專利名稱：內嚙合行星齒輪鏈傳動變速自行車驅動機構的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種自行車中軸驅動機構，尤其是一種內嚙合行星齒輪鏈傳動 變速自行車驅動機構。
技術背景目前，自行車仍為大多數中國人的交通代步工具，多年來市場生產銷售的 成人和小輪自行車多見仍是單級鏈傳動、或改變鏈條與鏈輪嚙合位置實現的變 速傳動方式，中軸直接與鏈輪連接形成驅動主動構件，由于其采用的是單級鏈 傳動，其速度的提高受到一定的限制，改變鏈條與鏈輪嚙合位置實現多級變速 的結構略顯復雜且適用性差。發明內容本發明的目的就是為了克服現有自行車速度慢，變速機構復雜的缺陷，而 提供一種內嚙合行星齒輪鏈傳動變速自行車驅動機構，可實現上坡低速驅動力 小，坦途常力驅動較原結構單級鏈驅動的速度明顯提高。本發明解決其技術問題所采用的技術方案是內嚙合行星齒輪鏈傳動變速自行車驅動機構，包括中軸以及與中軸連接的 鏈輪，軸上樞置行星輪架，行星輪架上設有行星齒輪，其特征在于a、 中軸上設有兩個連接裝置，中軸外面設有變速套間隙配合，變速套上設 有與連接裝置相對應的連接孔，在變速套外側的中軸上設有鎖緊螺母；b、 變速套外面設有行星輪架，行星輪架內孔圓周上設有一組連接孔與連接 裝置配合，在行星輪架等徑圓周上設有三個軸桿，每個軸桿分別與一個行星齒 輪對應構成轉動副，三個行星齒輪共同與內齒輪盤嚙合，內齒輪盤與中軸轉動 連接；三個行星齒輪還共同與連體齒鏈輪嚙合，連體齒鏈輪與變速套間隙配合， 構成高速自行車驅動機構；c、 連體齒鏈輪內孔圓周上設有一組連接孔與連接裝置配合，構成低速自行 車驅動機構。內齒輪盤設有軸向套筒，套筒上設有與自行車五通連接的螺 接口，內齒 輪套通過滾珠與中軸連接。3在上述的主要技術方案的基礎上，可以增加以下進一步完善的技術方案 所述的連體齒鏈輪為鏈輪盤與中心輪形成的整體結構，三個行星齒輪與連體齒鏈輪的中心輪嚙合。每個行星齒輪與行星輪架軸桿間設有滾針軸承滾動配合，通過軸端擋圈固定在行星輪架上。所述的兩個連接裝置，在中軸的軸向上兩個連接裝置間距5 25mm,徑向 上兩個連接裝置的夾角為60 180° ，所述的連接裝置由絲彈簧、棘爪構成，中 軸上設有棘爪槽，棘爪槽內設有沉槽，棘爪槽內設有棘爪與沉槽內的絲彈簧連 接；所述的連接裝置由彈簧、徑向滑鍵構成，中軸上設有徑向鍵槽，徑向鍵槽 內設有彈簧與徑向滑鍵連接。變速套外側設有轉動蓋板，轉動蓋板上設有導向銷，內齒輪盤外圓周上設 有滑槽，導向銷與滑槽滑動配合。在鏈輪與軸行星齒輪、行星齒輪之間設有滾珠，在鏈輪與中心齒輪外嚙合 行星齒輪、鏈傳動自行車驅動機構的相關設計計算1、 常人的功率粗略測算1) 、以65kg質量的常人上樓測算 一般樓梯一臺階高度為180mm,設l秒上一臺階，則常人的功率為P=mgh/s=65X9. 8X0. 18/1=114. 66W2) 、以常人雙腳以固定驅動力驅動一周測算 一般左右兩腳的各半周驅動 力為250N——300N，設驅動力大小、方向均不變并取值250N,按輸入驅動1轉 /1.5秒，驅動力臂隨轉動角度而變化，最大設為0.2米，常人的功率應為P= (2, ;》d 0 ) /s= (2 Ccos 0 d 9 ) /s = (2 / ，50X0. 2Xcos 6 d e ) /1, 5=133. 33W ;由以上兩種粗略測算可取常人的功率P=120W。2、 常人騎行自行車的平均驅動力矩M計算 M=p/w=p s/cl)=120 . 1. 5/2 n =28. 66N . ra。不計功率損失，由本設計的總傳動比i=4. 4的速度計算(即主驅動轉一轉， 自行車后輪轉4.4轉)V=26 X 25. 4 X 3. 14 X 40 X 4. 4 X 60/1000=21 90km/h (達到電動車的國家限制速度標準)。3、自行車后輪驅動力矩的三種計算理論驗證1) 、后輪的轉動角速度計算 co二4. 4X6. 28/1. 5=18. 42rad/s;2) 、后輪中心的速度計算V= 26 X 25. 4 X 3. 14 X 40 X 4. 4 X 60/1000/3600=6. 08m/s。3) 、自行車的平動驅動力計算 F=P/V=120/6. 08=19. 72N。4) 、自行車后輪的驅動力偶矩計算M=F X R=19. 72 X ( 26 X 25. 4/2/1000 ) =6. 5N. m。5) 、自行車后輪的驅動力偶矩另法計算 M=P/w =120/18. 42二6. 5N. m。6) 、自行車后輪的滾動阻力偶矩的計算設騎行人質量80Kg則地面作用在兩輪上的力應為80X9. 8N，查得輪胎與路 面的滾動摩擦系數S =2-10，考慮路面和輪胎的不利因素(路面較軟或輪胎充氣 不足)，取值S =8，則兩輪的滾動阻力偶矩M二80X9. 8X10/1000=6. 27 N.m。由4)、 5)、 6)三種計算方法結果完全一致，說明其驅動設計是完全可行的。齒輪模數的設計由本設計的行星輪系的傳動比為4，則該齒輪的傳遞轉矩 為平均驅動力矩的1/4——即位28. 66/4=7.165 N. m。由模數的機械設計公式m》12.1 _JHiT.r^_=12. 1 、 二 .4^=0. 95mra從加工工藝角度考慮取m=1.5mra。本發明的有益效果是可實現單級固定鏈輪變速驅動；使主、從鏈輪的傳動 比增大，并使主、從鏈輪的驅動半徑分別減少和增大，以實現快速、輕便功能; 各構件間的相對運動考慮采用滾動摩擦結構，可有效減小傳動中的功率損失； 自行車中軸行星輪外嚙合驅動機構結構簡單，易于加工制造。下面結合附圖和實施例對本發明進一步說明。
:5圖1為本發明的主視圖2為本發明的連接裝置實施例一；
圖3為本發明的連接裝置實施例二。
圖中l.中軸，2.內齒輪盤，3.行星輪架，4.行星齒輪，5.滾針軸承，6.連體齒 鏈輪，7.變速套，8.鎖緊螺母，9.軸端擋圈，IO.轉動蓋板，ll.滾子，12.徑向滑 鍵，13.彈簧，14.絲彈簧，15.棘爪。
具體實施方式
實施例一
如圖1所示，內嚙合行星齒輪鏈傳動變速自行車驅動機構,包括中軸1，中 軸為臺階軸，軸上設有螺紋和兩個徑向鍵槽，兩個徑向鍵槽在中軸軸向上有10mm 左右的距離、在徑向上有180。的夾角，每個徑向鍵槽內設有一個彈簧13以及 與彈簧相連的徑向滑鍵12，中軸上樞置一個變速套7,變速套上設有兩個與徑 向滑鍵相配合的連接孔，變速套上樞置一個行星輪架3，如圖2所示，行星輪架 內孔圓周上均勻設有八個連接孔與徑向滑鍵12相配合，行星輪架上設有三個軸 桿，每個軸桿通過滾珠與行星齒輪4構成轉動副，通過軸端擋圈9將行星齒輪 軸向定位在行星輪架的軸桿上，三個行星齒輪共同與內齒輪盤2嚙合，內齒輪 盤與中軸構成轉動副，內齒輪盤上設有軸向套筒，套筒上設有與自行中軸套筒 連接的螺紋接口，三個行星齒輪還共同與連體齒鏈輪6上的齒輪嚙合，連體齒 鏈輪為鏈輪盤與中心齒輪形成的整體結構，連體齒鏈輪樞置在減速套上，連體 齒鏈輪6內孔圓周上均勻設有八個連接孔與徑向滑鍵12相配合，連體鏈齒輪6 與變速套7外側設有鎖緊螺母，變速套外側還設有轉動蓋板。
內嚙合行星齒輪鏈傳動變速自行車驅動機構的變速過程為通過轉動轉動 蓋板可使變速套處于不同位置，以使中軸通過其上不同位置的徑向滑鍵與行星 輪架、變速套或與連體齒鏈輪、變速套實現互鎖固定連接形成構件以達到變速 目的，當用腳踏轉轉動蓋板使處于中軸與變速套間的徑向滑鍵嵌入連體齒輪的 連接孔中時為低速驅動，同時，另一徑向滑鍵被變速套壓入中軸的徑向鍵槽內； 再當踏轉轉動蓋板180°使處于中軸與變速套間的徑向滑鍵嵌入行星輪架的連 接孔中時為高速驅動。
實施例二如圖1所示，內嚙合行星齒輪鏈傳動變速自行車驅動機構，包括中軸1，中 軸為臺階軸，軸上設有螺紋和兩處棘爪槽，每個棘爪槽內設有一個沉槽，兩個
棘爪槽在中軸的軸向上有15mm左右的距離、在徑向上有120。的夾角，每個沉 槽內設有一個絲彈簧14與棘爪槽內的棘爪15連接，中軸4上樞置一個變速套7， 變速套上設有兩個與棘爪15相配合的連接孔，變速套上樞置一個行星輪架3， 如圖3所示，行星輪架內孔圓周上均勻設有四個連接孔與棘爪相配合，行星輪 架上設有三個軸桿，每個軸桿通過滾針軸承5與行星齒輪4構成轉動副，通過 軸端擋圈9將行星齒輪軸向定位在行星輪架的軸桿上，三個行星齒輪共同與內 齒輪盤2嚙合，內齒輪盤與中軸構成轉動副，內齒輪盤上設有軸向套筒，套筒 上設有與自行中軸套筒連接的螺紋接口，三個行星齒輪還共同與連體齒鏈輪6 上的齒輪嚙合，連體齒鏈輪為鏈輪與齒輪形成的整體結構，連體齒鏈輪樞置在 減速套上，連體齒鏈輪內孔圓周上均勻設有四個連接孔與棘爪15相配合，在變 速套外側的中軸上設有鎖緊螺母8，變速套外側還設有轉動蓋板10，轉動蓋板 上設有導向銷，內齒輪盤外圓周上設有滑槽，導向銷與滑槽滑動配合。
在行星輪架、減速套與連體齒鏈輪之間設有滾子11可有效減小傳動中的功 率損失。
內嚙合行星齒輪鏈傳動變速自行車驅動機構的變速過程為通過轉動轉動 蓋板可使變速套處于不同位置，以使中軸通過其上不同位置的徑向滑鍵與行星 輪架、變速套或與連體齒鏈輪、變速套實現互鎖固定連接形成構件以達到變速 目的，當用腳踏轉動轉動蓋板使處于中軸與變速套間的棘爪嵌入連體齒輪的連 接孔中時為低速驅動，同時，另一棘爪被變速套壓入中軸的棘爪槽內；再當踏 轉轉動蓋板120°使處于中軸與變速套間的徑向滑鍵嵌入行星輪架的連接孔中 時為高速驅動。
內嚙合行星齒輪鏈傳動變速自行車驅動機構裝配于自行車中軸套筒的端 處，分別通過驅動行星輪架帶動其上的行星齒輪及與其嚙合內齒輪和連體齒鏈 輪并使其轉動或直接驅動連體齒鏈輪，通過鏈條從而帶動自行車后輪上的鏈輪 轉動以實現自行車的不同速驅動前行。
權利要求
1、內嚙合行星齒輪鏈傳動變速自行車驅動機構，包括中軸(1)以及與中軸連接的鏈輪(6)，中軸上樞置行星輪架(3)，行星輪架上設有行星齒輪(4)，其特征在于a、中軸(1)上設有兩個連接裝置，中軸上樞置變速套(7)，變速套上設有與連接裝置相對應的連接孔，在變速套外側的中軸上設有鎖緊螺母(8)；b、變速套(7)上樞置行星輪架(3)，行星輪架內孔圓周上設有一組連接孔與連接裝置配合，在行星輪架等徑圓周上設有三個軸桿，每個軸桿分別與一個行星齒輪(4)對應構成轉動副，三個行星齒輪(4)共同與內齒輪盤(2)嚙合，內齒輪盤與中軸轉動連接；三個行星齒輪(4)還共同與連體齒鏈輪(6)嚙合，連體齒鏈輪樞置在變速套上，構成高速自行車驅動機構；c、連體齒鏈輪內孔圓周上設有一組連接孔與連接裝置配合，構成低速自行車驅動機構。
2、 根據權利要求l所述的內嚙合行星齒輪鏈傳動變速自行車驅動機構，其 特征在于所述的連體齒鏈輪(6)為鏈輪盤與中心輪形成的整體結構，三個行 星齒輪(4)與連體齒鏈輪的中心輪嚙合。
3、 根據權利要求i所述的內嚙合行星齒輪鏈傳動變速自行車驅動機構，其 特征在于所述的兩個連接裝置，在中軸的軸向上兩個連接裝置間距5 25mm， 在徑向上兩個連接裝置的夾角為60。 180° 。
4、 根據權利要求1或3所述的內嚙合行星齒輪鏈傳動變速自行車驅動機構， 其特征在于所述的連接裝置由彈簧(13)、徑向滑鍵(12)構成，中軸上設有 徑向鍵槽，徑向鍵槽內設有彈簧與徑向滑鍵連接。
5、 根據權利要求1或3所述的內嚙合行星齒輪鏈傳動變速自行車驅動機構， 其特征在于所述的連接裝置由絲彈簧(15)、棘爪(14)構成，中軸上設有棘 爪槽，棘爪槽內設有沉槽，棘爪槽內設有棘爪與沉槽內的絲彈簧連接。
6、 根據權利要求l所述的內嚙合行星齒輪鏈傳動變速自行車驅動機構，其 特征在于每個行星齒輪與行星輪架軸桿間設有滾針軸承(5)滾動配合。
7、 根據權利要求l所述的內嚙合行星齒輪鏈傳動變速自行車驅動機構，其 特征在于變速套外側設有轉動蓋板(10)，轉動蓋板(10)上設有導向銷，內齒輪盤外圓周上設有滑槽，導向銷與滑槽滑動配合。
全文摘要
本發明涉及內嚙合行星齒輪鏈傳動變速自行車驅動機構，包括中軸(1)以及與中軸連接的鏈輪(6)，中軸上樞置行星輪架(3)，行星輪架上設有行星齒輪(4)，其特征在于中軸上設有變速機構，變速機構由連接裝置、行星輪架(3)、行星齒輪(4)、連體齒鏈輪(6)、變速套(7)構成。本發明的有益效果是可實現單級固定鏈輪變速驅動；使主、從鏈輪的傳動比增大，并使主、從鏈輪的驅動半徑分別減少和增大，以實現快速、輕便功能；各構件間的相對運動考慮采用滾動摩擦結構，可有效減小傳動中的功率損失；自行車中軸行星輪外嚙合驅動機構結構簡單，易于加工制造。
文檔編號B62M11/14GK101654140SQ200910144888
公開日2010年2月24日 申請日期2009年9月9日 優先權日2009年9月9日
發明者趙成會 申請人:趙成會