专利名称：内啮合行星齿轮链传动变速自行车驱动机构的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种自行车中轴驱动机构，尤其是一种内啮合行星齿轮链传动变
速自行车驱动机构。
背景技术：
目前，自行车仍为大多数中国人的交通代步工具，多年来市场生产销售的成人和 小轮自行车多见仍是单级链传动、或改变链条与链轮啮合位置实现的变速传动方式，中轴 直接与链轮连接形成驱动主动构件，由于其采用的是单级链传动，其速度的提高受到一定 的限制，改变链条与链轮啮合位置实现多级变速的结构略显复杂且适用性差。
实用新型内容本实用新型的目的就是为了克服现有自行车速度慢，变速机构复杂的缺陷，而提
供一种内啮合行星齿轮链传动变速自行车驱动机构，可实现上坡低速驱动力小，坦途常力
驱动较原结构单级链驱动的速度明显提高。 本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是 内啮合行星齿轮链传动变速自行车驱动机构，包括中轴以及与中轴连接的链轮， 轴上枢置行星轮架，行星轮架上设有行星齿轮，其特征在于 a、中轴上设有两个连接装置，中轴外面设有变速套间隙配合，变速套上设有与连 接装置相对应的连接孔，在变速套外侧的中轴上设有锁紧螺母； b、变速套外面设有行星轮架，行星轮架内孔圆周上设有一组连接孔与连接装置配
合，在行星轮架等径圆周上设有三个轴杆，每个轴杆分别与一个行星齿轮对应构成转动副，
三个行星齿轮共同与内齿轮盘啮合，内齿轮盘与中轴转动连接；三个行星齿轮还共同与连
体齿链轮啮合，连体齿链轮与变速套间隙配合，构成高速自行车驱动机构； c、连体齿链轮内孔圆周上设有一组连接孔与连接装置配合，构成低速自行车驱动机构。 内齿轮盘设有轴向套筒，套筒上设有与自行车五通连接的螺纹接口，内齿轮套通 过滚珠与中轴连接。 在上述的主要技术方案的基础上，可以增加以下进一步完善的技术方案 所述的连体齿链轮为链轮盘与中心轮形成的整体结构，三个行星齿轮与连体齿链
轮的中心轮啮合。 每个行星齿轮与行星轮架轴杆间设有滚针轴承滚动配合，通过轴端挡圈固定在行 星轮架上。 所述的两个连接装置，在中轴的轴向上两个连接装置间距5 25mm，径向上两个 连接装置的夹角为60 180° ，所述的连接装置由丝弹簧、棘爪构成，中轴上设有棘爪槽， 棘爪槽内设有沉槽，棘爪槽内设有棘爪与沉槽内的丝弹簧连接；所述的连接装置由弹簧、径 向滑键构成，中轴上设有径向键槽，径向键槽内设有弹簧与径向滑键连接。[0014] 变速套外侧设有转动盖板，转动盖板上设有导向销，内齿轮盘外圆周上设有滑槽， 导向销与滑槽滑动配合。 在链轮与轴行星齿轮、行星齿轮之间设有滚珠，在链轮与中心齿轮外啮合行星齿 轮、链传动自行车驱动机构的相关设计计算 1、常人的功率粗略测算 1)、以65kg质量的常人上楼测算一般楼梯一台阶高度为180mm，设1秒上一台 阶，则常人的功率为P = mgh/s = 65X9. 8X0. 18/1 = 114. 66W 2)、以常人双脚以固定驱动力驱动一周测算一般左右两脚的各半周驱动力为 250N——300N，设驱动力大小、方向均不变并取值250N，按输入驱动1转/1. 5秒，驱动力臂 随转动角度而变化，最大设为0. 2米，常人的功率应为
二，d 6 ) /s= (2 Ccos e d 6 ) /s = (2 J"么250X0. 2Xcos e d e) /1. 5=133. 33W ;由以上两种粗略测算可取常人的功率P = 120W。2、常人骑行自行车的平均驱动力矩M计算 M = p/w = p. s/小=120. 1. 5/2 Ji = 28. 66N. m。 不计功率损失，由本设计的总传动比i = 4. 4的速度计算(即主驱动转一转，自 行车后轮转4. 4转) V = 26X25. 4X3. 14X40X4. 4X60/1000 = 21. 90km/h(达到电动车的国家限制 速度标准)。 3、自行车后轮驱动力矩的三种计算理论验证 1)、后轮的转动角速度计算 " = 4. 4X6. 28/1. 5 = 18. 42rad/s ; 2)、后轮中心的速度计算V = 26X25. 4X3. 14X40X4. 4X60/1000/3600 = 6. 08m/s。 3)、自行车的平动驱动力计算 F = P/V = 120/6. 08 = 19. 72N。 4)、自行车后轮的驱动力偶矩计算M = FXR = 19. 72X (26X25. 4/2/1000) = 6. 5N. m。 5)、自行车后轮的驱动力偶矩另法计算 M = P/ w = 120/18. 42 = 6. 5N. m。 6)、自行车后轮的滚动阻力偶矩的计算 设骑行人质量80Kg则地面作用在两轮上的力应为80X9. 8N，查得轮胎与路面的 滚动摩擦系数S = 2-10，考虑路面和轮胎的不利因素(路面较软或轮胎充气不足)，取值 S = 8，则两轮的滚动阻力偶矩M = 80X9. 8X10/1000 = 6. 27N. m。 由4) 、5) 、6)三种计算方法结果完全一致，说明其驱动设计是完全可行的。 齿轮模数的设计由本设计的行星轮系的传动比为4，则该齿轮的传递转矩为平 均驱动力矩的1/4——即位28. 66/4 = 7. 165N. m。 由模数的机械设计公式
4<formula>formula see original document page 5</formula> 从加工工艺角度考虑取m = 1. 5mm。 本实用新型的有益效果是可实现单级固定链轮变速驱动；使主、从链轮的传动比 增大，并使主、从链轮的驱动半径分别减少和增大，以实现快速、轻便功能；各构件间的相对 运动考虑采用滚动摩擦结构，可有效减小传动中的功率损失；自行车中轴行星轮外啮合驱 动机构结构简单，易于加工制造。
以下结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。
图1为本实用新型的主视图； 图2为本实用新型的连接装置实施例一 ； 图3为本实用新型的连接装置实施例二。 图中1.中轴，2.内齿轮盘，3.行星轮架，4.行星齿轮，5.滚针轴承，6.连体齿链 轮，7.变速套，8.锁紧螺母，9.轴端挡圈，IO.转动盖板，ll.滚子，12.径向滑键，13.弹簧， 14.丝弹簧，15.棘爪。
具体实施方式实施例一 如图1所示，内啮合行星齿轮链传动变速自行车驱动机构，包括中轴1，中轴为台 阶轴，轴上设有螺纹和两个径向键槽，两个径向键槽在中轴轴向上有10mm左右的距离、在 径向上有180°的夹角，每个径向键槽内设有一个弹簧13以及与弹簧相连的径向滑键12， 中轴上枢置一个变速套7，变速套上设有两个与径向滑键相配合的连接孔，变速套上枢置一 个行星轮架3，如图2所示，行星轮架内孔圆周上均匀设有八个连接孔与径向滑键12相配 合，行星轮架上设有三个轴杆，每个轴杆通过滚珠与行星齿轮4构成转动副，通过轴端挡圈 9将行星齿轮轴向定位在行星轮架的轴杆上，三个行星齿轮共同与内齿轮盘2啮合，内齿轮 盘与中轴构成转动副，内齿轮盘上设有轴向套筒，套筒上设有与自行中轴套筒连接的螺纹 接口 ，三个行星齿轮还共同与连体齿链轮6上的齿轮啮合，连体齿链轮为链轮盘与中心齿 轮形成的整体结构，连体齿链轮枢置在减速套上，连体齿链轮6内孔圆周上均匀设有八个 连接孔与径向滑键12相配合，连体链齿轮6与变速套7外侧设有锁紧螺母，变速套外侧还 设有转动盖板。 内啮合行星齿轮链传动变速自行车驱动机构的变速过程为通过转动转动盖板可
使变速套处于不同位置，以使中轴通过其上不同位置的径向滑键与行星轮架、变速套或与
连体齿链轮、变速套实现互锁固定连接形成构件以达到变速目的，当用脚踏转转动盖板使
处于中轴与变速套间的径向滑键嵌入连体齿轮的连接孔中时为低速驱动，同时，另一径向
滑键被变速套压入中轴的径向键槽内；再当踏转转动盖板180°使处于中轴与变速套间的
径向滑键嵌入行星轮架的连接孔中时为高速驱动。 实施例二 如图1所示，内啮合行星齿轮链传动变速自行车驱动机构，包括中轴1，中轴为台阶轴，轴上设有螺纹和两处棘爪槽，每个棘爪槽内设有一个沉槽，两个棘爪槽在中轴的轴向 上有15mm左右的距离、在径向上有120°的夹角，每个沉槽内设有一个丝弹簧14与棘爪槽 内的棘爪15连接，中轴4上枢置一个变速套7，变速套上设有两个与棘爪15相配合的连接 孔，变速套上枢置一个行星轮架3，如图3所示，行星轮架内孔圆周上均匀设有四个连接孔 与棘爪相配合，行星轮架上设有三个轴杆，每个轴杆通过滚针轴承5与行星齿轮4构成转动 副，通过轴端挡圈9将行星齿轮轴向定位在行星轮架的轴杆上，三个行星齿轮共同与内齿 轮盘2啮合，内齿轮盘与中轴构成转动副，内齿轮盘上设有轴向套筒，套筒上设有与自行中 轴套筒连接的螺纹接口 ，三个行星齿轮还共同与连体齿链轮6上的齿轮啮合，连体齿链轮 为链轮与齿轮形成的整体结构，连体齿链轮枢置在减速套上，连体齿链轮内孔圆周上均匀 设有四个连接孔与棘爪15相配合，在变速套外侧的中轴上设有锁紧螺母8，变速套外侧还 设有转动盖板IO，转动盖板上设有导向销，内齿轮盘外圆周上设有滑槽，导向销与滑槽滑动 配合。 在行星轮架、减速套与连体齿链轮之间设有滚子11可有效减小传动中的功率损 失。 内啮合行星齿轮链传动变速自行车驱动机构的变速过程为通过转动转动盖板可 使变速套处于不同位置，以使中轴通过其上不同位置的径向滑键与行星轮架、变速套或与 连体齿链轮、变速套实现互锁固定连接形成构件以达到变速目的，当用脚踏转动转动盖板 使处于中轴与变速套间的棘爪嵌入连体齿轮的连接孔中时为低速驱动，同时，另一棘爪被 变速套压入中轴的棘爪槽内；再当踏转转动盖板120°使处于中轴与变速套间的径向滑键 嵌入行星轮架的连接孔中时为高速驱动。 内啮合行星齿轮链传动变速自行车驱动机构装配于自行车中轴套筒的端处，分别 通过驱动行星轮架带动其上的行星齿轮及与其啮合内齿轮和连体齿链轮并使其转动或直 接驱动连体齿链轮，通过链条从而带动自行车后轮上的链轮转动以实现自行车的不同速驱 动前行。
权利要求内啮合行星齿轮链传动变速自行车驱动机构，包括中轴(1)以及与中轴连接的链轮(6)，中轴上枢置行星轮架(3)，行星轮架上设有行星齿轮(4)，其特征在于a、中轴(1)上设有两个连接装置，中轴上枢置变速套(7)，变速套上设有与连接装置相对应的连接孔，在变速套外侧的中轴上设有锁紧螺母(8)；b、变速套(7)上枢置行星轮架(3)，行星轮架内孔圆周上设有一组连接孔与连接装置配合，在行星轮架等径圆周上设有三个轴杆，每个轴杆分别与一个行星齿轮(4)对应构成转动副，三个行星齿轮(4)共同与内齿轮盘(2)啮合，内齿轮盘与中轴转动连接；三个行星齿轮(4)还共同与连体齿链轮(6)啮合，连体齿链轮枢置在变速套上，构成高速自行车驱动机构；c、连体齿链轮内孔圆周上设有一组连接孔与连接装置配合，构成低速自行车驱动机构。
2. 根据权利要求1所述的内啮合行星齿轮链传动变速自行车驱动机构，其特征在于 所述的连体齿链轮(6)为链轮盘与中心轮形成的整体结构，三个行星齿轮(4)与连体齿链 轮的中心轮啮合。
3. 根据权利要求1所述的内啮合行星齿轮链传动变速自行车驱动机构，其特征在于 所述的两个连接装置，在中轴的轴向上两个连接装置间距5 25mm，在径向上两个连接装 置的夹角为60° 180° 。
4. 根据权利要求1或3所述的内啮合行星齿轮链传动变速自行车驱动机构，其特征在 于所述的连接装置由弹簧(13)、径向滑键(12)构成，中轴上设有径向键槽，径向键槽内设 有弹簧与径向滑键连接。
5. 根据权利要求1或3所述的内啮合行星齿轮链传动变速自行车驱动机构，其特征在 于所述的连接装置由丝弹簧(15)、棘爪(14)构成，中轴上设有棘爪槽，棘爪槽内设有沉 槽，棘爪槽内设有棘爪与沉槽内的丝弹簧连接。
6. 根据权利要求1所述的内啮合行星齿轮链传动变速自行车驱动机构，其特征在于 每个行星齿轮与行星轮架轴杆间设有滚针轴承(5)滚动配合。
7. 根据权利要求1所述的内啮合行星齿轮链传动变速自行车驱动机构，其特征在于变速套外侧设有转动盖板(IO)，转动盖板(10)上设有导向销，内齿轮盘外圆周上设有滑 槽，导向销与滑槽滑动配合。
专利摘要本实用新型涉及内啮合行星齿轮链传动变速自行车驱动机构，包括中轴(1)以及与中轴连接的链轮(6)，中轴上枢置行星轮架(3)，行星轮架上设有行星齿轮(4)，其特征在于中轴上设有变速机构，变速机构由连接装置、行星轮架(3)、行星齿轮(4)、连体齿链轮(6)、变速套(7)构成。本实用新型的有益效果是可实现单级固定链轮变速驱动；使主、从链轮的传动比增大，并使主、从链轮的驱动半径分别减少和增大，以实现快速、轻便功能；各构件间的相对运动考虑采用滚动摩擦结构，可有效减小传动中的功率损失；自行车中轴行星轮外啮合驱动机构结构简单，易于加工制造。
文档编号B62M11/14GK201530456SQ200920187439
公开日2010年7月21日 申请日期2009年9月9日 优先权日2009年9月9日
发明者赵成会 申请人:赵成会