专利名称：多速轮毂传动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种多速轮毂传动装置，涉及(但不限于)自行车的轮毂传动装置。
在本技术领域中还已知，通过利用与共用齿轮环啮合的复合行星齿轮来提供五速和七速周转齿轮链轮毂，每个行星齿轮以驱动传动模式有选择地啮合相应恒星齿轮而与其合作。
上述设置中的行星架(planet cage)可与轮毂壳套连接，以便借助安装在行星架内并与轮毂端盖内设置的棘轮齿合作的沿径向或轴向移动爪并根据轮毂状态提供由行星架至轮毂壳套的驱动传动。齿轮环可通过径向爪与轮毂壳套连接。
以同一申请人名义申请的EP0686113和EP0762968还公开了，恒星齿轮相对于轴作轴向固定并提供可沿轴向移动的档位选择器键，以便有选择的与恒星齿轮之一啮合，从而将恒星齿轮固定在轴上使其不旋轉。
以该申请人名义申请的EP0926057A2还公开了，通过使用设置在轮毂轴相应孔中的三个球和相对于轴作轴向移动并在一个位置工作以从解除锁定位置向锁定位置移动球的卷筒将恒星齿轮固定在轮毂轴上使其不旋轉，在锁定位置中恒星齿轮相对于轴呈非旋转锁定。
由于采用了这些恒星齿轮锁定部件，因此将恒星齿轮常锁定在轴上是很重要的，否则驱动传动会失灵。而且任何一次仅有一个恒星齿轮锁定在轮毂轴上也是很重要的，否则会导致齿轮传动链损坏。为此，恒星齿轮选择部件并入了用于保证驱动传动在任何时间都不失灵或使一个以上的恒星小齿轮锁定在轴上的机构。
使用复合行星齿轮可以使五速和七速齿轮链轮毂得以大批量生产。可以扩大使用复合齿轮以制造具有七个以上齿轮的齿轮链轮毂，但是这些齿轮链轮毂可能会不实用，因为额外的齿轮速比不具有大批量生产的优势，而且很可能会降低齿轮传动链的机械强度。
根据本发明提供多速轮毂传动装置，包括轮毂轴、以操作方式按顺序排列连接在轮毂轴上的两组件或两组以上的组件，每个组件包括恒星齿轮、行星架轮、安装在行星架内并与恒星齿轮啮合的行星小齿轮以及与行星小齿轮和部件啮合的齿轮环，所述部件相对于轮毂轴有选择地以不旋轉锁定和解除锁定恒星齿轮以便根据组件数提供多个齿轮速比。
在本发明的优选实施例中，输入件带动第一组件，由第一组件的输出带动下一组件，等等。在操作中，通过有选择地锁定或解除锁定每个组件，相应的组件可以有选择地提供直接传动或齿轮速比。借助于安装在齿轮链组件上并可与设置在轮毂壳套组件内棘轮齿合作的沿径向或轴向移动爪，一串组件中最后组件的输出带动轮毂壳套。
设置每个周转齿轮链组件(epicyclic gear module)使得行星架成为传动或输入件并通过单向离合器连接齿轮环，使得当恒星小齿轮相对于轮毂轴解除不旋轉锁定时可以实现直接驱动传动。当周转齿轮链组件的恒星齿轮相对于轴解除锁定时，周转齿轮链组件会直接带动下一周转齿轮链组件而不提高或降低齿轮速比。
当周转齿轮链组件的恒星齿轮相对于轮毂轴锁定时，齿轮环会比行星架旋转得更快而超越在行星齿轮架和齿轮环之间工作的单向离合器，使得齿轮链组件的输出会相对于传动齿轮链组件输入速度以更快的转速带动下一齿轮链组件。
如上所述，能够选择上述每个齿轮链组件以提供直接传动或齿轮速比。由于设置了一串连接在一起的齿轮链组件，因此可以通过每个齿轮链组件中轮毂轴解除锁定恒星齿轮而获得直接传动的齿轮链轮毂组件。这保证了在任何齿轮状态下不会使驱动传动失灵。
当锁定了齿轮链组件中的恒星齿轮时，该组件的输出会以不同于输入件的速度进行旋转，其改变了整个轮毂的最终齿轮速比。如果每个齿轮链组件的齿轮速比是不同的，则可以获得具有大量不同齿轮速比的齿轮链轮毂。
齿轮链组件中恒星齿轮的解除锁定和锁定动作有效地将齿轮链组件由直接传动模式切换到齿轮速比模式。当设置成直接传动的齿轮链组件不改变按顺序排列的下一齿轮链组件的旋转速度时，可以认为断开了该齿轮链组件。当齿轮链组件设置成齿轮速比模式时，不影响按顺序排列的下一齿轮链组件的旋转速度，可以认为连接上了该齿轮链组件。
这种模拟使齿轮选择顺序得以以表格显示。
例如，如果齿轮链轮毂装置包括两个齿轮链组件，这两个齿轮链组件具有不同齿轮速比(A和B)，则可以将该装置制成具有直接传动加上三个其他速比而获得如下的四速轮毂传动装置
将齿轮链组件数增大到3个而可以构成如下的8速轮毂
由于采用更多个齿轮链组件，因此可以看到能够获得更多齿轮速比。但是，齿轮链组件组合在一起时，可以关注也可以不关注所获得的齿轮速比，因为在该范围内该齿轮速比类似于其它齿轮速比。
通过在该范围上仔细选择每个单独齿轮链组件的齿轮速比，可以生产具有预期排挡数的以及其排挡之间的预期级差增大的轮毂传动装置。
如果要求八挡的中间档范围具有大致均匀的级差(step)，在两端档处具有较大的级差，则以下述方式构成档位。
因此采用本发明可以构成适于在自行车中使用的轮毂传动装置，该轮毂传动装置由一排按顺序排列连接在一起的齿轮链组件构成，其中通过解除锁定或锁定单个齿轮链组件的恒星齿轮实现齿轮选择。
具有下述优点在轴组件中实现所有齿轮选择。
不需要具有在上述本技术领域公知的三速、五速和七速轮毂中使用的离合器。
轮毂传动装置将总是形成联动(positive drive)即没有空档(neutral)位置。
由于这是轮毂传动装置的正常状态，因此可以在任何一次选择一个以上的恒星小齿轮而不会发生损坏。
组件结构容易制造并可使用可以用于不同齿轮链轮毂的更多个共用部件。例如可以使用上述八速实施例的轮毂组件构成”A”和“C”四速轮毂。
可以选择上述周转齿轮链组件的布置以便具有直接驱动传动或高速齿轮链。采用这种布置也许不能获得一定的预期齿轮速比，因此必须使用可以进行选择以便提供直接驱动传动或低速齿轮链的周转齿轮链组件。在这种情况下，齿轮环变成了输入件，而行星架变成了输出件。在该设置中，采用单向离合器使恒星齿轮与轮毂轴连接。为了选择直接驱动传动，必须将齿轮环和行星架或齿轮环和恒星齿轮或恒星齿轮和行星架连接在一起。当选择了直接传动时，恒星小齿轮会相对于超越恒星齿轮和轮毂轴之间单向离合器的轴旋转。但是，需要合并在齿轮链组件中的机构以脱离一个或另一个锁定部件，从而防止自行车轮毂传动装置在自行车向后转动时锁住。这是比上述布置更复杂的布置，因此没有引起人们商业上的关注，而仅可能在必须获得预期齿轮速比时使用。
上文已经说明了为构成多速自行车轮毂而按顺序排列连接在一起的齿轮链组件布置，但是没有详细说明如何实现齿轮链改变。
在本发明的一个实施例中，采用棘轮爪将周转齿轮链组件的恒星齿轮相对于轮毂轴以不旋轉锁定和解除锁定，从而沿与轮毂传动装置组件向前旋转相同的方向将恒星齿轮以不旋轉锁定固定在轮毂轴上。如果恒星齿轮沿反方向旋转，棘轮爪会被超越而使该类型的轮毂传动装置得以以与向后旋转自行车相同的方式向后旋转。
可以通过棘轮爪档位选择器独立选择每个周转齿轮链组件。选择器一端工作以便以所述方式将恒星齿轮不旋转锁定在轮毂轴上或由轮毂轴上解除锁定该恒星齿轮。选择器另一端位于凸轮盘内部，该凸轮盘呈围绕轮毂轴圆周放置的环结构，其凸轮结构在内部而轴结构在外部，以便凸轮盘能相对于轮毂轴旋转。棘轮爪档位选择器位于轮毂轴中合适的凹槽内，并受到弹力作用而与恒星齿轮和凸轮盘保持接触。
每个周转组件具有其自身的棘轮爪档位选择器(gear selector)和凸轮盘。棘轮爪档位选择器具有不同长度以适于按顺序排列齿轮链组件的并排设置。
参照
图1、2和3，所示多速轮毂传动装置能提供种不同齿轮速比并与公知的钢丝绳操作鼓式制动器组件42组合。轮毂传动装置包括轮毂轴1，轮毂轴1的至少一个轴端具有平面以便采用合适的垫圈和螺母将轴以非旋转方式固定在自行车车架上，并且具有三个周转齿轮链组件A、B和C，下面将对其进行更详细的说明。按照增大齿轮速比的顺序对其进行标记。
三个组件A、C和B分别包括能相对于轮毂轴1以不旋轉锁定和解除锁定的三个恒星齿轮5、16、19。图3还示出了组件A的棘轮爪档位选择器28，它是实现对组件A恒星齿轮5进行不旋转锁定的一种方式。棘轮爪档位选择器28具有提供恒星齿轮锁定爪29和凸轮盘爪30的两工作端并设置在轮毂轴凹槽33内。恒星齿轮锁定爪29工作以便以图6所示的方式相对于轮毂轴1不旋转锁定和解除锁定组件A的恒星齿轮5，恒星齿轮锁定爪29受设置在孔31a中的棘轮爪档位选择器弹簧31弹力作用而与恒星齿轮5的内棘轮结构进行接触。凸轮盘爪30与凸轮盘41上的内凸轮结构一起工作以便将恒星齿轮锁定爪29移动到合适位置，从而获得要求的齿轮选择。图5示出了凸轮盘41，凸轮盘41处于在选择器弹簧31作用下使凸轮盘爪30沿瞬时针方向旋转的位置。
在所示的实施例中，有三个固定在轮毂轴1上的棘轮爪档位选择器28、47和48。图3中仅示出了一个棘轮爪档位选择器28。该棘轮爪档位选择器工作以便在凸轮盘41的作用下将组件A中的恒星齿轮5非旋转锁定在轮毂轴1上。图3中未示出另外两个棘轮爪档位选择器，但是如图5所示，其长度不同，并且围绕轮毂轴的圆周设置。棘轮爪档位选择器47工作以便在凸轮盘39的作用下将组件B的恒星齿轮19非旋转锁定在轮毂轴1上。棘轮爪档位选择器48工作以便在凸轮盘40的作用下将恒星齿轮16非旋转锁定在轮毂轴1上。
恒星齿轮锁定爪29和凸轮盘爪30之间的距离和角度相互固定而作为组件A的棘轮爪档位选择器28组成部分。这表示凸轮盘爪30的移动会直接带动恒星齿轮爪29。尽管该实施例示出了对恒星齿轮锁定爪29和凸轮盘爪30进行弹性加载的两个棘轮爪档位选择器弹簧31，但是当这些爪是选择器28的主要部分时可以只对恒星齿轮锁定爪或凸轮盘爪弹性加载。这些爪可以分离但是是连接的并分别受弹性载荷作用。
在所示的实施例中，在装配齿轮传动链部件之前，将三个棘轮爪档位选择器和弹性件装配在轮毂轴1上。
再参照图3，轮毂传动装置还包括四个行星架盘和三个齿轮环行星架盘输入件4
组件A的行星架盘9组件B的行星架盘20组件C的行星架盘17组件A的齿轮环8组件B的齿轮环21组件C的齿轮环18在所示的实施例中，用铆钉14将行星架盘输入件4和行星架盘9固定在一起而相距设定距离，该设定距离由行星小齿轮销7控制。
在将行星架盘固定在一起的同时，如图3所示设置恒星齿轮5、行星小齿轮6、行星架爪12和行星架爪弹簧11，以便形成周转齿轮链组件‘A’。为了在齿轮链组件装配中节省空间，行星小齿轮销7起两种作用，即作为行星小齿轮6的轴和使行星架盘保持分离的隔离件。
为了完全实现组件A的周转齿轮传动链，需要齿轮环8。在所述的实施例中，它还构成下一齿轮链组件C的组成部分。
齿轮环8具有与行星小齿轮6啮合的内齿轮齿，并且在该实施例中它具有包括单向齿轮环槽13的轴向棘轮爪面，单向齿轮环槽13与行星架爪12一起起作用而进行向前的传动或能根据齿轮选择而被超越。
其中周转齿轮链组件形成按顺序排列的顺序不影响最终的齿轮速比。周转齿轮链组件‘C’靠近周转齿轮链组件‘A’，因为该设置使具有较小外壳的轮毂壳套得以使用。根据实际尺寸，组件A是最大的组件，组件C是第二大的组件，而组件B是最小的组件。
再参照图3，以与周转齿轮链组件”A”相同的方式构成周转齿轮链组件”C”。
以与上述相同的方式采用(均未示出的)铆钉和行星小齿轮销将齿轮环8和行星架盘17以设定距离固定在一起。
在将齿轮环8和行星架盘17固定在一起的同时，如图3所示设置恒星齿轮16、行星小齿轮15、行星架爪12c和行星架爪弹簧11c以形成周转齿轮链组件”C”。
如上所述，为完全实现组件C的周转齿轮传动链，需要齿轮环。在所述的实施例中，它构成了下一周转齿轮链组件B的组成部分。在周转齿轮链组件‘C’的结构中，行星小齿轮隔离件保持行星架盘分离，但是不构成行星小齿轮15轴的组成部分。在所示的实施例中，行星小齿轮销是行星小齿轮15的主要部分。
齿轮环18具有与行星小齿轮15啮合的内齿轮齿，在该实施例中具有包括齿轮环槽13c的轴向棘轮面，齿轮环槽13c与行星架爪12c一起起作用而进行向前的传动或能根据齿轮选择而被超越。
再参照图3，以与周转齿轮链组件‘A’和‘C’相同的方式构成周转齿轮链组件‘B’。
以上述方式采用铆钉14和行星小齿轮销7b将齿轮环18和行星齿轮板20以设定距离固定在一起。
如上所述，在将齿轮环18和行星齿轮板20固定在一起的同时，如图3所示设置恒星齿轮19、行星小齿轮22、行星架爪12b和行星架爪弹簧11b以形成周转齿轮链组件‘B’。
如前所述，为完全实现周转齿轮传动链，需要齿轮环。在所述的实施例中，它构成了齿轮传动链的输出部分。齿轮环21刚性附着在齿轮环爪托架25上。采用单向离合器将齿轮环爪托架连接在轮毂壳套组件上。在所示的实施例中包括至少一个齿轮环爪23和齿轮环爪弹簧24。
齿轮环8具有与行星小齿轮6啮合的内齿轮齿，并且在该实施例中具有包括单向齿轮环槽13b的轴向棘轮面，单向齿轮环槽13b与行星架爪12b一起起作用而实现向前的传动或者可以根据齿轮选择而被超越。
再参照图3，所有上述周转齿轮链组件A、C和B靠着固定轮毂轴凸缘32并排装配在轮毂轴1上。在该实施例中，接着用两个锁定螺母27将周转齿轮链组件固定住以形成小的轴向间隙，从而使周转齿轮链组件在轮毂轴1上自由旋转。由于装配了锁定螺母27，因此完成了轮毂组件传动链部分的装配。
下面参照图3和4说明经过多速轮毂传动装置的传动路径。图4示出了获得最高齿轮链状态和直接传动的穿过轮毂的传动路线。这些传动路线分别由标记HG和DD指示。为了获得最高齿轮链，所有周转齿轮链组件是“连接的”，为了获得直接传动则是“断开的”。在上文中已经说明了穿过该齿轮链组件串至轮轴壳组件26的传动路线。可以参照图3说明由自行车链条至第一周转齿轮链组件“A”的传动路线。来自自行车链条的传动通过链轮2传递到多速齿轮链轮毂内，链轮2牢固地固定在主动轮3上。采用主动轮/行星架联结器10将主动轮3连接在周转齿轮链组件”A”行星架盘输入件4上。主动轮/行星架联结器10可以呈“犬牙式离合器“的结构并进行工作以由主动轮3向行星架盘输入件4传递传动力。
下面参照图3说明选择每个齿轮链组件传动状态的方法。通过旋转钢丝绳卷筒45而改变轮毂上的齿轮。以与目前使用自行车上其他类型齿轮链轮毂相同的方式，通过操纵装置和钢丝绳组合以一系列步骤旋转钢丝绳卷筒。钢丝绳卷筒45牢固地固定在齿轮变化锥36上。以本领域构成自行车齿轮链轮毂的公知方式、借助有角度的接触滚珠轴承将齿轮变化锥36支承在支承锥46上并使其能在支承锥46上自由转动。再按照本领域公知的构成自行车齿轮链轮毂的方式，齿轮变化锥36还以相同方式在有角度接触的滚珠轴承上支承主动轮3。通过轴承的这种设置，齿轮变化锥36能在行支承锥46和主动轮3之间自由转动。齿轮变化锥36具有在孔中形成的齿轮变化锥/凸轮外壳联结器37，它与凸轮盘外壳38连接，使得齿轮变化锥36的旋转能直接传递给凸轮盘外壳38。凸轮盘外壳38的孔内还具有花键结构，使凸轮盘39、40和41得以以要求的顺序装配在凸轮盘外壳38内部，以便匹配配合的棘轮爪档位选择器28、47和48。花键结构将凸轮盘外壳的转动传递给凸轮盘39、40和41。凸轮盘外壳38和凸轮盘39、40和41在轮毂轴上自由旋转。这些部件的轴向位置由轮毂轴凸缘32控制。因此以所述方式将钢丝绳卷筒45的旋转传递到凸轮盘39、40和41。
图5示出了凸轮盘39、40和41在一个特定齿轮中操作的横截面图。凸轮盘39和40的内凸轮结构处于这样的位置以便将相应棘轮爪档位选择器47和48保持在轮毂轴1圆周内下面的位置。这导致棘轮爪档位选择器47和48不起作用而使相应恒星齿轮19和16在轮毂轴1上自由旋转。凸轮盘41的内凸轮结构已经在棘轮爪档位选择器弹簧31的作用下使棘轮爪档位选择器28沿瞬时针方向旋转，使得凸轮盘爪由轮毂轴1的中心向外延伸。这使恒星小齿轮锁定爪29以图6所示方式将恒星小齿轮5锁定在轮毂轴1上。
凸轮盘外壳38(见图3)的旋转会使三个凸轮盘一起旋转，它会改变内凸轮结构与改变其工作状态的棘轮爪档位选择器的关系。这说明了钢丝绳卷筒45如何在控制装置和钢丝绳组合以一系列步骤移动的作用下来改变周转齿轮链组件传动状态。
控制装置和钢丝绳组合能仅在一个方向旋转钢丝绳卷筒45。为了保证钢丝绳卷筒45返回，提供了扭力弹簧34，采用扭力弹簧座35将扭力弹簧34固定在轮毂轴1上，扭力弹簧34作用在齿轮变化锥36上，使得当钢丝绳移动钢丝绳滚筒45时张紧扭力弹簧34，从而在释放钢丝绳中的张力时扭力弹簧中储存的张力起作用而返回钢丝绳滚筒。因此实现齿轮改变机构的双向操作。提供了一种调节盖44，采用锁定螺母43将该调节盖44固定在轮毂轴1上，这使控制装置和钢丝绳组合的起动位置得以调整，以便匹配钢丝绳滚筒的起动位置。
上述三组件布置能够提供所述的8种速度。
要明白仅以示例方式说明了上述实施例，可以有多种改变而不背离本发明的范围。
权利要求
1.一种多速轮毂传动装置，包括轮毂轴、以操作方式按顺序排列连接在轮毂轴上的两组件或两组以上组件，每个组件包括恒星齿轮、行星架、安装在行星架内并与所述恒星齿轮啮合的行星小齿轮以及与行星小齿轮和部件啮合的齿轮环，所述部件相对于所述轮毂轴有选择地以不旋轉锁定和解除锁定所述恒星齿轮，以便根据组件数提供多个齿轮速比。
2.如权利要求1所述的多速轮毂传动装置，其中轮毂传动装置的输入带动第一组件，由第一组件的输出带动下一组件。
3.如权利要求1或2所述的多速轮毂传动装置，其中有选择地锁定和解除锁定所述恒星齿轮的所述部件进行直接传动或提供相应组件中的齿轮速比。
4.如权利要求1、2或3所述的多速轮毂传动装置，其中一串组件中的最后组件带动轮毂壳套。
5.如权利要求4所述的多速轮毂传动装置，其中借助可沿径向或轴向移动的爪来带动轮毂壳套，所述爪安装在所述齿轮链组件上并可与设置在所述轮毂壳套组件内的棘轮齿合作。
6.如前述任一权利要求所述的多速轮毂传动装置，其中设置每个周转齿轮链组件，使得所述行星架成为传动或输入件，并且通过单向离合器连接齿轮环，以便当所述恒星齿轮相对于所述轮毂轴在旋转方向解除锁定时实现直接传动。
7.如权利要求6所述的多速轮毂传动装置，其中当所述恒星齿轮相对于所述轴解除锁定而没有提高或降低齿轮速比时，所述周转齿轮链组件带动下一周转齿轮链组件。
8.如前述任一权利要求所述的多速轮毂传动装置，其中每个齿轮链组件的齿轮速比是相同或不同的，以便提供多个不同的齿轮速比。
9.如前述任一权利要求所述的多速轮毂传动装置，其中相对于所述轮毂轴非旋转锁定和解除锁定所述恒星齿轮的所述部件包括棘轮爪，所述棘轮爪可操作以便沿与轮毂传动装置组件向前旋转相同的方向进行锁定，并使所述轮毂传动装置得以向后旋转。
10.如前述任一权利要求所述的多速轮毂传动装置，其中可以通过棘轮爪档位选择器独立选择每个齿轮组。
11.如权利要求10所述的多速轮毂传动装置，其中所述选择器一端工作而将恒星齿轮非旋转锁定在轮毂轴上或与其脱开。
12.如权利要求11所述的多速轮毂传动装置，其中所述选择器另一端设置在凸轮盘内，所述凸轮盘呈围绕所述轮毂轴圆周设置的环结构，其内部形成凸轮结构而外部形成花键结构，使得所述凸轮盘能相对于所述轮毂轴旋转。
13.如权利要求12所述的多速轮毂传动装置，其中所述棘轮爪档位选择器位于所述轮毂轴内并受弹力作用而与所述恒星齿轮和所述凸轮盘形成接触。
14.如权利要求1至5任一所述的多速轮毂传动装置，其中设置至少一个周转齿轮链组件，使得所述齿轮环成为传动或输入件，所述行星架成为输出件。
15.参照附图1和2或图3至6所述的多速轮毂传动装置。
全文摘要
一种多速轮毂传动装置，包括两组或两组以上组件，每个组件包括包括恒星齿轮、行星架、安装在行星架内并与恒星齿轮啮合的行星小齿轮以及与行星小齿轮啮合的齿轮环。设置棘轮爪以便沿与轮毂传动装置组件向前旋转相同的方向将恒星齿轮以非旋转方式锁定在轮毂轴上。设置棘轮爪选择器以独立选择齿轮链组件。通过解除锁定或锁定每个组件的恒星齿轮以便提供直接传动或齿轮速比，可以根据组件数提供多个不同的齿轮速比。
文档编号B62M11/16GK1431962SQ0181023
公开日2003年7月23日 申请日期2001年5月25日 优先权日2000年5月27日
发明者斯蒂芬·特伦斯·尼科尔斯 申请人:日驰企业股份有限公司