一種齒圈雙中心輪固定單輪直驅多檔全自動變速器的制作方法

本發明涉及自行車技術領域，具體涉及一種齒圈雙中心輪固定單輪直驅多檔全自動變速器。

背景技術：

自行車變速器分為內變速器和外變速器兩種，外變速器是采用開放式鏈條機構為傳動系統，通過撥動安裝于自行車前方的換檔器使鏈條變換到不同的飛輪上實現不同的鏈條傳動比，由于外變速器裸露在外，因此比較容易生銹，而且容易受到外力的干擾，所以經常需要定期維護保養，內變速器主要是以行星齒輪機構作為傳動主體，被密封在花鼓內部，經過多層特殊密封材料保護，所以雨水、灰塵、油垢等無法進入，故無需定期保養，實現了免保養的優點。現在技術中的內變速器普遍存在以下缺陷：1、需要手動換檔，無法實現自動換檔；2、當內變速器換檔到高速檔時，踏頻如果在降低，那么變速器很難保持在高速檔。

技術實現要素：

為解決上述問題，本發明的目的在于提供一種可降低對踏頻要求的齒圈雙中心輪固定單輪直驅多檔全自動變速器。

為實現上述目的，本發明采取的技術方案為：一種齒圈雙中心輪固定單輪直驅多檔全自動變速器，包括：中心軸、輪轂及設置于中心軸與輪轂之間的變速機構，所述中心軸為動力輸入件，所述輪轂為動力輸出件，所述變速機構包括三套并排設置的行星變速器、一套超越離合器及至少兩套自動離心換檔機構，所述行星變速器包括第一行星變速器、第三行星變速器及位于第一行星變速器及第三行星變速器之間的第二行星變速器，每套行星變速器包括行星架、齒圈、行星輪及中心輪，所述第一行星變速器的齒圈與車架相固定，所述第一行星變速器的行星架與中心軸一體成型或固定連接，所述第二行星變速器的行星架與中心軸一體成型或固定連接，所述第一行星變速器、第二行星變速器及第三行星變速器的的中心輪均套設于中心軸上，所述第二行星變速器的中心輪與第三行星變速器的中心輪形成一中心輪組合件，該中心輪組合件與車架相固定，所述第二行星變速器的齒圈與第三行星變速器的行星架形成一組合件，所述超越離合器設置于第一行星變速器的行星架與輪轂之間或設置于第二行星變速器的行星架與輪轂之間或設置于第二行星變速器的齒圈與輪轂之間，每套自動離心換檔機構包括：棘爪件架、棘輪及至少一個棘爪件，所述棘爪件安裝于棘爪件架上，所述棘爪件架設置于輪轂內，數套自動離心換擋機構的棘輪分別設置于第一行星變速器中心輪上、第二行星變速器齒圈上及第三行星變速器齒圈上或分別設置于第一行星變速器中心輪上及第三行星變速器齒圈上。

優選地，本發明中的一種齒圈雙中心輪固定單輪直驅多檔全自動變速器進一步設置為：所述自動離心換擋機構還包括至少一個聯動件，所述棘爪件通過第一連接件安裝于棘爪固定架上，所述聯動件通過第二連接件安裝于棘爪固定架上，所述棘爪件及聯動件在圓周方向上呈間隔設置，所述棘爪件包括：第一端部、第二端部及設置于第一端部與第二端部之間的第一安裝部，至少一個棘爪件的第二端部的內壁處設有與棘輪相配合的棘爪部，所述棘爪件的第一安裝部設有用于安裝第一連接件的第一安裝孔，所述聯動件包括第三端部、第四端部及設置于第三端部與第四端部之間的第二安裝部，所述聯動件的第二安裝部設有用于安裝第二連接件的第二安裝孔，所述棘爪件的第一端部和/或聯動件的第四端部設有配重塊，沿半徑方向所述棘爪件的第一端部限位于聯動件的第四端部的內側、所述棘爪件的第二端部限位于聯動件第三端部的內側或沿半徑方向所述聯動件的第四端部限位于棘爪件第一端部的內側、所述聯動件的第三端部限位于棘爪件的第二端部的內側，所述棘爪固定架上或聯動件上或棘爪件上安裝有用于控制棘爪件初始位置的彈性件。

優選地，本發明中的一種齒圈雙中心輪固定單輪直驅多檔全自動變速器進一步設置為：所述自動離心換擋機構還包括至少一個聯動件，所述棘爪件通過第一連接件安裝于棘爪固定架上，所述聯動件的一端與相鄰的其中一個棘爪件活動連接，所述聯動件的另一端與相鄰的另外一個棘爪件活動連接，所述棘爪件及聯動件在圓周方向上呈間隔設置，所述棘爪件包括第一端部、第二端部及設置于第一端部與第二端部之間的第一安裝部，所述棘爪件的第一端部設有配重塊，至少一個棘爪件的第二端部的內壁處設有與棘輪相配合的棘爪部，所述棘爪件的第一安裝部設有用于安裝第一連接件的第一安裝孔，所述棘爪件架上安裝有用于控制棘爪件初始位置的彈性件。

優選地，本發明中的一種齒圈雙中心輪固定單輪直驅多檔全自動變速器進一步設置為：所述彈性件為扭簧、彈簧或彈簧片。

優選地，本發明中的一種齒圈雙中心輪固定單輪直驅多檔全自動變速器進一步設置為：所述棘爪固定架包括：圓環狀基部及自圓環狀基部的內壁向內延伸的數個安裝座，所述棘爪件安裝于安裝座上。

優選地，本發明中的一種齒圈雙中心輪固定單輪直驅多檔全自動變速器進一步設置為：所述的第一連接件、第二連接件均為銷。

優選地，本發明中的一種齒圈雙中心輪固定單輪直驅多檔全自動變速器進一步設置為：所述棘爪件與聯動件的配合面呈漸開線狀或弧線狀設置。

優選地，本發明中的一種齒圈雙中心輪固定單輪直驅多檔全自動變速器進一步設置為：所述第一行星變速器的行星架與中心軸之間通過花鍵連接，所述第二行星變速器的行星架與中心軸之間通過花鍵連接。

優選地，本發明中的一種齒圈雙中心輪固定單輪直驅多檔全自動變速器進一步設置為：所述中心軸的一端設有凸臺，所述凸臺與第一行星變速器的齒圈之間設有軸承或滾珠，所述第一行星變速器的齒圈與輪轂之間設有軸承或滾珠，所述中心輪組合件的一端安裝有并緊件，所述中心輪組合件與并緊件之間設有軸承或滾珠，所述中心輪組合件與輪轂之間設有軸承或滾珠

與現有技術相比，本發明具有如下有益效果：本發明中的齒圈雙中心輪固定單輪直驅多檔全自動變速器結構緊湊、安裝方便、傳動效率高、換檔牢靠、變速穩定，另外本發明中的變速器在中高檔時可降低對踏頻的要求，從而使得騎行更加輕松。

【附圖說明】

圖1是本發明實施例1中齒圈雙中心輪固定單輪直驅全自動變速器的主視結構示意圖。

圖2是本發明實施例1中齒圈雙中心輪固定單輪直驅全自動變速器的分解結構示意圖。

圖3是沿圖1所示A-A線的剖視結構示意圖。

圖4是本發明實施例1中第一自動離心換檔機構的結構示意圖。

圖5是本發明實施例2中齒圈雙中心輪固定單輪直驅多檔全自動變速器的剖視結構示意圖。

圖中：1、中心軸，10、凸臺，2、輪轂，3、行星變速器，30、第一行星變速器，300、第一行星架，301、第一齒圈，302、第一行星輪，303、第一中心輪，31、第二行星變速器，310、第二行星架，311、第二齒圈，312、第二行星輪，313、第二中心輪，32、第三行星變速器，320、第三行星架，321、第三齒圈，322、第三行星輪，323、第三中心輪，4、自動離心換檔機構，40、第一自動離心換檔機構，400、第一棘爪件架，4000、彈性件，401、第一棘爪件，4010、第一端部，4011、第二端部，4012、第一安裝部，4013、棘爪部，4014、第一安裝孔，4015、配重塊，402、第一聯動件，4020、第三端部，4021、第四端部，4022、第二安裝部，4023、第二安裝孔，403、第一棘輪，41、第二自動離心換檔機構，410、第二棘爪件架，411、第二棘爪件，4110、配重塊，4111、棘爪部，412、第二聯動件，413、第二棘輪，42、第三自動離心換檔機構，420、第三棘爪件架，421、第三棘爪件，4210、配重塊，4211、棘爪部，422、第三聯動件，423、第三棘輪，5、超越離合器，50、棘爪，51、棘輪，6、并緊件。

【具體實施方式】

下面通過具體實施例對本發明所述的一種齒圈雙中心輪固定單輪直驅多檔全自動變速器作進一步的詳細描述。

實施例1

參圖1至圖4所示，一種齒圈雙中心輪固定單輪直驅多檔全自動變速器，包括：中心軸1、輪轂2及設置于中心軸1與輪轂2之間的變速機構，所述中心軸1為動力輸入件，所述輪轂2為動力輸出件，所述變速機構包括三套行星變速器3及三套自動離心換檔機構4。

所述行星變速器3包括第一行星變速器30、第二行星變速器31及第三行星變速器32，所述第一行星變速器30包括第一行星架300、第一齒圈301、第一行星輪302及第一中心輪303，所述第二行星變速器31包括第二行星架310、第二齒圈311、第二行星輪312及第二中心輪313，所述第三行星變速器32包括第三行星架320、第三齒圈321、第三行星輪322及第三中心輪323，所述第一齒圈301與車架相固定，所述第一行星架300與中心軸1之間通過花鍵連接，所述第二行星架310與中心軸1之間通過花鍵連接，所述第一中心輪303、第二中心輪313及第三中心輪323均套設于中心軸1上，所述第二中心輪313與第三中心輪323一體成型形成一中心輪組合件，該中心輪組合件與車架相固定，所述第二齒圈311與第三行星架320一體成型，所述第二行星架310與輪轂2之間設有超越離合器5，所述超越離合器5包括棘爪50及棘輪51，在本實施方式中，所述棘爪50設置于第二行星架310上，所述棘輪51設置于輪轂2內，當然在其他的實施方式中，所述棘爪50也可設置于輪轂2內，所述棘輪51也可設置于第二行星架310上，亦可實現本發明。

所述自動離心換檔機構4包括：第一自動離心換檔機構40、第二自動離心換檔機構41及第三自動離心換檔機構42，所述第一自動離心換檔機構40包括第一棘爪件架400、數個第一棘爪件401、數個第一聯動件402及第一棘輪403，當然在其他實施方式中，不設置聯動件402或只設置一個聯動件402或只設置一個棘爪件401，同樣可以實現本發明。所述第一棘爪件架400設置于輪轂2內，所述第一棘輪403設置于第一中心輪303的外側并與第一中心輪303一體成型，所述第一棘爪件架400上安裝有用于控制第一棘爪件401初始位置的彈性件4000，所述彈性件4000可以為扭簧、彈簧或彈簧片，當然在其他的實施方式中，所述彈性件4000可以安裝在第一棘爪件401上或第一聯動件402上，同樣可以實現本發明。所述第一棘爪件401及第一聯動件402均通過銷安裝于第一棘爪件架400上，所述數個第一棘爪件401及數個第一聯動件402在圓周方向上呈間隔設置，所述第一棘爪件401包括：第一端部4010、第二端部4011及設置于第一端部4010與第二端部4011之間的第一安裝部4012，所述第一安裝部4012設有用于安裝銷的第一安裝孔4014，在本實施方式中每個棘爪件401的第二端部4011的內壁處均設有與第一棘輪403相配合的棘爪部4013，當然在其他實施方式中，也可以只有一個棘爪件401的第二端部4011的內壁處設有與第一棘輪403相配合的棘爪部4013，或者只有兩個棘爪件401的第二端部4011的內壁處設有與第一棘輪403相配合的棘爪部4013，同樣可以實現本發明。所述第一聯動件402包括第三端部4020、第四端部4021及設置于第三端部4020與第四端部4021之間的第二安裝部4022，所述第一聯動件402的第二安裝部4022設有用于安裝銷的第二安裝孔4023，所述第一棘爪件401的第一端部4010及第一聯動件402的第四端部4021均設有配重塊，沿半徑方向所述第一棘爪件401的第一端部4010限位于第一聯動件402第四端部4021的內側，沿半徑方向所述第一棘爪件401的第二端部4011限位于第一聯動件402第三端部4020的內側，這樣設置的好處在于不但棘爪件可產生離心力，聯動件也可產生離心力，從而大大提高了離心機構的離心力，使得整個離心機構可以設置的更加小型化，同時該種結構的離心機構可以設置較多的離心棘爪數量，從而使整個離心機構工作時穩定性更高。所述第一棘爪件401與第一聯動件402的配合面呈漸開線狀或弧線狀設置，從而可使第一棘爪件401的擺角與第一聯動件402的擺角保持一致。所述第二自動離心換檔機構41的結構與第一自動離心換檔機構40的結構相同，包括第二棘爪件架410、數個第二棘爪件411、數個第二聯動件412及第二棘輪413，所述第二棘爪件架410設置于輪轂2內，所述第二棘輪413設置于第二齒圈311的外側，所述第三自動離心換檔機構42的結構與第一自動離心換檔機構40的結構相同，包括第三棘爪件架420、數個第三棘爪件421、數個第三聯動件422及第三棘輪423，所述第三棘爪件架420設置于輪轂2內，所述第三棘輪423設置于第三齒圈321上，當然在其他的實施方式中，自動離心換擋機構也可以是這樣的結構，所述聯動件的一端與相鄰的其中一個棘爪件活動連接，所述聯動件的另一端與相鄰的另外一個棘爪件活動連接，即聯動件可通過兩端折彎的方式分別與兩個相鄰的棘爪件構成活動連接或者聯動件直接通過銷與兩個相鄰的棘爪件構成活動連接，此時聯動件相當于平衡拉桿起聯動作用，同樣可以實現本發明。

所述中心軸1的一端設有凸臺10，所述凸臺10與第一齒圈301之間設有軸承或滾珠，所述第一齒圈301與輪轂2之間設有軸承或滾珠，所述中心輪組合件的一端安裝有并緊件6，所述中心輪組合件與并緊件6之間設有軸承或滾珠，所述中心輪組合件與輪轂2之間設有軸承或滾珠。

本發明中齒圈雙中心輪固定單輪直驅全自動變速器的工作原理為：一檔低速時，超越離合器5中的棘爪50為常開棘爪，即所述第二行星架310與輪轂2始終保持嚙合狀態，動力由中心軸1輸入，由于第二行星架310與中心軸1相固定，第二行星架310又與輪轂2保持嚙合，因此動力最終傳輸給輪轂2并由輪轂2進行動力輸出，隨著中心軸1速度的提升，第二自動離心換檔機構41的第二棘爪件411的配重塊端在離心力的作用下沿遠離軸心的方向運動，由于第二棘爪件411的配重塊4110及棘爪部4111分別設置于第二棘爪件411的兩端，基于杠桿原理，第二棘爪件411的棘爪部4111端向軸心方向運動，從而與第二齒圈311上的第二棘輪413相嚙合，第二自動離心換檔機構41工作時，超越離合器5處于隨動狀態，動力由中心軸1輸入，由于第二行星架310與中心軸1固定連接，因此動力傳輸給第二行星架310，通過第二行星輪312的傳動，所述第二行星架310將動力傳輸給第二齒圈311，由于第二齒圈311上的第二棘輪413與輪轂2內的第二棘爪件411相嚙合，因此動力最終傳輸給輪轂2并由輪轂2進行動力輸出，實現二檔中速，當中心軸1的轉速進一步提升時，第三自動離心換檔機構42的第三棘爪件421的配重塊端在離心力的作用下沿遠離軸心的方向運動，由于第三棘爪件421的配重塊4210及棘爪部4211分別設置于第三棘爪件421的兩端，基于杠桿原理，第三棘爪件421的棘爪部4211端向軸心方向運動，從而與第三齒圈321上的第三棘輪423相嚙合，第三自動離心換檔機構42工作時，所述第二自動離心換檔機構41及超越離合器5處于隨動狀態，動力由中心軸1輸入，由于第二行星架310與中心軸1固定連接，因此動力傳輸給第二行星架310，通過第二行星輪312的傳動，所述第二行星架310將動力傳輸給第二齒圈311，由于第二齒圈311與第三行星架320一體成型，因此動力傳輸給第三行星架320，通過第三行星輪322的傳動，所述第三行星架320將動力傳輸給第三齒圈321，由于第三齒圈321上的第三棘輪423與輪轂2內的第三棘爪件421相嚙合，因此動力最終傳輸給輪轂2并由輪轂2進行動力輸出，實現三檔中速，當中心軸1的速度再次提升時，第一自動離心換檔機構40的第一棘爪件401的配重塊端在離心力的作用下沿遠離軸心的方向運動，由于第一棘爪件401的配重塊4015及棘爪部4013分別設置于第一棘爪件401的兩端，基于杠桿原理，第一棘爪件401的棘爪部4013端向軸心方向運動，從而與第一中心輪303上的第一棘輪403相嚙合，第一自動離心換檔機構40工作時，所述第二自動離心換檔機構41、第三自動離心換檔機構42及超越離合器5均處于隨動狀態，動力由中心軸輸入，由于第一行星架與中心軸相固定，因此動力傳遞給第一行星架300，通過第一行星輪302的傳動，第一行星架300將動力傳遞給第一中心輪303，由于第一中心輪303與輪轂2相嚙合，因此動力最終傳遞給輪轂2并由輪轂2進行動力輸出，從而實現四檔高速。本發明中的單輪直驅多檔全自動變速器可在中高檔時降低對踏頻的要求，例如：假設第一、第二、第三自動離心換檔機構棘爪打開的工作速度分別為180轉/分鐘、80轉/分鐘、120轉/分鐘，第一行星機構的速比為1:3，第二、第三行星機構的速比均為1:1.5，當中心軸輸入轉速70轉/分鐘時，此時輪轂的轉速與中心軸輸入轉速相同，即70轉/分鐘，由于第一、第二、第三自動離心換檔機構棘爪都是安裝在輪轂上，所以此時的第一、第二、第三自動離心換檔機構棘爪都無法打開，動力1:1由輪轂輸出，實現一檔低速，當中心軸輸入轉速達到80轉/分鐘時，此時輪轂的轉速也達到了80轉/分鐘，第二自動離心換檔機構棘爪打開并與第二齒圈的棘輪相嚙合，實現二檔中速檔.此時第二齒圈的轉速120轉/分鐘(80轉/分鐘*速比1.5)，遠大于第二自動離心機構的棘爪打開的工作轉速80轉/分鐘，所以可以降低中心軸的輸入轉速，也就是可以降低踩踏頻率。在第二自動離心機構的棘爪打開的工作狀態下，當中心軸輸入轉速再次提高到80轉/分鐘時，輪轂的轉速為120轉/分鐘(80轉/分鐘*速比1.5)，第三自動離心換檔機構棘爪打開并與第三齒圈的棘輪相嚙合，實現三檔中速檔，此時第三齒圈的轉速180轉/分鐘(120轉/分鐘*速比1.5)，遠大于第三自動離心機構的棘爪打開的工作轉速120轉/分鐘，所以可以降低中心軸的輸入轉速，也就是可以降低踩踏頻率。在第二、第三自動離心機構的棘爪打開的工作狀態下，當中心軸輸入轉速再次提高到80轉/分鐘時，輪轂的轉速為180轉/分鐘(120轉/分鐘*速比1.5)，第一自動離心換檔機構棘爪打開并與第一中心輪的棘輪相嚙合，此時第一中心輪的轉速240轉/分鐘(80轉/分鐘*速比3)，遠大于第一自動離心機構的棘爪打開的工作轉速180轉/分鐘，所以可以降低中心軸的輸入轉速，也就是可以降低踩踏頻率。通過一系列提高輸入轉速，實現自動離心換檔，降低踩踏頻率，再次提高輸入轉速，再次實現更高級自動離心換檔這一自動離心換檔循環。

實施例2

本實施例中的齒圈雙中心輪固定單輪直驅多檔全自動變速器其余結構均與實施例1相同，不同之處在于：在實施例1中，所述自動離心換檔機構的數量為三套，超越離合器設置于第二行星架與輪轂之間，實現四個檔位，而在本實施方式中，自動離心換檔機構的數量為兩套，超越離合器設置于第二齒圈與輪轂之間，即本實施例相對于實施例1而言，去掉了實施例1中的第二自動離心換檔機構，并將原先設置于第二行星架與輪轂之間的超越離合器設置于被去掉第二自動離心換檔機構的位置。

本實施例中齒圈雙中心輪固定單輪直驅多檔自動變速器的工作原理為：一檔低速時，超越離合器5中的棘爪50為常開棘爪，第二齒圈311與輪轂2是保持嚙合狀態，動力由中心軸1輸入，由于第二行星架310與中心軸1固定連接，因此動力傳輸給第二行星架310，通過第二行星輪312的傳動，第二行星架310將動力傳輸給第二齒圈311，由于第二齒圈311與輪轂2相嚙合，因此動力最終傳遞給輪轂2并由輪轂2進行動力輸出，實現一檔低速，隨著中心軸1速度的提升，第三自動離心換檔機構42的第三棘爪件421的配重塊端在離心力的作用下沿遠離軸心的方向運動，由于第三棘爪件421的配重塊及棘爪部分別設置于第三棘爪件421的兩端，基于杠桿原理，第三棘爪件421的棘爪部端向軸心方向運動，從而與第三齒圈321上的第三棘輪423相嚙合，第三自動離心換檔機構42工作時，超越離合器5處于隨動狀態，動力由中心軸1輸入，由于第二行星架310與中心軸1固定連接，因此動力傳輸給第二行星架310，通過第二行星輪312的傳動，第二行星架310將動力傳輸給第二齒圈311，由于第二齒圈311與第三行星架320一體成型，因此動力傳輸給第三行星架320，通過第三行星輪322的傳動，第三行星架320將動力傳輸給第三齒圈321，由于第三齒圈321與輪轂2相嚙合，因此動力最終傳遞給輪轂2并由輪轂2進行動力輸出，實現二檔中速，當中心軸1的速度再次提升，第一自動離心換檔機構40的第一棘爪件401的配重塊端在離心力的作用下沿遠離軸心的方向運動，由于第一棘爪件401的配重塊及棘爪部分別設置于第一棘爪件401的兩端，基于杠桿原理，第一棘爪件401的棘爪部端向軸心方向運動，從而與第一中心輪303上的第一棘輪403相嚙合，第一自動離心換檔機構40工作時，第三自動離心換檔機構42及超越離合器5均處于隨動狀態，動力由中心軸輸入，由于第一行星架與中心軸相固定，因此動力傳遞給第一行星架300，通過第一行星輪302的傳動，第一行星架300將動力傳遞給第一中心輪303，由于第一中心輪303與輪轂2相嚙合，因此動力最終傳遞給輪轂2并由輪轂2進行動力輸出，實現三檔高速。

綜上所述，本發明中的齒圈雙中心輪固定單輪直驅多檔全自動變速器結構緊湊、安裝方便、傳動效率高、換檔牢靠、變速穩定，另外本發明中的變速器在中高檔時可降低對踏頻的要求，從而使得騎行更加輕松。

上述的實施例僅例示性說明本發明創造的原理及其功效，以及部分運用的實施例，而非用于限制本發明；應當指出，對于本領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明創造構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬于本發明的保護范圍。