TW202040026A - 離合器及多速齒輪 - Google Patents

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TW202040026A
TW202040026A TW108146718A TW108146718A TW202040026A TW 202040026 A TW202040026 A TW 202040026A TW 108146718 A TW108146718 A TW 108146718A TW 108146718 A TW108146718 A TW 108146718A TW 202040026 A TW202040026 A TW 202040026A
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clutch
shift
shaft
gear
axially
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TW108146718A
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克努特 托爾 理爾森
克里斯提 安塔爾
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挪威商Ｃａ科技系統公司
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Abstract

一種包含有滑行手段之滑行離合器及包含有齒輪機構(4)之多速齒輪系統(1)，包含：主軸(5)；中空的第一軸(71)及中空的第二軸(72a，72b)，兩者係軸向固定且以可旋轉方式圍繞主軸(5)配置；周轉的第一齒輪區段(10)，圍繞主軸(5)配置於第一軸(71)與該第二軸(72)之間，且包含兩個徑向堆疊的載架元件(101，102)；第一換檔機構(30)，配置於第一軸(71)與第一齒輪區段(10)之間，且被建構成使第一軸(71)與兩個徑向堆疊的載架(101，102)中之任一者以旋轉方式接合，其中，第一換檔機構(30)包含圍繞主軸(5)徑向堆疊的兩個第一離合器(321，322)。

Description

離合器及多速齒輪
本發明係關於一種用於腳踏式車輛之周轉的內部齒輪機構。另外，本發明係關於具有可用於周轉的內部齒輪機構中、或作為其他傳動系統之一部分的滑行機構(coasting mechanism)的離合器。
用於腳踏式車輛之內部齒輪機構歸因於其穩固性、長使用壽命及最新技術改良而正經歷人氣回升。當經曝露並易於受影響、迅速劣化且需要頻繁維護之外部齒輪移位時，齒輪鏈會側向彎曲且其襯套會磨損並拉伸，這使得輪齒及鏈環過早地磨損。
內部齒輪在這個意義上理想，但典型多速齒輪無法處理騎乘者及輔助電動機之高轉矩。大多數內部齒輪僅僅藉助於掣爪或在例如DE19720796所述情況下藉由掣爪及軸向離合器兩者以移位，但US9279480提供對許多層之改良。需要進一步最佳化來進行簡化、降低成本並改良功能。
一個此類元件為滑行機構。在外部齒輪轂中，提出部分解耦且因此改良空轉效應的諸多機構。US6155394展示了實質上在滑行期間與棘輪齒解耦之掣爪，而WO2017167453提供了對可與線性掣爪部分解耦之複雜的機器加工齒環之幾何解決方案，且US9199509描述了允許軸向離合器環在空轉/滑行期間部分解耦之 螺旋形耳柄。由於輪轂僅具有兩個狀態，其中一個狀態為扭矩耦接接合，而另一狀態為空轉，因而其機構之操作極其簡單。在內部輪轂齒輪中，其機構更為複雜，且提出各種解決方案。
EP0679570展示典型的滾動滾珠或滾輪，其係在楔形座圈之間自動地滑動以變為空轉或滑動至狹窄部分中，從而使得座圈鎖定。儘管允許無聲滑行，但仍有可能具破壞性的徑向擴張力會在扭矩轉移期間轉移至座圈上。
另一挑戰為如何簡化裝配，例如，使得齒輪堆疊容限精確，以及如何接近齒輪輪轂，以便在給定內部齒輪堆疊之機構之情況下提供最佳齒輪堆疊寬度。傳統上，輪轂具備較大直徑鎖定滾珠軸承，其係為重且昂貴的手段，且輪轂端蓋被旋擰於輪轂殼上或藉由螺栓以固持在適當位置，其中，此等解決方案均非理想。常常，其輪軸為帶螺紋且係將具有滾珠軸承座圈的螺母手動地緊固至假定為適當配合之程度。
又一挑戰係關於現代胖胎車(fat bike)之較寬外胎。這需要輪轂軸承之間的較寬輪軸安裝件及距離，從而增大了機械應力，並提高了軸承、主軸及其他部分之故障風險。內部齒輪之輪軸通常設置為軸向桿，使換檔機構環繞該軸向桿而不具有內部通道，從而造成亦不允許使用貫穿螺栓之較重的輪軸。具有內部換檔輪軸通道的輪軸具有機器加工軸向貫穿件，其係沿著該輪軸延伸相當大的距離以允許掣爪換檔其機構，從而降低扭轉結構完整性。為了維持剛度及強度，故而添加了材料，從而增大重量並提高成本。
上述挑戰中之一些在WO2012128639A1中已經提及，但結構及功能問題仍待解決。
自上述論述，顯然需要改良周轉的多速內部齒輪機構。
本發明之目標為克服先前技術之問題。
解決上述問題之本發明在一態樣中為根據獨立請求項之腳踏式車輛多速齒輪系統。
多速齒輪系統之功能性經改良而優於先前技術多速齒輪系統。另外，已經減小了組件之數目，且已經簡化了裝配及維護。這又使得齒輪之總成本得以降低。
解決與滑行相關之問題之本發明在一態樣中亦為根據獨立請求項之滑行離合器。此滑行離合器在空轉期間減小離合器之雜音及滯後。
1:多速齒輪(系統/機構)
2:換檔輪軸
2a:(第一)換檔輪軸部件
2b:(第二)換檔輪軸部件
2c:導引區域
2d:(互鎖)鎖定部件
2e:(互鎖)鎖定部件
3:輪轂殼
3a:(第一)輪轂部分
3b:(第二)輪轂部分
4:齒輪機構
5:主軸
5a:(主軸)軸端
5b:(主軸)軸端
6:通道
7:貫穿螺栓
8:鏈齒/輪齒
9:換檔機構
9a:變速輪
10:(第一)齒輪區段
11:(第一)(行星/周轉)齒輪組
12:(第二)(行星/周轉)齒輪組
15:換檔機構
20:(第二)齒輪區段
23:(第三)(行星/周轉)齒輪組
30:(第一)換檔機構/離合器機構
40:(第二)換檔機構/離合器機構
50:(第三)換檔機構/離合器機構
51:主軸端元件
58:制動盤
59:固定螺釘
60:推進元件
61:(第一)墊片
62:(第二)墊片
71:(第一)軸/輸入軸
72:(第二)軸
72a:(第二)軸
72b:(第二)軸
73:(第三)軸
81:(第一)(內部)軸承
82:(第一)(外部)軸承
83:(第二)軸承
101:(第一)(內部)載架/載架元件
101a:(第一)(內部載架)接合手段
101b:(第二)(內部載架)接合手段
102:(第一)(中間)載架/載架元件
102a:(第一)(中間載架)接合手段
102b:(第二)(中間載架)接合手段
103:(第一)(外部)載架/載架元件
103a:(第一)(外部)載架接合手段
103b:(第二)(外部)載架接合手段
110:(第一)(內部)載架總成
111:(第一)太陽齒輪
112:(第一)行星齒輪
113:(第一)環形齒輪
114:(第一)行星固持器
120:(第一)(中間)載架總成
121:(第二)太陽齒輪
122:(第二)行星齒輪
123:(第二)環形齒輪
124:(第二)行星固持器
130:(第一)(外部)載架總成
140:減速(內部)總成
150:減速(中間)總成
160:減速(外部)總成
170:(第一)殼體總成/子總成
171:(第一)搭扣鎖定部件
180:(第二)殼體總成
181:(第二)搭扣鎖定部件
202:第二中間載架
203:第二外部載架
231:(第三)太陽齒輪
232:(第三)行星齒輪
233:(第三)環形齒輪
234:(第三)行星固持器
311:(第一)(徑向)換檔凸輪
312:(第一)換檔球/滾珠
313:(第一)開口
321:(第一)(內部)離合器
322:(第一)(中間)離合器
323:(第一)(外部)離合器
331:(第一)輔助環
332:(第一)輔助錐面
341:(第一)換檔環
342:(第一)換檔錐面
350:(第一)(共同)離合器元件
351:(第一)(內部)離合器元件
352:(第一)(中間)離合器元件
353:(第一)(外部)離合器元件
360:(第一)離合器齒
361:(第一)(內部)離合器齒
362:(第一)(中間)離合器齒
363:(第一)(外部)離合器齒
371:(第一)(內部)離合器接合手段
372:(第一)(中間)離合器接合手段
373:(第一)(外部)離合器接合手段
374:(第一)(外部)(徑向)對準手段
381:(第一)(內部)彈性部件/元件
382:(第一)(中間)彈性部件/元件
383:(第一)(外部)彈性部件/元件
392:(第一)(中間)滑行表面
393:(第一)(外部)滑行表面
409:換檔開口
410:(第二)換檔元件
411:(第二)(徑向)換檔凸輪
412:(第二)換檔球/滾珠
413:(第二)開口
421:(第二)(內部)離合器
422:(第二)(中間)離合器
423:(第二)(外部)離合器
431:(第二)輔助環
432:(第二)輔助錐面
441:(第二)換檔環
442:(第二)換檔錐面
450:(第二)(共同)離合器元件
451:(第二)(內部)離合器元件
452:(第二)(中間)離合器元件
453:(第二)(外部)離合器元件
460:(第二)離合器齒
461:(第二)(內部)離合器齒
462:(第二)(中間)離合器齒
463:(第二)(外部)離合器齒
471:(第二)(內部)離合器接合手段
472:(第二)(中間)離合器接合手段
473:(第二)(外部)離合器接合手段
474:(第二)(中間)(徑向)對準手段
481:(第二)(內部)彈性部件
482:(第二)(中間)彈性部件
483:(第二)(外部)彈性部件
502:齒輪堆疊
511:(第三)(徑向)換檔凸輪
512:(第三)換檔球/滾珠
513:(第三)開口
521:(第三)離合器
522:(第四)離合器
531:(第三)輔助環/換檔環
532:(第三)(輔助)錐面
541:(第三)換檔環
542:(第三)(換檔)錐面
550:(第三)(共同)離合器元件
551:(第三)(內部)離合器元件
552:(第四)(輔助)離合器元件
553:(第四)(換檔)離合器元件
560:(輔助)離合器齒
561:(第三)(換檔)離合器齒
562:(第四)(換檔)離合器齒
563:(第四)(換檔)離合器齒
581:(第三)彈性元件
610:滑行手段
611:(第一)保持部件
612:(第二)保持部件
621:滑行離合器
650:(第一)離合器部件/元件
651:(第二)離合器部件/元件
660:(第一)(離合器)齒
661:(第二)(離合器)齒
681:(第一)(外部)彈性元件/指盤彈簧
681a:主動指形件
682:指形件尖端
683:邊緣
684:凹座
685:支撐凹座
c:滑行位置
d:脫離位置
d1:空轉(軸向)範圍/距離
d2:滑行(軸向)範圍距離
e:接合位置/驅動位置
f:空轉位置
11:(第一)長度
12:(第二)長度
圖1a為說明本發明之多速齒輪系統之具體例之示意圖。
圖1b為說明類似於圖1a所述之多速齒輪系統之具體例之示意圖。
圖2為透視立體圖說明本發明之具體例之多速齒輪系統的透視立體圖。
圖3為說明本發明之多速齒輪系統之一半截面的剖面圖。
圖4a、圖4b及圖4c為說明第一換檔機構(30)之離合器之不同位置的示意圖。
圖5a、圖5b及圖5c為說明第二換檔機構(40)之離合器 之不同位置的示意圖。
圖6a、圖6b、圖6c、圖6d、圖6e及圖6f為說明與本發明之具體例之第一換檔機構(30)相關的一些元件的透視立體圖及部分切開圖。
圖7a、圖7b、圖7c、圖7d、圖7e、圖7f、圖7g及圖7h為說明與本發明之具體例之第二換檔機構(40)相關的一些元件的透視立體圖及部分切開圖。
圖8a及圖8b為說明與第一太陽齒輪(111)整合之第一內部載架(101)的透視立體圖。
圖9a及圖9b為說明與第二環形齒輪(123)整合之第一中間載架(102)的透視立體圖。
圖10a及圖10b為說明與第一環形齒輪(113)整合之第一外部載架(103)的透視立體圖。
圖11為說明本發明之具體例之分離輪轂殼(3)的透視立體圖。
圖12a、圖12b、圖12c為說明配置於主軸(5)內部之換檔輪軸(2)的透視立體圖及部分切開圖。
圖13a、圖13b、圖13c為說明分別處於接合、滑行及脫離位置的本發明之離合器連同滑行手段之具體例的示意圖。
圖13d、圖13e及圖13f為說明分別處於接合、滑行及脫離位置的本發明之離合器連同滑行手段之具體例的示意圖。
圖14a、圖14b及圖14c為說明用於第一外部離合器元件(353)之滑行手段的透視立體圖及部分切開圖。
圖14d為說明形成為指盤彈簧而在圖14a、圖14b及圖 14c中可用於裝配之第一外部彈性元件(681)的透視立體圖，而類似的彈性元件則可用於第一、第二及第三換檔機構(30，40，50)之其他徑向離合器中。
圖14e、圖14f、圖14g及圖14h為說明具有指盤彈簧(681)之阻留機構之具體例的示意圖，相較於滑行位置(c)，該彈簧在釘進接合位置(e)時提供較大的彈簧力。
圖15a、圖15b、圖15c、圖15d、圖15e及圖15f為說明用於第一中間離合器元件(352)之滑行手段的透視立體圖及部分切開圖。
圖16a及圖16b為說明第三換檔機構(50)之第三及第四離合器(521，522)之不同位置的示意圖。
在圖17a為說明如何裝配多速齒輪系統(1)之主要元件的示意圖。
圖17b為說明圖17a中之諸多元件已經裝配時的示意圖。
圖17c為以軸向對準之指示說明圖17b之諸多元件的示意圖。
圖17d為以徑向對準之指示說明圖17b之諸多元件的示意圖。
在以下描述中，說明本發明之各種實施例及具體例，以便為熟悉此技藝者提供對本發明之更徹底理解。在各種具體例之內容背景中且參見附圖所描述之特定細節，並不希望被視為限制。實際上，本發明之範疇係以所附申請專利範圍界定。
下文描述之大多數具體例係經索引化。另外，描述了相對於經編號的具體例而限定之相依性具體例。除非另外指定，否則可與一或多個經編號的具體例組合之任一具體例，亦可直接與所提及之一或多個經編號的具體例中之相依性具體例中之任一者組合。
齒輪區段：
在圖1中所說明之具體例中，本發明為多速內部齒輪系統(1)，包含主軸(5)、可旋轉安裝於該主軸(5)上之輪轂殼(3)、由輪齒(8)驅動且又驅動輪轂殼(3)之齒輪機構(4)。主軸(5)係被配置成固定至車輛之框架，而輪轂殼(3)則配置成固定至車輛之輪緣。
圖1a說明本發明之多速齒輪系統之一具體例。主軸(5)被配置成藉由貫穿螺栓(7)以固定至腳踏式車輛之框架端，且齒輪機構(4)轉移來自第一軸(71)之轉矩，而該第一軸在此情況下係直接連接至鏈齒(8)以連接至輪轂殼(3)。在此具體例中，齒輪機構(4)包含藉由第二軸(72)以互連之第一齒輪區段(10)與第二齒輪區段(20)，其中，第二齒輪區段(20)為減速齒輪。第一齒輪區段(10)包含藉由第一內部載架、中間載架及外部載架(101，102，103)以互連之第一及第二行星齒輪組(11，12)。徑向操作之第一與第二換檔機構(30，40)被配置成分別在輸入軸(71)與諸載架(101，102，103)之間及在諸載架(101，102，103)與第二軸(72)之間，提供可釋放的單向耦接件。此齒輪系統可具有總共14種不同齒輪比。在此已經添加了在真實具體例中不屬於同一截面之一些元件來說明操作原理。
圖1b說明類似於圖1a中所說明之系統的多速齒輪系統之具體例，其差別在於不存在減速齒輪，且第二軸(72b)係直接連 接至或與輪轂殼(3)整合。此齒輪系統可具有總共7種不同齒輪比。
可選擇性操作、可旋轉、中空的換檔輪軸(2)徑向配置於主軸(5)內，而且，在換檔輪軸(2)內中央設有通道(6)，用於收容滑動安裝的貫穿螺栓(未展示)，而用於將主軸(5)固定至框架。
第一軸(71)係藉助於主軸(5)與第一軸(71)之間的入載的(inbound)第一內部軸承(81)以及第一軸(71)與輪轂殼(3)之間的第一外部軸承(82)，而同軸地且可旋轉地安裝於主軸(5)與輪轂殼(3)之間。輪齒(8)驅動第一軸(71)。
齒輪機構(4)可包含具有級聯耦接(cascade-coupled)的第一與第二周轉齒輪組(11，12)之第一齒輪區段(10)。
第一周轉齒輪組(11)包含第一太陽齒輪、第一行星齒輪及第一環形齒輪(111，112，113)，且第二周轉齒輪組(11)包含第二太陽齒輪、第二行星齒輪及第二環形齒輪(121，122，123)。第一行星齒輪(112)可旋轉安裝至第一行星固持器(114)，且第二行星齒輪(122)可旋轉安裝至第二行星固持器(124)。第一與第二行星固持器(114，124)相對於主軸(5)為同心的。
第二太陽齒輪(121)不可旋轉地固定至主軸(5)。
第一齒輪區段(10)進一步包含三個同心的載架元件：互連第一太陽齒輪(111)與第二行星固持器(124)的第一內部載架(101)、互連第一行星固持器(114)與第二環形齒輪(123)的第一中間載架(102)，及連接至第一環形齒輪(113)的第一外部載架(103)。
第一環形齒輪(113)提供作為第一外部載架(103)之一部分，第二環形齒輪(123)及第一行星固持器(114)提供作為第一中間載架(102)之一部分，且第二行星固持器(124)及第一太陽齒輪 (111)提供作為第一內部載架(101)之一部分。
三個同心的載架元件(101，102，103)以在其間固定的驅動比下圍繞主軸(5)旋轉，其中，第一外部載架(103)相較於第一中間載架(102)較快速旋轉，且第一中間載架(102)相較於第一內部載架(101)較快速旋轉。
第二齒輪區段(20)充當作減速齒輪，且包含第三周轉齒輪組(23)，其包含有第三太陽齒輪、第三行星齒輪及第三環形齒輪(231，232，233)。第三行星齒輪(232)係可旋轉地安裝至第三行星固持器(234)，從而不可旋轉地連接至輪轂殼(3)、將輸出轉矩轉移至連接至輪轂殼(3)的輪。第三行星固持器(234)相對於主軸(5)為同心的。
第一與第二齒輪區段(10，20)係藉由第二軸(72a)以互連、同心地包圍主軸(5)，且被配置成將轉矩自第一內部、中間或外部載架(101，102，103)轉移至第三太陽齒輪(231)，而該第二軸(72a)係不可旋轉地連接至該第三太陽齒輪。
換檔機構：
在圖1中，齒輪機構(4)係藉由以內部的點線部分示意性地表示的第一、第二及第三換檔機構(30，40，50)而操作。
換檔輪軸(2)具有第一、第二及第三徑向換檔凸輪(311，411，511)，其係圍繞換檔輪軸(2)沿圓周配置，且徑向地操作第一、第二及第三換檔球(312，412，512)穿過主軸(5)中之第一、第二及第三開口(313，413，513)。
第一、第二及第三徑向換檔凸輪(311，411，511)之高度係沿著換檔輪軸(2)之圓周而變化，且其凸輪因此為多層的。徑向 地推動換檔球(312，412，512)的距離因此取決於換檔輪軸(2)之角度位置。換檔機構(9)係成將換檔輪軸(2)旋轉至正確位置。在圖1a及圖1b中，換檔機構(15)之內部並未展示，但其通常包含被配置成旋轉換檔輪軸(2)的致動器。換檔輪軸(2)可具有變速輪(9a)，諸如齒形輪，如圖12a中所說明，與致動器之離合器臂介接。其亦可藉由諸如鏈帶等之類的其他手段而操作。
第一、第二及第三換檔機構(30，40，50)之實際實施將稍後解釋，但出於說明的目的，已經在圖1中針對第一換檔機構(30)示意性地展示個別的第一內部、中間及外部離合器(321，322，323)。
第一內部、中間及外部離合器(321，322，323)係被配置成分別將第一軸(71)與第一、第二或第三載架元件(101，102，103)以可釋放方式接合。第一滾珠(312)之徑向位置決定第一內部、中間及外部離合器(321，322，323)中之何者被操作。
個別的第二內部、中間及外部離合器(421，422，423)已針對第二換檔機構(40)以相同方式說明。
第二內部、中間及外部離合器(421，422，423)係被配置成分別將第二軸(72a)與第一、第二或第三載架元件(101，102，103)以可釋放方式接合。第二滾珠(412)之徑向位置決定第二內部、中間及外部離合器(421，422，423)中之何者被操作。
在圖1中在右邊針對第三換檔機構(50)說明第三個第一與第二離合器(521，522)。以直接驅動模式建構第三個第一與第二離合器(521，522)，以將第三太陽齒輪(231)鎖定至第三環形齒輪(233)。在減速模式下，第三太陽齒輪(231)與第三環形齒輪(233)之 間的連接脫離，其中，第三環形齒輪(233)相對於主軸(5)保持固定，且第二齒輪區段(20)在第二軸(72a)與輪轂殼(3)之間的齒輪比減小的情況下操作。
現在將更詳細地描述離合器及其操作之實際實施。
圖4a說明第一換檔機構(30)之諸組件。
上文已經參見圖1提及了一些組件，諸如固定的主軸(5)、可旋轉地圍繞主軸(5)配置的之第一軸(71)、及換檔輪軸(2)。另外，可見到第一內部、中間及外部載架(101，102，103)。此等載架亦被配置成圍繞主軸(5)旋轉。
第一換檔機構(30)在其入載側上包含多層的第一入載離合器元件(350)，且在其出載(outbound)一側上包含第一內部、中間及外部離合器元件(351，352，353)。多層的第一入載離合器元件(350)在此徑向地延伸，且與第一軸(71)整合。第一內部、中間及外部離合器元件(351，352，353)分別與第一內部、中間及外部載架(101，102，103)相互作用。為了理解離合器之操作，應注意，此一相互作用如何起作用至關重要。
首先，第一內部、中間及外部離合器元件(351，352，353)中之每一者係以旋轉方式固定至對應的第一內部、中間及外部載架(101，102，103)。這已經在圖4a中藉由與載架重疊的諸多離合器元件之上部以部分地說明。此意謂，諸離合器元件中之一者旋轉，其對應的載架亦將旋轉，反之亦然。
然而，在軸向方向上，允許諸離合器元件相對於諸載架元件移動某一距離，而該等載架元件係在軸向方向上相對於主軸(5)固定。
諸離合器元件因此始終以旋轉方式固定至載架，但可軸向地移動以與入載的離合器元件(350)接合及脫離接合。
第一內部、中間及外部離合器元件(351，352，353)係被預拉伸以藉由圖4a中所說明的對應的第一內部、中間及外部彈性部件(381，382，383)而接合。
多層的第一共同離合器元件(350)及第一內部離合器元件(351)之集合可稱為構成圖1中所說明之第一內部離合器(321)。類似地，多層的第一入載離合器元件(350)及第一中間離合器元件(352)之集合可稱為構成第一中間離合器(322)，且多層的第一入載離合器元件(350)及第一出載外部離合器元件(353)之集合可稱為構成第一外部離合器(323)。
第一內部、中間及外部離合器(321，322，323)均為單向爪形離合器，且第一共同離合器元件(350)包含面朝第一內部、中間及外部離合器元件(351，352，353)的單向的第一離合器齒(360)，該等離合器元件各自包含半徑不相同的單向的第一內部、中間及外部離合器齒(361，362，363)。離合器齒之數目對於離合器元件而言可相同。由於該等齒為單向，因此，第一內部、中間及外部離合器(321，322，323)因而可夾持在一個旋轉方向上，且在處於接合的軸向位置時在相反方向上空轉。
另外，第一換檔機構(30)包含軸向固定的第一輔助環(331)及可軸向移動的第一換檔環(341)。
第一輔助環及第一換檔環(331，341)均具有在軸向相對立側上與第一換檔球(312)介接的各別的第一輔助及第一換檔錐面(332，342)。
多層的第一徑向換檔凸輪(311)係圍繞換檔輪軸(2)沿圓周配置，且第一換檔球(312)係在主軸(5)之第一開口(313)內置於該第一徑向換檔凸輪(311)上。
亦可看出，第一內部離合器元件(351)係被建構成與第一換檔環(341)在其出載方向上軸向地移動，且第一出載中間離合器元件(352)係被建構成與第一出載內部離合器元件(351)以相同方向移動。第一內部離合器元件(351)及第一換檔環(341)在具體例中可設置為單一元件。
現在將參見圖4a、圖4b及圖4c解釋第一換檔機構之操作。與圖4a中相同之元件符號適用於圖4b及圖4c。
在圖4a中，第一內部離合器元件(351)與第一共同離合器元件(350)接合，而第一中間離合器元件及外部離合器元件(352，353)則正處於空轉。轉矩在此係自第一軸(71)轉移至第一內部載架(101)。
在圖4b中，第一中間離合器元件(352)與第一共同離合器元件(350)接合，而第一外部離合器元件(353)則正處於空轉且第一內部離合器元件(351)脫離。轉矩在係此自第一軸(71)轉移至第一中間載架(102)。
在圖4c中，第一外部離合器元件(353)與第一共同離合器元件(350)接合，而第一內部離合器元件及中間離合器元件(351，352)脫離。轉矩在此係自第一軸(71)轉移至第一外部載架(103)。
在解釋如何操作離合器之前，理解以下情況至關重要：歸因於多速齒輪系統(1)之設計，第一外部載架(103)相較於第一中間載架(102)始終將較快速旋轉，而該第一中間載架相較於第一 內部載架(101)將較快速旋轉。因此，此時不可能使多於一個離合器元件主動地驅動載架。
在圖4a中，定位換檔輪軸(2)，使得第一徑向換檔凸輪(311)處於其內部位置，而圖4b中之換檔輪軸已經旋轉以使第一徑向換檔凸輪(311)處於中間位置。在圖4c中，由於換檔輪軸(2)之進一步旋轉，將徑向換檔凸輪(311)配置於外部位置。
當徑向換檔凸輪(311)處於內部位置時，如圖4a中所說明，第一換檔球(312)處於下部位置。這允許內部彈性元件迫使第一換檔環(341)及第一內部離合器元件(351)朝向第一入載離合器元件(350)。第一內部離合器元件(351)因此與第一共同離合器元件(350)接合，且可在此情況下限定為驅動元件，從而將轉矩自第一軸(71)轉移至第一內部載架(101)。
然而，亦迫使第一中間及外部離合器元件(352，353)朝向第一共同離合器元件(350)，但，由於該等離合器元件相較於第一內部離合器元件(351)以較高轉速旋轉，因此其將空轉。
在圖4b中，徑向換檔凸輪(311)將第一換檔球(312)提昇至中間位置。第一換檔球(312)將鄰接於輔助及換檔錐面(332，342)，且迫使第一輔助及換檔環(331，341)隔開。然而，由於僅第一換檔環(341)為可移動，因此，因徑向換檔凸輪(311)提昇第一換檔球(312)所造成的整個軸向移動，必須藉由第一換檔環(341)進行。
由於第一換檔環(341)與第一內部離合器元件(351)係軸向地接合，因此，第一內部離合器元件(351)與第一共同離合器元件(350)脫離接合而軸向地移動至脫離位置。來自換檔機構之軸向力必須克服第一內部彈性元件(381)之力。這允許最初正處於空轉的第 一中間離合器元件(352)可藉助於第一中間彈性元件(382)而與第一共同離合器元件(350)接合，且變為驅動元件，從而將轉矩自第一軸(71)轉移至第一中間載架(102)。然而，第一外部離合器元件(353)將仍然空轉，因為其相較於第一中間離合器元件(352)係較快速旋轉。
移至圖4c，徑向換檔凸輪(311)進一步將第一換檔球(312)提昇至上部位置。第一換檔球(312)將迫使第一輔助及換檔環(331，341)進一步隔開，如上文所解釋，必須藉由第一換檔環(341)以進行移動。
第一內部離合器元件(351)在出載方向上進一步軸向地移動，且由於第一內部離合器元件(351)與第一中間離合器元件(352)軸向地接合，因此迫使第一中間離合器元件(352)與第一共同離合器元件(350)脫離接合到達脫離位置。來自換檔機構之軸向力必須克服第一中間彈性元件(382)之力。這允許最初正處於空轉的第一外部離合器元件(353)可藉助於第一外部彈性元件(383)以與第一共同離合器元件(350)接合，且變為驅動元件，從而將轉矩自第一軸(71)轉移至第一外部載架(103)。
如可看出者，第一出載離合器齒(361，362，363)被配置成顯示形成了垂直於主軸(5)而相對延伸的軸向相對呈平面的表面。
如上文所描述，第一內部、中間及外部離合器元件(351，352，353)具有軸向自由度，使其可藉由軸向移動而與軸向固定的共同離合器元件(350)接合及脫離。
為了允許此軸向移動，與第一出載離合器齒(361， 362，363)相對立的內部、中間及外部離合器元件(351，352，353)之後側包含第一內部、中間及外部離合器接合手段(371，372，373)，其係被配置成分別與第一內部、中間及外部載架(101，102，103)之對應的第一內部、中間及外部載架接合手段(101a，102a，103a)以旋轉方式接合。在所說明具體例中，離合器及載架接合手段為軸向引導的狹槽及耳柄。已經在圖4b中及在圖4a、圖4b及圖4c中指示元件符號，可觀察到離合器及載架接合手段(371，372，373，101a，102a，103a)在操作離合器及離合器正處於空轉時如何相對於彼此軸向地滑動。
圖5a說明第二換檔機構(40)之諸組件。
上文已經參見圖1提及了一些組件，諸如固定的主軸(5)、可旋轉地圍繞主軸(5)配置的第一軸(71)、及換檔輪軸(2)。另外，可見到第一內部、中間及外部載架(101，102，103)。此等載架亦被配置成圍繞主軸(5)旋轉。
第二換檔機構(40)在入載側上包含第二內部、中間及外部離合器元件(451，452，453)，且在出載側上包含多層的第二共同離合器元件(450)。多層的第二共同離合器元件(450)在此係徑向延伸且與第二軸(72a)整合。第一內部、中間及外部離合器元件(451，452，453)分別與第一內部、中間及外部載架(101，102，103)相互作用。為了理解離合器之操作，應注意，此相互作用如何起作用係至關重要。
首先，第二內部、中間及外部離合器元件(451，452，453)中之每一者係以旋轉方式固定至對應的載架。這已經在圖5a中藉由與載架重疊的諸多離合器元件之上部以部分地說明。此意謂， 若諸離合器元件旋轉，則其對應的載架亦將旋轉，反之亦然。
然而，在軸向方向上，允許第二內部、中間及外部離合器元件(451，452，453)相對於各別的第一內部、中間及外部載架(101，102，103)移動一些距離，而該等載架在軸向方向上相對於於主軸(5)為固定的。
第二換檔機構(40)之第二內部、中間及外部離合器元件(451，452，453)因此始終以旋轉方式固定至載架，但可軸向地移動以與第二共同離合器元件(450)接合及脫離接合。
第二內部、中間及外部離合器元件(451，452，453)係被預拉伸以藉由圖5a中所說明的對應第二內部、中間及外部彈性部件(481，482，483)而接合。
多層的第二共同離合器元件(450)及第二內部離合器元件(451)之集合可稱為構成圖1中所說明之第二內部離合器(421)。類似地，多層的第二共同離合器元件(450)及第二中間離合器元件(452)之集合可稱為構成第二中間離合器(422)，且多層的第二共同離合器元件(450)及第二外部離合器元件(453)之集合可稱為構成第二外部離合器(423)。
第二內部、中間及外部離合器(421，422，423)均為單向爪形離合器，且第二共同離合器元件(450)包含面朝第二內部、中間及外部離合器元件(451，452，453)的單向的第二離合器齒(460)，該等離合器元件各自包含半徑不相同的相同數目之對應的單向第二內部、中間及外部離合器齒(461，462，463)。由於該等齒為單向，故而第二內部、中間及外部離合器(421，422，423)可因此夾持在一個旋轉方向上，且在處於接合軸向位置時在相反方向上空 轉。
另外，第二換檔機構(40)包含軸向固定的第二輔助環(431)及可軸向移動的第二換檔環(441)。
第二輔助及換檔環(431，441)均具有在軸向相對立側上與第二換檔球(412)介接的各別的第二輔助及換檔錐面(432，442)。
多層的第二徑向換檔凸輪(411)係圍繞換檔輪軸(2)沿圓周配置，且第二換檔球(412)係在主軸(5)之第二開口(413)內置於該第二徑向換檔凸輪(411)上。
第二外部離合器元件(453)係被建構成與第二換檔環(441)一起在操作時遠離第二共同離合器元件(450)而軸向地移動。 另外，第二中間離合器元件(452)係被建構成與第二外部離合器元件(453)在相同方向上移動。第二外部離合器元件(453)及第二換檔環(441)在具體例中可設置為單一元件。
現在將參見圖5a、圖5b及圖5c解釋第二換檔機構之操作。與圖5a中相同之元件符號適用於圖5b及圖5c，反之亦然。
在圖5a中，第二外部離合器元件(453)與第二共同離合器元件(450)接合，而第二內部離合器元件及中間離合器元件(451，452)則正處於空轉。轉矩在此係自第一外部載架(103)轉移至第二軸(72a)。
在圖5b中，第二中間離合器元件(452)與第二共同離合器元件(450)接合，而第二內部離合器元件(451)則正處於空轉且第二外部離合器元件(453)脫離。轉矩在此係自第一中間載架(102)轉移至第二軸(72a)。
在圖5c中，第二內部離合器元件(451)與第二共同離合器元件(450)接合，而第二中間離合器元件及外部離合器元件(452，453)脫離。轉矩在此係自第一內部載架(101)轉移至第二軸(72a)。
當第一換檔機構(30)處於第一齒輪區段(10)之向內側上時，諸向內的離合器，亦即，第一內部、中間或外部離合器(321，322，323)，正驅動對應的載架。然而，在第一齒輪區段(10)之外向側上則相反，且諸載架係驅動第二換檔機構(40)之對應的第二內部、中間或外部離合器(421，422，423)。如上文所陳述，對於第一換檔機構，第一外部載架(103)相較於第一中間載架(102)將始終較快速旋轉，而該第一中間載架相較於第一內部載架(101)將較快速旋轉。因此，此時不可能使多於一個載架主動地驅動離合器元件。
然而，為了獲得經由第二換檔機構(40)傳輸的轉矩，諸離合器係以與第一齒輪機構(30)不同的方式操作。在第一換檔機構(30)中，第一中間及外部離合器元件(352，353)在第一內部離合器元件(351)作為驅動元件時正處於空轉。在第二換檔機構(40)中，情況相反。在此，第二內部及中間離合器元件(451，452)在第二外部離合器元件(453)作為驅動元件時正處於空轉。
為了獲得此效果，第二換檔機構(40)包含可軸向移動的第二換檔元件(410)，其係與第二外部離合器元件(453)軸向地接合，但，相對於第二內部及中間離合器元件(451，452)自由地軸向移動，此節在圖5a、圖5b及圖5c中藉由虛線指示。
在圖5a中，定位換檔輪軸(2)，使得第二徑向換檔凸輪(411)處於其內部位置，而圖5b中之換檔輪軸(2)已經旋轉以使第二徑向換檔凸輪(411)處於一中間位置。在圖5c中，由於換檔輪軸(2) 之進一步旋轉，將第二徑向換檔凸輪(411)配置於一外部位置。
當第二徑向換檔凸輪(411)處於內部位置時，如圖5a中所說明，第二換檔球(412)處於其下部位置。這允許第二外部彈性元件(483)迫使第二外部離合器元件(453)朝向第二共同離合器元件(450)。第二外部離合器元件(453)因此與第二共同離合器元件(450)接合，且可在此情況下限定為驅動元件，從而將轉矩自外部載架(103)轉移至第二軸(72a)。
然而，亦藉由其各別的第二中間及內部彈性元件(482，481)以迫使第二中間及內部離合器元件(452，451)朝向第二共同離合器元件(450)，但其將空轉。
在圖5b中，第二徑向換檔凸輪(411)被旋轉，且將第二換檔球(412)提昇至一中間位置。第二換檔球(412)將鄰接於第二輔助及換檔錐面(432，442)，且迫使第二輔助及第二換檔環(431，441)隔開。然而，由於僅第二換檔環(441)可移動，因此，因第二徑向換檔凸輪(411)提昇第二換檔球(412)之故，整個軸向移動必須藉由第二換檔環(441)以進行。
第二換檔元件(410)可軸向移動，且與第二換檔環(441)接合。當第二換檔環(441)軸向地移動時，其將迫使第二外部離合器元件(453)與第二共同離合器元件(450)脫離接合以到達脫離位置。來自換檔機構之軸向力必須克服第二外部彈性元件(483)之力。這允許最初為空轉的第二中間離合器元件(452)藉助於第二中間彈性元件(482)而與第二共同離合器元件(450)接合，且變為驅動元件，從而將轉矩自第一中間載架(102)轉移至第二軸(72a)。然而，第二內部離合器元件(451)將仍然空轉。
移至圖5c，第二徑向換檔凸輪(411)將第二換檔球(412)進一步提昇至一上部位置。第二換檔球(412)將迫使第二輔助及換檔環(431，441)進一步隔開，必須如上文所解釋般藉由第二換檔環(441)以進行移動。
第二換檔元件(410)將迫使第二外部離合器元件(453)進一步脫離接合，且由於第二外部離合器元件(453)係與第二中間離合器元件(452)軸向地接合，故而迫使第二中間離合器元件(452)與第二共同離合器元件(450)脫離接合以到達脫離位置。
來自換檔機構之軸向力必須克服第二中間彈性元件(482)之力。這允許最初為空轉的第二內部離合器元件(451)藉助於第二外部彈性元件(483)而與第二共同離合器元件(450)接合，且變為驅動元件，從而將轉矩自第一內部載架(101)轉移至第二軸(72a)。
如上文所描述，第二內部、中間及外部離合器元件(451，452，453)具有軸向自由度，使其可藉由軸向移動以與軸向固定的第二共同離合器元件(450)接合及脫離。
為了允許此軸向移動，與第二出載離合器齒(461，462，463)相對立的第二內部、中間及外部離合器元件(451，452，453)之後側包含第二內部、中間及外部離合器接合手段(471，472，373)，其係被配置成分別與第一內部、中間及外部載架(101，102，103)之對應的第二內部、中間及外部載架接合手段(101b，102b，103b)以旋轉方式接合。
在所說明具體例中，離合器及載架接合手段為軸向引導的狹槽及耳柄。已經在圖5b中及在圖5a、圖5b及圖5c中指示元件符號，且可觀察到離合器及載架接合手段(471，472，473，101b， 102b，103b)在操作離合器及離合器正處於空轉時如何相對於彼此軸向地滑動。
使第二齒輪區段(20)移位之第三換檔機構(50)包含第三離合器(521)及第四離合器(522)，如圖1a中所見。第三離合器(521)可在接合與脫離狀態之間操作，且第四離合器(522)係為在非轉矩轉移方向上空轉的始終接合的離合器。
以相同於對第一與第二換檔機構(30，40)之方式，第三換檔機構(50)具有操作第三換檔球(512)的第三徑向換檔凸輪(511)。
在圖16a及圖16b中，說明關於第三換檔機構之更多細節：先前描述了固定的主軸(5)、圍繞主軸(5)可旋轉地配置的第三軸(73)、換檔輪軸(2)、第三徑向換檔凸輪(511)及第三換檔球(512)。第三徑向換檔凸輪(511)操作第三換檔球(512)穿過主軸(5)中之第三開口(513)。
在圖16a中，第三內部離合器元件(551)與第三共同離合器元件(550)接合，而第四個第一與第二離合器元件(552，553)則正處於空轉。第三軸(73)在此係鎖定至第二外部載架(203)。
在圖16b中，第三內部離合器元件(551)與第三共同離合器元件(550)脫離，而第四個第一與第二離合器元件(552，553)接合，使得第二外部載架(203)鎖定至主軸(5)。
第三輔助離合器元件(550)及第三換檔離合器元件(551)之集合可稱為構成第三離合器(521)，且第四換檔離合器元件(553)及第四輔助離合器元件(552)之集合可稱為構成圖1中所說明之第四離合器(522)。
第三及第四離合器(521，522)均為單向的爪形離合器，且第三輔助離合器元件(550)包含例如圖7h中所說明之面朝第三換檔離合器元件(551)的單向輔助離合器齒(560)，其在具體例中包含相同數目之對應的單向第三換檔離合器齒(561)。同樣，第四換檔離合器元件(553)包含單向第四換檔離合器齒(563)，其係面朝第四換檔離合器元件(552)而在具體例中包含相同數目之對應的單向第四換檔離合器齒(562)。由於該等齒為單向，故而第三及第四離合器(521，522)可因此夾持在一個旋轉方向上，且在處於接合位置時在相反方向上空轉。
在此情況下，第三輔助離合器元件(550)係與第三軸(73)及第三太陽齒輪(231)整合，且相對於主軸(5)軸向地固定。第二外部載架(203)以旋轉方式固定至第三環形齒輪(233)，如圖1中所說明。第四換檔離合器元件(552)相對於主軸(5)軸向地固定。
第三換檔離合器元件(551)及第四換檔離合器元件(553)係以旋轉方式固定至第二外部載架(203)。這在圖16a及圖16b中說明為該等離合器元件之上方部分在說明中與第二外部載架(203)重疊。此意謂，若第三換檔離合器元件(551)或第四換檔離合器元件(553)旋轉，則第三環形齒輪(233)將連同該等換檔離合器元件旋轉，反之亦然。第三換檔離合器元件(551)被建構成軸向地移動以與其對應的配對物、即第三輔助離合器元件(550)接合及脫離接合，而第四換檔離合器元件(553)則被配置成與第四輔助離合器元件(552)接合、或相對於該第四輔助離合器元件空轉。
第三個第二離合器元件(551)及第四個第一離合器元件(552)兩者係被預拉伸以藉由第三彈性元件(581)接合。
另外，第三換檔機構(50)包含軸向固定的第三輔助環(531)及可軸向移動的第三換檔環(541)。第三輔助及換檔環(531，541)具有在軸向相對立側上與第三換檔球(512)介接的各別的第三輔助及換檔錐面(532，542)。
多層的第三徑向換檔凸輪(511)圍繞換檔輪軸(2)沿圓周配置，且第三換檔球(512)在主軸(5)之第三開口(513)內置於該第三徑向換檔凸輪(511)上。
現將參見圖16a及圖16b解釋第三換檔機構之操作。與圖16a中相同之元件符號適用於圖16b。
在圖16a中，定位換檔輪軸(2)以使得第三徑向換檔凸輪(511)處於其內部位置，而圖16b中之換檔輪軸(2)已經旋轉以使第三徑向換檔凸輪(511)處於外部位置。
當第三徑向換檔凸輪(511)處於內部位置時，如圖16a中所說明，第三換檔球(512)處於其下部位置。這允許第三彈性元件(581)迫使第三個第二換檔環(541)及第三個第二離合器元件(551)朝向第三個第一離合器元件(550)。第三個第二離合器元件(551)因此與第三個第一離合器元件(550)接合，且可在此情況下限定為驅動元件，從而將轉矩自第三軸(73)轉移至第三環形齒輪(233)。然而，在第四離合器(522)中，亦迫使第四個第一離合器元件(552)朝向第三個第二離合器元件(553)，但其將空轉。在此位置中，第三換檔機構(50)係處在直接驅動模式下。
在圖16b中，第三徑向換檔凸輪(511)將第三換檔球(512)提昇至上部位置。第三換檔球(512)將會鄰接於第三個第一與第二錐面(532，542)，並迫使第三個第一換檔環與第三個第二換檔 環(531，541)隔開。然而，由於僅第三個第二換檔環(541)可移動，因此，由於第三徑向換檔凸輪(511)提昇第三換檔球(512)所造成的整個軸向移動，必須藉由第三個第二換檔環(541)進行。由於第三個第二換檔環(541)與第三個第二離合器元件(551)係軸向地接合，因此，第三個第二離合器元件(551)與第三個第一離合器元件(550)脫離接合而軸向地移動至脫離位置。來自換檔機構之軸向力必須克服第三彈性元件(581)之力。
在此情形下，第三太陽齒輪(231)不再驅動第三外部載架(203)，且第四離合器(522)將停止空轉並形成接合。在此位置中，第三換檔機構(50)係處在減速驅動模式下。
在下文中，揭示具有前綴標註EG之多速齒輪系統之數個具體例。
在第一獨立的具體例EG-1中，多速齒輪系統(1)包含有齒輪機構(4)，包含：
主軸(5)；
中空的第一軸(71)及中空的第二軸(72a，72b)，兩者係軸向地固定且以可旋轉方式圍繞該主軸(5)配置；
周轉的第一齒輪區段(10)，圍繞主軸(5)配置於第一軸(71)與第二軸(72)之間，且包含兩個徑向堆疊的載架元件(101，102)；及
第一換檔機構(30)，配置於第一軸(71)與第一齒輪區段(10)之間，且被建構成使第一軸(71)與兩個徑向堆疊載架(101，102)中之任一者以旋轉方式接合，其中，第一換檔機構(30)包含圍繞主軸(5)徑向堆疊的兩個第一離合器(321，322)。
EG-2：如EG-1之多速齒輪系統(1)，其中，第一齒輪 區段(10)包含第一與第二周轉齒輪組(11，12)。
EG-3：如EG-2之多速齒輪系統(1)，其中，第一與第二周轉齒輪組(11，12)包含各別的第一與第二太陽齒輪(111，121)、行星齒輪(112，122)及環形齒輪(113，123)。
EG-4：如EG-3之多速齒輪系統(1)，其中，內部載架(101)將第一太陽齒輪(111)與固持第二行星齒輪(122)的第二行星固持器(124)互連。
EG-5：如EG-3或EG-4之多速齒輪系統(1)，其中，中間載架(102)將固持第一行星齒輪(112)的第一行星固持器(114)與第二環形齒輪(123)互連。
EG-6：如EG-1或EG-5中任一者之多速齒輪系統(1)，其中，外部載架(103)將第一與第二外部離合器(323，423)之諸多第二離合器部件與第一環形齒輪(113)互連。
EG-7：如EG-1或EG-6中任一者之多速齒輪系統(1)，包含連接至第二軸(72a，72b)的第二齒輪區段(20)。
EG-8：如EG-1或EG-7中任一者之多速齒輪系統(1)，其中，兩個第一離合器(321，322)分別具有介接的第一與第二離合器部件，其中，兩個第一離合器(321，322)之諸第一離合器部件係固定至第一軸(71)，且被配置成相對於主軸(5)保持軸向固定，而且，兩個第一離合器(321，322)之諸第二離合器部件係分別以可旋轉方式連接至兩個徑向堆疊的載架(101，102)。
EG-9：如EG-8之多速齒輪系統(1)，其中，兩個第一離合器(321，322)之第一離合器部件成為整合式第一共同離合器元件(350)。
EG-10：如EG-9之多速齒輪系統(1)，其中，第一共同離合器元件(350)係與第一軸(71)整合。
EG-11：如EG-1至EG-10中任一者之多速齒輪系統(1)，其中，此多速齒輪系統(1)包含：
第二換檔機構(40)，配置於第一齒輪區段(10)與第二軸(72a，72b)之間，而被建構成使第二軸(72a，72b)與兩個徑向堆疊的載架(101，102)中之任一者以旋轉方式接合，
其中，第二換檔機構(40)包含圍繞主軸(5)徑向堆疊的兩個第二離合器(421，422)。
EG-12：如EG-11之多速齒輪系統(1)，其中，兩個第二離合器(421，422)分別具有第一與第二介接的離合器部件，而其中，兩個第二離合器(421，422)之諸第一離合器部件係固定至第二軸(72a，72b)，且被配置成相對於主軸(5)保持軸向固定，而且，兩個第二離合器(421，422)之諸第二離合器部件係分別以可旋轉方式連接至兩個徑向堆疊的載架(101，102)。
EG-13：如EG-11或EG-12之多速齒輪系統(1)，其中，兩個第一離合器(421，422)之第一離合器部件成為整合式第二共同離合器元件(450)。
EG-14：如EG-11或EG-13中任一者之多速齒輪系統(1)，其中，第二共同離合器元件(450)係與第二軸(72a，72b)整合。
EG-15：如EG-11或EG-14中任一者之多速齒輪系統(1)，其中，諸第二離合器部件係與徑向內部離合器部件軸向地分離，而相較於徑向內部離合器部件在第一離合器部件方向上進一步延伸。
EG-16：如EG-11至EG-15中任一者之多速齒輪系統(1)，其中，第二換檔機構(40)包含可軸向移動的第二換檔元件(410)，其後被建構成使諸第二離合器部件之外部自接合位置軸向地移位至脫離位置，而不會軸向地移動其內部的離合器部件。
EG-17：如EG-16之多速齒輪系統(1)，其中，第二共同離合器元件(450)包含徑向延伸的換檔開口(409)，其係穿過諸第一離合器部件而被配置成主控第二換檔元件(410)，而其中，第二換檔元件(410)係在第二共同離合器元件(450)與諸第一離合器部件之間配置於換檔開口(409)中。
EG-18：如EG-1至EG-17中任一者之多速齒輪系統(1)，其中，主軸(5)在軸向方向上為中空的。
EG-19：如EG-18之多速齒輪系統(1)，其中，周轉的第一齒輪區段(10)之太陽齒輪(121)係與主軸(5)整合。
EG-20：如EG-18或19之多速齒輪系統(1)，其中，周轉的第一齒輪區段(10)之太陽齒輪(121)之外徑等於或小於第一換檔機構(30)之截面中主軸(5)之外徑。
EG-21：如EG-18至EG-20中任一者之多速齒輪系統(1)，其中，主軸(5)係被建構成介接於腳踏式車輛之框架之框架端，並承載來自該框架之負載。
EG-22：如EG-18至EG-21中任一者之多速齒輪系統(1)，其中，此多速齒輪系統(1)包含換檔輪軸(2)，其係配置於主軸(5)內部，且被建構成在換檔輪軸(2)相對於主軸(5)旋轉時，操作第一及/或第二換檔機構(30，40)。
EG-23：如EG-22之多速齒輪系統(1)，其中，換檔輪 軸(2)為管狀，且被建構成收容一貫穿螺栓(7)。
EG-24：如EG-22至EG-23中任一者之多速齒輪系統(1)，其中，主軸(5)包含內徑小於換檔輪軸(2)之內徑的軸端(5a，5b)，而其中，換檔輪軸(2)係被建構成在主軸(5)藉由貫穿螺栓(7)固定至車輛框架時在主軸(5)內部旋轉。
EG-25：如EG-22至EG-24中任一者之多速齒輪系統(1)，其中，換檔輪軸(2)包含被建構成壓配在一起的第一與第二換檔輪軸部件(2a，2b)。
EG-26：如EG-22至EG-25中任一者之多速齒輪系統(1)，其中，第一與第二換檔輪軸部件(2a，2b)包含各別的互鎖鎖定部件(2d，2e)，其係被配置成在第一與第二換檔輪軸部件(2a，2b)在特定相對旋轉位置壓配在一起時彼此旋轉鎖定。
EG-27：如EG-25至EG-26中任一者之多速齒輪系統(1)，其中，第一與第二換檔輪軸部件(2a，2b)中之任一者包含導引區域(2c)，其係被建構成同心地導引第一與第二換檔輪軸部件(2a，2b)，且在該等換檔輪軸部件壓配在一起之前，允許換檔輪軸部件在藉由該導引區域同心地導引的同時進行相對旋轉。
EG-28：如EG-25至EG-27中任一者之多速齒輪系統(1)，其中，第一與第二換檔輪軸部件(2a，2b)係被建構成在主軸(5)內部壓配在一起之前進入至主軸(5)之相對端中。
EG-29：如EG-22至EG-28中任一者之多速齒輪系統(1)，其中，換檔輪軸(2)包含具有多個徑向層的徑向第一換檔凸輪(311)，其中，各層具有特定半徑。
EG-30：如EG-29之多速齒輪系統(1)，其中，第一換 檔機構(30)係被配置成將第一徑向換檔凸輪(311)之徑向運動轉換成第一內部離合器(321)之第一離合器部件之軸向移動。
EG-31：如EG-29至EG-30中任一者之多速齒輪系統(1)，其中，第一換檔凸輪(311)具有三個凸輪層。
EG-32.如EG-29至Eg-31中任一者之多速齒輪系統(1)，其中，最低的凸輪層係對應於轉矩經由第一內部離合器(321)之傳輸，中間的凸輪層係對應於轉矩經由第一中間離合器(322)之傳輸，且外部的凸輪層係對應於轉矩經由第一外部離合器(323)之傳輸。
EG-33：如EG-22至EG-32中任一者之多速齒輪系統(1)，其中，換檔輪軸(2)包含具有多個層的徑向第二換檔凸輪(411)，其中，各層具有特定半徑。
EG-34：如EG-33之多速齒輪系統(1)，其中，第二換檔機構(40)係被配置成將第二徑向換檔凸輪(411)之徑向運動轉換成第一中間離合器(422)之第一離合器部件之軸向移動。
EG-35：如EG-33至EG-34中任一者之多速齒輪系統(1)，其中，第二換檔凸輪(411)具有三個層。
EG-36：如EG-35之多速齒輪系統(1)，其中，最低的凸輪層係對應於轉矩經由第二外部離合器(423)之傳輸，中間的凸輪層係對應於轉矩經由第二中間離合器(422)之傳輸，且外部的凸輪層係對應於轉矩經由第二內部離合器(421)之傳輸。
在以下章節中，將揭示與換檔機構相關之具體例。
EG-37：如EG-29至EG-32中任一者之多速齒輪系統(1)，其中，主軸(5)包含第一開口(313)，且多層的第一徑向換檔凸 輪(311)係被配置成操作第一換檔機構(30)穿過第一開口(313)。
EG-38：如EG-37之多速齒輪系統(1)，其中，第一換檔機構(30)包含配置於第一開口(313)中之第一換檔球(312)，而其中，多層的第一徑向換檔凸輪(311)係被配置成徑向地操作第一換檔球(311)。
EG-39：如EG-37至EG-38中任一者之多速齒輪系統(1)，第一換檔機構(30)包含配置於第一換檔球(312)之相對立側上之第一輔助環(331)及第一換檔環(341)，而其中，第一換檔環(341)具有朝向第一換檔球(312)的第一換檔錐面(342)，且第一換檔球(312)係被建構成在第一換檔球(312)徑向壓抵該錐面時軸向地移動第一換檔環(341)。
EG-40：如EG-37至EG-39中任一者之多速齒輪系統(1)，其中，第一換檔環(341)係與第二離合器部件之內部介接，且被配置成在第一徑向換檔凸輪(311)自較低層移動至較高層時，軸向地操作第二離合器部件之內部。
EG-41：如EG-37至EG-40中任一者之多速齒輪系統(1)，其中，第二離合器部件之內部係與第二離合器部件之外部介接，且被配置成在第一徑向換檔凸輪(311)自中間層移動至外部層時，將第二離合器部件之外部自接合位置軸向地操作至脫離位置。
EG-42：如EG-37至EG-41中任一者之多速齒輪系統(1)，其中，第二離合器部件之內部係與第二離合器部件之外部介接，且被配置成在第一徑向換檔凸輪(311)自較低層移動至較高層時，將第二離合器部件之外部自接合位置軸向地操作至脫離位置。
EG-43：如EG-33至EG-36中任一者之多速齒輪系統 (1)，其中，主軸(5)包含第二開口(413)，而且，多層的第二徑向換檔凸輪(411)係被配置成操作第二換檔機構(40)穿過第二開口(413)。
EG-44：如EG-43之多速齒輪系統(1)，其中，第二換檔機構(40)包含配置於第二開口(413)中之第二換檔球(412)，而其中，多層的第二徑向換檔凸輪(411)係被配置成徑向地操作第二換檔球(411)。
EG-45：如EG-44之多速齒輪系統(1)，其中，第二換檔機構(40)包含配置於第二換檔球(412)之相對立側上之第二輔助環(431)及第二換檔環(441)，而其中，第二換檔環(441)具有朝向第二換檔球(411)的第二換檔錐面(442)，且第二換檔球(412)係被建構成在第二換檔球(412)徑向壓抵第二換檔錐面(442)時軸向地移動第二換檔環(441)。
EG-46：如EG-45之多速齒輪系統(1)，其中，第二換檔環(441)係與第二換檔元件(410)介接，而被建構成在第二徑向換檔凸輪(411)自內部層移動至中間層時軸向地操作第二離合器部件之外部。
EG-47：如EG-43至EG-46中任一者之多速齒輪系統(1)，其中，第二離合器部件之外部係與第二離合器部件之內部介接，且被配置成在第二徑向換檔凸輪(411)自中間層移動至外部層時，將第二離合器部件之內部自接合位置軸向地操作至脫離位置。
EG-48：如EG-43至EG-47中任一者之多速齒輪系統(1)，其中，多層的第二徑向換檔凸輪(411)係被配置成操作第二換檔機構(40)穿過第二開口(413)，而其中，第二換檔元件(410)係與第二離合器部件之外部介接，且被配置成在第二徑向換檔凸輪(411) 自較低層移動至較高層時，將第二離合器部件之外部自接合位置軸向地操作至脫離位置。
EG-49：如EG-1至EG-48中任一者之多速齒輪系統(1)，其中，第一換檔機構(30)包含具有第一與第二離合器部件的第一外部離合器(323)，而其中，第一外部離合器係徑向配置於第一內部及中間離合器(321，322)外部。
EG-50：如EG-11至EG-17中任一者之多速齒輪系統(1)，其中，第二換檔機構(40)包含具有第一與第二離合器部件之第二外部離合器(423)，而其中，第二外部離合器(423)係徑向配置於第二內部及中間離合器(421，422)外部。
EG-51：如EG-1至EG-50中任一者之多速齒輪系統(1)，其中，兩個徑向堆疊的載架元件成為內部及中間載架元件(101，102)，且此多速齒輪系統(1)進一步包含徑向配置於中間載架元件(102)外部之外部的載架元件(103)。
EG-52：如EG-51之多速齒輪系統(1)，其中，第一換檔機構(30)係被建構成使第一軸(71)與外部載架元件(103)可釋放地以旋轉方式接合。
EG-53：如EG-51至EG-52中任一者之多速齒輪系統(1)，其中，第一換檔機構(30)係被建構成使第二軸(72a，72b)與外部載架元件(103)可釋放地以旋轉方式接合。
EG-54：如EG-1至EG-54中任一者之多速齒輪系統(1)，其中，第一換檔機構(30)包含可軸向移動的第一換檔元件，其係被建構成將第一離合器部件及/或第二離合器部件之中間者自接合位置軸向地移位至脫離位置。第一換檔元件可為環形，且在功能 上類似於第二換檔元件(410)。
以下項目在應用中可由替代項目替換：
第一內部離合器(321)之第一離合器部件可為第一共同離合器元件(350)之內部徑向層。
第一中間離合器(322)之第一離合器部件可為第一共同離合器元件(350)之中間徑向層。
第一外部離合器(323)之第一離合器部件可為第一共同離合器元件(350)之外部徑向層。
第二內部離合器(421)之第一離合器部件可為第二共同離合器元件(450)之內部徑向層。
第二中間離合器(422)之第一離合器部件可為第二共同離合器元件(450)之中間徑向層。
第二外部離合器(423)之第一離合器部件可為第二共同離合器元件(450)之外部徑向層。
第一內部離合器(321)之第二離合器部件可為第一內部離合器元件(351)。
第一中間離合器(322)之第二離合器部件可為第一中間離合器元件(352)。
第一外部離合器(323)之第二離合器部件可為第一外部離合器元件(353)。
第二內部離合器(421)之第二離合器部件可為第二內部離合器元件(451)。
第二中間離合器(422)之第二離合器部件可為第二中間離合器元件(452)。
第二外部離合器(423)之第二離合器部件可為第二外部離合器元件(453)。
齒輪堆疊：
多速齒輪系統(1)之主要組件之裝配與軸向及徑向導引，說明於圖17a及圖17b中。當中已經省略數個組件以便簡化說明，諸如離合器及彈性部件之可移動部分。
圖17a首先說明根據上述描述以裝配具有減速齒輪之多速齒輪之組件之方法的具體例。箭頭指示元件進入至主軸(5)上之方向。已經自此說明中省略與離合器及離合器之操作相關的一些元件以改良其可讀性，並理解如何以浮置方式軸向地堆疊組件。
最初，生產諸多子總成(sub-assembly)，諸如，第一內部載架總成(110)，其包含內部載架(101)、第一太陽齒輪(111)、第二行星固持器(124)、第二行星齒輪(122)、第一內部載架第一接合手段(101a)、及第二內部載架接合手段(101b)。在附圖中子總成編號呈粗體。
第一中間載架總成(120)包含中間載架(102)、第一行星固持器(114)、第一行星齒輪(112)、第二環形齒輪(123)、第一中間載架第一接合手段(102a)、及第二內部載架接合手段(102b)。
第一外部載架總成(130)包含第一外部載架(103)、第一環形齒輪(113)、第一外部載架接合手段(103a)、及第二外部載架接合手段(103b)。
減速內部總成(140)包含第二軸(72a)及第三環形齒輪(231)。
減速中間總成(150)包含第二中間載架(202)及第三行 星齒輪(232)。
減速外部總成(160)包含第二外部載架(203)及第三環形齒輪(233)。
第一殼體子總成(170)包含第一輪轂部分(3a)及第一外部軸承(82)，且第二殼體總成(180)包含第二輪轂部分(3b)及第二軸承(83)。軸承可壓入諸多輪轂部分中。
為了減小體積，第一太陽齒輪(121)之半徑小於主軸(5)之任一側上之外徑。第一內部載架總成(110)因此藉由首先在第一太陽齒輪(121)上方插入第一內部載架(101)、且接著在與第一內部載架(101)整合的第二行星固持器(124)中安裝第二行星齒輪(122)，而得以裝配。由於第一太陽齒輪(121)寬於第二行星齒輪(122)，因此，第一內部載架總成(110)在裝配製程期間具有軸向行進之一定自由度。
在下一步驟中，第一中間載架總成(120)軸向地插入，使得第二環形齒輪(123)與第二行星齒輪(122)嚙合，且使第一太陽齒輪(111)與第一行星齒輪(112)嚙合。
接下來，第一外部載架總成(130)在第一中間載架總成(120)上方滑動，直至第一環形齒輪(113)與第一行星齒輪(112)嚙合。
在添加第一軸(71)及第一殼體總成(170)之前，配置了支撐第一外部載架總成(130)的推進元件(60)。替代地，該推進元件亦可為第一外部載架總成(130)之一部分。這允許第一外部離合器元件(353)及第一外部彈性元件(383)停滯於推進元件與第一外部載架(103)之間。推進元件(60)係被配置成軸向且徑向地以旋轉方式支撐 第一外部載架總成(130)，且由第一軸(71)軸向且徑向地支撐，而藉由中間的第一內部及外部軸承(81，82)徑向且軸向地固定於第一殼體總成(170)與主軸(5)之間。
在多速齒輪(1)之相對立端上，添加減速內部總成(140)，從而軸向地支撐第一內部載架總成(110)。圍繞減速內部總成(140)配置有減速中間總成(150)，直至第三太陽齒輪(231)與第三行星齒輪(232)恰當地嚙合。
減速外部總成(160)被配置成允許第三環形齒輪(233)與在其間具有第二墊片(62)的第三行星齒輪(232)嚙合。
主軸端元件(51)安裝在主軸(5)之端部上，從而充當第二軸承(83)之支撐件，此後作為第二殼體總成(180)之一部分而安裝，迫使該第二殼體總成抵靠第一殼體總成(170)。包含有分別配置於第一與第二殼體總成上之第一與第二搭扣鎖定部件(171，181)的搭扣鎖，確保此多速齒輪機構(1)可整體運送或轉移至下一個裝配階段。第一與第二殼體總成稍後藉由可緊固住制動盤(58)而在圖17b中以虛線展示的固定螺釘(59)以緊固至殼體(3)。第一殼體總成可藉由固定螺釘(59)之螺紋孔(參見虛線區域)而製備。
自上述描述，應理解，組件之裝配係藉由相對於彼此軸向及徑向導引諸多組件，而產生最終的多速齒輪系統(1)。
多速齒輪系統(1)之諸多內部組件之軸向導引說明於圖17c中。固定的軸向支撐係由雙粗黑箭頭指示，而且，滑動支撐、亦即相對旋轉則由雙空白箭頭指示。如自圖式可看出，齒輪堆疊之組件為浮置且軸向介接的相鄰組件。
在第一齒輪區段(10)內部，第一內部載架總成(110) 軸向地面向且滑行地支撐第一中間載架(120)，而該第一中間載架係在其第一行星齒輪(112)之相對立側上軸向地面向且滑行地支撐第一外部載架(130)。
在圖17c中左邊，第一外部軸承(82)軸向地面向且以非旋轉方式支撐第一軸(71)。另外，當齒輪藉由諸如O形環之類的可撓性元件安裝時，此介面係被預拉伸(pre-tension)。
推進元件(60)之外部邊緣係相對於第一外部總成(130)軸向固定，且內部邊緣係軸向固定，但相對於第一軸(71)自由旋轉。
在第二齒輪區段(20)中，減速內部總成(140)在第一齒輪區段(10)之方向上軸向地面向且滑動地支撐減速中間總成(150)。
在第二齒輪區段(20)之相對立側上，減速中間總成(150)軸向地面向且滑動地支撐其間具有第一墊片(61)的減速外部總成(160)。
減速外部總成(160)軸向地面向且滑動地支撐第二殼體總成(180)。在此介面中，配置有第二墊片(62)。
第一與第二齒輪區段(10，20)在第一內部載架總成(110)與減速內部總成(140)之間的旋轉介面中，軸向地面向彼此且彼此支撐。
另外，諸軸承與介接組件之間及第一與第二殼體總成(170，180)之間存在非旋轉的軸向支撐。
在裝配期間校準第二墊片(62)，以針對齒輪堆疊得到指定的軸向間隙，從而允許諸齒輪堆疊組件在輪轂殼(3)內圍繞主軸(5)自由旋轉，減小間隙以為諸齒輪堆疊組件中之每一者給定所決定 的軸向位置。
歸因於可軸向移動的諸多離合器元件，亦即，第一換檔機構(30)之第一內部、中間及外部離合器元件(351，352，353)、第二換檔機構(40)之第二內部、中間及外部離合器元件(451，452，453)、以及第三換檔機構(50)之第三個第二離合器元件(551)，而諸離合器元件中之每一者之確切的軸向位置，針對周轉的齒輪堆疊(502)中之所有組件所述者，將有所不同。
為了達成不對諸離合器元件之確切軸向位置敏感的可選擇離合器元件之獨立的操作，換檔輪軸具有徑向操作的第一、第二及第三徑向換檔凸輪(311，411，511)。如上文所解釋，第一、第二及第三換檔球(312，412，512)係被各別的第一、第二及第三徑向換檔凸輪(311，411，511)徑向地推動離開輪轂中心，而穿過主軸(5)中之第一、第二及第三開口(313，413，513)。第一、第二及第三換檔球(312，412，512)隔開各對軸向浮置、可旋轉鎖定的換檔環，亦即，第一輔助及換檔環(331，341)、第二輔助及換檔環(431，441)及第三輔助及換檔環(531，541)。
一對換檔環之間的相對距離僅取決於換檔球之徑向位置，而與其軸向位置無關。
第一、第二及第三換檔球(312，412，512)係藉由各別的非旋轉換檔環以軸向定位，再次藉由圖17c中之軸向固定組件之周轉的齒輪堆疊中之軸向位置判定，從而承載諸多軸向固定的離合器組件，亦即，第一共同離合器元件(350)、第二共同離合器元件(450)及第三個第二離合器元件(551)。
由於此分佈，第一、第二及第三換檔機構(30，40， 50)連同第一、第二及第三徑向換檔凸輪(311，411，511)中之每一者可軸向浮置，而不會影響換檔環對之間隔，且因此不會影響換檔操作。由於此分佈，第一、第二及第三換檔機構(30，40，50)中之每一者。
多速齒輪系統(1)之內部組件之徑向導引，說明於圖17d中。除了第一、第二及第三周轉齒輪組(11，12，23)之齒輪之嚙合之外，亦藉由諸組件之間的固定及滑動支撐以實現徑向導引。在圖17d中，固定的徑向支撐係藉由雙粗黑箭頭指示，且滑動支撐、亦即相對旋轉係藉由雙空白箭頭指示。
滑動支撐、亦即相對旋轉移動係藉由第一內部載架總成(110)及第一中間載架總成(120)之圓柱形面接配對以實現於第一齒輪區段(10)中，在此情況下為第一與第二周轉齒輪組(11，12)之間。另外，第一中間載架總成(120)及第一外部載架總成為第一齒輪區段(10)之相對立側上之圓柱狀面接配對。圓柱形面接配對亦發生於第一外部載架總成(130)與第一殼體總成(170)之間，以及諸旋轉的軸承內部。
在第二齒輪區段(20)中，滑動支撐發生於減速內部總成(140)與減速中間總成(150)之間。
另外，固定的徑向支撐、亦即非旋轉支撐係發生於諸軸承與其他組件之間的介面中及搭扣鎖中。減速中間總成係相對於第一殼體總成(170)徑向地固定，從而為第二齒輪區段(20)提供徑向支撐。
推進元件(60)之外部邊緣係相對於第一外部總成(130)徑向地固定，且其內部邊緣係藉由第一軸(71)滑動地支撐。
在以下段落中，將揭示與堆疊相關之具體例。
EG-60：如EG-1至EG-54中任一者之多速齒輪系統(1)，其中，第一齒輪區段(10)係圍繞主軸(5)軸向地浮置配置。
EG-61：如EG-60之多速齒輪系統(1)，其中，第一齒輪區段(10)係藉由輪轂殼(3)以軸向地定界。
EG-62：如EG-61之多速齒輪系統(1)，其中，輪轂殼(3)包含第一與第二殼體總成(170，180)，其係被建構成自主軸(5)之相對立端進入於主軸(5)上，且進一步被建構成限定第一齒輪區段(10)距各別側之軸向間隙。
EG-63：如EG-62之多速齒輪系統(1)，其中，此多速齒輪系統(1)包含第二墊片(62)，其係在將第一與第二殼體總成(170，180)裝配在一起之前，基於齒輪機構(4)之諸組件之經量測的與最大的軸向間隙之間的差異以選擇其厚度。
EG-64：如EG-63之多速齒輪系統(1)，其中，第一軸(71)係軸向地配置於殼體總成(170)與第一齒輪區段(10)之間，於其一側上被殼體總成(170)軸向地支撐，而於其相對立側上軸向地支撐第一齒輪區段(10)。
EG-65：如EG-62至EG-64中任一者之多速齒輪系統(1)，其中，齒輪機構(4)包含第二齒輪區段(20)，其係相對於第一軸(71)軸向地配置於第一齒輪區段(10)之相對立側上，該第二齒輪區段(20)係在一側上被第二殼體總成(180)軸向地支撐，而在另一側上軸向地支撐第一齒輪區段(10)。
EG-66：如EG-62至EG-65中任一者之多速齒輪系統(1)，其中，第一與第二殼體總成(170，180)包含各別的搭扣鎖定部 件(171，181)，其係被建構成在將第一與第二殼體總成(170，180)按壓在一起時鎖定。
堆疊：
在獨立的堆疊具體例EM-1中，本發明為用於裝配EG-1至EG-66之腳踏式車輛多速齒輪系統(1)之方法。
此方法包含：
圍繞主軸(5)浮置地軸向配置第一齒輪區段(10)。
EM-2：如EM-1之方法，包含：
圍繞齒輪機構(4)配置輪轂殼(3)，且藉由輪轂殼(3)以相對於主軸(5)軸向地固定第一齒輪區段(10)。
EM-3：如EM-2之方法，其中，輪轂殼(3)包含第一與第二殼體總成(170，180)，此方法包含：
使第一與第二殼體總成(170，180)自主軸(5)之諸相對立端進入於主軸(5)上，且其中，第一與第二殼體總成(170，180)係限定了第一齒輪區段(10)距各別側之軸向間隙。
EM-4：如EM-3之方法，其中，此方法包含：
在將第一與第二殼體總成(170，180)裝配在一起之前，基於齒輪機構(4)之諸組件之經量測的與最大的軸向間隙之間的差異以選擇第二墊片(62)。
EM-5：如EM-3或EM-4之方法，其中，此方法包含：
將第一軸(71)軸向地配置於殼體總成(170)與第一齒輪區段(10)之間，其中，第一軸(71)在一側上被殼體總成(170)軸向地支撐，而在相對立側上被第一齒輪區段(10)軸向地支撐。
EM-6：如EM-5之方法，其中，此方法包含：
將第二齒輪區段(20)相對於第一軸(71)軸向地配置於第一齒輪區段(10)之相對立側上，其中，第二齒輪區段(20)在一側上被第二殼體總成(180)軸向地支撐，且在另一側上軸向地支撐第一齒輪區段(10)。
滑行離合器：
一般而言，在爪形離合器正空轉或超轉時與其相關之問題為會產生一些機械敲擊雜音，從而以頻率形式隨著兩個介接且空轉的離合器元件之間的速度差而增大。這發生在一個離合器元件之齒在另一離合器元件之齒上方跳動時。雜音為亦將在空轉模式下降低效率之摩擦之結果。亦即，摩擦力往往會使自由旋轉滯後。
因此，需要改良空轉爪形離合器，以減小雜音及滯後(lag)。
在下文中，本發明在一態樣中為滑行離合器，其為一種減小雜音及滯後的改良的空轉爪形離合器。滑行離合器可實施一或多種於上文所描述之多速齒輪系統之離合器中，或腳踏式車輛之任何其他齒輪系統或傳動裝置中。
滑行離合器亦可用作為任何類型之傳動裝置之一部分，諸如，手動、自動及半自動汽車齒輪箱，以及對於電動車輛之混合式及未來的多速解決方案中之傳動裝置，舉幾個例子。
圖13a、圖13b及圖13c說明具有滑行手段(610)之可與傳動裝置之離合器中之任一者組合的滑行離合器(621)之具體例，諸如先前揭示之多速齒輪系統。
若首先考慮圖13a中之第一與第二離合器元件(650，651)，則第一離合器元件(650)為驅動元件。在接合位置(e)，且只要 第一離合器元件正在驅動第二離合器元件(651)，單向的第一與第二離合器齒(660，661)便被接合，且兩個離合器元件以相同速度旋轉，如由圖13a中之箭頭指示。
在圖13c中所說明的脫離位置(d)，第一與第二離合器齒(660，661)並不接觸，且第一與第二離合器元件(650，651)可彼此獨立地旋轉，如由當中的雙箭頭指示。
為了說明相對的軸向移動，指示固定的軸向位置的點線已經添加至圖式中。
圖式中並未展示實際的離合器接合及脫離機構。然而，其例如可為由熟悉此技藝者所理解之標準的接合及脫離機構，或針對上述多速齒輪系統所揭示之機構。
圖13b在左邊說明了處於先前技術之空轉位置(f)之第一與第二離合器元件(650，651)，而在右邊說明了處於滑行位置(c)之離合器元件。滑行位置(c)可被視為改良的空轉位置。
用於區分本發明與先前技術之術語「滑行離合器(621)」因此可被視為改良的空轉離合器。
空轉係發生在第二離合器元件(651)相較於第一離合器元件(650)較快速旋轉時。出於說明本發明之目的，第二離合器元件(651)已選擇為穩定的旋轉參考，此意謂第一離合器元件(650)在離合器正處於空轉時為反向，亦即，與驅動方向相反地旋轉，如由箭頭指示。
在典型的先前技術空轉位置(f)，每當第一離合器齒(660)在第二離合器齒(661)上方爬升時，第二離合器元件(651)將來回軸向地移動一空轉距離(d1)。這會產生機械敲擊雜音，且造成傳 動裝置中之一些滯後。
在圖13b之右側部分中，滑行離合器(621)處於滑行位置(c)。在滑行位置，滑行軸向範圍(d2)較在左邊處於空轉位置(f)之空轉軸向範圍(d1)為短。空轉雜音及滯後因此顯著較低。
原因為，當第二離合器齒(661)在空轉期間僅觸碰第一離合器齒(660)時，滑行手段(610)會將第二離合器元件(651)保持於軸向位置。
滑行手段(610)包含第一與第二保持部件(611，612)。
第二保持部件(612)在旋轉及軸向方向兩者上皆固定至第二離合器部件(651)。
第一保持部件(611)軸向地固定至第一離合器部件(650)，但相對於其旋轉方向自由移動。
該等齒(660，661)之由空轉造成的相互作用或觸碰，將迫使第二離合器部件(651)軸向地遠離第一離合器部件(650)，且第一離合器部件(650)將進一步嘗試使第二離合器部件(651)在其自身的旋轉方向上旋轉。在圖13b之右側部分中，此意謂諸齒之間的相互作用將試圖向右及以向上旋轉形式推動第二離合器部件(651)，這說明第一離合器部件(650)之向下旋轉，由於第二離合器部件(651)為旋轉參考。
第二保持部件(612)因此將被推至第一保持部件(611)之邊緣或斜坡上，直至達到第二離合器齒(661)幾乎不會觸碰第一離合器齒(660)的平衡態。這被界定為滑行位置。
滑行離合器保持處於滑行位置(c)，直至情形改變且第一離合器元件(650)相較於第二離合器元件(651)開始在驅動方向上 較快速自旋。平衡的情形將不再持續，且第二離合器元件(651)在圖13a中將藉助於杯托狀(coaster)彈性元件(681)以迅速地重設至接合位置。
圖13d、圖13e及圖13f中展示滑行離合器(621)之替代具體例，其中，離合器分別處於接合位置(e)、滑行位置(c)及脫離位置(d)。第一保持手段在此被實施為周轉的齒輪序列之載架中之狹槽或開口。
在圖14a、圖14b及圖14c中所說明的具體例中，先前描述之多速齒輪系統之第一離合器機構(30)之第一外部離合器(323)為具有如上文所描述之外部滑行手段的滑行離合器。外部滑行手段減小了雜音，且改良了第一外部離合器(323)之效率。
在此具體例中，已經實施滑行手段而無需添加額外的組件。
對應於圖13a至圖13f中之第二離合器元件(651)的第一外部離合器元件(353)，可藉由容許相對於彼此軸向地移動的第一外部離合器接合手段(373)及第一外部載架接合手段(103a)，而旋轉地連接並與第一外部載架(103)對準。第一外部離合器元件(353)係藉由第一外部彈性元件(383)以進一步朝向第一共同離合器元件(350)預拉伸，如先前所解釋及圖4a、圖4b及圖4c中所說明。
當第一外部離合器元件(353)接合時，如在圖14a中，順時針進行驅動，且由於第一外部離合器接合手段(373)將作用於被實施為第一外部載架(103)中之軸向凹陷的第一外部載架接合手段(103a)之下邊緣，第一外部離合器接合手段(373)將迫使第一外部載架(103)進行順時針旋轉。
當第一外部離合器元件(353)正處於空轉時，如在圖14c中，使第一共同離合器元件(350)超轉，且第一外部離合器齒(363)及第一外部離合器接合手段(373)在與相對立的第一離合器齒(360)相互作用時，將被推動朝向第一外部載架(103)。在此位置中，呈現第一外部離合器接合手段(373)之形式的第一保持部件(612)，藉由具有在對應於空轉力的方向上、或與第一外部載架(103)之垂直驅動方向相反的方向上自凹陷都側向延伸的楔形第一外部滑行表面(393)的凹穴，以與呈現第一外部載架接合手段(103a)之形式的第二保持部件(612)介接。來自空轉之力量繼續推動且旋轉第一外部離合器元件(353)，且第一外部離合器接合手段(373)現在將開始攀爬楔形的第一外部滑行表面(393)，直至其到達圖14c中之滑行位置(c)，在該滑行位置，諸齒在空轉期間幾乎不發生接觸。
一旦超轉結束，順序就將顛倒。第一外部離合器(323)之兩側之諸齒之小的相互作用，足以使第一外部離合器元件(353)向後旋轉，其中，第一外部離合器接合手段(373)係藉由第一外部彈性元件(383)，以在楔形的第一外部滑行表面(393)上滑動至主凹陷中。
另外，第一中間離合器元件(352)亦可具有類似的中間滑行手段，如圖15a、圖15b及圖15c中所說明，其中，第一中間離合器接合手段(372)攀爬第一中間載架接合手段(102a)之凹穴之楔形的第一中間滑行表面(392)，直至其到達圖15c中之滑行位置。
在一具體例中，類似的滑行手段亦可針對第二換檔機構(40)及任何其他單向爪形離合器、即在接合位置與脫離位置之間操作的離合器及僅處於驅動接合位置或正超轉的非操作離合器兩 者而實施。
在下文中，揭示具有前綴標註EC之滑行離合器之數個具體例。
在第一獨立的具體例EC-1中，滑行離合器(621)包含：
面向彼此的第一與第二離合器部件(650，651)；
其中，滑行離合器(621)係被配置成在接合位置(e)操作，其中，第一與第二離合器部件(650，651)係軸向嚙合，且以相同速度旋轉，或是超轉並以不同速度旋轉，其中，滑行離合器(621)進一步包含滑行手段(610)，其係被配置成在離合器(621)正處於超轉時將滑行離合器(621)操作至滑行位置(c)，且其中，在滑行位置(c)，第一與第二離合器部件(650，651)相較於在接合位置(e)係彼此相距較遠地軸向配置。
EC-2：如EC-1之滑行離合器(621)，其中，滑行手段(610)係被配置成在離合器(621)正處於超轉時在第一離合器部件(650)之旋轉方向上將第二離合器部件(651)旋擰至滑行位置(c)。
EC-3：如EC-1或EC-2之滑行離合器(621)，其中，滑行手段(610)係被配置成在離合器(621)並未超轉時在第一離合器部件(650)之方向上將第二離合器部件(651)擰鬆以離開滑行位置(c)。
EC-4：如EC-1至EC-3中任一者之滑行離合器(621)，其中，用於將離合器(621)操作至滑行位置(c)中之能量在離合器(621)正處於超轉時，係源自第一與第二離合器部件(650，651)之間的相對軸向移動。
EC-5：如EC-1至EC-4中任一者之滑行離合器(621)，其中，滑行手段(610)係被配置成在第一離合器部件(650)之旋轉方 向上旋擰第二離合器部件(651)，且將第二離合器部件(651)相對於第一離合器部件(650)之軸向移動限於滑行軸向範圍(d2)，只要是離合器(621)正處於超轉。
相較於在不具有滑行手段(610)之情況下將會如此之空轉軸向範圍(d1)，滑行軸向範圍(d2)係更受限。
EC-6：如EC-2至EC-5中任一者之滑行離合器(621)，其中，滑行手段(610)包含：
第一保持部件(611)，相對於第一離合器部件(650)軸向固定，及
第二保持部件(612)，相對於第二離合器部件(651)軸向固定且旋轉固定。
EC-7：如EC-6之滑行離合器(621)，其中，第二保持部件(612)係被配置成在離合器(621)正處於超轉時攀爬第一保持部件(611)。
EC-8：如EC-6或EC-7之滑行離合器(621)，其中，第一與第二保持部件(611，612)中之任一者具有被配置成介接其他保持部件(612，611)的楔形介接表面。
EC-9：如EC-8之滑行離合器(621)，其中，楔形介接表面中之任一者係相對於第一與第二離合器部件(650，651)之間的配對介面而傾斜地配置。
EC-10：如EC-8至EC-9中任一者之滑行離合器(621)，楔形介接表面中之任一者係朝向軸向方向愈來愈彎曲。
EC-11：如EC-6至EC-10中任一者之滑行離合器(621)，其中，滑行離合器(621)包含徑向對準手段，其係被配置成 在離合器(621)處於滑行位置(c)時使第一與第二離合器部件(650，651)保持彼此徑向對準。
該徑向對準手段可例如為第一外部離合器元件(353)上之區段形成之延伸部，諸如例如圖6c中所說明的第一外部徑向對準手段(374)或用於第二中間離合器元件(452)之第二中間徑向對準手段(474)。在此等實施例中，對準手段係適於在對應的載架元件之壁內部滑動，以獲得徑向穩定性。
為了進一步改良上述第一獨立的滑行具體例中揭示之滑行離合器(621)，本發明在具體例中亦包含如圖14a、圖14b、圖14c、圖14d、圖14e、圖14f、圖14g及圖14h中所說明之自適應彈性手段。儘管這說明了上文所解釋之多速齒輪系統，但類似具體例可用於其他傳動裝置中。
在圖14a中，滑行離合器處於驅動位置(e)，且第一外部離合器接合手段(373)係鄰接於第一外部載架接合手段(103a)之徑向表面，並在由第一離合器元件(未展示)驅動時使第一外部載架(103)旋轉。在此情況下，其自適應彈性相對較大，從而迫使第二離合器元件(651)與第一離合器元件接合。
在圖14c中之滑行位置(c)中，藉由離合器齒迫使第一與第二離合器元件(650，651)脫離接合，且第一外部離合器接合手段(373)攀爬第一外部滑行表面(393)。在滑行位置(c)中，其自適應彈性小於在接合位置(e)之自適應彈性，但滑行表面(393)之角度係被建構成允許其自適應的彈性手段在滑行位置(c)以較小力向外推動第二離合器元件(651)。接著，相較於摩擦之角度，第一外部滑行表面(393)之角度較陡。
圖14b說明接合位置(e)與滑行位置(c)之間的中間位置。
EC-12：如EC-6至EC-11中任一者之滑行離合器(621)，其中，彈性元件(681)係被配置成迫使第二離合器部件(650)到達接合位置(e)。
EC-13：如EC-12之滑行離合器(621)，其中，相較於滑行位置(c)，彈性元件(681)係被建構成在接合位置(e)以較大力將第二離合器部件(651)朝向第一離合器部件(651)推動。
EC-14：如EC-12至EC-13中任一者之滑行離合器(621)，其中，第二保持部件(612)係被配置成在滑行離合器(621)自接合位置(e)改變至滑行位置(c)時相對於第一離合器部件(650)旋轉，其中，彈性元件(681)之彈性特性係被建構成依據旋轉而改變。
EC-15：如EC-12至EC-14中任一者之滑行離合器(621)，其中，彈性元件(681)為一指形彈簧墊圈，其中，該指形彈簧墊圈中之主動指形件(681a)之長度為旋轉之函數。
因此，彈性元件(681)之彈性特性接著將取決於主動指形件(681a)之長度。
EC-16：如EC-25之滑行離合器(621)，其中，處於滑行位置(c)之主動指形件(681a)之第一長度(11)長於處於接合位置(e)之主動指形件(681a)之第二長度(12)。
EC-17：如EC-15至EC-16中任一者之滑行離合器(621)，其中，主動指形件(681a)之指形件尖端(682)係朝向第二離合器部件(651)彎曲。
EC-18：如EC-15至EC-17中任一者之滑行離合器 (621)，其中，第二離合器部件(651)包含朝向主動指形件(681a)的凹座(684)，其中，指形件尖端(682)係被配置成在滑行離合器(621)處於滑行位置(e)時處於凹座內，並在滑行離合器(621)處於接合位置(e)時處於凹座外部。
EC-19：如EC-15至EC-18中任一者之滑行離合器(621)，主動指形件(681a)係配置於第二離合器部件(651)與一支撐件之間，其中，該支撐件包含其指形件之前端與指形件尖端(682)之間的邊緣(683)，其中，指形件尖端(682)係被配置成在滑行離合器(621)處於接合位置(e)時圍繞邊緣(683)撓曲。
EC-20：如EC-15至EC-19中任一者之滑行離合器(621)，該支撐件包含被配置成在滑行離合器(621)處於脫離位置(d)時收容指形件尖端(682)的支撐凹座(685)。
該支撐凹座可起始於邊緣(683)且等於或長於第一長度(11)。自邊緣(683)朝向指形件尖端(682)的凹座或空間，係允許第一與第二離合器元件(650，651)在例如改變齒輪時脫離。
該支撐件可為先前描述之載架手段中之一者。
滑行具體例E-1至E-20中之任一者中揭示之滑行離合器可與具體例EG-1至EG-66中之任一者組合，其中，第一與第二內部、中間及外部離合器(321，322，323，421，422，423)及第三或第四離合器(521，522)中之任一者均為如E-1至E-20中任一項之滑行離合器。
在例示性具體例中，組合地展示了各種特徵及細節。關於特定實施例而描述了若干特徵之事實不應被視為意指彼等特徵必然必須共同包括於本發明之所有具體例中。相反地，參見不同 具體例描述之特徵不應被視為相互排斥。如熟悉此技藝者將易於理解，本創作人已經考慮了併有本文中所描述之特徵之任何子集且並不明確地相互相依的具體例，且其為預期揭示內容之部分。然而，所有此類具體例之明確描述將不會影響對本發明之原理之理解，且因此為簡單或簡潔起見，已經省略了特徵之一些置換。
1:多速齒輪(系統/機構)
2:換檔輪軸
3:輪轂殼
4:齒輪機構
5:主軸
6:通道
7:貫穿螺栓
8:鏈齒/輪齒
9:換檔機構
10:(第一)齒輪區段
11:(第一)(行星/周轉)齒輪組
12:(第二)(行星/周轉)齒輪組
20:(第二)齒輪區段
23:(第三)(行星/周轉)齒輪組
30:(第一)換檔機構/離合器機構
40:(第二)換檔機構/離合器機構
50:(第三)換檔機構/離合器機構
71:(第一)軸/輸入軸
72a:(第二)軸
73:(第三)軸
81:(第一)(內部)軸承
82:(第一)(外部)軸承
83:(第二)軸承
101:(第一)(內部)載架/載架元件
102:(第一)(中間)載架/載架元件
103:(第一)(外部)載架/載架元件
111:(第一)太陽齒輪
112:(第一)行星齒輪
113:(第一)環形齒輪
114:(第一)行星固持器
121:(第二)太陽齒輪
122:(第二)行星齒輪
123:(第二)環形齒輪
124:(第二)行星固持器
202:第二中間載架
203:第二外部載架
231:(第三)太陽齒輪
232:(第三)行星齒輪
233:(第三)環形齒輪
234:(第三)行星固持器
311:(第一)(徑向)換檔凸輪
312:(第一)換檔球/滾珠
313:(第一)開口
321:(第一)(內部)離合器
322:(第一)(中間)離合器
323:(第一)(外部)離合器
411:(第二)(徑向)換檔凸輪
412:(第二)換檔球/滾珠
413:(第二)開口
421:(第二)(內部)離合器
422:(第二)(中間)離合器
423:(第二)(外部)離合器
511:(第三)(徑向)換檔凸輪
512:(第三)換檔球/滾珠
513:(第三)開口
521:(第三)離合器
522:(第四)離合器

Claims (11)

  1. 一種腳踏式車輛多速齒輪系統，其包含有一齒輪機構(4)，包含：
    一主軸(5)；
    一中空的第一軸(71)及一中空的第二軸(72a，72b)，兩者係軸向固定且以可旋轉方式圍繞該主軸(5)配置；
    一周轉的第一齒輪區段(10)，圍繞該主軸(5)配置於該第一軸(71)與該第二軸(72)之間，且包含兩個徑向堆疊的載架元件(101，102)；
    一第一換檔機構(30)，配置於該第一軸(71)與該第一齒輪區段(10)之間，且被建構成使該第一軸(71)與該兩個徑向堆疊的載架(101，102)中之任一者以旋轉方式接合，
    其中，該第一換檔機構(30)包含圍繞該主軸(5)徑向堆疊的兩個第一離合器(321，322)。
  2. 如請求項1之腳踏式車輛多速齒輪系統，其中，該兩個第一離合器(321，322)分別具有介接的第一與第二離合器部件，而其中，該兩個第一離合器(321，322)之該等第一離合器部件係固定至該第一軸(71)，且被配置成相對於該主軸(5)保持軸向固定，而且，該兩個第一離合器(321，322)之該等第二離合器部件係分別以可旋轉方式連接至該兩個徑向堆疊的載架(101，102)。
  3. 如請求項2之腳踏式車輛多速齒輪系統，其中，該兩個第一離合器(321，322)之該等第一離合器部件成為一整合式第一共同離合器元件(350)，且進一步與該第一軸(71)整合。
  4. 如請求項1至3中任一項之腳踏式車輛多速齒輪系統，其中包含：
    一第二換檔機構(40)，配置於該第一齒輪區段(10)與該第二軸(72a，72b)之間，而被建構成使該第二軸(72a，72b)與該兩個徑向堆疊的載架(101，102)中之任一者以旋轉方式接合，
    其中，該第二換檔機構(40)包含圍繞該主軸(5)徑向堆疊的兩個第二離合器(421，422)。
  5. 如請求項4之腳踏式車輛多速齒輪系統，其中，該兩個(第二)離合器(421，422)分別具有第一與第二介接的離合器部件，而其中，該兩個第二離合器(421，422)之該等第一離合器部件係固定至該第二軸(72a，72)，且被配置成相對於該主軸(5)保持軸向固定，而且，該兩個第二離合器(421，422)之該等第二離合器部件係分別以可旋轉方式連接至該兩個徑向堆疊的載架(101，102)。
  6. 如請求項5之腳踏式車輛多速齒輪系統，其中，該兩個第一離合器(421，422)之該等第一離合器部件成為一整合式第二共同離合器元件(450)，且該第二共同離合器元件(450)係與該第二軸(72a，72b)整合。
  7. 如請求項4至6中任一項之腳踏式車輛多速齒輪系統，其中，該第二換檔機構(40)包含一可軸向移動的第二換檔元件(410)，其係被建構成使該等第二離合器部件之外部自一接合位置軸向地移位至一脫離位置，而不會軸向地移動其內部的離合器部件。
  8. 如請求項7之腳踏式車輛多速齒輪系統，其中，該(第二)共同離合器元件(450)包含一徑向延伸的換檔開口(409)，其係穿過該等第一離合器部件而被配置成接納該(第二)換檔元件(410)，而其中，該(第二)換檔元件(410)係在該(第二)共同離合器元件(450)與該等第一離合器部件之間配置於該換檔開口(409)中。
  9. 如請求項1至8中任一項之腳踏式車輛多速齒輪系統，其中包含一換檔輪軸(2)，而該換檔輪軸則包含具有多個徑向層的一第一換檔凸輪(311)，其中，各層具有一特定半徑，而其中，該主軸(5)包含一第一開口(313)，且該多層的第一徑向換檔凸輪(311)係被配置成操作該第一換檔機構(30)穿過該第一開口(313)，其中，該等第二離合器部件之內部係與該等第二離合器部件之外部介接，且被配置成在該第一徑向的換檔凸輪(311)自一較低層移動至一較高層時，將該等第二離合器部件之外部自一接合位置軸向地操作至一脫離位置。
  10. 如請求項9之腳踏式車輛多速齒輪系統，其中，該第二換檔機構(40)包含一第二換檔元件(410)，且該換檔輪軸(2)包含具有多個徑向層的一第二換檔凸輪(411)，其中，各層具有一特定半徑，而其中，該主軸(5)包含一第二開口(413)，且該多層的第二徑向換檔凸輪(411)係被配置成操作該第二換檔機構(40)穿過該第二開口(413)，其中，該第二換檔元件(410)係與該等第二離合器部件之外部介接，且被配置成在該第二徑向的換檔凸輪(411)自一較低層移動至一較高層時，將該等第二離合器部件之外部自一接合位置軸向地操作至一脫離位置。
  11. 一種滑行離合器，包含：
    面向彼此的第一與第二離合器部件(650，651)；
    其中，此滑行離合器(621)係被配置成在一接合位置(e)操作，其中，該等第一與第二離合器部件(650，651)係軸向嚙合，且以相同速度旋轉，或是超轉並以不同速度旋轉，其中，此滑行離合器(621)進一步包含滑行手段(610)，其係被配置成在此離合器(621)正處於 超轉時將此滑行離合器(621)操作至一滑行位置(c)，且其中，在該滑行位置(c)，該等第一與(第二)離合器部件(650，651)相較於在該接合位置(e)係彼此相距較遠地軸向配置。
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