对应齿轮80和82啮合。以此方法产生齿轮副，结果动力从一轴传递到另一轴。一齿轮副由一固定齿轮和爪形齿轮组成。一齿轮副中固定齿轮和爪形齿轮的相对直径比决定这个齿轮副的传动比。

第二轴60的第二末端68上安装的锥齿轮70与后轮32中心的一轴上的一齿轮啮合，如附图2中剖视图所示。以此方法，从第一轴34传递到第二轴60的动力又传递到后轮32。

附图3和5显示了第一轴34上安装的几个爪形齿轮58a,58b和58c。显然，爪形齿轮82的工作是基本相似的。当一止动件84处在第一轴34内时，每一个爪形齿轮58a,58b和58c能绕第一轴34自由转动，如附图3所示，参照爪形齿轮58a和58c。止动件84被挡在一基座86上，且选定了尺寸以便不干涉爪形齿轮58a和58c的转动。

止动件84，例如以钕稀土磁铁设计而成，设在一钛合金底座或壳体以便加强强度，其北极和南极沿着第一轴34的长度方向设置。移动磁铁48的北极和南极以类似朝向设置，如附图3和5所示。爪形齿轮58a,58b和58c每一个都设置有一组大致和止动件尺寸对应的凹部88，虽然它们相对一止动件从底座86到凹部88的位置来说稍有点浅，以便止动件一旦从基座86移入凹部88止动件仍然部分停留在第一轴34内，如附图3所示。因此，第一轴34和爪形齿轮58b一道转动，通过与爪形齿轮58b配对的固定齿轮80将动力传递到第二轴60。

附图4示意附图3中的爪形齿轮58b内有止动件84与设置在那里的凹部88啮合。移动磁铁48同爪形齿轮58b中的止动件84排列成同极对同极。

移动磁铁48和成对止动件84同极之间排斥力作用的结果导致止动件84同爪形齿轮58b内的凹部88啮合。

当移动磁铁48通过一骑车人操纵变位件52而导致从爪形齿轮58b外移开时，由于移动磁铁48和止动件84不同极性之间的吸引力，止动件84落到第一轴34内的基座上，如附图5所示。利用此方式，止动件84一直停留在轴内，直到移动磁铁直接和它对齐。

附图2所示的变位件52安装了一齿轮档位选择钢绳，例如一变位钢绳90，从这里伸到一点，最好是自行车的手柄18，骑车人可以由此控制其移动。移动磁铁48和74被设置成与导引钢绳50和76相连，以便它们相对应，由附图2可以看出，控制变位钢绳90使导引钢绳50和76产生相同的位移。

使用时，自行车12的骑车人将为车轮工作状态选择一传动比。例如，第一轴34上的一固定齿轮56和第二轴上的一爪形齿轮82之间的一齿轮副传动比可为1∶2。这一传动比是用在爬坡或起步时最理想。再者，一传动比1∶1或许最适合在平坦地面行驶，在第一轴34上一爪形齿轮和第二轴60的一固定齿轮80之间的一传动比2∶1是最适合于下山行驶。

使用上面阐述的在固定齿轮和爪形齿轮间的传动比，本发明的改进的齿轮传动的10总传动比为4∶1。这个传动比范围可以按一骑车人的需要来调节。例如，如果骑车人要求一总传动比为5∶1，则在轴34和60上的齿轮间范围从2.5∶1到1∶2.5的传动比就可提供这样一个总传动比。

在骑车人确定了一个优选传动比时，用户可以控制变位钢绳90来设置移动磁铁48和74靠近需要的比值的那一个齿轮副。当移动磁铁离开现在选定的齿轮时，啮合于爪形齿轮内的止动件84被吸引回轴内，并支撑在基座86上。这是移动磁铁和止动件84间异极相吸产生的作用效果。这种结构示意在附图5中第一轴34部分。参照附图3，当移动磁铁对准需要的传动比对应的齿轮对的爪形齿轮58b时，移动磁铁48和止动件84的相同极，使得那些与爪形齿轮58b相关的止动件84被排斥开，然后，被齿轮58b内的凹部88接收，结果来自第一轴34的动力仅被传递给了有止动件84与之啮合的齿轮58b。其它爪形齿轮，例如58a和58c，可以在第二轴60上与之形成齿轮对的固定齿轮80的作用下，绕第一轴34自旋或自由转动。第一轴34和传递到爪形齿轮58b的动力随后传递给与爪形齿轮58b形成齿轮对的固定齿轮80，可以设想，齿轮可以附装一种轴承来使它们便于相对轴34和60自由转动。

要改变自行车12的后轮32，需要提供适当的机构，这使得锥齿轮70是活动的，这种设置也可以允许锥齿轮70和不同齿轮中的其它类似齿轮互换，为自行车12提供一完全不同的传动范围。可以设想，某些结构虽然认为现在用在自行车传动链上的机构可能是合适的，但有助于引导和变位钢绳对正的结构是需要的。

设想一薄金属材料薄层可以被用来覆盖住和爪形齿轮相邻的每一个与轴的腔。这种金属覆层将增强止动件返回到轴内的定位位置，并有助于阻止在转动带来的离心力作用下发生的位移。

另外，通过在每一止动齿轮的止动槽中用使用能量比移动磁铁小的磁铁可获得类似的效果。磁铁将用与止动件同样的方法定位，以便在移动磁铁的作用下，同极排斥，然后将它们返回到轴内的基座，但将不会妨碍在移动磁铁作用下止动件的移动而与爪形齿轮啮合的。

尽管参照一自行车传动系统对本发明的改进传动系统做了描述，显然只要不偏离本发明的范围，它也可应用于其它场合。另外，尽管是参照装在每一个爪形齿轮内的一对止动件对实施例作了描述，但可以理解，其它等效的结构同样是有效的。例如，假想一个爪形齿轮可以设置成与三个或更多个止动件啮合。

还可以设想，通过使用电能来实现止动件的运动，本发明的改进传动系统可以被加强，例如，通过在轴内设置电磁铁再加上每一个爪形齿轮来取代移动磁铁。将一电流供给一特制的电磁铁将使相应的止动件产生位移同爪形齿轮啮合。给电磁铁断电后将导致止动件返回到轴内。

可以用机械方法提供来操作本发明的改进的传动系统。例如，止动件上设置弹簧结构，一旦止动件和可以通过轴腔的球状件接触，就可保证将它们从轴上脱离，这里用球状件替代了移动磁铁。

还可以设想本发明的改进传动系统也可以用来操作用于某些自行车和其齿轮传送设备上的内部中心传动系统上。这样一内中心传动结构一般采用一太阳齿轮，沿其周围在中心内设置三个或更多的行星齿轮。然后这个中心内表面周围形成了一环形齿轮，一通过中心纵向转动的固定轴可以被设置。内轴上面安装了一系列太阳齿轮和相应的行星齿轮，在环形齿轮内每一个提供了不同的传动比。每一个太阳齿轮有一内表面用于接收一个或多个轴内设置的止动件。一特定的止动件如何与相应太阳齿轮啮合，都是由固定轴内的移动磁铁的位置决定的，它与前面所述的实施例方法大致相似。

可以理解，使一个或多个止动件移动是可能的。它不仅如上所述从一轴与绕其旋转的一齿轮配合，而且也在一个或每一个齿轮内提供止动件，它可能会受影响而与穿过齿动的轴配合。按此方法，利用移动磁铁和磁性止动件间磁铁吸引力来改变止动件和轴的配合是可能的。

对技术人员来说是明显的变化和变形将被视作仍在本发明的范围之内。

Claims (19)

1．一传动系统，其特征在于，在一轴上至少设置一齿轮，所述转轴或齿轮至少有一设置在其内的一止动件，该止动件或每一个止动件要么和绕穿过齿轮的转轴自由地正常旋转的该齿轮要么和该穿过齿轮的轴进入和脱开配合，齿轮绕该轴自由地正常旋转，由于该止动件或每一止动件和齿轮或轴配合，使得齿轮和轴一道转动。

2．根据权利要求1的一传动系统，其特征在于，一移动磁铁设置在转轴内，该止动件或每一个止动件按下列方式磁化：移动磁铁直接沿着止动件设置，使得止动件被移动磁铁排斥开或吸引，它或者部分自轴伸出并进入齿轮上设置的凹部，或者部分自齿轮伸出并进入轴内设置的一凹部。

3．根据权利要求1或2的传动系统，其特征在于，至少一对止动件被设置在轴内用来与相应每一个齿轮配合。

4．一传动系统，其特征在于，一对大致平行的轴，每一轴上设置至少两个齿轮，至少其中一个齿轮固定在轴上，至少一个能绕转轴自由转动，每一个轴上的齿轮被设置成能与另一轴上的齿轮啮合，从而形成齿轮副，其中，加到一轴的旋转力通过与之相连的齿轮传递到另一轴，在设置在至少其中一个轴内的一移动磁铁的作用下，其位置由用户决定，移动磁铁或磁铁使得一个或多个设置在该轴内，每一个靠近每一个自由齿轮的止动件进入或脱开啮合，当自由齿轮和相应的止动件啮合时随同轴一道转动。

5．根据权利要求4所述的一传动系统，其特征在于，一自由或爪形齿轮被设置在一轴上，它靠近另一轴上的一固定齿轮，如果与自由齿轮相对应的所述止动件或每一个止动件没有与之啮合，自由齿轮将绕其所在轴自由转动。

6．根据权利要求5所述的一传动系统，其特征在于，至少一定比例的齿轮副由不同直径的齿轮构成，以便在它们之间产生一传动比。

7．根据上述任一权利要求所述的传动系统，其特征在于，齿轮设置在一个壳体或盒体内。

8．根据权利要求7所述的一传动系统，其特征在于，转轴通过轴承固定在壳体上以便它相对于此可转动地固定。

9．根据权利要求4至8中任何一个所述传动系统，其特征在于，每一转轴安装了许多固定齿轮和爪形齿轮。

10．根据权利要求9所述的传动系统，其特征在于，在每一轴上的移动磁铁有一条导引绳与之相连，通过它一用户可以控制其相对每一个轴和轴上的齿轮的位置，从而允许用户控制产生于两轴间的传动比。

11．根据权利要求7到10中任何一个所述的传动系统，其特征在于，壳体包含了一定量的润滑油来润滑工作中的齿轮。

12．根据权利要求1所述的传动系统，其特征在于，一电磁铁被设置在和齿轮相对应的轴内，其内至少有一个止动件，其中，向至少具有一个止动件的和齿轮相应的一电磁铁加电时，导致了止动件移动而与该齿轮啮合，从而导致齿轮同转轴一道转动。

13．根据权利要求1所述的传动系统，其特征在于，每一个止动件设置有弹簧件，用于使止动件可靠地自转轴离开。

14．一轮式传送机，其特征在于，综合了权利要求4到13的所有特征，该传送机包括一踏板曲轴和一个或多个从动轮，一转轴，一固定齿轮设置在其自由端，该固定齿轮直接或非直接地与相对踏板曲轴设置的互补齿轮配合。

15．根据权利要求14所述的轮式传送机，其特征在于，另一轴至少有一固定齿轮设置在或靠近一自由端，固定齿轮直接同装在从动轮的中心上的或相对于该中心设置的互补齿轮配合。

16．一轮式传送机，其特征在于，综合了权利要求1到3任何一个所述的设置在一内部中心的传动系统。

17．根据权利要求16所述的一轮式传送机，其特征在于，内部中心具有一至少穿过两个太阳齿轮的轴，每一个太阳齿轮至少设置了三个行星齿轮，行星齿轮与在该中心上或邻近形成的一环形齿轮啮合，其中，转轴至少包括唯一一个对应于每一个太阳齿轮和一个移动磁铁的止动件，移动磁铁的位置能够由用户决定，使对应于一选定太阳齿轮的止动件与之啮合。

18．一种大致如上文中参照附图1到5所述的传动系统。

19．一种大致如上文中参照附图1到5所述的轮式传送机。

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