CN214788684U - 一种自行车变速系统的离合机构及自行车变速箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种自行车变速系统的离合机构及自行车变速箱，该离合机构包括离合器轴件、离合器齿轮和凸轮；凸轮可相对转动地设置在离合器轴件中；离合器齿轮设置在离合器轴件上；还包括触发爪；换挡时，凸轮在外力驱动下转动，触发爪首端沿凸轮大圆廓线向基圆滑动，并在到达基圆时，离合器齿轮与多个触发爪末端接触，使得离合器齿轮与离合器轴件一同运动；使得该离合器能够承受大体重车手的蹬踏扭矩，离合动作将更为顺畅，换挡将更为轻松，摆脱了传统离合器对尺寸的“过分”约束，克服传统小体积离合器的缺点，并且不会随之产生任何明显的性能缺陷，可靠性高；凸轮结构设计简单，工艺要求不高，制造成本低。

Description

一种自行车变速系统的离合机构及自行车变速箱

技术领域

本实用新型涉及离合器技术领域，更具体地说，涉及一种自行车变速系统的离合机构及自行车变速箱。

背景技术

多速自行车的变速箱可以让自行车使用者依据体力和路况选择合适的变速器传动比，进而帮助人体维持最大功率输出所对应的踏频，这对于竞赛尤其重要。离合器通常是变速箱的核心部件，评价其设计水平优劣的标准通常有：可靠性、换挡效率(尤其是在使用者蹬踏的情况下)、设计复杂度、制造成本、工艺性、某些离合器还会考虑挡位之间的空行程大小，特别当要在换挡后立即传递扭矩的场景，如上陡坡。

转动式变速箱离合器是最近十年才开始应用在自行车领域的一种机构，多应用在中置变速箱领域。在尺寸不受严格限制的情况下，这类离合器可以让离合动作在使用者蹬踏时顺利完成，这一点对于争分夺秒的竞技类型山地车的离合器至关重要，因其关乎到在频繁、迅速切换挡位中的操作效率。而现有的该类离合器通常因为追求尺寸的小巧，造成离合器在使用者蹬踏时很难正常执行动作，并且每个离合器齿轮对应的棘齿个数少，体积小，负载能力较差。这类离合机构目前在市面上应用趋势向好，改进潜力也大。

美国专利(US9163702)公开了一种变速设备和传动机构，其中离合器上只有一个棘爪与任一离合器齿轮啮合，而且棘爪尺寸受到了严格的限制，导致该离合器无法长期承受大体重车手的蹬踏扭矩。并且该方案中的复合凸轮的设计较为复杂，导致复合凸轮在加工过程中的高报废率间接提升了产品成本，且由于尺寸受限较为严重，棘爪和支撑棘爪的离合器大轴的材料和配合公差等要求较高，导致成本较高。

综上所述，现有的转动式变速箱离合器存在可靠性低、踩踏时换挡效率低、设计复杂、工艺性差、制造成本高以及换挡之间的踩踏空挡大等缺点，导致骑行者在换挡过程中容易因为变速箱问题而影响骑行蹬踏的节奏，影响竞技发挥。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题在于现有的转动式变速箱离合器存在可靠性低、踩踏时换挡效率低、设计复杂、工艺性差、制造成本高以及换挡之间的踩踏空挡大等缺点，针对现有技术的上述缺陷，提供一种自行车变速系统的离合机构及自行车变速箱。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种自行车变速系统的离合机构，包括离合器轴件、离合器齿轮和凸轮；所述凸轮可相对转动地设置在所述离合器轴件中；所述离合器齿轮设置在所述离合器轴件上；还包括触发爪；

换挡时，所述凸轮在外力驱动下转动，所述触发爪首端沿所述凸轮大圆廓线向基圆滑动，并在到达所述基圆时，所述离合器齿轮与多个所述触发爪末端接触，使得所述离合器齿轮与所述离合器轴件一同运动。

进一步地，所述触发爪首端设有沿所述凸轮大圆廓线滚动的滚动件；所述触发爪末端设有用于支撑所述触发爪末端与所述离合器齿轮接触的弹性件。

进一步地，所述触发爪包括：棘爪、以及用于对所述棘爪定位的棘爪转轴；所述棘爪转轴与所述棘爪之间通过棘爪轴承连接。

进一步地，所述滚动件包括沿所述凸轮大圆廓线滑动的凸轮从动轴承、以及用于对所述凸轮从动轴承定位的凸轮从动轴；所述棘爪首端设有用于容纳所述凸轮从动轴承的安装槽。

进一步地，所述弹性件包括：扭簧，以及用于对所述扭簧定位的扭簧转轴；所述扭簧长端与所述棘爪末端接触。

进一步地，所述离合器轴件包括离合器大轴；所述凸轮可相对转动地设置在所述离合器大轴中；所述离合器大轴表面设有位于所述离合器大轴表面的第一安装位；所述第一安装位由一个或多个用于容纳所述棘爪和所述扭簧的槽型孔构成；所述槽型孔沿所述离合器大轴表面周向分布；所述槽型孔上设有与所述槽型孔交叉设置的第一凹槽和第二凹槽；所述棘爪转轴设置在所述第一凹槽中；所述扭簧转轴设置在所述第二凹槽中。

进一步地，所述离合器大轴中设有用于安装所述凸轮的凸轮轴；所述凸轮分布在所述凸轮轴表面。

进一步地，所述离合器轴件还包括设置在所述离合器大轴外侧的离合器轴套；所述离合器齿轮设置在所述离合器轴套上。

进一步地，所述离合器齿轮内设有多个离合轴承和离合转轴；所述离合转轴穿过所述离合器齿轮表面和所述离合轴承，使得所述离合器轴承沿所述离合器轴套表面滚动。

本申请提供一种自行车变速箱，还包括如前述中任一项所述的离合机构。

本实用新型的有益效果在于：凸轮相对离合器轴件转动，触发爪首端沿凸轮大圆廓线向基圆滑动，并在到达基圆时，离合器齿轮与多个触发爪末端接触，使得离合器齿轮与离合器轴件一同运动。在换挡时，存在多个触发爪末端与离合器齿轮接触，触发爪的体积限制被放宽，使得该离合器能够承受大体重车手的蹬踏扭矩，离合动作将更为顺畅，换挡将更为轻松，重新设计离合器的零件组成、结构和连接方式，适当减少换挡之间离合器的空转角度，具有档间踩踏空挡小的特点，摆脱了传统离合器对尺寸的“过分”约束，克服传统小体积离合器的缺点，并且不会随之产生任何明显的性能缺陷，可靠性高；凸轮结构设计简单，工艺要求不高，制造成本低，能够提高换挡效率。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的部分实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图：

图1为本实用新型实施例的一种自行车变速系统的离合机构的结构示意图；

图2为本实用新型实施例的一种自行车变速系统的离合机构的爆炸示意图；

图3为本实用新型实施例的一种自行车变速系统的离合机构的左视示意图；

图4a为本实用新型实施例的图3中A-A处的剖视状态示意图一；

图4b为本实用新型实施例的图3中A-A处的剖视状态示意图二；

图5为本实用新型实施例的触发爪的结构示意图；

图6为本实用新型实施例的离合器大轴的结构示意图；

图7为本实用新型实施例的凸轮轴的结构示意图；

图8为本实用新型实施例的离合器齿轮的结构示意图；

图9为本实用新型实施例的扭簧的结构示意图；

图10为本实用新型实施例的一种自行车变速箱的正面示意图；

图11为本实用新型实施例的图10中B处的放大示意图；

图12为本实用新型实施例的一种自行车变速箱的背面示意图；

图13为本实用新型实施例的图12中C处的放大示意图；

图14为本实用新型实施例的一种自行车壳体的结构示意图；

图15为本实用新型实施例的一种自行车壳体的内部结构示意图。

图中，1、离合器大轴；2、凸轮轴；3、离合器轴套；4、离合器齿轮；11、槽型孔；12、第一凹槽；13、第二凹槽；21、凸轮；22、凹位；23、凸轮轴小轴承；24、凸轮轴大轴承；25、第一卡簧；26、第二卡簧；31、第二安装位； 41、离合轴承；42、离合转轴；43、离合轴承垫片；51、棘爪；52、棘爪轴承； 53、棘爪转轴；54、棘爪轴向垫片；55、棘爪径向垫块；61、扭簧；62、扭簧转轴；63、扭簧径向垫块；71、凸轮从动轴承；72、凸轮从动轴；81、第一轮系模块；82、离合器轮系模块；83、第二轮系模块；84、第三轮系模块；91、齿轮箱链条；92、后花鼓链轮；93、齿轮箱外部链条；94、自行车后摇臂；95、车架前三角；511、安装槽；811、第一链轮；812、第二齿轮；821、第一齿轮； 822、第三齿轮；831、输入链轮；841、输出链轮；842、第四齿轮。

具体实施方式

为了使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例是本实用新型的部分实施例，而不是全部实施例。基于本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型的保护范围。

本实用新型较佳实施例的如图1至图2所示，提供一种自行车变速系统的离合机构，包括离合器轴件、离合器齿轮4和凸轮21；凸轮21可相对转动地设置在离合器轴件中；离合器齿轮4设置在离合器轴件上；还包括触发爪；

换挡时，凸轮21在外力驱动下转动，触发爪首端沿凸轮21大圆廓线向基圆滑动，并在到达基圆时，离合器齿轮4与多个触发爪末端接触，使得离合器齿轮4与离合器轴件一同运动。

离合器轴件内设有多组触发爪。凸轮21和离合器轴件的相对转动可以通过多种离合执行机构实行，例如双行星轮系机构。当使用者进行换挡操作时，凸轮21相对离合器轴件转动，触发爪首端沿凸轮21大圆廓线向基圆滑动，并在到达基圆时，触发爪末端上升并与离合器齿轮4接触，触发爪此时可承受离合器齿轮4传来的力，进而使该离合器轴件与离合器齿轮4一同运动，凸轮 21借助离合器执行机构保持和离合器轴件的相对静止，即向同方向以同样的角速度转动。与此同时，上一个档位对应的触发爪的一端会离开与凸轮21基圆，继续沿凸轮21大圆廓线滑动，其与离合器齿轮4配合的末端离开离合器齿轮4，收回到离合器轴件中。换挡结束后，离合器齿轮4可以与齿轮变速箱上下级传动轴上的齿轮进行正常的啮合传动。

采用本方案，该离合器能够承受大体重车手的蹬踏扭矩，离合动作将更为顺畅，换挡将更为轻松，重新设计离合器的零件组成、结构和连接方式，摆脱了传统离合器对尺寸的“过分”约束，克服传统小体积离合器的缺点，并且不会随之产生任何明显的性能缺陷，可靠性高；且触发爪一端沿凸轮21大圆廓线向基圆运动，凸轮结构设计简单，工艺要求不高，制造成本低，能够提高换挡效率。克服传统小体积离合器几乎全部的缺点，并且不会随之产生明显的性能缺陷，可靠性高。

在进一步的实施例中，触发爪首端设有沿凸轮21大圆廓线滚动的滚动件；触发爪末端设有用于支撑触发爪末端与离合器齿轮4接触的弹性件。

具体地，触发爪首端是借助滚动件来实现和凸轮21之间的接触，滚动件可以看作是触发爪上一个与凸轮之间接触的点，从触发爪与凸轮21之间的配合角度看，触发爪首端通过这个接触点与凸轮大圆廓线接触，也就是说触发爪沿凸轮21大圆廓线至基圆的过程是一个滑行过程。从凸轮21与滚动件之间的角度看，滚动件沿凸轮21大圆廓线滚动只是滚动件自身与凸轮21之间的一个接触方式，并不是触发爪自身与凸轮21之间的接触方式。触发爪与凸轮21 之间的接触方式包括但不限于采用滚动件沿凸轮21大圆廓线滚动的方式实现接触。

在进行换挡时，凸轮21在离合执行机构的驱动下相对于离合器轴件转动。触发爪首端的滚动件沿凸轮21大圆廓线向基圆滚动，并在到达基圆时，触发爪末端的弹性件顶起触发爪末端，使得离合器齿轮4与多个触发爪末端接触，触发爪此时可承受离合器齿轮4传来的力，进而使该离合器轴件与离合器齿轮 4一同运动，凸轮21要通过其自身与离合器执行机构保持和离合器轴件的相对静止，即向同方向以同样的角速度转动。与此同时，上一个档位对应的触发爪的一端会离开与凸轮21基圆，继续沿凸轮21大圆廓线滑动，其与离合器齿轮4配合的末端离开离合器齿轮4，收回到离合器轴件中。换挡结束后，离合器齿轮4可以与齿轮变速箱上下级传动轴上的齿轮进行正常的啮合传动。

上述实施例中，凸轮21、离合器轴件、离合器齿轮4、触发爪、弹性件和滑行件等所有零件的尺寸都刻意放大，使得离合器的径向尺寸适当增大，摆脱了传统离合器对尺寸的“过分约束”。

在进一步的实施例中，如图2所示，离合器轴件包括设置在离合器大轴1 外侧的离合器轴套3；离合器齿轮4设置在离合器轴套3上。

在进一步的实施例中，如图8所示，离合器齿轮4内设有多个离合轴承 41和离合转轴42；离合转轴42穿过离合器齿轮4表面以及离合轴承41，使得离合轴承41沿离合器轴套3表面滚动。

上述实施例中，离合器齿轮4上设有多个用于安装离合轴承41、离合转轴42和离合轴承垫片43的安装位。其中，离合轴承垫片43位于离合轴承41 的两侧，离合转轴42依次穿过离合轴承垫片43、离合轴承41和离合轴承垫片43，离合转轴42的两端分别设置在离合器齿轮4的安装位上。通过离合轴承41和离合转轴42的配合实现离合轴承41的径向定位，通过离合轴承垫片 43实现对离合轴承41的轴向定位。离合器齿轮4通过离合轴承41与离合器轴套3配合，实现在离合器轴套3上的滚动。

上述实施例中，在离合器齿轮4内设有多个离合轴承41、离合转轴42以及离合轴承垫片43，即离合器齿轮4的内部空间较大，可以在保证棘齿强度的同时，适当减少换挡之间离合器的空转角度，具有档间踩踏空挡小的特点。

在另一实施例中，离合轴承41的轴向定位也可以通过离合轴承41与离合器齿轮4的安装位直接接触实现。

在进一步的实施例中，如图6所示，离合器轴件包括离合器大轴1；凸轮 21可相对转动地设置在离合器大轴1中；离合器大轴1表面设有位于离合器大轴1表面的第一安装位；第一安装位由一个或多个用于容纳棘爪51和扭簧 61的槽型孔11构成；槽型孔11沿离合器大轴1表面周向分布；槽型孔11上设有与槽型孔11交叉设置的第一凹槽12和第二凹槽13；棘爪转轴53设置在第一凹槽12中；扭簧转轴62设置在第二凹槽13中。

其中，离合器大轴1的第一安装位分为多组，一组第一安装位可以由一个或多个槽型孔11构成，如图6所示，两个周向间隔180°的槽型孔11为一组安装位。离合器大轴1的两个端面的孔径可以设置为一大一小或者同样大小。优选地，离合器大轴1的两个端面孔径设置为一大一小。离合器大轴1上还包含两个或多个轴承的安装位，用于与凸轮轴2等零件配合。

在进一步的实施例中，如图3和图5所示，触发爪包括：棘爪51、以及用于对棘爪51定位的棘爪转轴53；棘爪转轴53与棘爪51之间通过棘爪轴承52连接。其中，离合器大轴1中具有多组棘爪51、棘爪转轴53和棘爪轴承 52。棘爪51通过棘爪转轴53在槽型孔11中被径向定位，以及可通过棘爪转轴53与棘爪轴承52在离合器大轴1中实现转动。棘爪51的中间附近开有通孔，用来直接或通过棘爪轴承52和棘爪转轴53进行配合。

上述实施例中，离合器大轴1内总共可以容纳12个甚至更多棘爪51，每个变速档位也有两个或多个棘爪51与离合器齿轮4啮合，采用离合器大轴1 以及双棘爪51啮合，使得体重大、踩踏力量大的骑行者在骑行时，离合器的承载能力更高，可靠性更高。

在进一步的实施例中，如图2至图5所示，滚动件包括沿凸轮21大圆廓线滑动的凸轮从动轴承71、以及用于对凸轮从动轴承71定位的凸轮从动轴72；棘爪51首端设有用于容纳凸轮从动轴承71的安装槽511。凸轮从动轴承71 和凸轮从动轴72安装在安装槽511中，凸轮从动轴72穿过凸轮从动轴承71 中部，其两端设置在安装槽511的槽壁上；使得凸轮从动轴承71可以沿凸轮 21大圆廓线滚动。

在进一步的实施例中，如图3和图9所示，弹性件包括：扭簧61，以及用于对扭簧61定位的扭簧转轴62；扭簧61长端与棘爪51末端接触。扭簧转轴62穿过扭簧61，使得扭簧61转动连接在离合器大轴1中。扭簧61通过扭簧转轴62在槽型孔11中实现径向定位。扭簧61在槽型孔11中能够实现转动。

上述实施例中，触发爪与弹性件在槽型孔11内的安装方向或在周向的朝向可通过槽型孔11的设计被灵活布置。例如图2中，第一离合器齿轮4与第二离合器齿轮4对应的第一安装位中，第一凹槽12和第二凹槽13的相对位置有正反。

其中，棘爪51有一个或多个与棘爪轴承52配合的面，优选为两个。棘爪 51中有一个与扭簧61配合的表面。扭簧61的短端直接与槽型孔的一个面接触，扭簧61的长端与棘爪51的一个面相接触，其中，扭簧61与棘爪51接触的部分可以是L型或其它形状，优选为L型。

上述实施例中，在棘爪51与离合器齿轮4中的离合轴承41接触过程中，包含着多种滚动摩擦类型，这相对于以往纯粹的滑动摩擦类型，本申请中的棘爪51离合动作将更为顺畅，换挡也更为轻松。

在进一步的实施例中，如图7所示，离合器大轴1中设有用于安装凸轮 21的凸轮轴2；凸轮21分布在凸轮轴2表面。凸轮轴2表面设有多个凸轮21；凸轮轴2可为实心或空心结构，优选为空心，其中，凸轮轴2的左右端面的孔径优选为一大一小。凸轮轴2表面包含多个凸轮从动轴72，优选为5-9个，每个凸轮从动轴72的廓线由基圆以及与基圆同心但半径更大的圆形廓线构成，两圆轮廓之间有过渡的曲线。上述基圆即为图中凹位22的凹点，与基圆同心但半径更大的圆形廓线即为凸轮从动轴72表面。

凸轮轴2包含两个或多个轴承的安装位，用以与离合器大轴1等零件配合。即凸轮轴2通过凸轮轴小轴承23、凸轮轴大轴承24被装配在离合器大轴1的内部。凸轮轴小轴承23、凸轮轴大轴承24通过第一卡簧25、第二卡簧26以及离合器大轴1和凸轮轴2上的结构特征进行轴向和径向的定位。

在进一步的实施例中，凸轮轴2上可施加限制凸轮轴2绕离合器大轴1 转动角度的限位器，例如沿径向安装的螺钉等，限位器可用于提示使用者离合器已经切换至档位的首尾两端。

上述实施例中，如图4a和图4b所示，离合机构的工作原理如下：

凸轮轴2和离合器大轴1的相对转动可通过多种离合执行机构实现，例如双行星轮系机构。其中，离合执行机构可以为人工手动或者电动方式驱动。当使用者进行换挡操作时，凸轮轴2相对离合器大轴1相对转动，凸轮从动轴承 71会因为扭簧61弹力的缘故沿着凸轮21大圆廓线运动，要被触发的凸轮从动轴承71会沿着凸轮21大圆廓线向基圆运动(即向凹位22运动)，最后当凸轮从动轴承71与凹位22配合时，棘爪51绕着棘爪转轴53被扭簧61沿着离合器大轴1的径向方向顶起，与单个离合器齿轮4上的离合轴承41进行配合，棘爪51此时可承受由离合轴承41传来的力，进而使该离合器大轴1与离合器齿轮4一同运动，凸轮轴2通过离合器执行机构保持和离合器大轴1的相对静止，即向同方向以同样的角速度转动。与此同时，上一个档位对应的棘爪51 会因为凸轮从动轴承71沿着凸轮从动轴72基圆运动到凸轮从动轴72大圆廓线(即离开凹位22)，从而棘爪51克服扭簧61的弹力，松开与离合轴承41 的配合，收回到离合器大轴1的槽型孔11内。换挡结束后，离合器齿轮4可以与齿轮变速箱上下级传动轴上的齿轮进行正常的啮合传动。

上述实施例中，离合机构可以作为齿轮变速箱传动系统的输出端，也可以是中间端或动力的输入端(即接收端)。

在进一步的实施例中，转动组件还包括设置在棘爪51两侧的棘爪轴向垫片54；棘爪转轴53穿过棘爪轴向垫片54；第一凹槽12和第二凹槽13中还设有扭簧径向垫块63，扭簧径向垫块63用于对扭簧转轴62进行径向定位，棘爪转轴通过棘爪径向垫块55实现径向定位。棘爪51通过棘爪轴向垫片54与离合器大轴1本身实现轴向定位，扭簧61靠离合器大轴1实现轴向定位。

在另一实施例中，棘爪51两侧与扭簧61两侧均与槽型孔11的侧壁接触连接。棘爪51以及扭簧61也可直接靠离合器大轴1实现轴向定位。

在进一步的实施例中，离合器轴套3上设有多组第二安装位31；第一安装位与第二安装位31的位置一一对应。第一安装位与第二安装位31的形状稍有不同，离合器轴套3的外表面用于与离合轴承41进行配合。离合器轴套3 在离合器大轴1上的定位通过定位螺丝等机构灵活实现，如基米螺丝等。

在另一实施例中，触发爪也可以替换为单向轴承；单向轴承设置在离合器大轴1上；离合器齿轮4通过花键与单向轴承连接。单向轴承的离合装置不受凸轮轴2的控制，可以拓展当前离合器轮系所能兼容的齿轮数目，简化离合机构的设计。

本申请提供一种自行车变速箱传动系统，如图1至图9所示，还包括如前述中任一项的离合机构部件。

通过离合执行机构使得凸轮轴2和离合器大轴1的相对转动，当使用者进行换挡操作时，凸轮轴2相对离合器大轴1相对转动，凸轮从动轴承71会因为扭簧61弹力的缘故沿着凸轮21大圆廓线运动，要被触发的凸轮从动轴承 71会沿着凸轮21大圆廓线向基圆运动(即向凹位22运动)，最后当凸轮从动轴承71与凹位22配合时，棘爪51绕着棘爪转轴53被扭簧61沿着离合器大轴1的径向方向顶起，与单个离合器齿轮4上的离合轴承41进行配合，棘爪51此时可承受由离合轴承41传来的力，进而使该离合器大轴1与离合器齿轮 4一同运动，凸轮轴2通过离合器执行机构保持和离合器大轴1的相对静止，即向同方向以同样的角速度转动。与此同时，上一个档位对应的棘爪51会因为凸轮从动轴承71沿着凸轮21基圆运动到凸轮21大圆廓线(即离开凹位22)，从而棘爪51克服扭簧61的弹力，松开与离合轴承41的配合，收回到离合器大轴1的槽型孔11内。换挡结束后，离合器齿轮4可以与齿轮变速箱上下级传动轴上的齿轮进行正常的啮合传动。

采用本方案，离合器在径向尺寸上进行了显著地扩增，使得离合器的承载能力更高，应用在使用者体重大、踩踏力量大的应用场景尤为可靠。由于棘爪 51与离合器齿轮4之间的啮合和脱离过程多是滚动摩擦类型，相对于纯粹的滑动摩擦类型，棘爪51的离合动作将更为顺畅，换挡将更为轻松，且采用棘爪51等零件，相比传统的技术，凸轮轴2上并无复合凸轮的部分，明显降低了零件的外形复杂程度，有效降低了加工工艺的要求。设计简单，工艺性好，制造成本低。进一步地，由于离合器齿轮4内部的空间较大，可以在保证棘齿强度的同时适当减少换挡之间离合器的空转角度，具有档间踩踏空挡小的特点。

本申请提供一种自行车变速箱，还包括如前述中的离合机构。

具体地，下面以典型的4轴自行车变速箱为例，通过更加具体的实施过程对上述离合机构部件的应用方式进行详细说明。

在本实施例中，结合图1至图13所示，第一轮系模块81和离合器轮系模块82为整个变速箱传动系统的中间轴系或过渡轴系，动力输入和输出分别由第二轮系模块83和第三轮系模块84构成。本实施案例中除离合器轮系模块82的齿轮是通过棘爪51和/或单向轴承与离合器大轴1连接，其他轮系模块的齿轮均与它们的轴固定在一起，固定方式可为螺栓紧固或花键等方式。

具体地，使用者通过自行车的脚踏板和牙盘曲柄，将扭矩输入到第二轮系模块83上，再由第二轮系模块83上的输入链轮831通过齿轮箱链条91将扭矩传递至第一轮系模块81上的第一链轮811上。本实例中第一轮系模块81 中包含4个齿轮，分别与离合器轮系模块82的4个齿轮啮合，类似的，第三轮系模块84的3个齿轮分别与离合器轮系模块82的另外3个齿轮啮合，即离合器轮系模块82共有7个齿轮。最后，扭矩通过第三轮系模块84上的输出链轮841将扭矩输出到后轮的后花鼓链轮92，驱动自行车前进。其中，离合器轮系模块82包含12个棘爪51，每两个为一组并与其中一个离合器齿轮4啮合，还包含一个单向轴承，负责与第一齿轮821啮合。

当离合器轮系模块82中的凸轮轴2转动时，第一轮系模块81和第三轮系模块84上的两个齿轮所对应的离合器轮系模块82上的2个齿轮在某个变速档位下，必然各有两组棘爪或一组棘爪和一个单向轴承(即超越离合器)被同时触发，其中，一组棘爪组包括两个棘爪。进而使它们所对应的离合器轮系模块 82的两个齿轮与离合器大轴1连接在一起传递扭矩，如此一来，第一轮系模块81的1个齿轮(例如第二齿轮812)的扭矩可通过离合器大轴1上的一个齿轮(例如第三齿轮822)传递到离合器大轴1，随后将离合器大轴1上的一个齿轮(例如第一齿轮821)可将扭矩传递给第三轮系模块84上的1个齿轮 (例如第四齿轮842)，最后由第三轮系模块84上的输出链轮841将扭矩通过齿轮箱外部链条93(见图14)或皮带等媒介传递至后花鼓链轮92，驱动自行车前进。

进一步地，凸轮轴2和离合器大轴1的相对转动可通过多种离合执行机构实现，例如双行星轮系机构。其中，离合执行机构可以为人工手动或者电动方式驱动。当使用者进行换挡操作时，凸轮轴2相对离合器大轴1相对转动，凸轮从动轴承71会因为扭簧61弹力的缘故沿着凸轮21大圆廓线运动，要被触发的凸轮从动轴承71会沿着凸轮轴2上凸轮21的大圆廓线向基圆运动(即向凹位22运动)，最后当凸轮从动轴承71与凹位22配合时，棘爪51绕着棘爪转轴53被扭簧61沿着离合器大轴1的径向方向顶起，与单个离合器齿轮4 上的离合轴承41进行配合，棘爪51此时可承受由离合轴承41传来的力，进而使该离合器大轴1与离合器齿轮4一同运动，凸轮轴2通过离合器执行机构保持和离合器大轴1的相对静止，即向同方向以同样的角速度转动。其中，第一齿轮821只能和单向轴承(超越离合器)配合传递离合器大轴1的扭矩。

在第三轮系模块84对应离合器轮系模块82的三个齿轮中，有一个第一齿轮821是通过花键等固定方式与单向轴承(超越离合器)进行装配的，当其中两个齿轮对应的两组棘爪51都没有被抬升(或触发)时，单向轴承上的第一齿轮821对单向轴承所施加的力矩方向会与当其他两组棘爪51被触发时相反，借助这个原理可以在此时触发单向轴承，传递离合器大轴1上的力矩到第一齿轮821，再由第一齿轮821传递至第三轮系模块84的第四齿轮842。

其中，上述变速箱可应用在图14中的全减震山地自行车壳体里(即前后都有减震器的自行车)里，图15为图14的透视图。图10和图12中的变速箱被密封在车架前三角95内，和车架前三角95融为一体。第三轮系模块84的轴也充当了自行车后摇臂94的转点，此时齿轮箱外部链条93可以很简洁地布置在输出链轮841和后花鼓链轮92之间。

综上，该变速箱实施案例最多能产生3x4＝12种不同的传动比。通过合理的齿比、离合器的设计，整个变速箱轮系可生成近似等比数列的传动比数列，并通过电子或机械的离合执行机构(即让凸轮轴2通过和离合器大轴1进行相对转动)完成换挡，让使用者能根据车辆行驶路况精准、迅速、轻松地在传动比范围内高效切换变速系统的档位(传动比)，维持使用者自身的最佳蹬踏频率，达到最大化平均功率输出的目的，帮助使用者取得更好的比赛成绩。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种自行车变速系统的离合机构，包括离合器轴件、离合器齿轮和凸轮；所述凸轮可相对转动地设置在所述离合器轴件中；所述离合器齿轮设置在所述离合器轴件上；其特征在于：还包括触发爪；

换挡时，所述凸轮在外力驱动下转动，所述触发爪首端沿所述凸轮大圆廓线向基圆滑动，并在到达所述基圆时，所述离合器齿轮与多个所述触发爪末端接触，使得所述离合器齿轮与所述离合器轴件一同运动。

2.根据权利要求1所述的自行车变速系统的离合机构，其特征在于，所述触发爪首端设有沿所述凸轮大圆廓线滚动的滚动件；所述触发爪末端设有用于支撑所述触发爪末端与所述离合器齿轮接触的弹性件。

3.根据权利要求2所述的自行车变速系统的离合机构，其特征在于，所述触发爪包括：棘爪、以及用于对所述棘爪定位的棘爪转轴；所述棘爪转轴与所述棘爪之间通过棘爪轴承连接。

4.根据权利要求3所述的自行车变速系统的离合机构，其特征在于，所述滚动件包括沿所述凸轮大圆廓线滑动的凸轮从动轴承、以及用于对所述凸轮从动轴承定位的凸轮从动轴；所述棘爪首端设有用于容纳所述凸轮从动轴承的安装槽。

5.根据权利要求3所述的自行车变速系统的离合机构，其特征在于，所述弹性件包括：扭簧，以及用于对所述扭簧定位的扭簧转轴；所述扭簧长端与所述棘爪末端接触。

6.根据权利要求5所述的自行车变速系统的离合机构，其特征在于，所述离合器轴件包括离合器大轴；所述凸轮可相对转动地设置在所述离合器大轴中；所述离合器大轴表面设有位于所述离合器大轴表面的第一安装位；所述第一安装位由一个或多个用于容纳所述棘爪和所述扭簧的槽型孔构成；所述槽型孔沿所述离合器大轴表面周向分布；所述槽型孔上设有与所述槽型孔交叉设置的第一凹槽和第二凹槽；所述棘爪转轴设置在所述第一凹槽中；所述扭簧转轴设置在所述第二凹槽中。

7.根据权利要求6所述的自行车变速系统的离合机构，其特征在于，所述离合器大轴中设有用于安装所述凸轮的凸轮轴；所述凸轮分布在所述凸轮轴表面。

8.根据权利要求6所述的自行车变速系统的离合机构，其特征在于，所述离合器轴件还包括设置在所述离合器大轴外侧的离合器轴套；所述离合器齿轮设置在所述离合器轴套上。

9.根据权利要求8所述的自行车变速系统的离合机构，其特征在于，所述离合器齿轮内设有多个离合轴承和离合转轴；所述离合转轴穿过所述离合器齿轮表面和所述离合轴承，使得所述离合器轴承沿所述离合器轴套表面滚动。

10.一种自行车变速箱，其特征在于，还包括如权利要求1-9中任一项所述的离合机构。

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